Determinación de reglas de operación en redes de distribución

Formular una estrategia óptima para la selección de un plan de lavado hidráulico unidireccional (UDF) de redes de distribución de agua potable dadas las condiciones topológicas e hidráulicas del sistema.

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UNIVERSIDAD DE LOS ANDES 

FACULTAD DE INGENIERÍA 

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL 

 

 

 

 

 

 

 

Tesis II 

Maestría en Ingeniería Civil 

 

 

Determinación de reglas de operación en redes de distribución de agua potable a fin de lograr 

un mantenimiento eficiente para el desprendimiento de biopelículas haciendo uso de lavado 

unidireccional. 

 

 

Presentado por

Ing. Diva Patricia Rubio Patiño 

Asesor:  

Ing. Juan G. Saldarriaga 

 

 

 

Bogotá D.C., Junio de 2012

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Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A mi familia y amigos  

por su apoyo incondicional 

 

 

 

 

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Tabla de Contenido 

Tabla de Contenido .............................................................................................................i

 

Lista de Figuras .................................................................................................................. v

 

Lista de Tablas .................................................................................................................. vi

 

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................ 1

 

1.1

 

Objetivos .................................................................................................................. 2

 

1.1.1

 

Objetivo General ............................................................................................... 2

 

1.1.2

 

Objetivos Específicos ........................................................................................ 2

 

1.2

 

Contenido General ................................................................................................... 2

 

2

 

MARCO TEÓRICO ...................................................................................................... 4

 

2.1

 

Biopelículas. ............................................................................................................. 4

 

2.2

 

Limpieza en redes de distribución de agua potable. ............................................... 5

 

2.3

 

Programa de lavado hidráulico ................................................................................ 7

 

2.3.1

 

Objetivos ........................................................................................................... 7

 

2.3.2

 

Lavado convencional ........................................................................................ 8

 

2.3.3

 

Lavado unidireccional ....................................................................................... 8

 

2.3.4

 

Lavado continúo ............................................................................................. 10

 

2.3.5

 

Costos y beneficios ......................................................................................... 10

 

2.3.6

 

Medición de resultados de lavado ................................................................. 11

 

2.3.6.1

 

Reducción de quejas de los usuarios ...................................................... 12

 

2.3.6.2

 

Mejora de la calidad del agua ................................................................. 12

 

2.3.6.3

 

Remoción de biopelículas ....................................................................... 12

 

2.3.6.4

 

Aumento del nivel de desinfectante residual ......................................... 12

 

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ii 

 

2.3.6.5

 

Beneficios hidráulicos.............................................................................. 12

 

2.3.6.6

 

Costos ...................................................................................................... 13

 

2.3.7

 

Elaboración de un plan de lavado .................................................................. 13

 

2.4

 

Procedimiento de lavado hidráulico ...................................................................... 13

 

2.4.1

 

Identificación de las tuberías o áreas a lavar ................................................. 14

 

2.4.1.1

 

Manual .................................................................................................... 14

 

2.4.1.2

 

Automática .............................................................................................. 15

 

2.4.2

 

Selección de ruta/circuito – Aislamiento mediante válvulas ......................... 15

 

2.4.2.1

 

Selección de ruta ..................................................................................... 15

 

2.4.2.2

 

Selección de válvulas ............................................................................... 16

 

2.4.2.3

 

Selección/modelación de hidrantes que permiten realizar el lavado .... 17

 

2.4.3

 

Condiciones hidráulicas .................................................................................. 18

 

2.4.3.1

 

Esfuerzo cortante .................................................................................... 19

 

2.4.3.2

 

Velocidad de flujo .................................................................................... 19

 

2.4.4

 

Duración del lavado ........................................................................................ 20

 

2.4.5

 

Frecuencia de lavado ...................................................................................... 20

 

2.4.6

 

Recomendaciones........................................................................................... 20

 

2.4.7

 

Optimización ................................................................................................... 22

 

2.4.7.1

 

Algoritmos Genéticos .............................................................................. 23

 

2.4.7.2

 

Programación por restricciones .............................................................. 25

 

3

 

METODOLOGÍA ....................................................................................................... 26

 

3.1

 

Software utilizado para la Modelación Hidráulica ................................................. 26

 

3.1.1

 

Redes .............................................................................................................. 26

 

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iii 

 

3.1.2

 

EPANET ........................................................................................................... 26

 

3.1.3

 

GANetXL .......................................................................................................... 27

 

3.2

 

Red utilizada en la investigación ............................................................................ 28

 

3.3

 

Metodologías previas............................................................................................. 29

 

3.3.1

 

Modelo 1 – Algoritmos Genéticos .................................................................. 29

 

3.3.1.1

 

Definición de rutas de lavado.................................................................. 30

 

3.3.1.2

 

Selección accesorios a operar ................................................................. 31

 

3.3.1.3

 

Optimización del lavado hidráulico ......................................................... 32

 

3.3.1.4

 

Función Objetivo ..................................................................................... 35

 

3.3.2

 

Modelo 2 - Programación por restricciones. .................................................. 38

 

3.3.2.1

 

Modelo .................................................................................................... 38

 

3.3.2.2

 

Función Objetivo ..................................................................................... 45

 

3.3.2.3

 

Implementación ...................................................................................... 45

 

3.4

 

Modelo 3 – Algoritmos Genéticos Propuesto........................................................ 47

 

3.4.1

 

Formulación del problema ............................................................................. 48

 

3.4.2

 

Selección de rutas y accesorios ...................................................................... 48

 

3.4.3

 

Metodología de optimización......................................................................... 49

 

3.4.3.1

 

Definición de los parámetros .................................................................. 49

 

4

 

RESULTADOS ........................................................................................................... 51

 

4.1

 

Análisis solución modelo 1 ..................................................................................... 51

 

4.1.1.1

 

Definición de rutas de lavado y selección de accesorios. ....................... 53

 

4.1.1.2

 

Optimización del lavado .......................................................................... 53

 

4.1.1.3

 

Función objetivo ...................................................................................... 54

 

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iv 

 

4.1.1.4

 

Implementación ...................................................................................... 54

 

4.2

 

Análisis solución modelo 2 ..................................................................................... 54

 

4.2.1.1

 

Definición de rutas de lavado y selección de accesorios. ....................... 55

 

4.2.1.2

 

Optimización del lavado .......................................................................... 56

 

4.2.1.3

 

Función objetivo ...................................................................................... 56

 

4.2.1.4

 

Implementación ...................................................................................... 56

 

4.3

 

Resultados y Análisis solución modelo 3 ............................................................... 57

 

4.3.1.1

 

Seleccionar las tuberías a lavar. .............................................................. 57

 

4.3.1.2

 

Accesorios a operar. ................................................................................ 58

 

4.3.1.3

 

0ptimización. ........................................................................................... 59

 

5

 

CONCLUSIONES ....................................................................................................... 65

 

6

 

Bibliografía .............................................................................................................. 67

 

 

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Lista de Figuras 

Ilustración 1. Esquema de la red R28. .................................................................................. 29

 

Ilustración 2. Diagrama de flujo para selección de los accesorios a operar modelo 1. ....... 32

 

Ilustración 3. Diagrama de flujo del algoritmo genético de optimización modelo 1. .......... 35

 

Ilustración 4. Diagrama de flujo para el cálculo del valor de influencia modelo 2. ............. 41

 

Ilustración  5.  Diagrama  de  flujo  para  el  cálculo  de  la  condición  de  la  zona  de  influencia 

modelo 2. .............................................................................................................................. 42

 

Ilustración 6. Diagrama de flujo que describe el algoritmo de solución aproximada modelo 

2. ........................................................................................................................................... 43

 

Ilustración 7. Diagrama de flujo que describe la función de ordenar y filtrar modelo 2. .... 44

 

Ilustración 8. Diagrama de flujo que describe la función de poda modelo 2. ..................... 45

 

Ilustración 9. Interfaz del módulo de lavado del programa REDES modelo 2. .................... 46

 

Ilustración 10. Tuberías a  lavar modelo 1. .......................................................................... 51

 

Ilustración 11. Ruta de lavado N°1 para modelo 1. .............................................................. 51

 

Ilustración 12. Ruta de lavado N°1 y accesorios a operar modelo 1. ................................... 52

 

Ilustración 13.  Accesorios de la red empleados modelo 2. ................................................. 54

 

Ilustración 14.  Tuberías a lavar modelo 2. .......................................................................... 55

 

Ilustración 15. Velocidades obtenidas modelo 2. ................................................................ 55

 

Ilustración 16. Distribución de accesorios modelo 3. .......................................................... 57

 

Ilustración 17. Tuberías a lavar modelo 3. ........................................................................... 58

 

Ilustración 18. Convergencia F1 modelo 3. .......................................................................... 63

 

Ilustración 19. Comparación costos de funciones objetivo modelo 3. ................................ 64

 

 

 

 

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vi 

 

Lista de Tablas 

Tabla  1.  Relación  de  técnicas  de  lavado    con  características  de  la  tubería  y  efectos 

obtenidos. ............................................................................................................................... 6

 

Tabla 2.- Requerimientos de caudal e hidrantes para producir una adecuada velocidad de 

lavado.  (Antoun, 1999) ........................................................................................................ 17

 

Tabla 3.- Numero de hidrantes que se deben abrir para obtener un lavado eficiente dado 

el diámetro. .......................................................................................................................... 18

 

Tabla 4. Velocidades requeridas para diferentes características de limpieza. .................... 19

 

Tabla  5.  Velocidades  de  remoción  de  biopelículas  para  varios  autores.  (Tomado  de 

Escovar, 2009). ..................................................................................................................... 20

 

Tabla 6. Estado de  hidrantes y válvulas para lavado de la  ruta N°1 Modelo 1. ................. 52

 

Tabla 7. Velocidad de lavado en las tuberías de interés de la ruta N°1 Modelo 1. ............. 53

 

Tabla 8. Nivel de importancia de las válvulas Modelo 3. ..................................................... 58

 

Tabla 9. Prueba función objetivo Modelo 3. ........................................................................ 61

 

 

 

 

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INTRODUCCIÓN 

Las  empresas prestadoras  del  servicio  de  distribución  de  agua potable están  encargadas 

de entregar a los usuarios agua con unas características físico-químicas específicas y a una 

presión  determinada.  Uno  de  los  fenómenos  que  afecta  la  calidad  del  agua  y  las 

condiciones hidráulicas de la red es la presencia de biopelículas y su desprendimiento. En 

este  informe  se  formula  una  metodología  para  realizar  lavado  unidireccional  como  una 

solución  al  control  de  biopelículas  en  redes  de  distribución  de  agua  potable  RDAP.  Se 

desea brindar una herramienta a los encargados de toma de decisiones en las  empresas 

para mejorar la prestación de servicio y el uso de infraestructura disponible por medio de 

mantenimiento preventivo. 

El  lavado  unidireccional  en  RDAP  es  una  de  las  técnicas  de  limpieza  más  usadas  en  la 

actualidad  debido  a  su  fácil  implementación  y  a  su  efectividad  para  la  remoción  de 

material  acumulado  al  interior  de  las  tuberías.  Sin  embargo,  hasta  la  fecha  las 

metodologías  de  optimización  de  este  proceso  teniendo  en  cuenta  aspectos 

operacionales, hidráulicos y económicos han sido pocas. Este hecho, motivó al Centro de 

Investigación  en  Acueductos  y  Alcantarillados  de  la  Universidad  de  los  Andes  CIACUA  a 

interesarse  en  el  tema  desarrollando  metodologías  de  optimización  que  faciliten  y 

mejoren la implementación de programas de lavado unidireccional en las empresas. Hasta 

el momento dos metodologías  se han planteado: Metodología por Algoritmos Genéticos 

presentada en el trabajo  de grado  (Alvarez, 2009) y metodología  por Programación por 

Restricciones presentada en el trabajo de grado (Rothstein, 2011). Este trabajo pretende 

darle continuidad a estas investigaciones  identificando sus debilidades y planteando una 

tercera  metodología  que  aproveche  los  beneficios  de  las  dos  anteriores  y  mejore  los 

resultados obtenidos.  

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1.1  Objetivos 

1.1.1  Objetivo General 

Formular  una  estrategia  óptima  para  la  selección  de  un  plan  de  lavado  hidráulico 

unidireccional  (UDF)  de  redes  de  distribución  de  agua  potable  dadas  las  condiciones 

topológicas e hidráulicas del sistema. 

1.1.2  Objetivos Específicos 

Los objetivos específicos de este trabajo consisten en darle continuidad a las metodologías 

investigadas  en  el  CIACUA  para  mejorar  los  procesos  de  optimización  de  lavados 

hidráulicos unidireccionales como herramienta en la remoción de biopelículas. 

a)  Describir  e  investigar  el  proceso  de  lavado  y  en  especial  su  aplicación  para 

desprendimiento de biopelículas. 

b)  Establecer  un  procedimiento  para  realización  de  UDF  que  integre  aspectos 

hidráulicos y operacionales. 

c)  Realizar  una  análisis  cualitativo  y  cuantitativo  de  las  alternativas  de  solución 

implementadas 

d)  Identificar las limitaciones de las metodologías anteriores y la actual. 

1.2  Contenido General 

El trabajo se divide en tres partes principales. La primera es una revisión de aplicación de 

las  metodologías  de  lavado  hidráulico  existentes,  la  segunda  es  la  propuesta  de  una 

metodología que permita optimizar el proceso de lavado hidráulico unidireccional  para el 

control  de  biopelículas  y  finalmente  se  realiza  una  comparación  de  la  metodología 

propuesta y metodologías anteriores planteadas por el CIACUA. 

 

Capítulo  1:  Se  introduce  el  tema  a  tratar,  explicando  los  objetivos  a  alcanzar  e 

incluyendo una descripción general del informe. 

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Capítulo 2: Se define la problemática de las biopelículas y los programas de lavado 

hidráulico.  Posteriormente,  se  presenta  una  recopilación  de  lo  encontrado  en  la 

literatura acerca de las condiciones hidráulicas relevantes en problemas de lavado.  

 

Capítulo 3: Se presentan los métodos investigados por el CIACUA, se introduce el 

método  y  software  a  utilizar  y  se  plantea  la  metodología  propuesta  para  dar 

solución al problema planteado. 

 

Capítulo 4: Se exponen los resultados y su análisis. 

 

Capítulo 5: Se exponen las conclusiones. 

 

Capítulo 6: Se enumeran las referencias utilizadas para el proceso investigativo de 

este informe. 

 

 

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2  MARCO TEÓRICO 

Como  parte  de  esta  investigación  se  realizó  una  búsqueda  y  revisión  del  material 

bibliográfico relacionado con formación de biopelículas en RDAP, técnicas de lavado y en 

particular  lavado  hidráulico  unidireccional,  a  fin  de  establecer  los  datos  relevantes  al 

realizar  un  proceso  de  lavado  en  RDAP,  también  se  realizó  una  revisión  de  técnicas  de 

optimización  empleadas  para  este  tipo  de  problemas.  En  este  capítulo,  se  sintetiza  esta 

información.    

2.1  Biopelículas.  

Las biopelículas son comunidades de microrganismos que logran sobrevivir a los procesos 

de potabilización y desinfección y se unen a las paredes de las tuberías de la red. Aunque 

en  general  los  microrganismos  de  las  biopelículas  son  inofensivos,  algunas  biopelículas 

brindan protección a organismos patógenos que pueden ser potencialmente dañinos para 

la  salud  humana.  Es  por  esto  que  se  han  realizado  múltiples  estudios  para  desarrollar 

acciones  que  permitan  controlar  este  fenómeno.  La  unidad  básica  de  una  biopelícula  es 

una  microcolonia  que  puede  estar  formada  por  bacterias  de  una  o  varias  especies,  y  su 

correspondiente  matriz  de  sustancia  polimérica  extracelular  (SPE).  Dependiendo  de  la 

especie involucrada la microcolonia puede estar compuesta de 10-25% de bacterias y un 

75-90%  de  SPE  (Reyes,  2004).  La  presencia  y  formación  de  biopelículas  en  tuberías 

depende de la interacción de factores como: disponibilidad de nutrientes, condiciones de 

flujo, temperatura, tipo de superficie y efecto de las partículas. 

La presencia de biopelículas en un sistema de distribución afecta la hidráulica de flujo y la 

calidad  del  agua.  La  hidráulica  se  ve  perturbada  ya  que  la  biopelícula  cambia  las 

características de la pared interna de la tubería afectando la rugosidad y por consiguiente 

el régimen hidráulico. La calidad se ve afectada en el cambio de olor, sabor, coloración del 

agua y en algunas ocasiones puede tornarse perjudicial para la salud.  

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Diva Patricia Rubio Patiño 

 

 

Los  eventos  de  desprendimiento  en  las  biopelículas  se  dan  cuando  las  fuerzas  externas 

causadas por el fluido, son mayores que la resistencia interna de la matriz que mantiene 

unida la biopelícula por lo que los dos mecanismos de desprendimiento son por aumento 

del  esfuerzo  cortante  o  por  disminución  de  la  resistencia  interna.  Existen  diferentes 

técnicas para el control de biopelículas entre las que se encuentran: el lavado hidráulico 

convencional, el lavado hidráulico unidireccional, el control con mecanismos físicos (pigs) 

y  el  control  con  sustancias  químicas.  Se  ha  encontrado  que  las  técnicas  de  lavado 

convencional y unidireccional son las más efectivas en cuanto a costos e implementación 

en campo. 

2.2  Limpieza en redes de distribución de agua potable. 

La técnica de limpieza que se debe implementar en un sistema responde a las necesidades 

y características especiales de este. La selección del procedimiento debe considerar el tipo 

de  tubería,  el  tamaño  de  la  tubería,  el  tipo  de  problema  específico  a  solucionar,  las 

propiedades y estado del sistema, la ubicación de válvulas e hidrantes, la localización de 

puntos para el lanzamiento de dispositivos de limpieza, entre otros. Adicionalmente, cada 

técnica presenta un tiempo esperado de beneficio y una relación de costos distinta. Entre 

las  distintas  técnicas  o  métodos  existentes  para  la  limpieza  de  tuberías  se  presentan 

lavados  hidráulicos  que  requieren  de  un  aumento  de  la  velocidad  para  incrementar  el 

esfuerzo cortante y así limpiar el conducto de la tubería; lavados que requieren el vaciado 

de las tuberías, por medio del flujo de aire a presión o por medio de sistemas mecánicos 

que  incluyen  la  conducción  de  esponjas  o  émbolos  que  limpian  el  conducto;  limpieza 

química o manual y revestimiento de tuberías.  

A continuación, se muestra una guía general para distintas técnicas de limpieza, tomada 

de  (AWWA,  2003).  Esta  guía,  relaciona  el  tipo  de  técnica  requerida  con  el  material, 

tamaño  y  condición  estructural  de  la  tubería,  los  usos  para  los  cuales  se  recomienda,  el 

tiempo  estimado  de  beneficio  que  se  puede  reflejar  como  una  frecuencia  requerida,  un 

rango unitario de los costos, y consideraciones que deben ser tenidas en cuenta. 

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Tabla 1. Relación de técnicas de lavado  con características de la tubería y efectos obtenidos. 

 

 

 

 

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2.3    Programa de lavado hidráulico 

El lavado como técnica de limpieza es la más antigua y una de las más usadas debido a su 

fácil ejecución, efectividad y costos. Esta técnica es empleada con frecuencia para mejorar 

la calidad del agua permitiendo aumentar los niveles de desinfectante residual, expulsar 

bacterias  del  sistema,  remover  sedimentos  suspendidos,  remover  biopelículas  y  mejorar 

problemas  de  olor,  coloración  y  sabor.  Esto  puede  ayudar  a  mejorar  la  hidráulica  del 

sistema,  reducir  la  demanda  de  cloro  y  mitigar  posibles  riesgos  para  la  salud.  Algunas 

limitaciones  de  esta  técnica  son  que  no  es  efectiva  para  remover  sedimentos  y 

biopelículas  de  tuberías  con  diámetros  mayores  a  300  mm,  no  puede  ayudar  a  resolver 

problemas  provenientes  de  las  fuentes  o  de  la planta  de  tratamiento  y  dependiendo  las 

características del sistema puede ser una solución a corto plazo.   

Existen tres tipos básicos de lavado hidráulico: convencional, unidireccional y continuo. El 

lavado  convencional  es  usado  principalmente  como  una  medida  de  reacción,  el  lavado 

unidireccional  es  recomendado  para  lavado  programado  como  herramienta  de 

mantenimiento  y  el  lavado  continuo  se  recomienda  para  lavado  en  zonas  muertas. 

Aunque el lavado convencional a corto plazo parece ser menos costoso porque requiere 

de  menos  personal,  planeación  y  tiempo  de  ejecución,  la  eficiencia  del  lavado 

unidireccional hace que en la mayoría de los casos este represente un menor costo a largo 

plazo (AWWA, 2003).  

2.3.1  Objetivos  

Los objetivos que se buscan obtener al implementar un programa de lavado hidráulico en 

muchas empresas son: 1) minimizar las quejas de los usuarios manteniendo la calidad del 

agua  y  presiones  adecuadas  en  la  red,  2)  reducir  o  eliminar  problemas  de  salud  pública 

como  contaminantes  químicos  y  microbiológicos  en  el  agua,  3)  reducir  o  eliminar 

problemas de color, sabor y olor, 4) realizar  mantenimiento estructural del sistema para 

mantener  optimas  condiciones  hidráulicas,  5)  ejercitar  los  hidrantes  como  parte  de  un 

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programa de mantenimiento, 6) descubrir problemas en el sistema de distribución como 

fugas, accesorios inoperables, etc.  

2.3.2  Lavado convencional 

Está  definido  como  la  apertura  de  hidrantes  en  un  área  específica  durante  un  tiempo 

determinado hasta obtener una calidad de agua deseada, lograr remoción de sedimentos 

o  remoción  de  biopelículas.  Algunos  de  los  parámetros  que  determinan  el  tiempo  de 

apertura  son  la  detección  de  desinfectante  residual,  la  reducción  de  la  turbidez  y  la 

reducción del color.  

Generalmente,  los  programas  de  lavado  hidráulico  convencional  se  implementan  como 

medidas  correctivas  dando  respuesta  a  quejas  de  los  usuarios  del  sistema  o  como  una 

medida  de  mantenimiento  preventivo.  También  son  usados  después  de  realizar  una 

reparación en el sistema  para limpiar y desinfectar antes de retornar a  la prestación del 

servicio.  Este  tipo  de  lavado  permite  la  restauración  de  residuos  desinfectantes  y 

expulsión  de  agua  de  baja  calidad  pero  como  efectos  posteriores  se  presentan  quejas 

crecientes por parte de los usuarios, pérdidas considerables de agua, mejoras mínimas y 

de  poca  duración  y  un  potencial  incremento  de  coliformes  (Carvajal,  2007).  Tiene  como 

desventaja  que  los  sedimentos  pueden  ser  transportados  a  las  tuberías  adyacentes  por 

cambios en velocidad y dirección, adicionalmente, no requiere la manipulación de válvulas 

por lo que no se pueden maximizar las velocidades. Como ventajas tiene que se realiza de 

forma rápida con requerimientos mínimos de mano de obra, planeación y entrenamiento. 

2.3.3  Lavado unidireccional 

El lavado hidráulico unidireccional es un método mejorado del lavado convencional el cual 

consiste en separar una sección de la red por medio del cierre de válvulas y apertura de 

hidrantes de forma organizada. Es una técnica eficiente para la remoción de biopelículas 

debido a las velocidades  de flujo que maneja y a los esfuerzos cortantes que genera. En 

esta  metodología  se  busca  que  el  agua  viaje  en  una  dirección,  de  lugares  limpios  a 

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contaminados  y  de  diámetros  grandes  a  pequeños  esto  a  fin,  de  que  la  biopelícula 

desprendida y contaminantes salga del sistema. 

Por medio de esta técnica se alcanza una mayor limpieza dado que mayores velocidades 

logran un  mayor  arrastre  de  sedimentos  y hay un  menor  desperdicio de  agua  ya  que  se  

alcanza  la  calidad  deseada  en  un  menor  tiempo  debido  a  la  planeación  secuencial;  con 

esta técnica de lavado se utiliza aproximadamente el 60% del agua de lo que se usaría con 

un lavado convencional. Otras ventajas del lavado hidráulico unidireccional para la RDAP 

son: 

a)  Incremento en la velocidad, lo que promueve un mejor lavado de la tubería. 

b)  Remoción de depósitos minerales y biológicos mejorada. 

c)  Control de sabor y olor. 

d)  Reducción de la turbidez. 

e)  Reducción de la frecuencia de lavado.  

f)  Reducción del uso de agua para lavado. 

g)  Promoción de mantenimiento preventivo. 

h)  Mantenimiento de hidrantes. 

i)  Reducción de costos en comparación al lavado tradicional. 

Las  etapas  que  se  deben  tener  en  cuenta  al  ejecutar un  lavado  hidráulico  unidireccional 

son: 

a)  Conocer la hidráulica del sistema y contar con un modelo calibrado. 

b)  Identificar los tubos a lavar para localizar el problema e identificar cual debe ser la 

velocidad de flujo. 

c)  Dividir el sistema en circuitos independientes. 

d)  Desarrollar  una  guía  que  especifique  la  apertura  y  cierre  de  válvulas  e  hidrantes 

controlando la operación con un mapa individual para los operarios. 

e)  Realizar reparaciones necesarias en tuberías, válvulas o hidrantes. 

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f)  Realizar los lavados en horas de la noche o madrugada para evitar inconvenientes 

con los usuarios y tener un promedio alto de presión.  

g)  Contar con los equipos y procedimientos de seguridad adecuados. 

2.3.4  Lavado continúo 

Este  tipo  de  lavado  se  utiliza  para  para  mantener  un  flujo  continuo  de  agua  y  evitar 

estancamiento.  Es  recomendable  en  redes  con  gran  cantidad  de  puntos  muertos  o  con 

problemas de circulación de agua.  

2.3.5  Costos y beneficios 

Los costos de un programa de lavado hidráulico se dividen en costos directos e indirectos. 

Algunos de los costos cuantificables o directos son el costo de mano de obra, los costos 

del agua usada y el costo de gerencia del programa; y algunos costos no cuantificables son 

daños a propiedad, interrupción del tráfico, entre otros. También se puede tener un costo 

potencial negativo en el caso de que el lavado no sea realizado de manera adecuada, por 

ejemplo,  si  el  contaminante  se  expande  a  otros  sectores  de  la  red,  si  los  hidrantes  no 

están en buen estado para ser operados, etc.  Por otro lado, los beneficios obtenidos de 

un  lavado  no  son  fáciles  de  cuantificar;  pueden  incluir  conformidad  con  estándares  de 

calidad, reducción de quejas de los usuarios, mejoras en la calidad del agua. En general el 

beneficio  se  puede  medir  en  función  del  objetivo  que  se  tiene  para  el  lavado.  (AWWA, 

2004)  desarrolló  una  metodología  para  evaluar  los  costos  y  beneficios  asociados  con  un 

programa de lavado a partir de una revisión bibliográfica e información de programas de 

lavado hidráulico de  distintas empresas  estadounidenses.  Según el  estudio  los  costos de 

lavado se pueden dividir en cuatro categorías: 

 

Costos financieros para la empresa: Estos costos incluyen costos tangibles como el 

trabajo  en  campo  y  oficina  del  personal,  los  costos  de  producción  del  agua 

empleada en el lavado, los costos de disposición del agua en caso de ser necesarios 

permisos  o  tratamiento  antes  del  ingreso  al  sistema  de  alcantarillado,  costo  de 

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notificación  a  los  usuarios,  equipos  y vehículos,  costos  del  análisis  de  muestras y 

costos por posibles daños a las tuberías durante el lavado. 

 

Costos financieros para los usuarios: estos son costos tangibles pero externos a la 

empresa  prestadora  de  servicio  como  daño  a  la  propiedad  por  inundación 

accidental, daños en la ropa por decoloración del agua al lavar, etc. 

 

Costos  financieros  intangibles  para  la  empresa,  representados  en  daños  a  la 

imagen  de  la  empresa  como:  insatisfacción  de  los  usuarios  por  mala  calidad  del 

agua  o  bajas  presiones,  inundaciones  en  las  calles,  percepción  de  desperdicio  de 

agua,  decoloración,  posible  expansión  de  un  contaminante  y  posible  reflujo  por 

conexiones erradas. 

 

Costos  financieros  intangibles  para  los  usuarios:  Inconvenientes  y  retrasos  por 

cierre  de  calles  e  interrupción  del  tráfico  e  impactos  ambientales.  Estos  costos 

también  se  convierten  en  costos  intangibles  para  la  empresa  ya  que  afectan  su 

imagen. 

Los beneficios enumerados en este mismo estudio son: 

 

Aumento de la satisfacción de los usuarios. 

 

Mantenimiento de  la  salud pública  a través del mantenimiento  de  estándares de 

calidad. 

 

Evitar el pago de tarifas, multas y penalidades por calidad. 

 

Mantenimiento estructural de las tuberías. 

 

Mantenimiento de hidrantes. 

 

Identificación de problemas en el sistema. 

2.3.6  Medición de resultados de lavado 

La efectividad del lavado depende en principio de los objetivos que se quieren alcanzar; a 

continuación  se describen  algunos  de  los  parámetros  más  usados  para  la  determinación 

de la efectividad del lavado. 

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2.3.6.1  Reducción de quejas de los usuarios 

Es una medida indirecta y subjetiva de la calidad del agua. Puede estar relacionada por un 

lado  con  el  color  y  aspecto  del  agua  distribuida  y  por  el  otro  con  deficiencias  en  las 

presiones en el sistema. Adicionalmente es un aspecto que debe evitarse en especial si se 

desarrolla un programa de lavado para mantenimiento.  

2.3.6.2  Mejora de la calidad del agua 

Una  forma  de  medir  la  mejora  en  la  calidad  del  agua  durante  el  lavado  es  midiendo  la 

turbiedad del agua de descarga iniciando en el momento de apertura del hidrante, hasta 

que  se  obtenga  un  valor  de  turbiedad  aceptable.  También  se  usan  parámetros  como  el 

color, la concentración de hierro y sólidos suspendidos. 

2.3.6.3  Remoción de biopelículas 

Cuantificar  la  remoción  de  biopelículas  a  través  de  una  disminución  en  las  unidades 

formadoras de colonias por mililitro UFC/ml. Las UFC generalmente son inofensivas pero 

estas pueden proteger organismos patógenos perjudiciales para la salud como coliformes.  

2.3.6.4  Aumento del nivel de desinfectante residual 

Esta no es una medida muy empleada en la medición de la efectividad de un programa de 

lavado,  ya  que,  no  se  conoce  con  certeza  la  relación  entre  cantidad  de  desinfectante  y 

efectividad  del  lavado  a  largo  plazo.  A  corto  plazo  se  sabe  que  aumenta  el  nivel  de 

desinfectante residual manteniéndose los niveles de calidad requeridos. 

2.3.6.5  Beneficios hidráulicos  

Se puede medir la efectividad del lavado mirando las mejoras en la capacidad hidráulica 

de la tubería; este proceso requiere tiempo, mano de obra y análisis de datos. También se 

puede usar el número de problemas encontrados como fugas o accesorios en mal estado 

gracias al lavado.    

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2.3.6.6  Costos 

Costos  del  lavado  como  mano  de  obra  o  costo  de  la  cantidad  de  agua  empleada  en  el 

lavado. 

2.3.7  Elaboración de un plan de lavado 

Para  la  elaboración  de  un  plan  de  lavado  lo  primero  que  se  debe  tener  en  cuenta  es  el 

objetivo que se busca obtener ya sea reducción de quejas de los usuarios, expulsión de un 

contaminante  de  la  red,  remoción  de  biopelícula,  etc.  Los  tiempos  de  los  lavados  y  la 

frecuencia se deben planear con base en información obtenida previamente; para esto se 

debe ir generando una base de datos donde se registren los resultados obtenidos de cada 

lavado. Se debe contar con un modelo de la red donde se tengan ubicadas las válvulas e 

hidrantes del sistema. 

Componentes de un plan de lavado:  

 

Pre-planeación 

 

Procedimientos de lavado 

 

Programación 

 

Notificación pública 

 

Recolección de datos 

 

Terminación del lavado 

 

Evaluación del programa 

2.4  Procedimiento de lavado hidráulico 

Algunas  empresas  realizan  programas  de  lavado  en  intervalos  regulares  de  tiempo  o 

cuando  se  sabe  que  va  a  ocurrir  un  problema  en  el  sistema  (mantenimiento);  otras 

empresas realizan lavados solo como respuesta a problemas que se presentan y realizan el 

procedimiento  en  el  área  donde  se  localiza  el  problema  (expulsión  de  contaminantes)  y 

otras  utilizan  una  mezcla  de  los  dos  usos.  El  uso  más  reportado  en  la  literatura  es  el 

segundo  debido  al  interés  que  se  generó  en  el  tema  a  partir  de  la  preocupación  por 

ataques  terroristas.  Aunque,  el  uso  asociado  al  mantenimiento  de  RDAP  se  ha 

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documentado  mucho  menos,  es  importante  que  las  empresas  realicen  mantenimientos 

rutinarios que permitan controlar la calidad del agua y la hidráulica de flujo, en especial 

para  cumplir  con  las  regulaciones  de  calidad  de  agua  que  cada  vez  son  más  exigentes, 

disminuir  costos  de  bombeo  y  aumentar  la  longevidad  de  las  tuberías  facilitando  los 

procesos de rehabilitación y reparación.  

A continuación se muestran los diferentes aspectos y etapas que se tienen en cuenta para 

un proceso de planeación de lavado hidráulico. 

2.4.1  Identificación de las tuberías o áreas a lavar 

Algunos  criterios  que  permiten  determinar  los  sectores  que  deben  lavarse  en  redes  de 

distribución de agua potable son las quejas de los usuarios, información sobre la calidad 

del  agua  (altos  tiempos  de  retención,  bajos  niveles  de  cloro  residual),  zonas  muertas, 

condición y tamaño de las tuberías (presencia de fugas), comportamiento hidráulico de la 

red,  mantenimiento  de  hidrantes  y  válvulas  y  diagnóstico  del  problema  (corrosión, 

infiltraciones, etc.). Según Chadderton, Cristean y Henry-Unratu citado en (AWWA, 2004) 

un  criterio  para  identificar  áreas  de  lavado  consiste  en  identificar  las  áreas  con  quejas, 

zonas  con  bajo  nivel  de  cloro,  dirección  del  flujo,  puntos  muertos,  zonas  de  presión, 

tamaños de las fuentes, hidráulica y mantenimiento de hidrantes. 

El proceso de identificación de las tuberías a lavar se puede efectuar de forma manual o 

automática. 

2.4.1.1  Manual 

Requiere  del  conocimiento  experto  del  personal  que  opera  la  red,  quien  a  partir  de 

criterios  relacionados  con  la  operación  del  sistema  puede  identificar  las  tuberías  con 

mayor propensión a la acumulación de material ya sea orgánico o mineral. Dentro de los 

criterios operativos que pueden emplearse se encuentran la identificación de los sectores 

con  mayor  frecuencia  de  reportes  sobre  problemas  de  turbiedad  y  en  donde  se 

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encuentran  las  tuberías  de  mayor  edad  o  cuyos  materiales  favorecen  la  formación  de 

películas.  

2.4.1.2  Automática 

Se  basa  en  criterios  relacionados  con  variables  hidráulicas  de  la  red  tales  como  la 

velocidad  y  la  edad  del  agua,  cuyos  valores  pueden  obtenerse  de  programas 

computacionales como Redes (desarrollado por la Universidad de los Andes) o Epanet. Por 

ejemplo, en la metodología propuesta por (Alvarez, 2009) se utilizó la velocidad media del 

flujo  correspondiente  al  esquema  de  operación  habitual,  para  la  condición  de  demanda 

promedio diaria del sistema, como criterio de selección de las tuberías que deben lavarse, 

ya que esta condición permite identificar los sitios donde se favorece la acumulación de 

material.  Para  (Carvajal,  2006)  se  deben  seleccionar  tuberías  con  calores  de  velocidad 

inferiores  a  0.76  m/s,  que  indican  una  alta  probabilidad  de  presencia  de  películas  y 

sedimentos en el interior de las tuberías. 

2.4.2  Selección de ruta/circuito – Aislamiento mediante válvulas 

2.4.2.1  Selección de ruta 

La etapa de selección de ruta en la planeación de un lavado es usada principalmente en la 

técnica de lavado unidireccional para aumentar las velocidades de flujo, en los protocolos 

y guías de buenas técnicas de manejo de la operación y mantenimiento de redes de agua 

potable  como  (Fédération  Canadienne  des  municipalités,  2005)  se  dan  como 

recomendaciones  para  la  selección  de  ruta  que  el  lavado  unidireccional  debe  realizarse 

empezando desde la fuente y avanzando desde las tuberías de mayor diámetro hasta las 

más  pequeñas  de  forma  sistemática.  Otros  autores  como  (Antoun,  1999)  y  (Friedman, 

2002)  sugieren  los  siguientes  pasos:  aislar  secciones  de  tubería  o  circuitos  cerrando 

válvulas de manera apropiada y abriendo los hidrantes de manera organizada, manejar los 

hidrantes de manera secuencial empezando su operación de la fuente hacia aguas abajo, 

desplazarse  de  diámetros  grandes  a  diámetros  pequeños  y  de  secciones  limpias  hacia 

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secciones  sucias  y  finalmente  dimensionar  el  circuito  de  acuerdo  con  el  tamaño  de  la 

cuadrilla, duración del lavado, equipo disponible y localización de las fuentes, plantas de 

tratamiento,  sistemas  de  bombeo,  etc.  La  selección  de  circuitos  y  lavado  unidireccional 

también  ha  sido  documentada  para  abordar  problemas  de  contaminantes  en  la  red, 

donde  lo  que  se  busca  es  aislar  un  circuito  para  evitar  que  un  contaminante  inyectado 

pueda poner en riesgo la vida de la población. (Poulin, 2008)  muestra un ejemplo de este 

uso; en este caso lo que se hace es aislar los circuitos contaminados por medio del cierre 

de válvulas y dejarlos conectados únicamente a una fuente da agua limpia que permita la 

realización del lavado. En general la documentación de esta parte del procedimiento del 

lavado  está  relacionada  con  la  experiencia  de  un  operador  del  sistema  y  dos  reglas  de 

operación 1) que el agua se dirija de zonas limpias a sucias y 2) que el lavado se realice de 

diámetros grandes a pequeños. En (Álvarez, 2009) se propone una metodología donde las 

tuberías  a  lavar  se  agrupan formando  rutas  de  lavado,  las  cuales  deben aislarse  a fin  de 

direccionar  el  flujo  hacia  las  tuberías que  se pretende  limpiar.  Estas  rutas  se  construyen 

teniendo en cuenta la distancia topológica de los nudos de las tuberías que deben lavarse 

a  la  fuente  de  abastecimiento,  así  como  el  valor  de  los  trazadores  inversos  y  directos 

calculados  en  los  nudos  adyacentes  a  aquéllos  que  hacen  parte  de  la  ruta  de  lavado, 

buscando crear rutas cortas pero que agrupan la mayor cantidad de tuberías a lavar. Los 

trazadores tanto directos como inversos y la distancia topológica a la fuente son variables 

hidráulicas, que permiten, identificar el camino por donde viaja el mayor caudal hacia las 

tuberías a lavar. (Schaetzen, 2000) creó una metodología donde la ruta se delimita a partir 

de la selección de accesorios siguiendo dos reglas básicas 1) cerrar todas las tuberías que 

se encuentran aguas abajo del nudo de la tubería a lavar y 2) cerrar todas las tuberías que 

tienen el mismo nudo aguas arriba que la tubería a lavar. 

2.4.2.2  Selección de válvulas 

La selección de válvulas es otro de los aspectos que se manejan generalmente a partir del 

conocimiento  de  un  operador  experto  de  la  red;  algunas  recomendaciones  adicionales 

son: identificar las válvulas cercanas a fin de ocasionar la menor afectación del servicio en 

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todo  el  sistema,  localizar  los  hidrantes  cerca  a  la  ruta  de  lavado  y  las  válvulas  a  operar 

facilita  las  labores  operativas  a  la  hora  de  llevar  a  cabo  el  lavado  hidráulico  de  la  red, 

selección de las válvulas a operar por su cercanía a la ruta, a fin de que ésta pueda aislarse 

del resto de la red dirigiendo así la mayor cantidad del flujo hacia las tuberías que deben 

lavarse. 

2.4.2.3   Selección/modelación de hidrantes que permiten realizar el lavado 

Los hidrantes son los que permiten generar velocidades diferenciales y expulsar el agua de 

la red, generalmente son seleccionados según su cercanía  a la tubería o tuberías a lavar. 

Los hidrantes se deben modelar como emisores asignados al nudo más cercano de la red,  

(Walski,  2008);  adicionalmente,  se  debe  tener  en  cuenta  que  la  selección  de  estos 

accesorios  y  de  las  válvulas  se  debe  realizar  buscando  disminuir  la  duración  del  lavado, 

minimizar la interrupción del servicio, evitar quejas de los usuarios y evitar condiciones de 

baja presión. La modelación de los hidrantes se realiza por medio de la Ecuación 1. 

      

 

 

Ecuación 1 

donde Q es el caudal, P la presión, K el coeficiente del emisor y α el exponente.  

Algunos  autores  seleccionan  los  hidrantes  basándose  en  el  diámetro  de  la  tubería,  por 

ejemplo (Antoun, 1999) presenta requerimientos de caudal e hidrantes para producir una 

adecuada velocidad de lavado. 

Tabla 2.- Requerimientos de caudal e hidrantes para producir una adecuada velocidad de lavado.  (Antoun, 1999) 

Diámetro tubería  Caudal  N° Hidrantes  N° Hidrantes 

Pulg. (mm) 

(m3/h) 

(60 mm) 

(100 mm) 

4 (100) 

50 

6 (150) 

120 

8 (200) 

210 

10 (250) 

330 

12 (300) 

460 

16 (410) 

850 

18 (460) 

1080 

24 (610) 

1920 

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La  (Fédération  Canadienne  des  municipalités,  2005)  relaciona  el  diámetro  de  la  tubería 

con el número de hidrantes requeridos para un lavado efectivo. En la Tabla 3 se muestran 

los valores sugeridos por ellos con un caudal mínimo requerido de 0.76 m/s a una presión 

de 280 kpa (40 psi) y con una salida en los hidrantes de 63 mm (2 ½ in). 

Tabla 3.- Numero de hidrantes que se deben abrir para obtener un lavado eficiente dado el diámetro. 

Diámetro de la tubería  Mínimo caudal requerido 

N°. de 

hidrantes 

requeridos 

Pulgadas 

Mm 

GPM 

L/s 

100 

100 

150 

200 

13 

200 

400 

25 

10 

250 

600 

38 

12 

300 

900 

57 

16 

350 

1600 

100 

En la metodología de (Alvarez, 2009) para la selección de los hidrantes se tuvo en cuenta 

la  ubicación  de  las  tuberías  que  deben  lavarse  dentro  de  la  ruta,  a  fin  de  escoger  los 

hidrantes  cercanos  a  ésta  que  ayudan  a  incrementar  la  velocidad  del  flujo  en  dichas 

tuberías.  (Schaetzen,  2000)  sugiere  identificar  el  caudal  máximo  disponible  en  los 

hidrantes  y  compararlo  con  el  caudal  mínimo  requerido  para  el  lavado  de  las  tuberías 

seleccionadas manteniendo la presión residual en los hidrantes superior a 14 m.c.a.  

2.4.3  Condiciones hidráulicas 

En  general,  las  condiciones  hidráulicas  que  se  buscan  alcanzar  al  implementar  un 

programa de lavado hidráulico es obtener un esfuerzo cortante con el que se obtenga una 

remoción de sedimentos deseada. Este efecto se ha medido también con velocidades en 

las  tuberías.  En  general,  aunque  lo  ideal  sería  trabajar  con  esfuerzos  cortantes  la  mayor 

parte de investigaciones en lavado hidráulico tienen como objetivo alcanzar una velocidad 

determinada  según  el  fin  del  lavado,  por  ejemplo,  para  remoción  de  biopelículas 

usualmente se busca alcanzar velocidades mayores a 1.5 m/s. A continuación se presenta 

una descripción de estos dos parámetros. 

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2.4.3.1  Esfuerzo cortante 

El  esfuerzo  cortante es el  responsable del desprendimiento de biopelículas  y se  rige  por 

propiedades de la tubería y del flujo.  

 

 

 

 

 

[       (

 
 

)      ]

 

  

Ecuación 2 

Como  se  observa  en  la  Ecuación  2  el  esfuerzo  cortante  es  inversamente  proporcional  al 

diámetro  de  la  tubería.  De  allí,  que  se  requiera  un  mayor  aumento  de  velocidad  para 

tuberías  de  mayor  tamaño  para  alcanzar  esfuerzos  cortantes  altos  que  permitan  la 

remoción  de  películas  adheridas  a  las  tuberías  y  que  esta  técnica  sea  más  eficiente  en 

tuberías con diámetros no mayores a 12”.  

2.4.3.2  Velocidad de flujo 

La velocidad de flujo durante el lavado es determinante en la calidad del agua obtenida, 

las  altas  velocidades  en  la  red  de  distribución  causan  turbulencia  dentro  de  la  tubería  y 

esfuerzos cortantes entre la biopelícula y el agua en movimiento, suficientes para causar 

desprendimiento. Dado que la investigación sobre el crecimiento de biopelículas es muy 

dinámica,  diversos  autores  y  estudios  han  sugerido  diferentes  velocidades  de  uso  en 

lavados  hidráulicos.  (Friedman,  2002)  propuso  los  siguientes  valores  para  diferentes 

características de limpieza. 

Tabla 4. Velocidades requeridas para diferentes características de limpieza. 

Velocidad (m/s) 

Características de limpieza 

<0.9 

Arrastra légamo, sedimentos y se reduce la demanda de desinfectante 

1.5 

Elimina la biopelícula y se reduce la demanda de desinfectante 

1.8 

Transporta arenas en tuberías 

4.0 

Elimina la arena de sifones invertidos 

 

Según la (AWWA, 2003) la velocidad mínima de remoción de sedimentos y biopelículas es 

de 1.8 m/s. A continuación se presentan otros valores sugeridos por otros autores. 

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Tabla 5. Velocidades de remoción de biopelículas para varios autores. (Tomado de Escovar, 2009). 

Velocidad mínima para la remoción 

de biopelículas 

Autor 

Comentarios 

1.5 m/s 

Von Huben, 1999 

 

0.9 m/s a 1.5 m/s 

Friesman, 2001 

Límite inferior para tuberías muy lisas 

y límite superior para rugosidades 

altas. 

1.5 m/s 

Vreeburg&Boxall, 2007 

Valor mínimo para Holanda 

0.7 m/s (para diámetros de 50 mm) 

1.3 m/s (para diámetros de 200 mm) 

Vreeburg&Boxall, 2007 

Valores para el Reino Unido 

2.4.4  Duración del lavado 

La importancia de determinar la duración de lavado está relacionada con la obtención de 

costos asociados con el gasto de agua en un proceso de lavado; en general, este aspecto 

no está muy documentado en la literatura y la forma de realizarlo es teniendo en cuenta 

el  aspecto  del  agua  (niveles  de  turbiedad,  desinfectante  residual,  color,  etc)  en  los 

hidrantes  de  salida  durante  la  realización  del  lavado.  Sin  embargo,  múltiples  autores  y 

protocolos  de  lavado  sugieren  para  la  planeación  considerar  un  tiempo  para  el  cual  dos 

tercios del agua hayan sido expulsados del sistema. 

2.4.5  Frecuencia de lavado 

Las  frecuencias  de  lavado  se  obtienen  después  de  implementar  un  programa  de  lavado 

analizando  el  comportamiento  de  la  calidad  del  agua  a  través  del  tiempo.  Sin  embargo,  

hay algunos valores que se pueden utilizar por defecto, para lavados unidireccionales se 

recomienda realizarlo dos veces al año en caso de no tener información adicional.    

2.4.6  Recomendaciones 

En  general  lo  que  se  encuentra  en  la  literatura son  recomendaciones  para  la  realización 

del lavado que incluyen aspectos hidráulicos, operacionales, administrativos, entre otros. 

Con  el  seguimiento  de  estas  recomendaciones  se  realiza  la  planeación  de  lavados.  A 

continuación  se  muestra  una  recopilación  de  sugerencias  de  múltiples  autores  como 

(Antoun,  1999),  (Schaetzen,  2000),  (Fédération  Canadienne  des  municipalités,  2005), 

(Carvajal, 2006), (Friedman, 2002). 

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21 

 

 

Antes de empezar la secuencia de lavado se debe verificar y adecuar los niveles de 

almacenamiento  de  la  fuente  y  bombas  en  operación  para  brindar  el  caudal  y 

duración adecuado. 

 

Antes  de  lavar  se  debe  informar  al  departamento  de  bomberos  para  que  ellos 

estén  atentos  a  la  ubicación  general  donde  se  realizaran  los  lavados  y  donde  se 

cerraran válvulas que puedan reducir la demanda para incendios. 

 

El lavado se debe originar en la fuente y progresar hacia las tuberías cercanas. Esto 

permite el uso del agua de las tuberías que ya han sido lavadas. 

 

No se debe lavar de tubos pequeños a los grandes. La reducción de la velocidad en 

la tubería mayor disminuye la eficiencia. Esto puede ocasionar que se necesite re- 

direccionar el flujo cerrando y re-abriendo válvulas. 

 

Donde el cerrar válvulas se aísle estaciones de bombeo o en donde la operación de 

las  bombas  genere  flujo  contrario  a  la  dirección  deseada,  se  deben  apagar  las 

bombas. 

 

Se debe evitar reducir las presiones por debajo de 20 psi (≈ 14 m). 

 

Los tiempos de lavado mostrados en los registros se estiman basados en el modelo 

hidráulico.  El  tiempo  real  requerido  puede  variar  ya  que  cada  hidrante  debe 

lavarse hasta que el agua salga limpia. 

 

Al final del día se deben abrir las válvulas que se cerraron para proveer un caudal 

máximo  de  protección  contra  fuego  en  caso  de  emergencia,  y  luego,  cerrarlas  al 

día siguiente siguiendo las especificaciones. 

 

Se debe notificar a los usuarios. 

 

Monitorear las presiones del sistema (para evitar presiones negativas). 

 

Evaluar la calidad del agua después del lavado. 

 

Planear el manejo de tráfico en las cercanías de áreas de trabajo. 

 

Mantener  la  seguridad  pública  en  especial  en  las  áreas  de  descarga  de  los 

hidrantes. 

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22 

 

 

Desarrollar  una  guía  que  especifique  minuciosamente  la  apertura  y  cierre  de 

válvulas e hidrantes controlando la operación con un mapa individual. 

 

Realizar reparaciones necesarias a tuberías, válvulas e hidrantes. 

 

Realizar el UDF en altas horas de la noche o muy  temprano en la mañana, (para 

evitar inconvenientes con los consumidores y además tener un promedio alto de 

presiones). 

 

Seguridad en la ejecución del LHU en lo que se refiere a equipos, personal técnico 

y  público  en  general.  (Este  riesgo  se  incrementa  cuando  se  usan  velocidades 

mayores o iguales a 1.8 m/s). 

 

Para  mejorar  e  incrementar  la  efectividad  del  programa  de  lavado  se  debe 

alimentar  una  base  de  datos  con  información  de  calidad  de  agua.  Esto  a  fin  de 

conseguir que a largo plazo el lavado se realice con parámetros de calidad y no de 

tiempos  de  lavado.  Adicionalmente,  esto  puede  ayudar  a  ajustar  los  tiempos 

requeridos de lavado. 

 

Combinar el programa de lavado con otros procedimientos preventivos. 

 

No realizar lavado en tuberías con diámetro mayor a 600 mm. 

 

Notificar  a  usuarios  especiales:  Prestar  especial  atención  a  estas  notificaciones 

como hospitales, lavanderías, bomberos, etc. 

2.4.7  Optimización 

El  problema  de  optimización  de  lavado  hidráulico  involucra  variables  aleatorias  como  el 

número  de  válvulas  y  el  número  de  hidrantes  que  deben  ser  operados  para  lograr 

velocidades  deseadas  en  las  tuberías.  Los  procesos  de  optimización  encontrados  en  la 

literatura  están  más  asociados  con  el  lavado  como  respuesta  a  la  identificación  de  un 

agente contaminante en la red; la optimización se usa para la localización de sensores en 

la  red  y  para  manejar  las  válvulas  de  forma  que  se  aísle  el  agua  contaminada 

disminuyendo  o  eliminando  el  riesgo  para  la  población.  El  lavado  unidireccional  como 

herramienta de mantenimiento se puede solucionar mediante optimización estocástica, la 

cual comprende varias técnicas de programación como el uso de Algoritmos Genéticos y 

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Programación  por  Restricciones,  técnicas  que  han  sido  estudiadas  por  el  CIACUA.  En  el 

presente  capítulo  se  resumen  las  metodologías  de  optimización  de  lavados  hidráulicos 

investigadas en el CIACUA. 

2.4.7.1  Algoritmos Genéticos 

Los  Algoritmos  Genéticos  (AG)  constituyen  un  campo  de  la  inteligencia  artificial, 

denominada computación evolutiva, que se basa en los principios de la evolución natural 

y la genética de los seres vivos para hacer búsquedas optimizadas en problemas donde el 

conjunto  de  posibles  soluciones  puede  llegar  a  ser  bastante  extenso.  Los  AG  son  una 

técnica  de  búsqueda  basada  en  la  teoría  de  evolución  de  las  especies  de  Darwin  y  la 

estructura química del ADN. Estos conceptos indican que aquel individuo que esté mejor 

adaptado  a  su  entorno  tiene  mayor  probabilidad  de  reproducirse;  así  mismo,  los  genes 

que  transmiten esa  ventaja  tienen  mayor  posibilidad  de  transmitirse  entre  generaciones 

de la población. Con el uso de procedimientos iterativos se aplica selección natural para 

encontrar  posibles  soluciones  óptimas  a  un  problema.  La  metodología  empleada  con  el 

modelo de AG inicia con la selección de la población inicial de individuos asignados al azar 

dentro del espacio de optimización; luego, la convergencia de la solución se alcanza con 

procesos  de  reproducción,  selección  y  mutación  hasta  alcanzar  el  criterio  definido  de 

finalización del algoritmo. 

Este  tipo de  algoritmos trabaja  con  una  población  de  individuos,  cada uno de  los  cuales 

representa  una  solución  factible  a  un  problema  dado.  A  cada  individuo  se  le  asigna  un 

valor o puntuación, relacionado con la bondad de dicha solución. Mientras mayor sea la 

adaptación de un individuo al problema, mayor será la probabilidad de que el mismo sea 

seleccionado  para  reproducirse,  cruzando  su  material  genético  con  otro  individuo 

seleccionado  de  la  misma  manera.  Este  cruce  produce  nuevos  individuos  descendientes 

de  los  anteriores,  los  cuales  comparten  algunas  de  las  características  de  sus  padres.  De 

esta  manera  se  produce  una  nueva  población  que  corresponde  a  una  de  las  múltiples 

soluciones,  la  cual  remplaza  a  la  anterior  y  se  caracteriza  porque  contiene  una  mayor 

proporción de atributos deseables  respecto a la generación anterior. Así, a través de las 

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generaciones, los nuevos individuos presentarán mejores características que les permitan 

sobrevivir  gracias  a  una mejor  adaptación  al  medio.  Mediante  el  cruce  de  los  individuos 

mejor adaptados, se exploran las áreas más prometedoras del espacio de búsqueda. Si el 

AG  ha  sido  bien  diseñado,  la  población  convergerá  hacia  una  solución  óptima  del 

problema. 

A continuación se definen los principales elementos de un Algoritmo Genético: 

 

Espacio de búsqueda: es el rango que limita la solución del problema. 

 

Individuo: unidad que representa una posible solución al problema, caracterizada 

tanto por el fenotipo como por el genotipo. El genotipo es una serie de valores ya 

sea  de  tipo  binario,  números  reales  o  caracteres,  que  corresponden  a  la 

información manifestada en el fenotipo. 

 

Generación: conjunto de individuos que se generan simultáneamente, en la misma 

iteración. 

 

Población: número de individuos que conforma cada generación. 

 

Tipo  de  algoritmo:  determina  la  combinación  de  genes  de  los  individuos  que 

permite dar origen a una población mejorada. 

o  Generacional: Crea una población en cada generación. 

o  Generacional  elitista:  Mantiene  un  número  determinado  de    soluciones 

inalteradas  de  la  generación  anterior,  lo  cual  asegura  que  las  mejores 

soluciones se mantengan. 

o  Método  de  estado  estable:  Se  reemplazan  las  soluciones  más  débiles  en 

cada generación.   

 

Método  de  generación  inicial:  procedimiento  utilizado  en  la  producción  de  la 

primera población. 

 

Método de recombinación o reproducción: define la cantidad de información que 

se comparte entre individuos, permite combinar los genes de los individuos que se 

reproducirán generando así la nueva población mejorada. 

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Método  de  selección:  procedimiento  seguido  para  escoger  los  individuos  que 

deben reproducirse en una generación para obtener la siguiente población. 

o  Ruleta: Se asigna una probabilidad de elección a cada individuo. 

o  Competencia: Se comparan dos individuos que compiten con el valor de su 

función objetivo. 

 

Método  de  mutación:  permite  inducir  cambios  en  el  genotipo  de  algunos 

individuos  facilitando  así  hacer  una  mejor  exploración  del  espacio  de  búsqueda, 

esto se hace con el fin de evitar tener óptimos locales. 

 

Función  objetivo:  relaciona  la  aptitud  del  individuo  con  su  capacidad  de 

reproducción. 

2.4.7.2  Programación por restricciones 

La Programación por Restricciones es un campo de la programación informática a través 

de  la  cual  es  posible  solucionar  problemas  de  optimización  a  partir  de  la  aplicación  y 

propagación  de  restricciones  o  ecuaciones  sobre  sus  variables,  disminuyendo  el  espacio 

de búsqueda y validando los resultados. Hoy en día se utiliza con frecuencia como una de 

las tecnologías de software para la descripción y resolución de problemas combinatorios 

de especial dificultad. 

 

 

 

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3  METODOLOGÍA 

En  el  CIACUA  la  optimización  del  lavado  hidráulico  unidireccional  como  herramienta  de 

mantenimiento  se  ha  explorado  con  dos  alternativas,  una  con  Algoritmos  Genéticos 

(Álvarez, 2009) y otra con Programación por Restricciones (Rothstein, 2011) a las que se 

les  pretende  dar  continuidad  en  esta  investigación.  En  el  presente  capítulo  primero  se 

presentaran  las  herramientas  de  software  empleadas,  posteriormente  se  explicarán  las 

dos  metodologías  planteadas  anteriormente  con  sus  respectivas  ventajas  y  desventajas, 

luego  se  propondrá  una  metodología  mejorada  teniendo  en  cuenta  el  análisis  de  las 

anteriores. 

3.1  Software utilizado para la Modelación Hidráulica 

3.1.1  Redes 

Es  un  programa  desarrollado  en  la  Universidad  de  los  Andes  a  través  de  proyectos  de 

investigación del Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados CIACUA. Este  

programa  permite  la  simulación  y  análisis  de  redes  de  distribución  de  agua;  su  código 

fuente  (escrito  en  PASCAL)  está  disponible  a  estudiantes  de  investigación  vinculados  al 

CIACUA.  En  el  momento,  cuenta  con  un  módulo  de  lavado  desarrollado  por  (Rothstein, 

2011) que hace uso de Programación por Restricciones.  

3.1.2  EPANET 

Es un programa gratuito que realiza simulaciones del comportamiento hidráulico y calidad 

de  agua  en  redes  de  distribución  a  presión.  EPANET  está  diseñado  para  ser  una 

herramienta  de  desarrollo  puede  emplearse  para  diseño  de  programas  de  muestreo, 

calibración  de  modelos  hidráulicos,  entre  otras  aplicaciones.  Este  programa  puede 

emplearse  bajo  sistemas  operativos  Windows  y  ofrece  un  entorno  de  trabajo  integrado 

para la edición de datos de entrada de la red, cálculo hidráulico y simulaciones de calidad 

del agua y visualización de resultados. 

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3.1.3  GANetXL 

Para  la  optimización  por  medio  de  Algoritmos  Genéticos  se  usó  el  programa  GANetXL 

(Savić,  2011).  Este  programa  es  un  complemento  de  Excel  que  permite  realizar 

optimizaciones  con  Algoritmos  Genéticos  de  forma  sencilla  y  también  permite  la  fácil 

vinculación con EPANET. 

El  programa  permite  realizar  optimización  mono-objetivo  y  multi-objetivo  y  para  cada 

modalidad se requieren los siguientes parámetros: 

 

Tamaño  de  la  población:  Afecta  el  tiempo  de  ejecución  del  problema  y  se 

recomienda que no sea mayor a 1000. 

 

Tipo de algoritmo: Se puede elegir entre tres tipos de algoritmo si es optimización 

mono-objetivo y se asigna un tipo si es multi-objetivo. 

o  Generacional: En cada generación se crea toda la población. 

o  Generacional Elitista: Se mantienen las mejores soluciones para la creación 

de la siguiente generación. 

o  Estado estable: Para la nueva generación se reemplazan los individuos más 

débiles. 

o  NSGA II (Multi-objetivo): Hace uso del frente de Pareto para crear la nueva 

generación. 

 

Método de reproducción: GANetXL permite elegir entre tres alternativas: 

o  Punto simple: Se escoge una ubicación en el cromosoma. 

o  Multipunto:  Igual  que  el  punto  simple  pero  con  la  selección  de  varios 

puntos a lo largo del cromosoma.  

o  Uniforme:  Es  una  forma  de  método  multipunto  en  el  que  cada  gen  se 

selecciona  de  manera  aleatoria.  Lo  que  genera  que  la  distribución  del 

material  genético  sea  independiente  de  la  posición  del  gen  en  el 

cromosoma. 

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Método  de  selección:  el  método  de  selección  depende  del  tipo  de  algoritmo 

usado.  Para  la  optimización  mono-objetivo  se  cuenta  con  tres  métodos  y  para  la 

multi-objetivo con uno. 

o  Ruleta: A cada individuo se le asigna una probabilidad de ser elegido, la cual 

es proporcional a la relación entre el valor de su función objetivo y la suma 

de los valores de dicha función para todos los individuos de la población.  

o  Ruleta por rango: Se ordena la población y a cada individuo se le asigna una 

probabilidad de ser seleccionado de acuerdo con el rango. 

o  Torneo:  Involucra  una  selección  aleatoria  de  un  número  determinado  de 

individuos. 

o  Torneo (multi-objetivo): Sigue el mismo principio que el anterior. 

 

Método  de  mutación:  funciona  seleccionando  a  un  gen  del  cromosoma  y 

cambiándole el valor. El programa dispone de dos alternativas: simple y simple por 

gen;  también  permite  la  opción  de  usar  una  mutación  adaptativa  pero  esta  se 

recomienda cuando se tienen miles de generaciones. 

 

Método de combinación: la aplicación permite seleccionar entre varias alternativas 

que consisten para el algoritmo de estado estable. 

3.2  Red utilizada en la investigación 

Se seleccionó la red R28 teniendo en cuenta que esta red ha sido trabajada en estudios 

previos  del  CIACUA  en  temas  de  biopelículas  y  lavados,  por  lo  que  el  uso  de  ésta,  en  el 

presente trabajo, permite la comparación de resultados con otras investigaciones. 

Red hipotética creada en el CIACUA no dispone de sistemas de bombeo y tiene una fuente 

de abastecimiento. La red está conformada por 40 nudos y 67 tuberías de diámetros entre 

50  mm  y  200  mm  y  no  tiene  diferencia  de  altura  entre  los  nudos,  es  decir  que  su 

topografía es plana. La red está compuesta por 28 circuitos cuya distribución permite una 

alta redundancia. 

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Ilustración 1. Esquema de la red R28. 

3.3  Metodologías previas 

A  continuación  se  presentan  las  dos  metodologías  empleadas  en  el  CIACUA  para 

optimización de lavados hidráulicos unidireccionales. 

3.3.1  Modelo 1 – Algoritmos Genéticos  

Esta  metodología  de  solución  fue  desarrollada  en  el  proyecto  de  grado  en  Maestría  en 

Ingeniería  Civil  por  (Álvarez,  2009).  Usando  esta  técnica  de  optimización  dadas  las 

características  de  aleatoriedad  no  es  posible  garantizar  que  las  soluciones  encontradas 

son  soluciones  óptimas;  sin  embargo,  evidencia  empírica  sugiere  que  esta  metodología 

permite  encontrar  soluciones  a  un  nivel  aceptable  en  menor  tiempo  con  respecto  a 

algoritmos de optimización combinatoria. 

La metodología desarrollada se basa en un Algoritmo Genético con reducción del espacio 

de búsqueda que parte de la identificación de las válvulas e hidrantes más cercanos a las 

tuberías  que  deben  lavarse,  los  cuales  se  convierten  en  los  accesorios  a  operar  para  el 

lavado  de  dichas  tuberías.  Estos  accesorios  se  seleccionaron  a  partir  de  las  rutas  de 

lavado, las cuales se establecieron mediante un procedimiento que permite determinar la 

ruta por donde fluye el mayor caudal bajo el esquema de operación tradicional de la red y 

que  agrupa  la  mayor  cantidad  de  tuberías  a  lavar.  Luego,  mediante  la  ejecución  de  un 

Algoritmo  Genético  se buscó  la  mejor  combinación de  apertura  de  hidrantes  y  cierre  de 

válvulas  que  lograra  optimizar  el  proceso  de  lavado  hidráulico  unidireccional  de  las 

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tuberías  seleccionadas.  La  optimización  de  la  configuración  de  los  accesorios  a  operar 

durante el lavado hidráulico se logró mediante una función objetivo definida para calificar 

el desempeño de cada individuo en términos de las variables de interés entre las cuales se 

encuentra la cantidad de agua empleada en el lavado, el número de accesorios operados y 

la afectación a los usuarios. Este algoritmo puede obtener soluciones parciales, ya que, lo 

más probable es que no se encuentren configuraciones de apertura y cierre de hidrantes y 

válvulas  que  logren  lavar  todas  las  tuberías  establecidas  y  por  lo  tanto,  es  necesario 

ejecutar  el  algoritmo  varias  veces,  a  fin  de  obtener  varias  combinaciones  de  apertura  y 

cierre de accesorios que en conjunto logren lavar todas las tuberías de las rutas. 

De esta manera, la metodología propuesta consta de cuatro procedimientos: definición de 

rutas  de  lavado,  selección  de  accesorios  a  operar,  optimización  del  lavado  hidráulico  (a 

través  del  Algoritmo  Genético)  y  combinación  de  reglas  de  operación  del  sistema  que 

garanticen el lavado de todas las tuberías.  

3.3.1.1  Definición de rutas de lavado 

En  la  metodología  propuesta  se  utilizó  la  velocidad  media  del  flujo  correspondiente  al 

esquema  de  operación  habitual,  para  la  condición  de  demanda  promedio  diaria  del 

sistema,  como  criterio  de  selección  de  las  tuberías  que  deben  lavarse,  ya  que  esta 

condición  permite  identificar  los  sitios  donde  se  favorece  la  acumulación  de  material. 

Valores de velocidad inferiores a 0.76 m/s, indican una alta probabilidad de presencia de 

películas y sedimentos en el interior de las tuberías. 

Las tuberías a lavar se agruparon formando rutas de lavado, las cuales deben aislarse a fin 

de  direccionar  el  flujo  hacia  las  tuberías  que  se  pretenden  limpiar.  Estas  rutas  se 

construyeron teniendo en cuenta la distancia topológica de los nudos de las tuberías que 

deben lavarse a la fuente de abastecimiento, así como el valor de los trazadores inversos y 

directos  calculados  en  los  nudos  adyacentes  a  aquellos  que  hacen  parte  de  la  ruta  de 

lavado,  buscando  crear  rutas  cortas  pero  que  agrupen  la  mayor  cantidad  de  tuberías  a 

lavar. 

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31 

 

3.3.1.2  Selección accesorios a operar 

Las  rutas  de  lavado  son  el  punto  de  partida  para  escoger  las  válvulas  y  los  hidrantes  a 

operar durante el lavado, ya que para su aislamiento es necesario identificar las válvulas 

cercanas a fin de ocasionar la menor afectación del servicio en todo el sistema. Además, la 

localización de los hidrantes cerca a la ruta de lavado y a las válvulas a operar facilita las 

labores operativas a la hora de llevar a cabo el lavado hidráulico de la red. 

Para la selección de los hidrantes se tuvo en cuenta la ubicación de las tuberías que deben 

lavarse dentro de la ruta, con el fin de escoger los hidrantes cercanos a ésta que ayudan a 

incrementar  la  velocidad  del  flujo  en  dichas  tuberías.  Por  su  parte,  la  selección  de  las 

válvulas a operar sólo se basa en su cercanía a la ruta, a fin de que ésta pueda aislarse del 

resto  de  la  red  dirigiendo  así  la  mayor  cantidad  del  flujo  hacia  las  tuberías  que  deben 

lavarse. El procedimiento de selección de los accesorios a operar se resume en los pasos 

del diagrama de flujo presentado en la Ilustración 2. 

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32 

 

 

Ilustración 2. Diagrama de flujo para selección de los accesorios a operar (Álvarez, 2009), modelo 1. 

3.3.1.3  Optimización del lavado hidráulico 

Este  procedimiento  corresponde  a  la  identificación  óptima  de  operación  de  accesorios 

para realizar el lavado hidráulico, de manera que se obtengan los valores deseados de las 

principales variables que influyen en la ejecución de este tipo de procedimientos en RDAP. 

Identificar los nodos de llegada (nodos aab) de las tuberías 

que deben lavarse y guardarlos en el vector nodos_aab

INICIO

Identificar las tuberías adyacentes a  los 

nodos de la ruta que no hacen parte de 

ésta y guardarlas en el vector tuberias_ady.

¿Quedan 

nodos 

adyacentes 

por revisar?

¿La tubería 

seleccionada 
contiene una 

válvula?

Seleccionar válvula y guardarla 

en el vector id_valvulas.

Identificar los nodos adyacentes a los nodos de  

la ruta que no pertenecen  a ésta y guardarlos 

en el vector nodos_ady.

FIN

¿El nodo 

seleccionado 

es un 

hidrante?

Seleccionar la primera tubería 

del vector tuberias_ady.

Seleccionar la siguiente tubería 

del vector tuberias_ady.

¿Quedan 

tuberías 

adyacentes 

por revisar?

Seleccionar el primer nodo 

del vector nodos_ady.

Seleccionar nodo y guardarlo en el 

vector id_hidrantes.

No

No

Seleccionar la siguiente tubería 

del vector tuberias_ady.

Seleccionar el primer nodo 

del vector nodos_aab.

¿Quedan 

nodos_aab  

por revisar?

¿El nodo 

seleccionado 

es un 

hidrante?

Seleccionar nodoy guardarlo en el 

vector id_hidrantes.

No

Seleccionar la siguiente tubería 

del vector tuberias_ady.

Imprmir vectores 

id_valvulas y id_hidrantes.

Identificar las tuberías  adyacentes a los nodos adyacentes a 

los nodos de la ruta que no pertenecen a ésta y guardarlas en 

el vector tuberias_ady.

¿Los hidrantes y 

válvulas 

seleccionados son 

adyacentes a los 

nodos de la ruta?

Identificar los nodos  adyacentes a los nodos adyacentes a los 

nodos de la ruta que no pertenecen a ésta y guardarlas en el 

vector nodos_ady.

No

No

No

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33 

 

Debido a la gran influencia que tienen los cambios de operación de válvulas e hidrantes en 

la  hidráulica  de  la  red,  se  consideró  que  el  tipo  de  Algoritmo  Genético  más  adecuado  a 

utilizar  es  el  generacional  elitista,  ya  que  en  éste,  la  población  correspondiente  a  cada 

nueva generación incluye los individuos con los mejores valores de la función objetivo de 

la generación anterior, sin alterarlos en ninguna forma. De esta manera se garantiza que 

las mejores soluciones se conservan a través de las generaciones. El AG diseñado para la 

optimización  de  lavados  hidráulicos  unidireccionales,  consta  de  los  elementos  que  se 

describen a continuación: 

 

Individuos: conjunto de las válvulas y de los hidrantes seleccionados a partir de la 

ruta de lavado. Cada uno de estos accesorios constituye un gen que establece una 

característica particular del individuo. 

 

Población inicial: primer conjunto de individuos obtenidos al variar la condición de 

apertura  o  cierre  de  las  válvulas  y  de  los  hidrantes  correspondiente  al  esquema 

operativo tradicional de la red. A cada uno de los accesorios se le asigna un valor 

de 0 ó 1, el cual indica que el accesorio se encuentra cerrado (cuando el valor es 0) 

o abierto (cuando el valor es 1). 

 

Población: corresponde al conjunto de individuos a evaluar en cada generación, los 

cuales  se  obtienen  a  partir  de  los  métodos  de  selección  y  reproducción  de  los 

mejores  individuos,  de  mutación  y  de  generación  aleatoria.  Estos  métodos 

establecen la distribución porcentual de la procedencia de los nuevos individuos. 

 

Método de reproducción: corresponde al método uniforme, en donde los genes de 

cada hijo se obtienen generando un patrón aleatorio que puede tomar el valor de 

0 ó 1 y que indica cuál de los genes de los padres se transmite al hijo. En caso de 

que el patrón sea 0, se selecciona el gen del padre y en caso contrario, se asigna el 

de la madre. 

 

Método de selección: los individuos que sobrevivirán en las nuevas generaciones y 

que se reproducirán se escogen a través del método de ruleta según el cual, a cada 

individuo  se  le  asigna  una  probabilidad  de  ser  elegido,  que  es  proporcional  a  la 

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34 

 

relación entre su valor de la función objetivo y la suma de los valores de la función 

objetivo para todos los individuos de la población. Dicha probabilidad de selección 

corresponde a una porción de la ruleta, la cual se gira para determinar cuál es el 

individuo seleccionado. 

 

Método de mutación: funciona mediante la selección fortuita de uno de los genes 

del individuo, el cual cambia en forma aleatoria dentro de los valores frontera del 

gen.  Para  el  problema  estudiado,  la  mutación  se  realiza  en  un  gen  cuando  un 

número  entre  0  y  1,  generado  en  forma  aleatoria,  es  menor  o  igual  a  la  tasa  de 

mutación que se fijó igual al 10%. 

 

Función  objetivo:  al  analizar  los  diferentes  aspectos  relacionados  con  el  lavado 

hidráulico de redes de distribución de agua potable tales como la afectación a los 

usuarios, la facilidad y rapidez de la ejecución del lavado desde el punto de vista 

operativo  y  el  uso  eficiente  de  los  recursos  disponibles,  se  identificaron  14 

variables  de  interés  que  deben  tenerse  en  cuenta  a  la  hora  de  calificar  la 

efectividad de un lavado de esta naturaleza. 

 

Restricciones: el problema de optimización de lavados hidráulicos cuenta con tres 

restricciones  (individuos  con  déficit  de  presión,  que  no  laven  ninguna  tubería  y 

para los cuales no se abra ningún hidrante) que deben incluirse dentro del diseño 

del Algoritmo Genético. 

 

Conservación  de  los  mejores  individuos:  el  algoritmo  almacena  la  información 

sobre  el  individuo  mejor  calificado  de  cada  generación.  Esta  información 

corresponde  al  valor  de  su  función  objetivo  y su  genotipo,  es  decir,  el  estado de 

apertura y cierre de hidrantes y válvulas. 

 

Índices  de  terminación  del  programa:  el  Algoritmo  Genético  desarrollado  utiliza 

como  instrucción  de  terminación  el  número  de  generaciones  indicado  por  la 

persona que ejecuta el procedimiento de optimización. 

 
Debido  a  la  naturaleza  aleatoria  del  algoritmo  diseñado,  lo  más  probable  es  que  no  se 

encuentre  un  solo  individuo  que  logre  lavar  todas  las  tuberías  requeridas  en  la  ruta 

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35 

 

especificada.  Por  esta  razón,  como  parte  de  la  solución  al  problema  de  optimización,  se 

entrega una combinación de individuos con la cual se logre este objetivo. Para establecer 

dicha  combinación,  se  escoge  el  individuo  mejor  calificado  que  logra  lavar  cada  tubería. 

Luego se comparan entre sí los individuos seleccionados y se eliminan aquellos que sean 

redundantes, es decir, que laven las tuberías que logran lavar otros individuos. 

 

Ilustración 3. Diagrama de flujo del algoritmo genético de optimización (Álvarez, 2009), modelo 1. 

3.3.1.4  Función Objetivo 

Al  analizar  los  diferentes  aspectos  relacionados  con  el  lavado  hidráulico  de  redes  de 

distribución de agua potable tales como la afectación a los usuarios, la facilidad y rapidez 

de  la  ejecución  del  lavado  desde  el  punto  de  vista  operativo  y  el  uso  eficiente  de  los 

recursos disponibles, se identificaron 14 variables de interés  a tener en cuenta a la hora 

de calificar la efectividad de un lavado. Estas variables son: 

Identificar los accesorios a operar para el 

lavado de una ruta en particular.

Crear población incial variando en forma aleatoria el 

estado de apertura o cierre de los hidrantes y las válvulas.

Correr la hidráulica de cada uno de los 

individuos que conforman la población inicial.

Evaluarla función objetivo

FIN

INICIO

Seleccionar los individuos que sobrevivirán a la siguiente 

generación  utilizando el método de la ruleta.

Obtener parte de la población de la nueva generación mediante 

la apertura y cierre aleatorios de hidrantesy válvulas.

¿Cumple con 
alguno de los 

criterios de 

finalización del 

algoritmo?

Crear los descendientes de los individuos mejor calificados 

seleccionados por el método de la rutela. El método de 

reproducción a utilizar es la reproduccíon uniforme.

Obtener parte de la población de la nueva generación mediante la 

mutación de los individuos obenidos en los dos pasos anteriores.

Imprimir características del mejor individuo de todas las 

generaciones (apertura y cierre de hidrantes y válvulas).

Guardar la información sobre el mejor 

individuo de la generación evaluada.

No

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36 

 

 

 

Cantidad  de  tuberías  lavadas  (Ntl):  número  de  tuberías  a  lavar  en  donde  la 

velocidad iguala o supera el valor de 1.5 m/s. 

 

Cantidad  de  tuberías  a  lavar  (Nal):  número  de  tuberías  que  deben  lavarse 

pertenecientes a la ruta de lavado. 

 

Caudal de lavado (Ql): suma de los caudales obtenidos en las tuberías lavadas, los 

cuales  se  calculan  multiplicando  el  área  de  cada  tubería  lavada  por  la  velocidad 

alcanzada en ésta. 

 

Caudal mínimo de lavado (Qml): caudal de menor magnitud que puede alcanzarse 

en  las  tuberías  a  lavar  de  la  ruta  en  caso  de  que  todas  ellas  se  laven  en  forma 

simultánea. Se obtiene sumando los caudales calculados en estas tuberías cuando 

alcanzan la velocidad mínima de lavado. 

 

Caudal  en  los  hidrantes  (Qh):  se  obtiene  a  partir  de  la  suma  de  los  caudales 

correspondientes a los hidrantes operados durante el lavado de la ruta. 

 

Caudal  total  demandado  (Qtd):  suma  de  los  caudales  demandados  en  todos  los 

nudos de la red al momento de realizar el lavado. 

 

Cantidad de hidrantes operados (Nh): número de hidrantes a través de los cuales 

sale el agua empleada durante el lavado. 

 

Cantidad de válvulas operadas (Nv): número de válvulas cerradas para aislar la ruta 

en la cual se desea encauzar el flujo. 

 

Cantidad total de hidrantes (Nht): número de hidrantes a operar para el lavado de 

las tuberías pertenecientes a ruta seleccionada. 

 

Cantidad total de válvulas (Nvt): número de válvulas a operar para aislar la ruta a la 

que pertenecen las tuberías que se pretende lavar. 

 

Presión mínima de lavado (Pmin): valor mínimo de la presión permitida en todos 

los nudos de la red durante la ejecución del procedimiento de lavado (14 m.c.a.). 

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37 

 

 

Presión inicial (Pini): valor de la presión para la condición precedente a la ejecución 

del  lavado  hidráulico  en  cada  uno  de  los  nudos  que  presentan  déficit  de  presión 

cuando se lleva a cabo el procedimiento de limpieza. 

 

Presión mínima de déficit (Pmindéficit): valor más bajo de la presión en los nudos 

en que se presenta déficit de esta variable durante el lavado hidráulico. 

 

Presión  de  lavado  (Plav):  presión  durante  el  lavado  hidráulico  en  los  nudos  que 

presentan déficit para esta condición de operación de la red. 

 

Cantidad de nudos con déficit de presión (n): total de nudos cuya presión para la 

condición de lavado es inferior a la presión mínima de lavado. 

A  partir  de  la  combinación  de  estas  variables  se  definieron  las  siguientes  funciones 

objetivo. 

          (

 

 

 

 

   

 

   

 

   

 

 

 

 

 

  

 

 

 

 

 

   

 

   

 

   

 

 

  

   

  

 

  

 

 

 

 

 

   

 

   

 

   

 

 

  

   

 

 

  

 

 

 

 

 

   

 

   

 

   

 

   

   

   

)

 

 ( 

   

   

          

)

 

  

   

)

 

 

Ecuación 3 

          (

 

 

 

 

   

 

   

 

   

 

 

 

 

 

  

 

 

 

 

 

   

 

   

 

   

 

 

  

   

  

 

  

 

 

 

 

 

   

 

   

 

   

 

 

  

   

 

 

  

 

 

 

 

 

   

 

   

 

   

 

|∑

   

)

 

   

   

         

)

 

  

   

|)

 

 

Ecuación 4 

          ((

 

 

 

 

   

 

   

 

 

 

 

 

  

 

 

 

 

 

   

 

   

 

 

  

   

  

 

  

 

 

 

 

 

   

 

   

 

 

  

   

 

 

  

) (∑

   

   

   

)

 

 ( 

   

   

         

)

 

  

   

))

 

 

Ecuación 5 

          ((

 

 

 

  

 

 

 

 

  

 

 

 

 

  

(

 

  

   

  

 

  

 

 

  

   

 

 

  

)) (∑

   

   

   

)

 

 ( 

   

   

         

)

 

  

   

))

 

 

Ecuación 6 

          ((

 

 

 

 

   

 

   

 

 

 

 

 

  

 

 

 

 

 

   

 

   

 

 

  

   

  

 

  

 

 

 

 

 

   

 

   

 

 

  

   

 

 

  

) (|∑

   

)

 

   

   

         

)

 

  

   

|))

  

 

  

 

Ecuación 7 

 

donde  

 

   

 

   

  

    

 

  son constantes adimensionales definidas mediante un proceso de 

ensayo y error y 

 

 es: 

   

 

 

 

 

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38 

 

 
Para  definir  los  coeficientes  con  los  cuales  se  observa  el  mejor  comportamiento  de  las 

funciones objetivo establecidas para la optimización, se realizaron varias corridas de una 

aplicación desarrollada en Matlab. En cada corrida se analizó la convergencia de la función 

objetivo evaluada en términos de rapidez y estabilidad, así como el individuo seleccionado 

de  acuerdo  con  el  valor  obtenido  de  dicha  función  y  con  base  en  estos  resultados  se 

establecieron  los  valores  de  las  constantes  correspondientes  a  cada  término  de  las 

funciones  objetivo  propuestas.  Luego,  se  hizo  un  análisis  de  los  resultados  obtenidos  al 

utilizar las 5 funciones objetivo definidas y se encontró que la función objetivo 3 (Ecuación 

8) no sólo permite obtener los individuos que logran los mejores valores de las variables 

de  interés  para  el  lavado  (altas  velocidades  de  flujo  en  las  tuberías  a  lavar,  mínima 

cantidad  de  accesorios  operados,  nudos  sin  déficit  de  presión  y  poca  cantidad  de  agua 

utilizada en el lavado), sino que también converge rápidamente.  

          ((

 
 

 

 

 

 

  

 

 
 

 

  

   

  

 

  

 

 
 

 

  

   

 

 

  

) (∑

   

   

   

)

 

 ( 

   

   

         

)

 

  

   

))

 

 

Ecuación 8 

3.3.2  Modelo 2 - Programación por restricciones. 

Los  métodos  usados  para  la  simulación  de  planes  de  lavado  tienen  limitaciones  que 

requieren  como  parámetro  de  entrada  algo  que  debería  ser  parte  de  la  solución  (el 

usuario debe determinar las válvulas e hidrantes a operar), el uso de Algoritmos Genéticos 

no permite garantizar una buena solución y el uso de Sistemas de Información Geográfica 

puede    limitar  la  capacidad  de  la  metodología.  En  el  trabajo  de  (Rothstein,  2011)  se 

desarrolló  un  algoritmo que  evita  estos  problemas  y consiste  en  determinar  si  existe un 

plan de lavado para una red de distribución de agua potable siguiendo unas restricciones 

hidráulicas  y de ser así mirar cómo se implementa en campo.  

3.3.2.1  Modelo 

La metodología planteada modela la RDAP como una 6-tupla (N,T,V,H, P

v

, P

h

) donde: 

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39 

 

 

N:  Conjunto de todos los nudos. 

 

T:   Conjunto de tubos. 

 

V:   Conjunto de las válvulas. 

 

H:  Conjunto de los hidrantes. 

 

P

v

:  Conjunto de las posibles aperturas de las válvulas. 

 

P

h

:  Conjunto de las posibles aperturas de los hidrantes. 

Un nudo es un punto donde hay consumo de agua dentro de la RDA. Cada nudo tiene una 

demanda  d,  un  número  de  identificación  único  id  y  coordenadas  espaciales  x,  y,  z.  Las 

fuentes son nudos en los cuales hay agua disponible para la distribución y no hay consumo 

de  agua;  estos  tienen  como  características  un  identificador  único  id,  coordenadas 

espaciales x, y, z, y altura piezométrica h.     

Un  tubo  es  un  arco  que  conecta  dos  nudos  de  la  red  y  tiene  como  característica  un 

identificador  único  id,  diámetro  Φ,  rugosidad  k

s

,  un  coeficiente  de  fricción  k

f

  y  un 

coeficiente de pérdidas menores k

m

. 

Las válvulas son accesorios que se agregan a un tubo para regular el flujo de agua. Y tienen 

como  características  el  tubo  donde  se  ubica  t  y  la  función  de  comportamiento  C

f

.  Las 

posibles aperturas de las válvulas son un número entre 0 y 1. 

Un hidrante es un accesorio ubicado en un nudo para generar una diferencia de presión al 

abrirse.  La  influencia  de  un  hidrante  sobre  el  cambio  de  presión  es  determinada  por  su 

coeficiente y exponente de emisor. Un hidrante se representa mediante el nudo donde se 

ubica n, el coeficiente del emisor k

h

 y el exponente del emisor e. Las posibles aperturas de 

los hidrantes son un número entre 0 y 1. 

Adicionalmente  para  la  modelación  de  la  red  se  cuenta  con  diferentes  configuraciones, 

donde una configuración es un estado particular de apertura de válvulas e hidrantes. 

Se plantea la planeación de lavados unidireccionales como un problema de decisión, en el 

cual dada una RDAP, un conjunto de tubos a lavar, un conjunto de válvulas, un conjunto 

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de hidrantes y un conjunto de restricciones hidráulicas se decide si es posible o no lavar 

los tubos al modificar los estados de las válvulas e hidrantes. Las restricciones usadas son 

velocidades  mínimas  y  máximas  en  cada  tubería  y  presiones  mínimas  deseadas  en  los 

nudos. 

(Rothstein,  2011)  demostró  que  es  posible  encontrar  una  solución  de  tipo  exacto 

exponencial para este problema de decisión, pero esta no es una solución eficiente ya que 

requiere una cantidad de tiempo exponencial para su solución. Por esta razón, propuso un 

algoritmo  de  aproximación  que  debe  encontrar  la  solución  similar  a  la  del  algoritmo 

exacto  en  un  tiempo  polinomial,  lo  que  se  consigue  optimizando  el  conjunto  de 

configuraciones para poder guiar la búsqueda. 

3.3.2.1.1  Solución aproximada 

Para  el  planteamiento  de  la  solución  aproximada  se  hace  uso  de  dos  conceptos  la 

influencia y la zona de influencia. 

Influencia:  Sirve  para  medir  que  tanto  afecta  una  configuración  a  la  RDAP.  Para  una 

configuración dada este valor se calcula como 1 + las velocidades de los tubos a lavar. Si 

alguna de las tuberías supera la restricción de velocidad máxima el valor de la influencia 

sería  -∞.  A  continuación  se  muestra  un  diagrama  de  flujo  con  el  proceso  de  cálculo  del 

valor de la influencia. 

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Ilustración 4. Diagrama de flujo para el cálculo del valor de influencia modelo 2. (Adaptado del algoritmo presentado 

en Rothstein, 2011). 

 

Zona de Influencia: El valor de la influencia tiene una desventaja y es que no asegura que 

dos  configuraciones  con  un  mismo  valor  de  influencia  sean  configuraciones  similares  ya 

que no hace distinción entre las velocidades de los tubos. Por esta razón se introduce el 

término  de  zona  de  influencia;  este  término  permite  comparar  las  velocidades  de  todos 

los tubos para dos configuraciones diferentes y las clasifica en la misma zona de influencia, 

si para cada tubería el valor dado por cada configuración no difiere mucho (este valor lo 

establece  el  usuario  como  un  parámetro  de  precisión  ε).  A  continuación  se  muestra  un 

diagrama de flujo con el proceso de cálculo del valor de la zona de  influencia. 

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Ilustración 5. Diagrama de flujo para el cálculo de la condición de la zona de influencia modelo 2. (Adaptado del 

algoritmo presentado en Rothstein, 2011). 

 

A continuación se presenta un diagrama de flujo con el proceso del algoritmo de solución 

aproximada. 

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Ilustración 6. Diagrama de flujo que describe el algoritmo de solución aproximada modelo 2. (Adaptado del algoritmo 

presentado en Rothstein, 2011). 

En este esquema se puede observar el uso de algunas funciones estas son: 

Ordenar:  

Requiere el cálculo hidráulico y ordena válvulas e hidrantes según el 

impacto que estos elementos causen en las presiones de la red. 

Unir: 

Contiene  una  lista  con  todas  las  configuraciones  previas  unida  a  la 

condición de válvula o hidrante agregado. 

Ordenar y filtrar:  

Función  que  ordena  ascendentemente  la  lista  de  configuraciones 

respecto al valor de la influencia. Elimina las configuraciones que no 

cumplen  con  las  restricciones.  Finalmente,  remplaza  las 

configuraciones  que  desconectan  nudos  por  configuraciones 

similares. Diagrama mostrado a continuación. 

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Ilustración 7. Diagrama de flujo que describe la función de ordenar y filtrar modelo 2. (Adaptado del algoritmo 

presentado en Rothstein, 2011). 

Podar:  

Función que  almacena  cada  nudo  que  se  pode  de  forma que  en  el 

paso  anterior  se  pueda  hacer  remplazos  cuando  exista  una 

desconexión de nudos. Diagrama mostrado a continuación. 

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Ilustración 8. Diagrama de flujo que describe la función de poda modelo 2. (Adaptado del algoritmo presentado en 

Rothstein, 2011). 

3.3.2.2  Función Objetivo 

Para esta metodología la función objetivo implementada es la maximización de las suma 

de las velocidades de todas las tuberías a lavar. 

3.3.2.3  Implementación 

Se  desarrollo  un  módulo  en  Redes  (ver  Ilustración  9)  que  cuenta  con  los  siguientes 

elementos: 

 

Tubos a Lavar: en esta Sección se indican que tubos se deben lavar definiendo las 

funciones de velocidad mínima y máxima. 

 

Aproximación:  en  este  lugar  se  define  el  valor  del  parámetro  de  aproximación  ϵ 

que  define  la  calidad  de  la  solución,  pero  a  su  vez  aumenta  el  número  de 

escenarios a evaluar. 

 

Hidrantes:  REDES  modela  los  hidrantes  cómo  nudos  que  tienen  exponente  y 

coeficiente de emisor. En esta sección se determina cuánto valdrían cada uno de 

esos  atributos  si  el  hidrante  se  encontrara  abierto.  Un  coeficiente  de  emisor  0 

implica que el hidrante no está abierto o que no hay un hidrante en ese nudo. 

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Presión  Mínima:  aquí  se  determina  el  valor  mínimo  de  presión  en  los  nudos  en 

todo  momento.  Si  únicamente  se quiere  asegurar  que  el  modelo  sea físicamente 

factible entonces se utiliza como valor mínimo 0.  

 

Apertura de las Válvulas: Es recomendable definir los valores de apertura para las 

válvulas  de  manera  que  el  personal  de  campo  pueda  abrir  las  válvulas  con 

precisión.  Se  restringen  entonces  los  intervalos  de  apertura  a  fracciones  que 

resultan cómodas para reproducir en campo. 

 

Función Objetivo: El algoritmo de aproximación trabaja con la suma de velocidades 

en los tubos a lavar. Hay una opción en el programa para el manejo de la función 

objetivo pero actualmente está deshabilitado.  

 

Reporte de Lavado: En este espacio se determina donde guardar el plan de lavado. 

Este  reporte  incluye  datos  de  interés  para  reproducir  el  lavado  en  campo, 

incluyendo los tubos que aumentan su velocidad por más de un factor de 1;5 y los 

tubos en los que el flujo cambia de dirección debido al cambio de presiones. 

A continuación se presenta la interfaz del programa de lavado.  

 

Ilustración 9. Interfaz del módulo de lavado del programa REDES modelo 2. 

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En  esta  interfaz  se  observan  dos  tablas  de  datos.  En  la  primera  tabla  titulada  “tubos  a 

lavar” aparece la identificación de todos los tubos de la red y el usuario puede seleccionar 

cual  es  la  velocidad  mínima  para  los  tubos  que  desea  lavar  y  la  velocidad  máxima  para 

cualquiera  de  los  tubos  de  la  red.  En  la  segunda  tabla  titulada  “hidrantes”  aparece  el 

número de identificación de los nudos de la red y el usuario debe definir en cual de estos 

se encuentran los hidrantes asignando a estos un coeficiente de emisor. Adicionalmente, 

el usuario puede decidir en donde guardar el reporte de lavado en el recuadro “Reporte 

de Lavado”; puede seleccionar el Nivel de aproximación que es el que define la calidad de 

la solución en el recuadro de “Aproximación”; puede definir una presión mínima para la 

red en el recuadro de “Presión Mínima” y finalmente puede seleccionar los intervalos de 

aperturas  de  las  válvulas  en  el  recuadro  de  Apertura  de  Válvulas;  en  este  recuadro  se 

introduce un número entero que indica el porcentaje de apertura que puede tener cada 

válvula,  por  ejemplo,  si  se  selecciona  1/2  los  porcentajes  de  apertura  serían  0%,  50%  y 

100%  esto  se  realiza  a  fin  de  tener  intervalos  discretos  para  facilitar  la  operación  en 

campo.  El  recuadro  “Función  Objetivo”  se  encuentra  deshabilitado;  este  recuadro  se 

desarrolló para darle la posibilidad al usuario de elegir la función objetivo para optimizar 

el proceso de lavado.  

3.4  Modelo 3 – Algoritmos Genéticos Propuesto 

Para realizar el proceso de lavado, se debe contar con el modelo hidráulico de una red así 

como con la ubicación de las válvulas e hidrantes en el sistema. Posteriormente, se debe 

determinar cuales son las tuberías que se desean lavar, para a partir de estas establecer 

los accesorios a operar; luego se debe determinar cual es la función objetivo y finalmente 

se  realiza  la  optimización  haciendo  uso  de  AG  para  encontrar  la  forma  de  operar  los 

accesorios seleccionados. 

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3.4.1  Formulación del problema 

a)  Como datos de entrada se debe tener una red con todas las características de sus 

tuberías y nudos, adicionalmente se debe contar con la ubicación de las válvulas e 

hidrantes.  

b)  Se debe contar previamente con un modelo que simule la hidráulica de la red. Para 

esta investigación se cuenta con los programas REDES y EPANET. 

c)  El  problema  consiste  en  dadas  condiciones  topológicas  de  la  red  determinar  el 

estado  de  los  accesorios  (válvulas  e hidrantes)  que  permita  alcanzar objetivos de 

lavado como una velocidad de desprendimiento requerida. 

3.4.2  Selección de rutas y accesorios 

Como se explicó en el Numeral 2.4.2 la selección de rutas o circuitos de lavado es uno de 

los pasos que se considera en lavados unidireccionales a fin de dirigir el flujo a la tubería 

deseada y evitar que el agua sucia producida por lavado quede almacenada en el sistema, 

además para permitir una maximización de las velocidades al dirigir el flujo por tuberías 

específicas.  En  cierta  medida,  este  procedimiento  de  selección  de  ruta  lo  que  busca  es 

facilitar la identificación de los accesorios que deben manipularse en el lavado. 

En  esta  investigación  se  espera  obtener  una  combinación  de  accesorios  que  permita 

maximizar  las  velocidades;  al  realizar  esa  selección  de  ruta  se  incluye  subjetividad  al 

modelo, por lo que se plantea que este procedimiento de selección de ruta no se lleve a 

cabo.  En  cambio,  se  propone  manejar  estos  objetivos  directamente  con  la  selección  de 

accesorios. 

 

Objetivo 1: Expulsar el agua sucia del sistema. 

Se propone controlar este objetivo con la selección de hidrantes, identificando el hidrante 

aguas  abajo  de  la  tubería  a  lavar  para  diámetros  menores  a  300  mm  o  identificando    2 

hidrantes aguas abajo en caso de diámetro mayores (como se pudo observar en la Tabla 2 

la Tabla 3 para diámetros menores a 300 milímetros es suficiente con abrir 1 hidrante 

para obtener las velocidades de lavado). 

 

Objetivo 2: Velocidades de lavado e identificación de accesorios. 

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49 

 

Este es el objetivo que se piensa alcanzar directamente con la optimización. En caso de ser 

necesario reducir el número de válvulas a operar por motivos operacionales (limitación de 

personal  para  las  cuadrillas)  o  por  tamaño  del  problema  se  propone  en  lugar  de 

seleccionar una ruta y después las válvulas que la delimitan darle un nivel de importancia 

a cada válvula según la afectación que tiene en la tubería a lavar y seleccionar el número 

de válvulas deseadas. 

3.4.3  Metodología de optimización 

Una vez seleccionados los accesorios se va a simular la red dejando el hidrante o hidrantes 

identificados  abiertos,  luego  se  seleccionará  el  estado  de  las  válvulas  mediante  la 

aplicación de optimización por AG.  Es importante tener en cuenta que en algunos casos 

puede  presentarse  un  cambio  de  dirección  entre  la  condición  inicial  y  la  condición 

encontrada  para  el  lavado,  por  lo  que  se  debe  hacer  una  revisión  al  final  de  la 

optimización para verificar que el lavado se esté llevando a cabo correctamente, en caso 

de que la dirección de flujo cambie y el hidrante no este funcionando se debe seleccionar 

otro hidrante y volver a realizar el proceso de optimización. 

3.4.3.1  Definición de los parámetros 

Para la selección de la función objetivo se utilizaron los siguientes criterios: 

a)  Criterio 1: operacional, donde se incluye el número de accesorios a operar y daños 

en el sistema por altas velocidades. 

b)  Criterio 2: hidráulico, se incluyen las velocidades de las tuberías. 

c)  Criterio 3: servicio, tiene en cuenta la presión en los nodos del sistema.  

Se  encontró  que  la  mejor  forma  para  realizar  la  optimización  consiste  en  incluir  la 

velocidad  en  la  función  objetivo  y  las  presiones,  cantidad  de  válvulas  operadas  y 

velocidades  máximas  como  restricciones.  Estas  restricciones  se  ingresan  al  programa 

como un costo no como una condición de frontera que elimine la solución en caso de no 

cumplirse. 

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50 

 

Los valores y parámetros empleados para la creación del AG se seleccionaron a partir de la 

revisión bibliográfica del tema. 

 

Tamaño  de  la  población:  se  emplea  un  tamaño  de  la  población  de  50  y  100 

individuos. (se evalúa la influencia de este parámetro en la solución). 

 

Tipo de algoritmo: se usa un algoritmo de generación elitista para conservar así las 

mejores soluciones de cada generación.  

 

 Método de reproducción: debido a la influencia de los cambios operacionales en 

la hidráulica de la red, donde las variaciones de aperturas de hidrantes y válvulas 

pueden  alterar  significativamente  el  comportamiento  del  sistema,  se  considera 

que el mejor método para obtener individuos es por reproducción uniforme. 

 

Método de selección: Se trabaja con los métodos de ruleta y de torneo (se evalúa 

la influencia de este parámetro en la solución). 

 

Método de mutación: Se tendrá un porcentaje de mutación del 10%. 

 

 

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4  RESULTADOS 

4.1  Análisis solución modelo 1 

Para  validar  la  metodología  (Alvarez,  2009)  realizó  un  ejemplo  en  la  red  R28  ubicando 

válvulas  e  hidrantes  como  se  muestra  en  la  Ilustración  10.  Usando  el  criterio  de  bajas 

velocidades de flujo se identificaron las siguientes tuberías como tuberías a lavar. 

 

Ilustración 10. Tuberías a  lavar modelo 1. 

Luego, usando la metodología de selección de ruta se plantaron ocho diferentes rutas que 

abarcan la totalidad de las tuberías a lavar, a continuación se muestra una de las rutas.  

 

Ilustración 11. Ruta de lavado N°1 para modelo 1. 

Posteriormente  se  seleccionan  los  accesorios  que  deben  operarse  (Ilustración  12)  los 

cuales  se  encuentran  encerrados  en  círculos  de  color  azul  y  naranja,  según  el  tipo  de 

accesorio: las válvulas se encuentran en círculos azules y los hidrantes en círculos naranja.  

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52 

 

 

Ilustración 12. Ruta de lavado N°1 y accesorios a operar modelo 1. 

Finalmente se aplica el proceso de optimización; en la Tabla 6 se presenta el estado de las 

válvulas  y  de  los  hidrantes  a  operar  para  el  lavado  de  la  ruta  N°1  de  la  Red  R28.  Esta 

combinación de apertura de hidrantes y cierre de válvulas corresponde al mejor individuo 

obtenido a partir del procedimiento de optimización de lavados hidráulicos. 

Tabla 6. Estado de  hidrantes y válvulas para lavado de la  ruta N°1 Modelo 1. 

Hidrantes 

Válvulas 

Accesorios 

Genes 

Estado 

Accesorios 

Genes 

Estado 

H54 

Cerrado 

V21 

Abierta 

H57 

Abierto 

V110 

Cerrada 

H58 

Cerrado 

V96 

Cerrada 

H59 

Cerrado 

V23 

Abierta 

H60 

Cerrado 

V61 

Abierta 

H61 

Cerrado 

V54 

Abierta 

H52 

Cerrado 

V95 

Abierta 

H55 

Cerrado 

V93 

Cerrada 

H56 

Abierto 

V91 

Abierta 

 

 

 

V89 

Cerrada 

 

 

 

44 

Abierta 

 

 

 

47 

Abierta 

 

 

 

Abierta 

 

 

 

73 

Cerrada 

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53 

 

En  la  Tabla  7  se presentan  las  velocidades  alcanzadas  en  las  tuberías  que  deben  lavarse 

pertenecientes a la ruta N°1 de la red R28. 

Tabla 7. Velocidad de lavado en las tuberías de interés de la ruta N°1 Modelo 1. 

Id tubería 

[-]

 

[m/s] 

44 

1.75 

2.49 

2.59 

2.59 

1.99 

A  continuación  se  presenta  un  análisis  de  los  resultados  del  lavado  al  emplear  esta 

metodología. 

4.1.1.1  Definición de rutas de lavado y selección de accesorios. 

Con este ejemplo se puede ver como al realizar la selección de los accesorios a partir de la 

limitación de una ruta de lavado se le induce un factor de subjetividad a la modelación, en 

especial porque en redes reales no todas las tuberías del sistema tienen una válvula que 

las pueda aislar; además, aunque con este procedimiento se están obteniendo los valores 

de velocidades deseadas no se garantiza en ningún momento que los hidrantes que están 

abiertos son por los que se expulse el agua proveniente de tuberías lavadas. 

También  se  puede  observar  que  al  seleccionar  las  válvulas  con  este  criterio,  entre  más 

dispersas  estén  las  válvulas  el  modelo  es  más  propenso  a  tener  fallas  como  cambios  de 

dirección. Esto se debe a la subjetividad de la elección de estos accesorios. 

4.1.1.2  Optimización del lavado 

Con  esos  resultados  se  comprueba  que  efectivamente  la  optimización  mediante  AG  se 

puede utilizar eficientemente para encontrar la combinación de estados en los accesorios 

que permitan alcanzar velocidades de lavado. 

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54 

 

4.1.1.3  Función objetivo 

La función objetivo parece servir para este caso, pero dado  la forma en que se calcula no 

se debe usar esta función en cualquier red ya que va a depender de la topología de la red 

que se esté empleando. 

Otra desventaja de esta función objetivo es que las constantes que se usan no tienen un 

valor físico real por la forma en que se calcularon, lo que puede generar errores al tratar 

de  implementarla  para  otros  casos.  Si  estas  constantes  se  tomarán  como  pesos  de  los 

diferentes  parámetros  de  la  ecuación  se  estaría  nuevamente  incluyendo  algo  se 

subjetividad al modelo. 

Finalmente, se puede observar que esta función no parece ser parsimoniosa debido  a la 

cantidad de parámetros empleados. 

4.1.1.4  Implementación 

Esta metodología se implementó haciendo uso de los programas Excel y REDES (selección 

de  rutas)  y  EPANET  con  Matlab  (optimización).  La  desventaja  que  se  encontró  en  la 

implementación realizada es que gran porcentaje de los procedimientos se debían hacer 

manualmente para el caso de selección de rutas. 

4.2  Análisis solución modelo 2 

Para validar la metodología de (Rothstein, 2011) se realizó un ejemplo en la red R28 con 1 

hidrante y 12 válvulas como se observa en la Ilustración 13.  

 

Ilustración 13.  Accesorios de la red empleados modelo 2. 

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55 

 

Se  utilizó  la  metodología  de  optimización  para  realizar  el  lavado  en  las  tuberías  33  y  37 

mostradas en la Ilustración 14. 

 

Ilustración 14.  Tuberías a lavar modelo 2. 

A continuación se muestra el resultado obtenido al utilizar un parámetro de aproximación 

del  1%  (máxima  precesión  del  modelo),  con  lo  que  se  evaluaron  10664  escenarios.  El 

procedimiento  de  lavado  consistió  en  cerrar  las  válvulas  55,  18,  13,  28,  10  y  abrir  el 

hidrante. 

 

Ilustración 15. Velocidades obtenidas modelo 2. 

A  continuación  se  presenta  un  análisis  de  los  resultados  del  lavado  al  emplear  esta 

metodología. 

4.2.1.1  Definición de rutas de lavado y selección de accesorios. 

En este modelo no se tiene en cuenta ninguna metodología de selección, y funciona bien 

para casos en los que la cantidad de accesorios es poca y además se tiene pocas tuberías a 

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56 

 

lavar.  De  lo  contrario  el  espacio  de  solución  es  muy  grande  y  a  pesar  de  que  con  la 

solución  aproximada  se  reduce  el  tamaño  de  este,  no  es  suficiente  y  la  aplicación  se 

bloquea por falta de memoria. Por esta razón, el que se consideren todos los accesorios 

en la modelación es positivo en cuanto que se elimina la subjetividad, pero inconveniente 

para el tamaño de búsqueda de soluciones. Adicionalmente, el incluir los hidrantes genera 

el mismo problema que en el modelo 1, no  se garantiza uno de los principales objetivos 

del  UDF  que  es  expulsar  el  agua  de  lavado  del  sistema.  En  particular  para  el  ejemplo 

seleccionado    (Ilustración  13),  la  ubicación  del  hidrante  no  permitiría  que  se  lograra  un 

lavado  eficiente  para  la  red  porque  este  está  ubicado  aguas  arriba  de  la  mayoría  de 

tuberías. El programa no garantiza el recorrido desde la fuente de abastecimiento guiado 

por válvulas progresivamente hasta aguas abajo de las tuberías a lavar, por lo que pueden 

generar eventos de decoloración. 

4.2.1.2  Optimización del lavado 

Con  esos  resultados  se  comprueba  que  efectivamente  la  optimización  para  encontrar  la 

combinación  de  estados  en  los  accesorios  que  permitan  alcanzar  velocidades  de  lavado 

mediante esta metodología se puede realizar eficientemente.  

4.2.1.3  Función objetivo 

La  función  objetivo  seleccionada  (maximizar  la  sumatoria  de  las  velocidades  a  lavar)  es 

adecuada  para  el  fin  que  se  busca  alcanzar  en  este  ejemplo.  Además,  es  una  función 

simple  que  permite  alcanzar  el  principal  objetivo  y  en  conjunto  con  las  restricciones  de 

velocidad y presión garantiza que se tengan las condiciones hidráulicas deseadas. Tiene la 

desventaja de no incluir la minimización de accesorios a operar. 

4.2.1.4  Implementación 

La implementación de esta metodología en REDES permite un fácil manejo del problema, 

tiene  como desventajas que  muestra  sola  la  mejor  solución  por  lo que  en  el  caso de no 

encontrar  solución  no  permite  identificar  una  solución  alternativa  con  la  que  se  pueda 

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realizar un lavado si se permite romper una restricción (por ejemplo ver si hay un lavado 

en  el  que  se  obtengan  velocidades  adecuadas  así  algún  punto  de  la  red  quede  con  una 

presión inferior a la mínima). 

4.3  Resultados y Análisis solución modelo 3 

Para  ejemplificar  el  funcionamiento  de  la  metodología  propuesta  se  hace  uso  de  la  red 

R28;  se  usa  la  misma  distribución  de  válvulas  e  hidrantes  del  modelo  2,  pero  se  deja  el 

nudo  66  como  un  hidrante  ya  que  la  ubicación  del  hidrante  41  es  inadecuada  para  la 

mayoría de escenarios. 

 

Ilustración 16. Distribución de accesorios modelo 3.

 

 

A continuación se explican paso a paso las etapas de la metodología. 

4.3.1.1  Seleccionar las tuberías a lavar. 

Se escoge como tubería a lavar la tubería 38 (ver Ilustración 17) la cual tiene una velocidad 

de  aproximadamente  0.36  m/s.  Esta  selección,  como  se  dijo  anteriormente  se  debe 

realizar para las tuberías con menores velocidades o esfuerzos cortantes de la red; en este 

ejemplo  se  eligió  únicamente  una  tubería  para  ver  con  mayor  claridad  los  pasos  de  la 

metodología. 

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58 

 

 

Ilustración 17. Tuberías a lavar modelo 3. 

4.3.1.2  Accesorios a operar. 

Se selecciona como hidrante el nudo que se encuentra más cercano al nudo aguas abajo 

de  la  tubería  a  lavar  más  alejada  de  la  fuente  (en  este  caso  nudo  66),  y  en  caso  de  no 

querer usas todas las válvulas del sistema se clasifican las válvulas según la afectación que 

tienen  en  cada  una  de  las  tuberías  a  lavar.  Cada  válvula  se  evalúa  cerrándola  y dejando 

todas las demás válvulas abiertas y los hidrantes cerrados, luego se mira el efecto en las 

velocidades  de  las  tuberías  a  lavar  y  se  les  da  un  valor  de  importancia  siendo  la  más 

importante (Importancia 1) la que genera una mayor velocidad (Tabla 8). 

Tabla 8. Nivel de importancia de las válvulas Modelo 3. 

Válvula 

Velocidad en la tubería 38 (m/s) 

Importancia 

10 

0,381 

13 

0,376 

18 

0,378 

28 

0,498 

30 

0,635 

31 

0,216 

10 

41 

0,541 

50 

0,888 

55 

0,023 

12 

56 

0,374 

62 

0,128 

11 

0,374 

 

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59 

 

En  caso  de  querer  reducir  el  número  de  válvulas  que  se  tendrán  en  la  modelación  se 

deberían  empezar  a  sacar  aquellas  válvulas  con  mayor  valor  de  importancia.  Para  este 

ejemplo se considerara la modelación con todas las válvulas ya que son pocos accesorios. 

4.3.1.3  0ptimización. 

Se evaluaron 3 funciones objetivo, primero se realizaron corridas del programa para cada 

función  con  valores  de  la  población  de  50  y  100  (máxima  permitida  por  el  programa)  y 

generaciones de 200 y 500 sin tener en cuenta restricciones. Después se realizó el mismo 

procedimiento pero incluyendo restricciones, estas restricciones las considera el programa 

como  una  penalización  o  costo  de  cada  individuo,  en  todos  los  casos  la  restricción 

consistió  en  1  unidad  de  penalización  para  los  nudos  con  presiones  por  debajo  de  la 

mínima, 1 unidad de costo para tuberías con velocidades mayores a la máxima lo que se 

puede asociar con daños en la red y finalmente 1 unidad de costo por accesorios operados 

lo  que  representa  el  costo  de  operar  una  válvula  para  la  empresa.  Adicionalmente,  se 

utilizo  optimización  multi-objetivo  (velocidades  y  presiones)  para  algunos  escenarios 

teniendo  mejores  resultados  con  las  funciones  mono-objetivo  con  restricciones.  A 

continuación se presenta la descripción de cada función evaluada: 

 

F1: Función empleada en el modelo 2, que consiste en maximizar las velocidades 

de las tuberías a lavar. 

 

F2:  Función  que  busca  que  los  valores  de  las  velocidades  de  las  tuberías  a  lavar 

sean cercanos a la velocidad de lavado deseada. 

             (   

       

     

      

)  

 

F3: La función utilizada en el modelo 1 de (Álvarez, 2009), ver Ecuación 8. 

 

F4: Función F1 con restricciones. 

 

F5: Función F2 con restricciones. 

 

F6: Función F3 con restricciones. 

 

F7: Optimización multi-objetivo que incluye como primer objetivo la función F1 y 

como segundo la minimización de los puntos con déficit de presión. 

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MIC 201210 18

 

Universidad de los Andes 
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados 
 

Diva Patricia Rubio Patiño 

 

60 

 

 

F8: Optimización multi-objetivo que incluye como primer objetivo la función F1 y 

como  segundo  la  minimización  de  los  puntos  con  déficit  de  presión,  con 

restricciones. 

 

F9: Optimización multi-objetivo que incluye como primer objetivo la función F2 y 

como segundo la minimización de los puntos con déficit de presión. 

 

F10: Optimización multi-objetivo que incluye como primer objetivo la función F2 y 

como  segundo  la  minimización  de  los  puntos  con  déficit  de  presión,  con 

restricciones. 

También  se  probaron  funciones  multi-objetivo  minimizando  el  número  de  accesorios  y 

con  la  función  F3,  pero  para  todos  estos  casos  no  se  alcanzó  la  velocidad  de  lavado 

deseada.  En  la  Tabla  9  se  muestra  un  resumen  de  los  principales  resultados  obtenidos.

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61 

 

Tabla 9. Prueba función objetivo Modelo 3. 

Función 

Población 

Generación 

Selector 

Genes-Válvulas (1 abierto, 0 cerrado) 

Velocidad (m/s) 

Puntos Baja Presión 

Puntos alta velocidad 

Accesorios operados 

F1 

50 

500 

Ruleta 

0  1  1  0  0  1  1  0  1 

3.850 

33 

F1 

100 

500 

Ruleta 

1  1  1  0  0  1  1  0  0 

3.850 

21 

F1 

50 

200 

Ruleta 

0  1  1  0  0  1  1  0  1 

3.850 

33 

F1 

100 

200 

Ruleta 

0  1  1  0  0  1  1  0  1 

3.850 

33 

F1 

50 

500 

Torneo 

1  1  1  0  0  1  1  0  0 

3.850 

21 

F1 

100 

500 

Torneo 

1  1  1  0  0  1  1  0  0 

3.850 

21 

F1 

50 

200 

Torneo 

1  1  1  0  0  1  1  0  0 

3.850 

21 

F1 

100 

200 

Torneo 

1  1  1  0  0  1  1  0  0 

3.850 

21 

F2 

50 

500 

Ruleta 

0  0  0  0  0  0  0  0  0 

1.595 

31 

10 

F2 

100 

500 

Ruleta 

0  0  0  0  0  0  0  0  0 

1.595 

31 

10 

F2 

50 

200 

Ruleta 

0  0  0  0  0  0  0  0  0 

1.595 

31 

10 

F2 

100 

200 

Ruleta 

0  0  0  0  0  0  0  0  0 

1.595 

31 

10 

F2 

50 

500 

Torneo 

0  0  0  0  0  0  0  0  0 

1.595 

31 

10 

F2 

100 

500 

Torneo 

0  0  0  0  0  0  0  0  0 

1.595 

31 

10 

F2 

50 

200 

Torneo 

0  0  0  0  0  0  0  0  0 

1.595 

31 

10 

F2 

100 

200 

Torneo 

0  0  0  0  0  0  0  0  0 

1.595 

31 

10 

F3 

50 

500 

Ruleta 

0  0  1  1  1  1  1  1  1 

0.891 

F3 

100 

500 

Ruleta 

0  0  1  1  1  1  1  1  1 

0.891 

F3 

50 

200 

Ruleta 

0  0  1  1  1  1  1  1  1 

0.891 

F3 

100 

200 

Ruleta 

0  0  1  1  1  1  1  1  1 

0.891 

F3 

50 

500 

Torneo 

0  0  1  1  1  1  1  1  1 

0.891 

F3 

100 

500 

Torneo 

0  0  1  1  1  1  1  1  1 

0.891 

F3 

50 

200 

Torneo 

0  0  1  1  1  1  1  1  1 

0.891 

F3 

100 

200 

Torneo 

0  0  1  1  1  1  1  1  1 

0.891 

F4 

50 

500 

Ruleta 

1  1  1  0  0  1  1  0  1 

3.850 

21 

F4 

100 

500 

Ruleta 

1  1  1  0  0  1  1  0  1 

3.850 

21 

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F4 

50 

200 

Ruleta 

1  1  1  0  0  1  1  0  1 

3.850 

21 

F4 

100 

200 

Ruleta 

1  1  1  0  0  1  1  0  1 

3.850 

21 

F4 

50 

500 

Torneo 

1  1  1  0  0  1  1  0  1 

3.850 

21 

F4 

100 

500 

Torneo 

1  1  1  0  0  1  1  0  1 

3.850 

21 

F4 

50 

200 

Torneo 

1  1  1  0  0  1  1  0  1 

3.850 

21 

F4 

100 

200 

Torneo 

1  1  1  0  0  1  1  0  1 

3.850 

21 

F5 

50 

500 

Ruleta 

1  1  1  0  0  1  0  0  1 

1.677 

20 

F5 

100 

500 

Ruleta 

1  1  1  0  0  1  0  0  1 

1.677 

20 

F5 

50 

200 

Ruleta 

1  1  1  0  0  1  0  0  1 

1.677 

20 

F5 

100 

200 

Ruleta 

1  1  1  0  0  1  0  0  1 

1.677 

20 

F5 

50 

500 

Torneo 

1  1  1  0  0  1  0  0  1 

1.677 

20 

F5 

100 

500 

Torneo 

1  1  1  0  0  1  0  0  1 

1.677 

20 

F5 

50 

200 

Torneo 

1  1  1  0  0  1  0  0  1 

1.677 

20 

F5 

100 

200 

Torneo 

1  1  1  0  0  1  0  0  1 

1.677 

20 

F6 

50 

500 

Ruleta 

1  1  1  0  1  1  1  0  1 

1.757 

21 

F6 

100 

500 

Ruleta 

1  1  1  0  1  1  1  0  1 

1.757 

21 

F6 

50 

200 

Ruleta 

1  1  1  0  1  1  1  0  1 

1.757 

21 

F6 

100 

200 

Ruleta 

1  1  1  0  1  1  1  0  1 

1.757 

21 

F6 

50 

500 

Torneo 

1  1  1  0  1  1  1  0  1 

1.757 

21 

F6 

100 

500 

Torneo 

1  1  1  0  1  1  1  0  1 

1.757 

21 

F6 

50 

200 

Torneo 

1  1  1  0  1  1  1  0  1 

1.757 

21 

F6 

100 

200 

Torneo 

1  1  1  0  1  1  1  0  1 

1.757 

21 

F7 

50 

200 

Torneo 

0  0  1  0  0  1  1  1  1 

1.049 

21 

F8 

50 

200 

Torneo 

0  0  1  0  0  1  1  1  1 

1.727 

21 

F9 

50 

500 

Torneo 

0  0  1  1  1  0  1  0  1 

0.529 

10 

F10 

50 

200 

Torneo 

0  0  0  1  0  0  1  0  1 

0.379 

19 

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63 

 

Se  puede  observar  que  el  método  de  selección  no  afecta  los  resultados  al  igual  que  el 

número  de  individuos  de  cada  población,  adicionalmente  en  la  mayoría  de  los  casos  la 

solución converge en menos de 25 generaciones. Ver Ilustración 18. 

 

Ilustración 18. Convergencia F1 modelo 3. 

 

Como  se  observa  en  la  Tabla  9  la  función  objetivo  mas  adecuada  es  la  función  F2  con 

restricciones,  en  la  Ilustración  19    se  puede  ver el  costo  de  las funciones  con  las  que  se 

obtuvo una velocidad de lavado adecuada si se considera como 1 unidad de costo el daño 

a una tubería por alta velocidad, un punto de presión baja (implica gastos de notificación a 

los usuarios), o una válvula operada. 

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64 

 

 

Ilustración 19. Comparación costos de funciones objetivo modelo 3. 

En la  Ilustración 19 se puede ver que la mejor función objetivo es la F5, ya que tiene un 

costo bajo y con esta se obtiene la mejor velocidad de lavado de la tubería deseada, para 

el caso de mantenimiento preventivo esta sería la mejor alternativa. Sin embargo, una de 

las  ventajas  de  esta  metodología  es  la  flexibilidad  que  se  tiene  para  la  selección  de 

funciones objetivo y restricciones lo que es útil, ya que dependiendo de las necesidades 

de la empresa el objetivo del lavado o la priorización de los costos puede variar. 

En este ejemplo el punto mas crítico fueron los nudos con déficit de presión, a pesar de 

que este número de nudos fue alto se considera que se obtuvo una buena alternativa de 

lavado, ya que para el ejemplo la mayoría de presiones estaba cerca a la mínima 10 m.c.a 

en el estado inicial (válvulas abiertas, hidrantes cerrados). 

Otra de las ventajas de usar la implementación con el programa GANetXL es que se puede 

tener  el  registro  de  las  soluciones  lo  que  permite  ver  si  hay  alguna  que  funcione  mejor 

para el usuario según sus necesidades. Como desventajas se tiene la garantía del óptimo 

global  del  problema  y  que  para  los  casos  en  los  que  se  quiere  que  las  restricciones  se 

cumplan estrictamente no necesariamente encuentra solución. 

  

 

 

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

F1

F2

F4

F5

F6

F8

Co

sto

Función objetivo 

Accesorios operados

Puntos alta velocidad

Puntos baja presióm

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65 

 

5  CONCLUSIONES 

-  Se  formuló  una  metodología  útil  para  la  selección  de  lavados  hidráulicos 

unidireccionales haciendo uso de optimización con Algoritmos Genéticos. 

-  Se  desarrolló  una  herramienta  sencilla  y  fácil  de  usar  que  hace  uso  del  software 

EPANET en conjunto con GANetXL ambos de carácter gratuito, vinculados a Excel. 

-  Con  esta  metodología  se  brinda  a  las  empresas  prestadoras  del  servicio  de  agua 

potable una herramienta práctica para el mantenimiento de redes. 

-  El lavado de redes de distribución se realiza mediante mecanismos que consisten 

en aumentar la velocidad para que el agua arrastre sedimentos y limpie los tubos 

afectados.  El  tema  de  lavado  ha  sido  abordado  principalmente  partiendo  de  la 

calidad del agua requerida. Por un lado, se han investigado diversos factores que 

influyen  en  la  formación  de  biopelículas  y,  por  otro,  se  ha  estudiado  cómo  la 

formación  de  estas  biopelículas  afecta  la  hidráulica  del  sistema.  El  tema  también 

ha sido abordado desde un enfoque operacional, en el que se busca encontrar las 

estrategias adecuadas para que lavado sea eficiente y no genere desprendimiento 

indeseado de biopelículas.  

-  El  grado  de  planeamiento  y  desarrollo  de  un  programa  de  lavado  depende  de 

aspectos  como  cual  es  la  calidad  del  agua  deseada,  como  son  la  topología  de  la 

red, la dinámica de crecimiento de la biopelícula y las características hidráulicas del 

sistema. 

-  El agua potable obtiene niveles de calidad adecuados para el consumo en su paso 

por las plantas de tratamiento pero ésta se degrada en su recorrido por las redes 

debido  a  la  presencia  de  películas  biológicas  y  minerales  y  acumulación  de 

sedimentos en los conductos, llegando a los consumidores con una calidad inferior 

a la inicial. Los eventos de decoloración son una representación de la disminución 

de la calidad de agua debido a cambios en las condiciones hidráulicas en el sistema 

de  distribución  que  generan  el  desprendimiento  de  películas  cohesivas 

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66 

 

compuestas  por  distintos  tipo  de  materiales  como  lo  son  minerales  y 

microrganismos. 

-  La  aceptación  de  una  función  objetivo  en  particular  no  sólo  depende  de  su 

capacidad  para  valorar  los  individuos  evaluados  de  acuerdo  con  los  objetivos 

perseguidos, sino también de su efectividad en la eliminación de los individuos que 

no cumplan con las restricciones establecidas para el problema de optimización. 

-  En  la  evaluación  de  la  efectividad  de  los  lavados  hidráulicos  deben  tenerse  en 

cuenta  variables  de  tipo  técnico,  operativo  y  económico  entre  las  cuales  se 

encuentran  la  velocidad  de  lavado,  la  cantidad  de  agua  utilizada  en  el 

procedimiento y el número de accesorios operados. 

-  A  través  de  la  función  objetivo,  la  metodología  propuesta  permite  optimizar  el 

procedimiento de lavado hidráulico a la luz de las principales variables que influyen 

en la ejecución de dicho procedimiento, entre las cuales se encuentra  el número 

de accesorios operados, la cantidad de tuberías lavadas y la afectación del servicio 

en términos del cambio de presiones en todos los nudos de la red. 

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67 

 

6  Bibliografía 

Ahn, J. C., Lee, S. W., Choi, K. Y., & Koo, J. Y. (2011). Application of unidirectonal flushing in 

waterdistribution pipes. Journal of Water Supply: Research and Technology-AQUA, 1(60), 
40-50. 

Aleán Ruiz, I. (2004). Optimización técnico-económica del manejo del recurso hídrico en la sabana 

de Bogotá. Tesis de Maestría en Ingeniería Cvil, Bogotá. 

Alfonso, L., Jonoski, A., & Solomatine, D. (2010). Multiobjective Optimization of Operational 

Responses for Contaminant Flushing in Water Distribution Networks. Journal of Water 
Resources Planing and Management, 1
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Diva Patricia Rubio Patiño 
Universidad de los Andes 
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Diva Patricia Rubio Patiño 
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