Recopilación, Análisis y Evaluación de las metodologías de calibración

EL objetivo de esta investigación fue determinar aspectos relevantes requeridos en la calibración de modelos hidráulicos de redes de distribución de agua potable (RDAP), mediante el análisis y la revisión de las metodologías empleadas en Colombia.

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Universidad de los Andes

Facultad de Ingeniería

Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental

Tesis lI

Maestría en Ingeniería Civil

Énfasis Recursos Hídricos e Hidroinformática

Recopilación, Análisis y Evaluación de las metodologías de

calibración de modelos de RDAP empleadas en algunas

ciudades de Colombia.

Presentado por:

Claudia Stella Solano López

Asesor:

Ing. Juan G. Saldarriaga

Bogotá D.C., Junio de 2012

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Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones en Acueducto y Alcantarillados CIACUA 
Recopilación, Análisis y Evaluación de las metodologías  de calibración de modelos 
de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

MIC 201210-21 

Tabla de Contenido 

1. 

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

1.1. 

OBJETIVOS................................................................................................................................... 2 

1.1.1. 

OBJETIVO GENERAL ................................................................................................................... 2 

1.1.2. 

OBJETIVOS ESPECÍFICOS ......................................................................................................... 2 

1.2. 

JUSTIFICACIÓN ........................................................................................................................... 3 

2. 

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

2.1. 

ANTECEDENTES: “The Battle of the Water Calibration Networks (BCRDAP)” ............................... 4 

2.2. 

ELABORACIÓN Y CALIBRACIÓN DE MODELOS HIDRÁULICOS DE RDAP ................................ 6 

2.2.1. 

Generalidades ............................................................................................................................... 6 

2.2.2. 

Identificabilidad, Unicidad y Estabilidad dentro de la solución del problema de calibración ........ 7 

2.2.3. 

Criterios de evaluación .................................................................................................................. 7 

2.2.4. 

Guía para los procesos de calibración .......................................................................................... 9 

2.2.5. 

Métodos de optimización para la calibración de RDAP: ............................................................. 10 

3. 

METODOLOGÍA .............................................................................................................................. 12 

4. 

RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN SOBRE METODOLOGÍAS DE CALIBRACIÓN 

EMPLEADAS EN COLOMBIA................................................................................................................. 13 

4.1. 

EMPRESA DE ACUEDUCTO Y ALCANTARILLADO DE BOGOTÁ (EAAB): ZONAS 2 Y 3 ......... 13 

4.1.1. 

Generalidades: ............................................................................................................................ 13 

4.1.2. 

Elaboración del modelo hidráulico .............................................................................................. 13 

4.1.3. 

Definición y construcción de puntos de monitoreo para medición de caudales y presiones dentro 

de los sectores hidráulicos .......................................................................................................................... 19 

4.1.4. 

Proceso de Calibración ............................................................................................................... 20 

4.1.5. 

Resultados de la calibración ........................................................................................................ 21 

4.2. 

ACUEDUCTO DE TUNJA (PROACTIVA S.A. E.S.P.) .................................................................... 21 

4.2.1. 

Generalidades ............................................................................................................................. 22 

4.2.2. 

Elaboración del modelo hidráulico .............................................................................................. 22 

4.2.3. 

Definición y construcción de puntos de monitoreo para medición de caudales y presiones dentro 

de los sectores hidráulicos .......................................................................................................................... 27 

4.2.4. 

Proceso de Calibración ............................................................................................................... 28 

4.2.5. 

Resultados de la calibración ........................................................................................................ 29 

4.3. 

ACUEDUCTO DE MEDELLÍN (EPM) ............................................................................................. 29 

4.3.1. 

Generalidades ............................................................................................................................. 29 

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4.3.2. 

Elaboración del modelo hidráulico .............................................................................................. 30 

4.3.3. 

Definición y construcción de puntos de monitoreo para medición de caudales y presiones dentro 

de los sectores hidráulicos .......................................................................................................................... 32 

4.3.4. 

Proceso de Calibración ............................................................................................................... 32 

4.3.5. 

Resultados de la calibración ........................................................................................................ 33 

4.4. 

ACUAVALLE (CIACUA) .................................................................................................................. 33 

4.4.1. 

Generalidades ............................................................................................................................. 33 

4.4.2. 

Elaboración del modelo hidráulico .............................................................................................. 33 

4.4.3. 

Definición y construcción de puntos de monitoreo para medición de caudales y presiones dentro 

de los sectores hidráulicos .......................................................................................................................... 38 

4.4.4. 

Proceso de Calibración ............................................................................................................... 40 

4.4.5. 

Resultados de la calibración ........................................................................................................ 42 

4.5. 

ACUEDUCTO METROPOLITANO DE BUCARAMANGA (AMB): SECTOR ESTADIO ................. 45 

4.5.1. 

Generalidades ............................................................................................................................. 45 

4.5.2. 

Elaboración del modelo hidráulico .............................................................................................. 47 

4.5.3. 

Definición y construcción de puntos de monitoreo para medición de caudales y presiones dentro 

de los sectores hidráulicos .......................................................................................................................... 54 

4.5.4. 

Proceso de Calibración ............................................................................................................... 55 

4.5.5. 

Resultados de la calibración ........................................................................................................ 57 

4.6. 

ACUEDUCTO DE CARTAGENA (AGUAS DE CARTAGENA) ....................................................... 58 

4.6.1. 

Generalidades ............................................................................................................................. 58 

4.6.2. 

Elaboración del modelo hidráulico .............................................................................................. 58 

4.6.3. 

Definición y construcción de puntos de monitoreo para medición de caudales y presiones dentro 

de los sectores hidráulicos .......................................................................................................................... 59 

4.6.4. 

Proceso de Calibración ............................................................................................................... 60 

4.6.5. 

Resultados de la calibración ........................................................................................................ 60 

5. 

ANÁLISIS CUALITATIVO DE LAS METODOLOGÍAS DE CALIBRACIÓN: IDENTIFICACIÓN DE 

VENTAJAS, DESVENTAJAS, FORTALEZAS Y LIMITACIONES. ......................................................... 61 

6. 

CALIBRACIÓN DE CINCO (5) REDES HIDRÁULICAS EMPLEANDO LAS METODOLOGÍAS DE 

CALIBRACIÓN IDENTIFICADAS. ........................................................................................................... 70 

6.1. 

Bondad de Ajuste ............................................................................................................................ 70 

6.2. 

Calibración Sector 18 Zona 2 de la ciudad de Bogotá: ................................................................... 72 

6.3. 

Calibración Sector 15 de la Zona 3 de la ciudad de Bogotá: .......................................................... 84 

6.4. 

Calibración Sector 35 de Bogotá: .................................................................................................... 92 

6.5. 

Calibración municipio de La Cumbre 

– Valle del Cauca: ................................................................ 98 

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6.6. 

Calibración municipio de Candelaria 

– Valle del Cauca: .............................................................. 102 

7. 

ANÁLISIS CUANTITATIVO DE LAS METODOLOGÍAS: COMPARACIÓN DE LOS RESULTADOS 

DE LAS CALIBRACIONES Y EVALUACIÓN DE LA BONDAD DE AJUSTE. ...................................... 108 

7.1. 

Evaluación para el Sector 18 Zona 2 de la ciudad de Bogotá: ..................................................... 108 

7.1.1. 

Asignación de demandas: ..................................................................................................... 108 

7.1.2. 

Análisis de Coeficientes de emisores: ................................................................................... 109 

7.1.3. 

Análisis de Rugosidades: ...................................................................................................... 110 

7.1.4. 

Comparación y Evaluación de las gráficas de caudal y presión: Cálculo de errores. .......... 111 

7.2. 

Evaluación para el Sector 15 Zona 3 de la ciudad de Bogotá: ..................................................... 121 

7.2.1. 

Asignación de demandas: ..................................................................................................... 121 

7.2.2. 

Análisis de coeficientes de emisores:.................................................................................... 122 

7.2.3. 

Análisis de Rugosidades: ...................................................................................................... 123 

7.3. 

Evaluación para el Sector 35 de la ciudad de Bogotá: ................................................................. 126 

7.3.1. 

Asignación de demandas: ..................................................................................................... 126 

7.3.2. 

Análisis de Rugosidades: ...................................................................................................... 128 

7.3.3. 

Comparación y Evaluación de las gráficas de caudal y presión: Cálculo de errores. .......... 129 

7.4. 

Evaluación para la red del municipio de La Cumbre 

– Valle del Cauca: ...................................... 132 

7.4.1. 

Asignación de demandas: ..................................................................................................... 132 

7.4.2. 

Análisis de Rugosidades: ...................................................................................................... 133 

7.4.3. 

Comparación y Evaluación de las gráficas de caudal y presión: Cálculo de errores. .......... 134 

7.5. 

Evaluación para la red del municipio de Candelaria 

– Valle del Cauca: ....................................... 136 

7.5.1. 

Asignación de demandas: ..................................................................................................... 136 

7.5.2. 

Análisis de Rugosidades: ...................................................................................................... 137 

7.5.3. 

Comparación y Evaluación de las gráficas de caudal y presión: Cálculo de errores. .......... 137 

7.6. 

Comparación de variables topológicas para los sectores calibrados con ambas metodologías: . 138 

7.6.1. 

Comparación gráfica de los factores multiplicadores de demandas: .................................... 138 

7.6.2. 

Comparación de los coeficientes de emisores: ..................................................................... 140 

7.6.3. 

Comparación de los coeficientes de pérdidas menores: ...................................................... 141 

7.6.4. 

Comparación de las rugosidades absolutas: ........................................................................ 142 

7.7. 

Cálculo del SSRE para todos los puntos de medición de Caudales y Presiones y todas las redes 

calibradas con ambas metodologías (CIACUA y Watergems). ................................................................ 143 

8. 

CONCLUSIONES .......................................................................................................................... 145 

9. 

RECOMENDACIONES ................................................................................................................. 150 

10. 

BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................................................... 152 

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Lista de Tablas 

 

Tabla 2.1. Métodos de optimización empleados por algunos de los equipos de trabajo en sus respectivos 
procesos de calibración ................................................................................................................................. 4 

Tabla 4.1. Rugosidades Absolutas de Darcy Weisbach. ............................................................................ 19 

Tabla 4.2. Zonas y sectores de la RDAP de Tunja. .................................................................................... 22 

Tabla 4.3. Resultados de la Calibración de RDAP de Tunja. ..................................................................... 29 

Tabla 4.4. Manejo de la información en el proceso de modelación y calibración de RDAP. Fuente: Informe 
Pautas para los Procesos de Modelación y Calibración EPM. ................................................................... 30 

Tabla 4.5. Porcentajes de diferencia de Presiones entre datos de campo y datos modelados ................. 32 

Tabla 4.6. Caudales totales macromedidos  y micromedidos,  obtenidos con los consumos enviados por 
Acuavalle  S.A.  E.S.P    para  cada  municipio.  Fuente:  Informe  Final  sobre  Calibración  de  modelos  de 
algunos municipios del Valle del Cauca, CIACUA (2006). .......................................................................... 35 

Tabla 4.7. Factor de pérdidas calculado a partir de los resultados de MICROMIDE con un factor de rango 
bueno  de  1.5  y  corrección  de  1.0.  Fuente:  Informe  Final  sobre  Calibración  de  modelos  de  algunos 
municipios del Valle del Cauca, CIACUA (2006). ....................................................................................... 38 

Tabla  4.8.  Ubicación  de  los  puntos  de  medición  y  de  caudal  para  el  municipio  de  La  Cumbre.  Fuente: 
Informe Final sobre Calibración de modelos de algunos municipios del Valle del Cauca, CIACUA (2006).
 ..................................................................................................................................................................... 38 

Tabla 4.9. Rugosidad absoluta (Ks) para diferentes materiales utilizados. Fuente: Hidráulica de Tuberías, 
Saldarriaga (2006). ...................................................................................................................................... 41 

Tabla 4.10. Factores multiplicadores de la demanda empleados por el Modelo Unificado. Fuente: Informe 
Final sobre Calibración de modelos de algunos municipios del Valle del Cauca, CIACUA (2006). ........... 45 

Tabla 4.11. Porcentajes de usuarios ubicados según estrato socioeconómico. Fuente: Informe Final sobre 
Calibración del Sector Estadio en Bucaramanga, CIACUA (2006). ........................................................... 52 

Tabla  4.12.  Factor  de  pérdidas  calculado  a  partir  de  los  resultados  de  MICROMIDE  con  un  factor  de 
rango  bueno  de  1.5  y  corrección  de  1.0.  Fuente:  Informe  Final  sobre  Calibración  del  Sector  Estadio  en 
Bucaramanga, CIACUA (2006). .................................................................................................................. 53 

Tabla 5.1.Cuadro Comparativo (Ventajas, Desventajas, Fortalezas y Limitaciones) Metodología (A) ...... 62 

Tabla 5.2.Cuadro Comparativo (Ventajas, Desventajas, Fortalezas y Limitaciones  Metodología (B) ...... 67 

Tabla 6.1. Ajustes establecidos para los modelos calibrados de la ciudad de Bogotá. ............................. 70 

Tabla 6.2. Ejemplo de Cálculo de Presiones promedio para evaluación de la calibración. Sector 18 Zona 2 
Bogotá. ........................................................................................................................................................ 71 

Tabla  6.3.  Factores  multiplicadores  para  mejores  escenarios  combinados  de  Demandas  Desconocidas 
para todos los puntos de medición Sector 18 Zona 2 Bogotá. ................................................................... 77 

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Tabla 6.4. Factores multiplicadores para cada grupo de nudos clasificados por estrato Sector 18 Zona 2 
Bogotá. ........................................................................................................................................................ 78 

Tabla 6.5. Rangos de Presión para clasificación de los Nudos del Sector 18 Zona 2 Bogotá. .................. 79 

Tabla 6.6.Coeficientes de emisores escogidos para realizar la calibración de S18Z2 Bogotá. ................. 79 

Tabla 6.7. Grupos de tuberías según su rugosidad absoluta inicial ........................................................... 82 

Tabla 6.8. Rugosidades para cada tubería dependiendo del material. S18Z2-Bogotá. ............................. 82 

Tabla 6.9. Factores multiplicadores para cada grupo de nudos clasificados por  estrato Sector 15 Zona 3 
Bogotá. ........................................................................................................................................................ 88 

Tabla 6.10. Rangos de Presión para clasificación de los Nudos del Sector 15 Zona 3 Bogotá. ................ 89 

Tabla 6.11.Coeficientes de emisores escogidos para realizar la calibración del Sector 15 Zona 3 Bogotá.
 ..................................................................................................................................................................... 90 

Tabla 6.12. Grupos de tuberías según su rugosidad absoluta inicial ......................................................... 91 

Tabla  6.13.  Valores  de  Rugosidades  para  cada  tubería  dependiendo  del  material.  Sector  15  Zona  3 
Bogotá. ........................................................................................................................................................ 92 

Tabla 6.14. Características de los cálculos con algoritmos genéticos. ....................................................... 96 

Tabla 6.15. Rugosidades de los grupos de tuberías obtenidas en la calibración con Watergems. ........... 96 

Tabla 6.16. Rugosidades de los grupos de tuberías obtenidas en la calibración con Watergems. ......... 101 

Tabla 6.17. Rugosidades de los grupos de tuberías obtenidas en la calibración con Watergems. ......... 106 

Tabla  7.1.  Valores  de  las  rugosidades  en  las  metodologías  de  calibración  para  todos  los  grupos  de 
tuberías establecidos. Sector 18 Zona 2 Bogotá. ..................................................................................... 111 

Tabla  7.2.  Cálculo  del  promedio  de  los  caudales  (l/s)  en  todos  los  puntos  de  medición  para  Z2S18 
Bogotá. ...................................................................................................................................................... 114 

Tabla 7.3. Resumen de promedios de caudales en todos los puntos de medición para el  Z2S18 Bogotá.
 ................................................................................................................................................................... 115 

Tabla 7.4. Número de valores de caudal (hora a hora) dentro del rango de ±5% en todos los Puntos de 
Medición de Z2S18 Bogotá. ...................................................................................................................... 115 

Tabla 7.5. Evaluación de los datos de caudal (L/s) hora a hora dentro del rango de ±5% en los Puntos de 
Medición de Z2S18 .................................................................................................................................... 116 

Tabla 7.6. Cálculos del SSRE para los datos de caudal hora a hora en los Puntos de Medición de Z2S18 
Bogotá. ...................................................................................................................................................... 117 

Tabla 7.7. Cálculo del promedio de diferencias de presiones (m.c.a) en todos los puntos de medición para 
el  Z2S18 Bogotá. ...................................................................................................................................... 120 

Tabla 7.8. Cálculo del SSRE para los valores de presiones hora a hora en todos los puntos de medición  
para el  Z2S18 Bogotá. .............................................................................................................................. 121 

Tabla  7.9.  Valores  de  las  rugosidades  en  las  metodologías  de  calibración  para  todos  los  grupos  de 
tuberías establecidos. Sector 15 Zona32 Bogotá. .................................................................................... 123 

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Tabla  7.10.  Resumen  de  promedios  de  caudales  (L/s)  en  todos  los  puntos  de  medición  para  el    Z3S15 
Bogotá. ...................................................................................................................................................... 125 

Tabla 7.11. Número de valores de caudal (hora a hora) dentro del rango de ±5% en todos los Puntos  de 
Medición de Z3S15 Bogotá. ...................................................................................................................... 126 

Tabla 7.12. Cálculos del SSRE para los datos de caudal hora a hora en los Puntos de Medición de Z3S15 
Bogotá. ...................................................................................................................................................... 126 

Tabla  7.13.  Valores  de  las  rugosidades  en  las  metodologías  de  calibración  para  todos  los  grupos  de 
tuberías establecidos. Sector 35 de Bogotá.............................................................................................. 129 

Tabla 7.14. Resumen de promedios de caudales (L/s) en todos los puntos de medición para el  Sector 35 
de Bogotá. ................................................................................................................................................. 130 

Tabla 7.15. Numero de valores de caudal (hora a hora) dentro del rango de ±5% en todos los Puntos de 
Medición de Sector 35 de Bogotá. ............................................................................................................ 130 

Tabla  7.16.  Cálculos  del  SSRE  para  los  datos  de  caudal  hora  a  hora  en  los  Puntos  de  Medición  del 
Sector 35 de Bogotá. ................................................................................................................................. 130 

Tabla  7.17. Promedios  de  presiones  (m.c.a)  de  las  24  horas  para  todos  los  puntos  de  medición  para  el  
Sector 35 de Bogotá. ................................................................................................................................. 131 

Tabla 7.18. Cálculo del SSRE para los valores de presiones hora a hora en todos los puntos de medición  
para el Sector 35 de Bogotá. ..................................................................................................................... 132 

Tabla  7.19.  Valores  de  las  rugosidades  en  las  metodologías  de  calibración  para  todos  los  grupos  de 
tuberías establecidos. La Cumbre 

– Valle del Cauca. .............................................................................. 134 

Tabla 7.20. Resumen de promedios de caudales en todos los puntos de medición para La Cumbre-Valle 
del Cauca................................................................................................................................................... 135 

Tabla  7.21.  Cálculos  del  SSRE  para  los  datos  de  caudal  hora  a  hora  en  los  Puntos  de  Medición  de  La 
Cumbre-Valle del Cauca. .......................................................................................................................... 135 

Tabla 7.22. Cálculo del SSRE para los valores de presiones hora a hora en todos los puntos de medición  
para La Cumbre-Valle del Cauca. ............................................................................................................. 136 

Tabla  7.23.  Valores  de  las  rugosidades  en  las  metodologías  de  calibración  para  todos  los  grupos  de 
tuberías establecidos. Candelaria 

– Valle del Cauca. ............................................................................... 137 

Tabla 7.24. Resumen de promedios de caudales en todos los puntos de medición para Candelaria-Valle 
del Cauca................................................................................................................................................... 137 

Tabla  7.25.  Cálculos  del  SSRE  para  los  datos  de  caudal  hora  a  hora  en  los  Puntos  de  Medición  de 
Candelaria-Valle del Cauca. ...................................................................................................................... 137 

Tabla 7.26. Cálculo del SSRE para los valores de presiones hora a hora en todos los puntos de medición  
para Candelaria-Valle del Cauca. ............................................................................................................. 138 

Tabla 7.27. Coeficientes de emisores obtenidos para todos los grupos de nudos con ambas metodologías 
de calibración (Watergems y CIACUA). .................................................................................................... 141 

Tabla  7.28.  Coeficientes  de  pérdidas  menores  obtenidos  para  todos  los  grupos  de  tuberías  con  ambas 
metodologías de calibración (Watergems y CIACUA). ............................................................................. 142 

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de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

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Lista de Figuras 

 

Figura 2.1. Guía de precisión en la Calibración de Modelos de RDAP (ECAC-1999).................................. 8 

Figura 2.2. Niveles aceptables de Calibración según Bentley ...................................................................... 8 

Figura 2.3. Diagrama de flujo  de optimización AG (Wall, 1996) ................................................................ 11 

Figura 4.1. Esquematización de las zonas hidráulicas de Bogotá y longitud de las tuberías instaladas en 
cada zona para el Año 2010. ...................................................................................................................... 13 

Figura 4.2. Pasos para la construcción topológica de modelos hidráulicos (nudos). ................................. 14 

Figura 4.3. Pasos para la construcción topológica de modelos hidráulicos (tuberías). .............................. 15 

Figura 4.4. Casos de posibles errores en la topología del modelo. ............................................................ 15 

Figura 4.5. Curva de comportamiento del caudal en la estación reguladora de presión La Soledad (Zona 2 
Sector 17). ................................................................................................................................................... 16 

Figura 4.6. Ubicación del tanque hipotético a la entrada del sector a calibrar. .......................................... 17 

Figura 4.7. Curva de modulación del tanque hipotético a la entrada del sector a calibrar. ........................ 17 

Figura 4.8. Asignación de demandas mediante la herramienta LoadBuilder. ............................................ 18 

Figura 4.9. (a) Curva de Caudal medido en la misma ERP. (b) Curva de Presión aguas abajo de la ERP 
Santafé Zona 3 Sector 16............................................................................................................................ 19 

Figura 4.10. Ecuaciones de Cálculo de los errores que permiten estimar el ajuste (FITNESS). ............... 20 

Figura 4.11. Comparación Caudales y Presiones medidos vs. modelo calibrado (Z-2 S-16) .................... 21 

Figura 4.12. Zonificación y Sectorización de la RDAP de Tunja................................................................. 22 

Figura  4.13.  (a)  Diagrama  de  Simulación  Estática.  (b)  Diagrama  de  Simulación  en  Período  Extendido. 
Fuente: Bentley Course, Bentley WATERGEMS V8 XM edition. ............................................................... 23 

Figura 4.14. Comportamiento de los caudales en los sectores hidráulicos de Tunja. ................................ 24 

Figura  4.15.  Esquema  para  asignación  de  demandas  en  el  Modelo.  Fuente:  GIL  JARAMILLO,  Juan 
Camilo. Modelación Hidráulica de RDAP. Bogotá. 2004. ........................................................................... 25 

Figura 4.16. Curva de caudal para el sector 28. Identificación de Caudales Mínimos. .............................. 26 

Figura 4.17. Pérdidas totales en el sistema. ............................................................................................... 26 

Figura 4.18. Cálculo de las pérdidas en el sistema. ................................................................................... 27 

Figura 4.19. Aspectos de la calibración. Fuente: Bentley Course. ............................................................. 28 

Figura 4.20. Embalses y PTAP‟s del Valle de Aburrá. ................................................................................ 29 

Figura  4.21.    Localización  General  del  Valle  del  Cauca  y  los  municipios.  Fuente:  Informe  Final  sobre 
Calibración de modelos de algunos municipios del Valle del Cauca, CIACUA (2006). .............................. 33 

Figura  4.22.  Patrón  de  Demandas  para  el  municipio  de  La  Cumbre.  Fuente:  Informe  Final  sobre 
Calibración de modelos de algunos municipios del Valle del Cauca, CIACUA (2006). .............................. 34 

Figura  4.23.  Cálculo  del  consumo  promedio.  Fuente:  Informe  Final  sobre  Calibración  de  modelos  de 
algunos municipios del Valle del Cauca, CIACUA (2006). .......................................................................... 36 

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de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

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Figura 4.24. Plano Estrella municipio de La Cumbre. Fuente: Informe Final sobre Calibración de modelos 
de algunos municipios del Valle del Cauca, CIACUA (2006). ..................................................................... 37 

Figura  4.25.  (a)  Ubicación  del  punto  de  medición  de  caudal  FP1287.  (b)  Ubicación  de  los  puntos  de 
medición de presión PAV1150 y PAV1146 en el municipio de La Cumbre. Fuente: Plano RDAP municipio 
La Cumbre, CIACUA (2006). ....................................................................................................................... 39 

Figura  4.26.  Efecto  de  las  Series  Notablemente  Defectuosas  (SND)  en  las  bandas  de  validez.  Fuente: 
Informe Final sobre Calibración de modelos de algunos municipios del Valle del Cauca, CIACUA (2006).
 ..................................................................................................................................................................... 40 

Figura  4.27.  (a)  Comportamiento  del  punto  de  medición  de  caudal  en  el  tanque  de  alimentación.  (b) 
Comportamiento del punto de medición de presión 1 del municipio de La Cumbre. Fuente: Informe Final 
sobre Calibración de modelos de algunos municipios del Valle del Cauca, CIACUA (2006). .................... 42 

Figura  4.28.  Comparación  de  presiones  y  caudales  entre  el  modelo  base  y  el  modelo  con  demandas 
multiplicadas por 3. Fuente: Informe Final sobre Calibración de modelos de algunos municipios del Valle 
del Cauca, CIACUA (2006). ........................................................................................................................ 43 

Figura  4.29.  Comparación  de  presiones  en  el  punto  1  del    municipio  Candelaria    para  dos  escenarios 
extremos  de  rugosidad.  Fuente:  Informe  Final  sobre  Calibración  de  modelos  de  algunos  municipios  del 
Valle del Cauca, CIACUA (2006). ............................................................................................................... 44 

Figura 4.30. Zonas de nudos para el análisis de demanda en el Modelo Unificado. Fuente: Informe Final 
sobre Calibración de modelos de algunos municipios del Valle del Cauca, CIACUA (2006). .................... 44 

Figura 4.31. Distrito Estadio y Subsectores. Fuente: Informe Final sobre Calibración del Sector Estadio en 
Bucaramanga, CIACUA (2006). .................................................................................................................. 46 

Figura 4.32. Distribución de materiales  y diámetros en la red del Distrito Estadio y Subsectores. Fuente: 
Informe Final sobre Calibración del Sector Estadio en Bucaramanga, CIACUA (2006). ........................... 47 

Figura  4.33.  Válvulas  de  control  de  presión  y  de  caudal  del  Distrito  Estadio  y  Subsectores.  Fuente: 
Informe Final sobre Calibración del Sector Estadio en Bucaramanga, CIACUA (2006). ........................... 47 

Figura  4.34.  (a)  Líneas  sobrepuestas  (b)  Falta  de  líneas  entre  accesorios  (c)  Falta  de  nudos.  Fuente: 
Informe Final sobre Calibración del Sector Estadio en Bucaramanga, CIACUA (2006). ........................... 48 

Figura  4.35.  Desconexión  de  grupos  de  tuberías.  Fuente:  Informe  Final  sobre  Calibración  del  Sector 
Estadio en Bucaramanga, CIACUA (2006). ................................................................................................ 49 

Figura  4.36.  Comportamiento  de  los  datos  sin  corregir  de  Estadio  (2°  Semestre  2006).  Fuente:  Informe 
Final sobre Calibración del Sector Estadio en Bucaramanga, CIACUA (2006). ......................................... 49 

Figura  4.37.  Caudal  Promedio  diario  del  mes  de  noviembre  de  Estadio.  Fuente:  Informe  Final  sobre 
Calibración del Sector Estadio en Bucaramanga, CIACUA (2006). ........................................................... 50 

Figura  4.38.  Patrón  de  comportamiento  de  Estadio.  Fuente:  Informe  Final  sobre  Calibración  del  Sector 
Estadio en Bucaramanga, CIACUA (2006). ................................................................................................ 50 

Figura 4.39. Curva de modulación Tanque Estadio durante el régimen de presión alta. ........................... 51 

Figura  4.40.  Ubicación  de  los  usuarios  dentro  del  Sector  Estadio  según  su  estrato  socio-económico 
(Estratos  1,  2,  3,  4  y  5).  Fuente:  Informe  Final  sobre  Calibración  del  sector  Estadio  en  Bucaramanga, 
CIACUA (2006). ........................................................................................................................................... 52 

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Figura  4.41.  Ubicación  de  los  usuarios  dentro  del  Sector  Estadio  según  su  estrato  socio-económico 
(Estratos  7,  8,  9  y  Especiales).  Fuente:  Informe  Final  sobre  Calibración  del  sector  Estadio  en 
Bucaramanga, CIACUA (2006). .................................................................................................................. 52 

Figura 4.42. Localización de los puntos de medición de presión y de caudal. Fuente: Informe Final sobre 
Calibración del Sector Estadio en Bucaramanga, CIACUA (2006). ........................................................... 54 

Figura 4.43. Serie representativa, dispersión y bandas de confianza de las mediciones hechas para todos 
los  días  Glorieta  San  Francisco.  Fuente:  Informe  Final  sobre  Calibración  del  Sector  Estadio  en 
Bucaramanga, CIACUA (2006). .................................................................................................................. 55 

Figura  4.44.  Comportamiento  del  Punto  de  Caudal  4  y  del  Punto  de  Presión  20.  Fuente:  Informe  Final 
sobre Calibración del Sector Estadio en Bucaramanga, CIACUA (2006). ................................................. 56 

Figura 4.45. Comportamiento del Punto de Medición de Caudal 4  y  del Punto de Medición de Presión 6 
en  el  Modelo  Unificado.  Fuente:  Informe  Final  sobre  Calibración  del  Sector  Estadio  en  Bucaramanga, 
CIACUA (2006). ........................................................................................................................................... 57 

Figura 6.1. Ubicación del Sector 18 de la Zona 2 de Bogotá...................................................................... 72 

Figura 6.2. Topografía del Sector 18 de la Zona 2 de Bogotá. ................................................................... 73 

Figura 6.3. Características topológicas del Sector 18 de la Zona 2 de Bogotá. ......................................... 74 

Figura 6.4. Plano Estrella Sector 18 Zona 2 Bogotá. .................................................................................. 75 

Figura 6.5. Ubicación de los Puntos de Medición de Caudal y Presión del Sector 18 Zona 2 Bogotá. ..... 75 

Figura 6.6. Mapa de Estratificación de Nudos del Sector 18 Zona 2 Bogotá. ............................................ 77 

Figura  6.7.  Mapa  de  Clasificación  de  los  Nudos  según  los  rangos  de  Presión  del  Sector  18  Zona  2 
Bogotá. ........................................................................................................................................................ 79 

Figura 6.8. Ubicación del Sector 15 de la Zona 3 de Bogotá...................................................................... 84 

Figura 6.9. Topografía del Sector 15 de la Zona 3 de Bogotá. ................................................................... 85 

Figura 6.10. Características topológicas del Sector 15 de la Zona 3 de Bogotá. ....................................... 86 

Figura 6.12. Ubicación de los Puntos de Medición de Caudal y Presión del Sector 15 Zona 3 Bogotá. ... 87 

Figura 6.13. Mapa de Estratificación de Nudos del Sector 15 Zona 3 Bogotá. .......................................... 89 

Figura  6.14.  Mapa  de  Clasificación  de  los  Nudos  según  los  rangos  de  Presión  del  Sector  15  Zona  3 
Bogotá. ........................................................................................................................................................ 90 

Figura 6.15. Ubicación del Sector 35 de Bogotá. ........................................................................................ 92 

Figura 6.16. Topografía del Sector 35 de Bogotá. ...................................................................................... 93 

Figura 6.17. Características topológicas del Sector 35 de Bogotá. ............................................................ 94 

Figura 6.18. Ubicación de los Puntos de Medición de Caudal y Presión del Sector 35 de Bogotá. ........... 95 

Figura 6.19. Ubicación del municipio de La Cumbre-Valle del Cauca. ....................................................... 98 

Figura 6.20. Topografía de la Red del municipio de La Cumbre-Valle del Cauca. ..................................... 98 

Figura 6.21. Características topológicas de la Red del municipio de La Cumbre-Valle del Cauca. ........... 99 

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Figura  6.22.  Esquema  de  los  diámetros  presentes  en  la  Red  del  municipio  de  La  Cumbre-Valle  del 
Cauca. ......................................................................................................................................................... 99 

Figura  6.23.  Ubicación  de  los  Puntos  de  Medición  de  Caudal  y  Presión  de  la  Red  del  municipio  de  La 
Cumbre-Valle del Cauca. .......................................................................................................................... 100 

Figura 6.24. Ubicación del municipio de Candelaria - Valle del Cauca. ................................................... 102 

Figura 6.25. Topografía de la Red del municipio de Candelaria-Valle del Cauca. ................................... 103 

Figura 6.26. Características topológicas de la red del municipio de Candelaria 

– Valle del Cauca. ........ 103 

Figura 6.27. Esquema de los diámetros presentes en la Red del municipio de Candelaria-Valle del Cauca.
 ................................................................................................................................................................... 104 

Figura  6.28.  Ubicación  de  los  Puntos  de  Medición  de  Caudal  y  Presión  de  la  Red  del  municipio  de 
Candelaria- Valle del Cauca. ..................................................................................................................... 105 

Figura 6.29. Gráfica de correlación entre datos medidos y calibrados para los puntos de presión en la Red 
del municipio de Candelaria- Valle del Cauca........................................................................................... 106 

Figura 7.1. Mapa de comportamiento de las demandas de los Nudos según su asignación para el Sector 
18 Zona 2 Bogotá. ..................................................................................................................................... 108 

Figura 7.2. Clasificación de nudos con respecto a la presión. Coeficientes de emisores correspondientes 
a cada grupo de nudos, para el modelo calibrado con la metodología CIACUA. Sector 18 Zona 2 Bogotá.
 ................................................................................................................................................................... 110 

Figura  7.3. (A) Rugosidades de las tuberías para  el  modelo calibrado con Watergems. (B) Rugosidades 
de las tuberías para el modelo calibrado con CIACUA. Sector 18 Zona 2 Bogotá................................... 111 

Figura 7.4. Mapa de comportamiento de las demandas de los Nudos según su asignación para el Sector 
15 Zona 3 Bogotá. ..................................................................................................................................... 121 

Figura 7.5. Clasificación de nudos con respecto a la presión. Coeficientes de emisores correspondientes 
a cada grupo de nudos, para el modelo calibrado con la metodología CIACUA. Sector 15 Zona 3 Bogotá.
 ................................................................................................................................................................... 123 

Figura  7.6. (A) Rugosidades de las tuberías para  el  modelo calibrado con Watergems.  (B) Rugosidades 
de las tuberías para el modelo calibrado con CIACUA. Sector 15 Zona 3. .............................................. 124 

Figura 7.7. Mapa de comportamiento de las demandas de los Nudos según su asignación para el Sector 
35 de Bogotá. ............................................................................................................................................ 127 

Figura  7.8.  Mapa  de  comportamiento  de  las  demandas  de  los  Nudos  según  su  asignación  para  La 
Cumbre-Valle del Cauca. .......................................................................................................................... 133 

 

  

 

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Lista de Gráficas 

 

Gráfica  6.1. Ejemplo  de  análisis de  los  valores  de  presiones  medidas  y  calibradas  para  un  punto 
perteneciente al Sector 18 - Zona 2 de Bogotá. ..................................................................................... 70

 

Gráfica  6.2.  Comparación  de  los  5  mejores  escenarios  de  Caudal  afectados  por  factores  de 
demandas desconocidas y coeficientes de emisores para el Punto de Medición 1 (Liceo Francés) 
Sector 18 Zona 2 Bogotá. ......................................................................................................................... 80

 

Gráfica  6.3.  Comparación  de  los  5  mejores  escenarios  de  Caudal  afectados  por  factores  de 
demandas desconocidas y coeficientes de emisores para el Punto de Medición 2 (Blockbuster) del 
Sector 18 Zona 2 Bogotá. ......................................................................................................................... 80

 

Gráfica  6.4.  Comparación  de  los  5  mejores  escenarios  de  Caudal  afectados  por  factores  de 
demandas  desconocidas  y  coeficientes  de  emisores  para  el  Punto  de  Medición  3  (Chapinero 
Oriental) del Sector 18 Zona 2 Bogotá. ................................................................................................... 81

 

Gráfica  6.5.  Comparación  de  los  5  mejores  escenarios  de  Caudal  afectados  por  factores  de 
demandas  desconocidas  y  coeficientes  de  emisores  para  el  Punto  de  Medición  4  (Chapinero 
Occidental) del Sector 18 Zona 2 Bogotá. .............................................................................................. 81

 

Gráfica  6.6.  Comparación  de  los  5  mejores  escenarios  de  Presión  afectados  por  las  rugosidades 
para el Punto de Medición 1 (Liceo Francés) Sector 18 Zona 2 Bogotá. ............................................. 82

 

Gráfica  6.7.  Comparación  de  los  5  mejores  escenarios  de  Presión  afectados  por  las  rugosidades 
para el Punto de Medición 2 (Blockbuster) del Sector 18 Zona 2 Bogotá. .......................................... 83

 

Gráfica  6.8.  Comparación  de  los  5  mejores  escenarios  de  Presión  afectados  por  las  rugosidades 
para el Punto de Medición 3 (Chapinero Oriental) del Sector 18 Zona 2 Bogotá. .............................. 83

 

Gráfica  6.9.  Comparación  de  los  5  mejores  escenarios  de  Presión  afectados  por  las  rugosidades 
para el Punto de Medición 4 (Chapinero Occidental) del Sector 18 Zona 2 Bogotá. ......................... 84

 

Gráfica  6.10.  Comparación  de  los  5  mejores  escenarios  de  Caudal  afectados  por  factores  de 
demandas  desconocidas  y  coeficientes  de  emisores  para  el  Punto  de  Medición  1  (Media  Torta) 
Sector 15 Zona 3 Bogotá. ......................................................................................................................... 91

 

Gráfica 6.11. Comparación de las curvas de Presión para el Punto de Medición  (Nudo 78) Sector 
35 de Bogotá.,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,109 

Gráfica 6.12. Comparación de las curvas de Caudal para el Punto de Medición (Tubo 1271) Sector 
35 de Bogotá. ............................................................................................................................................. 97

 

Gráfica  6.13.  Comparación  de  las  curvas  de  Presión  para  el  Punto  de  Medición  (Nudo  294)  de  la 
Red del municipio de La Cumbre-Valle del Cauca. .............................................................................. 101

 

Gráfica 6.14. Comparación de las curvas de Caudal para el Punto de Medición (Tubo 392) de la Red 
del municipio de La Cumbre-Valle del Cauca....................................................................................... 102

 

Gráfica  6.15.  Comparación  de  las  curvas  de  Presión  para  el  Punto  de  Medición    (Nudo  288)  Red 
municipio de Candelaria 

– Valle del Cauca. ......................................................................................... 107

 

Gráfica  6.16.  Comparación  de  las  curvas  de  Caudal  para  el  Punto  de  Medición  1  (Tubo  534)  Red 
municipio de Candelaria 

– Valle del Cauca. ......................................................................................... 107

 

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de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

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Gráfica 7.1. Gráfica de frecuencias de nudos con respecto a las variaciones de demandas según la 
asignación de tubos cercanos a nudos cercanos. Sector 18 Zona 2 Bogotá. .................................. 109

 

Gráfica 7.2. Comparación de Curvas de Caudal para Punto 1 (Liceo Francés) Z2S18 Bogotá. ..... 112

 

Gráfica 7.3. Comparación de Curvas de Caudal para Punto 2 (Blockbuster) Z2S18 Bogotá. ......... 112

 

Gráfica 7.4. Comparación de Curvas de Caudal para el Punto 3 (Chapinero Oriental) Z2S18 Bogotá.
 ................................................................................................................................................................... 113

 

Gráfica  7.5.  Comparación  de  Curvas  de  Caudal  para  el  Punto  4  (Chapinero  Occidental)  Z2S18 
Bogotá. ..................................................................................................................................................... 113

 

Gráfica 7.6. Comparación de Curvas de Presión para Punto 1 (Liceo Francés) Z2S18 Bogotá. .... 117

 

Gráfica 7.7. Comparación de Curvas de Presión para Punto 2 (Blockbuster) Z2S18 Bogotá. ........ 118

 

Gráfica 7.8. Comparación de Curvas de Presión para Punto 3 (Chap. Oriental) Z2S18 Bogotá. .... 118

 

Gráfica 7.9. Comparación de Curvas de Presión para Punto 4 (Chap. Occidental) Z2S18 Bogotá. 119

 

Gráfica 7.10. Gráfica de frecuencias de nudos con respecto a las variaciones de demandas según 
la asignación de tubos cercanos a nudos cercanos. Sector 15 Zona 3 Bogotá. .............................. 122

 

Gráfica 7.11. Comparación de Curvas de Caudal para Punto 2 (Vitelma) Z3S15 Bogotá. ............... 125

 

Gráfica 7.12. Gráfica de frecuencias de nudos con respecto a las variaciones de demandas según 
la asignación de tubos cercanos a nudos cercanos. Sector 35 de Bogotá

………………………….140 

Gráfica 7.13. Comparación de Curvas de Caudal para Punto 2 (Tubo 68) Sector 35 Bogotá. ........ 129

 

Gráfica  7.14.  Comparación  de  Curvas  de  Presión  para  Punto  2  (Nudo  1174)  Sector  35  de  Bogotá.
 ................................................................................................................................................................... 131

 

Gráfica 7.15. Comparación de Curvas de Caudal para Punto  (Tubo 392) La Cumbre. ................... 134

 

Gráfica 7.17. Factores multiplicadores de demanda obtenidos para todos los grupos de nudos con 
ambas metodologías de calibración (Watergems y CIACUA). Sector 18 zona 2 Bogotá. ............... 138

 

Gráfica  7.19.  Factores  multiplicadores  de  demandas  obtenidos  para  todos  los  grupos  de  nudos 
con ambas metodologías de calibración (Watergems y CIACUA). Candelaria 

– Valle del Cauca .. 139

 

Gráfica 7.18. Factores multiplicadores de demanda obtenidos para todos los grupos de nudos con 
ambas metodologías de calibración (Watergems y CIACUA). Sector 15 Zona 3 Bogotá

…………152 

Gráfica  7.20.  Factores  multiplicadores  de  demandas  obtenidos  para  todos  los  grupos  de  nudos 
con ambas metodologías de calibración (Watergems y CIACUA). La Cumbre 

– Valle del Cauca.  140

 

Gráfica  7.21.  Factores  multiplicadores  de  demandas  obtenidos  para  todos  los  grupos  de  nudos 
con ambas metodologías de calibración (Watergems y CIACUA). Sector 35 

– Bogotá. ................. 140

 

Gráfica  7.22.  Porcentaje  de    los  puntos  de  medición  de  Caudal  de  los  sectores  calibrados  vs. 
Resultados de SSRE organizados por rangos de valor. ..................................................................... 143

 

Gráfica  7.23.  Porcentaje  de    los  puntos  de  medición  de  Presión  de  los  sectores  calibrados  vs. 
Resultados de SSRE organizados por rangos de valor. ..................................................................... 144

 

 

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de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

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1.  INTRODUCCIÓN 

 
En  países  en  vías  de  desarrollo  como  Colombia,  es  necesario  que  exista  un  manejo  óptimo  de  los 
recursos,  debido  a  la  escasez  de  los  mismos.  Específicamente  dentro  del  sector  de  agua  potable,  las 
mayores inversiones se encuentran en el transporte del agua para prestar el servicio a las comunidades; 
esto hace que la instalación, reposición y ampliación de redes sean las actividades más costosas, y que 
requieran  inversión  de  tiempo,  generen  incomodidades  a  las  poblaciones  y  traumatismos  en  la 
cotidianidad  de  la  gente.  De  esta  manera  es  necesario  propender  por  una  operación  óptima  de  los 
sistemas  de  distribución  de  agua  potable,  estableciendo  el  control  de  las  redes  que  incluya  planes  de 
mantenimiento  preventivo,  mejoramientos  en  las  prestaciones  del  servicio  (continuidad,  calidad),  y  que 
evite al  máximo  actividades  de  reparación  y  mantenimiento correctivo  en  los  sistemas.  Para  lograr  todo 
esto es necesario emplear modelos computacionales calibrados, es decir que sean lo más aproximados a 
la realidad.  
 
La  presente  investigación  busca  mediante  la  calibración  de  redes  con  las  metodologías  existentes  en 
Colombia,  comparar  las  variables  topológicas  e  hidráulicas  obtenidas  y  determinar  las  ventajas  y 
desventajas  de  éstas;  además  establecer  cuáles  son  los  procesos  más  acertados  que  permiten 
determinar  cuándo  un  modelo  está  calibrado  o  no.  La  etapa  inicial  correspondió  a  la  obtención, 
recopilación,  clasificación  y  análisis  preliminar  de  la  información  correspondiente  a  las  metodologías  de 
calibración  empleadas  en  distintas  ciudades  del  país.  Se  obtuvo  información  de  los  procesos  de 
calibración  de  ciudades  como  Bogotá,  Medellín,  Bucaramanga,  Cartagena,  Tunja  y  algunos  municipios 
del  Valle  del  Cauca.  Luego,  mediante  la  revisión  bibliográfica  correspondiente  a  los  procesos  de 
calibración  en  general,  se  prepararon  los  datos  de  entrada  requeridos  para  realizar  calibraciones  de 
diversos  sectores  hidráulicos,  con  las  metodologías  establecidas  en  la  etapa  inicial.  La  siguiente  etapa 
consistió en realizar la evaluación crítica del comportamiento de las variables topológicas e hidráulicas de 
los  modelos,  con  base  en  fundamentos  numéricos,  cálculos,  gráficas  de  comparaciones,  especialmente 
con el cálculo de la Suma de Errores Mínimos Cuadrados (SSRE). Finalmente, se establecieron de forma 
preliminar  recomendaciones  de  tipo  técnico  y  de  procesos  para  realizar  una  buena  calibración, 
identificando las actividades que permitieron la obtención de los errores mínimos en las calibraciones.  
 
En el presente documento, el Capítulo 1 contiene los objetivos iniciales y la justificación del desarrollo de 
la investigación, respectivamente.  
 
En el Capítulo 2 se describen los antecedentes a la investigación; éstos contienen la descripción sucinta 
del  caso  específico  denominado  “La  batalla  de  la  Calibración  de  las  RDAP”,  desarrollado  por  diversos 
diseñadores.  Se  destacan  los  resultados  obtenidos  en  estas  experiencias,  los  cuales  han  realizado 
aportes valiosos a la teoría de calibración de redes en todo el mundo.   
 
En el Capítulo 3 se describe la metodología llevada a cabo durante toda la investigación. En el Capítulo 4 
se  describe  la  información  recopilada  correspondiente  a  las  metodologías  de  calibración  que  se  han 
empleado en ciudades de  Colombia como Bogotá,  Medellín, Tunja, Cartagena,  Bucaramanga  y algunos 
municipios  del  Valle  del  Cauca.  El  análisis  incluye  generalidades  de  las  redes,  procedimiento  de 
elaboración del modelo hidráulico inicial (y en casos donde éste ya existe, verificación de la confiabilidad 
de  los  datos  existentes),  definición  de  los  puntos  de  monitoreo  de  caudales  y  presiones  en  campo, 
proceso de calibración y resultados obtenidos. 
 
La evaluación cualitativa de cada una de las metodologías se presenta en el Capítulo 5, la cual incluye un 
análisis  crítico  de  aspectos  técnicos,  toma  de  decisiones,  criterios  supuestos  y  procesos  de  modelación 
adoptados en cada metodología de calibración. La calibración de cinco (5) redes hidráulicas junto con los 
resultados obtenidos se presenta en el Capítulo 6, y el análisis cuantitativo correspondiente en el Capítulo 
7. Finalmente, las conclusiones y recomendaciones de la investigación están contenidas en los Capítulos 
8 y 9 respectivamente. 

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1.1. 

OBJETIVOS 

 
 

1.1.1.  OBJETIVO GENERAL 
 

Determinar  aspectos  relevantes  requeridos  en  la  calibración  de  modelos  hidráulicos  de  redes  de 
distribución de agua potable (RDAP), mediante el análisis y la revisión de las metodologías empleadas en 
Colombia. 

 
 
1.1.2.  OBJETIVOS ESPECÍFICOS 

 
Existen  otros objetivos planteados en  el  desarrollo  de la Tesis, los cuales se refieren a  actividades más 
específicas de la investigación, como los siguientes: 
 

Recopilar  y  clasificar  la  información  correspondiente  a  los  procesos  de  calibración  de  RDAP 
llevados a cabo en Colombia.  
 

Realizar  una  revisión  bibliográfica  de  procesos  de  calibración,  análisis  de  modelos  hidráulicos 
establecidos a nivel mundial. 
 

Identificar los algoritmos de calibración existentes y las funciones de optimización asociadas con 
éstos. 
 

Llevar  a  cabo,  mediante  el  uso  de  herramientas  computacionales  (Software  REDES  y 
WATERGEMS), procesos de calibración de diferentes sectores hidráulicos en Colombia. 
 

Realizar  un  análisis  cualitativo  estableciendo  ventajas,  desventajas,  fortalezas  y  limitaciones  de 
cada una de las metodologías de calibración identificadas. 
 

Realizar un análisis cuantitativo estableciendo las diferencias relevantes en los comportamientos 
de  las  variables  hidráulicas  y  topológicas  de  los  modelos  calibrados  con  las  metodologías  de 
calibración identificadas. 
 

Proponer  mejoramientos  a  las  metodologías  analizadas,  basados  en  conceptos  hidráulicos, 
computacionales y matemáticos. 
 

Establecer  una  metodología  preliminar  que  incluya  las  actividades  con  mejores  resultados  
pertenecientes  a  los  procesos  de  calibración  de  RDAP  analizados,  dicha  metodología  incluirá 
aspectos  relevantes  y  servirá  de  guía  para  quienes  desarrollan  procesos  de  calibración  en 
Colombia.  
 

 

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1.2. 

JUSTIFICACIÓN 

 
 
La necesidad de transporte de agua desde los sitios de captación (fuentes como ríos, lagos, entre otros) 
además  de  su  distribución  dentro  de  las  ciudades  durante  las  24  horas  del  día,  con  una  presión  de 
servicio suficiente y con agua que cumpla con los requerimientos de calidad, es la principal razón por la 
cual se requiere un diseño óptimo de RDAP, y sobre todo la construcción de modelos hidráulicos que las 
representen lo mejor posible y permitan su operación continua y eficiente.  
 
Colombia  es un país donde la  infraestructura  ha sufrido procesos de autoconstrucción;  específicamente 
en  el  caso  de  las  redes  hidrosanitarias  el  común  denominador  ha  sido  la  instalación  de  tuberías  y 
accesorios dependiendo de la necesidad, de los daños presentados en las redes los cuales interrumpen 
la prestación del servicio y generan emergencias sanitarias en las poblaciones y deben ser solucionados 
oportunamente. Es por esto que las empresas prestadoras y operadoras del servicio de agua potable han 
intentado  mejorar  el  manejo  de  las  redes  buscando  una  disminución  de  los  gastos  de  operación  de  las 
mismas,  generando  además  un  aumento  significativo  de  la  población  servida  y  por  consiguiente  el 
mejoramiento de la calidad del agua que se distribuye. Por todo lo anterior, se requiere que se realice la 
calibración  de  los  modelos  hidráulicos  con  el  fin  de  garantizar  la  validez  de  los  modelos  con  los  que  se 
toman decisiones técnicas y operativas de las RDAP.  
 
Finalmente,  dentro  de  los  procesos  de  calibración  surgen  dudas  tales  como:  ¿Cuántos  puntos  de 
medición  deben  ser  tomados  en  cuenta  para  la  calibración?  ¿Cuántas  mediciones  son  suficientes  para 
elaborar  patrones  de  consumo  dentro  de  la  red?,  ¿Con  qué  criterios  se  deben  escoger  las  variables  a 
calibrar?  ¿Qué  rangos  de  error  en  las  variables  debe  presentar  el  modelo  calibrado?  ¿Cómo  analizar  y 
calibrar el comportamiento de accesorios de la red?. Estas deben ser solucionadas antes de afirmar que 
un modelo está calibrado.   
 
 
 

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2.  MARCO TEÓRICO 

 

2.1. 

ANTECEDENTES: “The Battle of the Water Calibration Networks (BCRDAP)” 

 
La batalla de la calibración de RDAP (BCRDAP), tuvo como objetivo principal comparar de manera crítica 
las soluciones del modelo de simulación hidráulica de C-Town (USA) propuestas por catorce (14) equipos 
de  la  academia,  empresas  prestadoras  de  servicios  públicos  y  consultores  privados,  con  sendos 
enfoques para los procesos de calibración de los RDAP aplicados a un sistema de distribución de agua 
real.  
 
Información  disponible:  La  topología  de  la  red  y  su  modo  de  operación,  elevaciones  de  nudos, 
diámetros y longitudes de tuberías, curvas de las bombas, especificación de control de la red, válvulas de 
control,  tanques,  fuentes;  válvulas  de  aislamiento;  demanda  y  control  de  supervisión  y  adquisición  de 
datos (Sistema SCADA), resultados de los caudales contraincendios. 
 
Valoración:  Los  participantes  presentaron  un  archivo  de  entrada  compatible  con  EPANET  (USEPA 
2002),  que  mostrara  un  sistema  calibrado  teniendo  en  cuenta  las  168  horas  de  registro  de  datos 
hidráulicos del sistema SCADA. Los requerimientos establecidos para la BCRDAP fueron los siguientes: 
 

1.  Cálculos  de  los  errores  relativos  (SSRE)  y  errores  de  desviación  estándar  de  los  valores  de 

rugosidades  estimadas  para  las  tuberías,  las  demandas  bases  de  los  nudos,  las  variaciones  de 
las presiones de servicio en los nudos, las pruebas contraincendios con el caudal requerido para 
garantizar  una  presión  aceptable  de  servicio  en  toda  la  red,  los  niveles  de  los  tanques,  los 
caudales de la tubería y de bombeo. 

2.  El modelo calibrado debe tener la capacidad para predecir con éxito las presiones resultantes  y 

los caudales asociados con un patrón de demanda independiente, las condiciones de aplicación y 
funcionamiento supuestas durante la modelación. 

3.  El modelo calibrado debe tener la capacidad para predecir con éxito las presiones resultantes  y 

los caudales asociados con situaciones de errores aleatorios. 

 
La Tabla 2.1 muestra los métodos de optimización empleados por algunos de los equipos de trabajo que 
participaron en la batalla de la calibración: 
 

Tabla 2.1. Métodos de optimización empleados por algunos de los equipos de trabajo en sus 

respectivos procesos de calibración  

Equipo de trabajo 

Criterio de Optimización 

Bros  y  Kalungi  (2010)  y 
Burd et al. (2010) 

Ensayo y error. 

Wu y Walski (2010) 

Criterios  de  ingeniería  que  emplean  herramientas  de 
optimización con un enfoque global progresivo. 

Alvisi y Franchini (2010) 

Combinación  de  un  proceso  de  optimización  heurística 
automática  basada  en  el  SCE-UA  (Evolución  de  mezcla 
compleja de la Universidad de Arizona, Duan et al, 1992), el 
refinamiento  manual,  y  el  criterio  de  Montecarlo  (Latin 
Hypercube) (McKay et al., 1979),  

Koppel    and    Vassiljev  
(2010)   

Algoritmo  de  Levenberg-Marquardt  (LMA)  (Levenberg  1944, 
Marquardt  1963)  con  las  adaptaciones  requeridas  para  el 
dominio  de  los  parámetros  empleados  en  el  cálculo  de 
derivadas parciales (Koppel y Vassiljev, 2009). 

Diao et al. (2010) 

Metodología  heurística  junto  con  el  juicio  de  ingeniería, 
ambos basados en la identificación de escenarios de cálculo. 

Chang et al. (2010) 

Algoritmo genético de dos etapas (Goldberg 1989) 

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Resultados  de  la  calibración:  Los  resultados  y  evaluaciones  de  la  BCRDAP  se  presentan  en  los 
Anexos  1  a  6.  La  correspondencia  entre  el  modelo  (teórico)  y  real  (medido)  de  demandas  y  presiones 
para el nudo del sistema i-ésimo se cuantifica a través de: 
  
 

Ecuación 2.1. 

 
 
 
dónde: SSREi es la suma de los cuadrados de los errores relativos en el nudo i-ésimo del sistema. 
T es el número de intervalos de tiempo, índice t. 
N es el número de nudos del sistema, i indexación. 

  es el modelo (predicción) la demanda/presión en el nudo i-ésimo en el tiempo t. 

 es la realidad (medida) demanda/presión en el nudo i-ésimo en el tiempo t. . 

 
Se  escogieron  los  tres  (3)  mejores  procesos  de  calibración:  Alvisi  y  Franchini,  Wu  y Walski,  y  Koppel  y 
Vassiljev, suponiendo el mismo peso para todas las categorías de calibración. Estos procesos ajustaron 
rugosidades  de  tuberías,  curvas  de  las  bombas,  y  los  tiempos  de  operación  de  las  bombas.  Alvisi  y 
Franchini, añadieron el análisis de pérdidas menores. 
 
Después de llevada a cabo la batalla de la calibración, se concluyó lo siguiente: 
 

a)  Un modelo es una simplificación de un sistema real y no es el sistema real en sí. Por lo tanto sus 

resultados deben ser siempre validados. 

b)  Parte  de  la  validez  de  la  calibración  del  modelo  radica  en  la  comprensión  adicional  adquirida 

sobre el comportamiento del sistema, no sólo la obtención de un modelo mejor.  

c)  La  precisión  necesaria  de  la  calibración  del  modelo  depende  de  la  aplicación  del  modelo 

propuesto y las variables requeridas.  

d)  La última medida que indica si un modelo está calibrado correctamente, corresponde al grado de 

confianza que dicho modelo le aporte a la operación del sistema. 

e)  Los modelos calibrados son útiles en la identificación de anomalías de operación e infraestructura 

del sistema de RDAP. 

f)  Mientras  que  los  modelos  calibrados  automáticamente  pueden  ser  muy  eficaces  en  el 

refinamiento  de  los  parámetros,  el  conocimiento  de  la  red  y  la  experiencia  obtenida  son 
necesarios  para  que  estas  tecnologías  pueden  ser  aplicadas  con  éxito.  La  clave  principal  es  la 
identificación de los parámetros a ajustar o calibrar. 

g)  Los modelos siempre deben ser calibrados y validados antes de su uso. 
h)  La calibración del modelo es un proceso iterativo. 
i) 

Los operarios del sistema de RDAP deben hacer parte del equipo de calibración del modelo. 

j) 

Se  debe  tener  especial  cuidado  en  el  uso  de  simulaciones  durante  períodos  extendidos 
producidas  por  el  modelo  calibrado,  sobre  todo  para  la  evaluación  del  comportamiento  del 
sistema  a  largo  plazo,  sobre  todo  con  respecto  a  aspectos  técnicos  y  toma  de  decisiones  de 
gestión.  

k)  Los  pequeños  errores  en  la  sincronización  de  las  acciones  de  control  del  sistema  pueden  tener 

un impacto significativo y causar dificultades en la calibración. 

l) 

El análisis de sensibilidad puede ser muy útil en la identificación de los parámetros que tienen el 
mayor impacto en las predicciones producidas por el modelo.  

m)  Debe  tenerse  claro  que  cualquiera  de  los  supuestos  utilizados  para  el  ajuste del  modelo  podría 

estar equivocado. 

n)  Deben incluirse patrones de demanda específicos para los grandes consumidores. 

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o)  Los rendimientos de un solo día no validan la calibración. Debe obtenerse rendimientos de siete 

(7) días completos. 

p)  Los  valores  faltantes  del  sistema  SCADA  deben  ser  comprobados  antes  de  realizar  los  análisis 

de sensibilidad.  

q)  Los  balances  hídricos  de  nivel  en  los  tanques  de  entrada  y  los  caudales  de  operación  de  las 

bombas deben ser tomados como base para estimar los factores de los patrones de demanda de 
agua. 

r)  Las  pruebas  de  caudales  de  incendios  deben  hacerse  en  lugares  apropiados  para  lograr  una 

mejor calibración de la rugosidad de las tuberías. 

s)  Algunas  variables  de  salida  del  modelo  puede  ser  afectadas  de  forma  representativa,  debido  a 

perturbaciones muy pequeñas y/o errores en algunos parámetros específicos. 

t)  Se debe cuestionar la exactitud que muestre el modelo y ser escéptico frente a datos de campo 

poco coherentes. 
 

2.2. 

ELABORACIÓN Y CALIBRACIÓN DE MODELOS HIDRÁULICOS DE RDAP 

 

2.2.1.  Generalidades 

 

Los modelos  hidráulicos computacionales son una  excelente herramienta dentro del  proceso  de  diseño, 
operación  y  funcionamiento  en  general  de  las  RDAP.  A  medida  que  pasa  el  tiempo,  las  redes  van 
sufriendo cambios, no  solo por los mantenimientos preventivos  y correctivos de redes  y accesorios sino 
también con los procesos operativos con los que se  controlan, con el cambio de las rugosidades de las 
tuberías por deterioro de la pared en contacto con el flujo, entre otros. En razón a lo anterior los modelos 
deben acomodarse acertadamente a la realidad de los sistemas y es por esto que se requieren procesos 
de  calibración  que  tengan  en  cuenta  todas  las  variaciones  que  sufren  los  sistemas  en  general  desde  el 
momento en el que entran en funcionamiento. 
 
Uno de los aspectos más importantes dentro de la calibración de RDAP es la determinación del propósito 
del  modelo  que  será  calibrado  posteriormente.  Es  poco  probable  y  dudoso  que  un  modelo  simple  sea 
considerado calibrado para todos los propósitos. Walski en 1995 identificó siete (7) posibles propósitos de 
modelos de RDAP: 
 

  Tamaño de las tuberías para planeación y gestión en general 
  Simulaciones en periodo extendido para estudios de planeación y gestión 
  Diseño de sectorización 
  Estudios de rehabilitación 
  Estudios de gasto de la energía 
  Modelación de calidad de agua 
  Programas de lavado de redes 

 
No  es  posible  que  exista  un  modelo  de  RDAP  ideal  que  pueda  reproducir  perfectamente  el 
comportamiento  real  de  los  sistemas.  De  acuerdo  con  la   American Water Works  Association  (AWWA) 
existen muchas fuentes de error que generan esas diferencias notorias entre los modelos y la realidad de 
los sistemas de RDAP, por ejemplo: errores de medición en campo, errores en los valores de rugosidad 
interna de las tuberías, errores en las demandas de caudal, errores en los sistemas de planos y mapas y 
en su configuración, errores en las cotas de elevación de los nudos, errores en los niveles de los tanques 
de  alimentación,  errores  en  los  niveles  de  detalle  de  la  topología  (esqueletización),  anomalías 
geométricas  (tuberías  cruzadas,  válvulas  aisladas)  y  curvas  características  de  las  bombas  obsoletas, 
entre  otros  errores.  Algunos  de  estos  errores  pueden  ser  corregidos  identificándolos  como  variables 
desconocidas  de  calibración.  Sin  embargo,  debido  a  que  los  datos  de  medición  de  muchas  de  estas 
variables son limitados, no es posible calibrar todas estas variables dentro del modelo al mismo tiempo. 

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La  calibración  es  un  proceso  iterativo,  muy  parecido  al  de  diseño  simple  de  RDAP.  En  este  orden  de 
ideas las variables topográficas  y topológicas deben  ser identificadas antes de  ser calibradas; esto  a fin 
de poder identificar la sensibilidad de las mismas a la variación de unas u otras variables. Cabe resaltar 
que  es  necesario  realizar  procesos  de  calibración  periódicamente,  debido  a  que  las  RDAP  sufren 
cambios  constantes.  Otro  aspecto  importante  dentro  del  proceso  de  calibración,  es  la  validación  de 
modelo. Un modelo de RDAP es considerado como validado cuando es capaz de reproducir exactamente 
el comportamiento de un conjunto de parámetros diferentes a los empleados en la calibración del mismo.  
 

2.2.2.  Identificabilidad,  Unicidad  y  Estabilidad  dentro  de  la  solución  del  problema  de 

calibración 

 
Los  problemas  de  calibración  son  a  menudo  mal  planteados,  probablemente  porque  no  todos  tienen 
solución, o porque no tienen una única solución o porque su solución es inestable. En la práctica, el mal 
planteamiento de los problemas de calibración está caracterizado por la no-unicidad y la inestabilidad.  
 

Identificabilidad:  Los  vectores  que  contienen  los  datos  de  las  variables  a  calibrar  deben 
encaminar el cálculo de los vectores con datos predichos por el modelo calibrado, los cuales son 
cercanos  a  los  datos  observados  y/o  medidos.  Los  problemas  presentados  por  falta  de 
identificabilidad son los relacionados con la reducción del dimensionamiento de los vectores que 
contienen  los  datos  de  las  variables  por  ejemplo  cuando  se  requiere  agrupar  variables  con 
características similares. 

Unicidad:  Se  requiere  cuando  en  el  modelo  múltiples  vectores  con  datos  de  variables 
corresponden o generan valores similares pertenecientes a la función objetivo; por esta razón la 
función objetivo debe tener un dominio definido para la evaluación de los parámetros obtenidos. 

Estabilidad:  Es  la  propiedad  más  importante  dentro  del  proceso  de  calibración  ya  que  la 
oscilación  de  los  valores  de  los  parámetros  genera  errores  de  observación  pequeños  que 
conducen a errores significativos en el modelo. La inestabilidad se asocia con la función objetivo 
y con el proceso de convergencia de los datos calculados. 
 

2.2.3.  Criterios de evaluación  

 
El  problema  de  los  niveles  mínimos  de  precisión  requeridos  en  los  datos  arrojados  por  los  modelos 
calibrados fue analizado por el Centro de Investigación del Agua (Water Research Centre) en 1989 en el 
Reino Unido. Quienes propusieron los siguientes criterios de desempeño de la calibración: 
 

Los  caudales  del  modelo  calibrado  deben  ser:  ±  5%  de  los  caudales  medidos  cuando  los 
caudales medidos corresponden a más del  10%  de  la demanda total del sistema; ± 10% de los 
caudales medidos cuando los caudales medidos corresponden a menos del 10% de la demanda 
total del sistema. 

Las  presiones  del  modelo  calibrado  deben  ser:  ±  0.5 m  de  las  presiones  medidas  o  ±  5%  de  la 
pérdida  de  energía  para  el  85%  de  las  medidas  tomadas  en  campo;  ±  0.75  m  de  las  presiones 
medidas o ± 7.5% de la pérdida de energía para el 75% de las medidas tomadas en campo; ± 2 
m  de  las  presiones  medidas  o  ±  15%  de  la  pérdida  de  energía  para  el  100%  de  las  medidas 
tomadas en campo. 

Para  las  simulaciones  en  período  extendido,  los  niveles  de  los  tanques  de  alimentación  deben 
evaluarse así: la diferencia volumétrica entre el almacenamiento del modelo calibrado y el medido 
entre dos períodos consecutivos debe estar entre ± 5% del volumen de salida del tanque. 
 

Un  criterio  de  desempeño  alternativo  fue  desarrollado  por  The  Engineering  Computer  Applications 
Committee  en  el  año  1999  en  los  Estados  Unidos,  ver  Figura  2.1.  Además  se  muestran  los  criterios 
adoptados por la firma de ingeniería Bentley, ver Figura 2.2.  
 

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Figura 2.1. Guía de precisión en la Calibración de Modelos de RDAP (ECAC-1999) 

 

 

Figura 2.2. Niveles aceptables de Calibración según Bentley  

 
En general, la calibración involucra los siguientes pasos (Ormsbee, 1989): 
 

1.  Identificación del propósito general del modelo de la RDAP 
2.  Determinación de los parámetros estimados por el modelo inicial 
3.  Recolección de los datos de calibración 
4.  Evaluación de los resultados del modelo 
5.  Calibración en un nivel Macro 
6.  Análisis de sensibilidad de las variables calibrables 
7.  Calibración en un nivel Micro 

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2.2.4.  Guía para los procesos de calibración 

 
La presente guía contiene recomendaciones relevantes sobre los procesos de calibración de modelos de 
RDAP y está basada en el desarrollo de años de experiencia de Mary C. Hill, (1998), y busca obtener una 
mayor efectividad dentro del proceso de calibración de modelos de RDAP:  
 

Aplicar el principio de “moderación” (parsimony): Lo más importante al iniciar la calibración 
es  establecer  un  modelo  de  la  RDAP  lo  más  sencillo  posible;  a  medida  que  se  avanza  en  el 
proceso  de  calibración  se  le  va  adicionando  complejidad  basándose  en  la  información  teórica 
existente  para  modelación  además  del  análisis  de  la  falta  de  capacidad  del  modelo  para 
reproducir exactamente las observaciones de campo. Mantener además, el número de variables 
calibrables  limitado  desde  el  inicio  de  la  calibración,  a  medida  que  ésta  avanza  incrementar 
paulatinamente la complejidad en la parametrización del modelo. 
 

Definir y emplear un rango amplio de valores de los parámetros para permitir el desarrollo 
del problema de la calibración: 
Emplear información confiable en la modelación para identificar 
el  esquema  apropiado  de  parametrización  del  modelo,  el  cual  será  empleado  para  limitar  las 
variables a calibrar en el proceso.  
 

Formular  y  mantener  un  problema  de  calibración  bien  planteado:  Esto  genera  que  los 
valores de las variables calibrables sean reconocibles, únicos  y relativamente fáciles de calcular. 
El buen planteamiento del problema requiere de diagnósticos estadísticos y análisis de errores y 
desfases  de  las  variables  de  calibración.  Una  de  las  ventajas  de  plantear  bien  el  problema  de 
calibración es que produce simplicidad en la generación de modelos analizando pocas variables 
de  calibración.  Si  el  problema  está  mal  planteado  es  necesario  tener  en  cuenta:  (a)  Volver  a 
parametrizar el análisis del modelo, lo que incluye cambiar (generalmente reducir) el número o el 
grupo de variables, además emplear coeficientes de correlación  y valores de sensibilidad de los 
parámetros  calibrables  para  determinar  cuáles  son  las  nuevas  variables  a  incluir  dentro  del 
análisis  y  cuáles  deben  ser  excluidas;  (b)  Emplear  información  adicional  la  cual  debe  ser 
evaluada  con  análisis  de  sensibilidad  para  identificar  su  relevancia  en  la  estimación  de  las 
variables;  dentro  de  esta  información  se  encuentran  las  medidas  de  caudales  y  presiones  aun 
cuando  su  obtención  implique  mayores  costos;  (c)  Modificar  otros  aspectos  del  modelo,  por 
ejemplo apertura de válvulas, y aspectos operativos en general. 
 

Emplear  cautelosamente  la  información  de  la  literatura  (experiencias  obtenidas 
anteriormente)  sobre  las  variables  calibrables:
  Estos  valores  sólo  se  deben  aplicar  para 
variables a las cuales no se les puede determinar con un rango aceptable de certeza los valores 
de caudal y presión. Es necesario calibrar el modelo y evaluar la sensibilidad a la variación de los 
parámetros  antes  de  aplicar  valores  teóricos.  Generalmente  los  parámetros  estimados  basados 
en la experiencia o “teóricos” son menos confiables que los medidos en campo.    
 

Evaluar el comportamiento del modelo: Además de tener en cuenta la Función Objetivo de la 
calibración, es necesario analizar el comportamiento del modelo incluyendo métodos estadísticos 
de análisis de  datos que permitan una comparación  objetiva. Si  el modelo resulta insatisfactorio 
entonces  puede  presentar  problemas  como:  errores  sistemáticos  en  los  datos  observados  y/o 
medidos,  errores  en  la  construcción  del  modelo  especialmente  de  configuración,  errores  en  el 
esquema de parametrización del proceso de calibración. 
 

Evaluar las variables optimizadas: Calcular la varianza, el coeficiente de variación para indicar 
el error relativo de las variables. Calcular los intervalos de confianza y compararlos con los límites 
máximos y mínimos usados para definir los objetivos de la calibración (función objetivo).   
 

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Evaluar las predicciones que arroja el modelo:  Emplear análisis estadísticos para determinar 
las  incertidumbres  de  las  variables  predichas  por  el  modelo. Reconsiderar  el  objetivo  primordial 
del modelo calibrado  y con base en eso realizar el análisis del comportamiento de las variables; 
por ejemplo, si el modelo será calibrado para ser empleado en la operación óptima de la RDAP 
entonces analizar el comportamiento de las variables aguas arriba y aguas abajo de las bombas 
y válvulas, etc. 
 

2.2.5.  Métodos de optimización para la calibración de RDAP: 

 
A  continuación  se  describen  uno  de  los  métodos  de optimización  más  utilizado  para la  calibración  del 
modelo RDAP: Algoritmos Genéticos (AG).  
 

Algoritmos genéticos (AG): 

 
Los  AG  se  describen  a  menudo  como  un  método  estocástico  (integral),  que  es  especialmente útil  en  la 
solución  de  los  problemas  grandes  y  complejos  con  muchos  mínimos  y  máximos  locales  y  que  casi 
siempre  ofrece  una  solución  cercana  a  la  óptima  (Walters  et  al.,  1989).  El  AG  es  un método  de 
búsqueda de 

adaptación 

que emula la 

evolución de 

la 

naturaleza, basada 

en 

la 

supervivencia preferencial, la reproducción de los miembros más aptos de la población, el mantenimiento 
de una  población  con  diversos  miembros,  la  herencia del  material  genético de  los  padres,  la  mutación 
ocasional de genes, etc. (Goldberg, 1989, citado por Kapelan Z. 2010). 
 
Utilizando una  analogía con  la  naturaleza,  es  un  proceso  artificial que  consiste  en la  creación  y 
la evolución  de  una  población (con  operadores  de  selección, cruce  y  mutación)  y  de  las  soluciones.  Su 
introducción  es  reciente  en  la  optimización  de  RDAP  (Murphy  et al.,  1992,  citado  por  Kapelan  Z. 
2010). Los  cromosomas  conforman  a  la  población,  representan  una  solución,  son  codificados  (binario  o 
real entero), se les asigna un valor por su afinidad y habilidad (aptitud) frente a los demás cromosomas a 
partir de la función objetivo del problema, y están formados por genes. A su vez cada gen representa una 
variable  de  decisión  individual,  ocupa  una  posición  dentro  del  cromosoma  llamada  lugar,  y  su  valor  se 
denomina alelo (Kapelan, 2010). Al inicio del proceso de búsqueda, a partir de la generación aleatoria de 
cromosomas,  se  crea  la  población  inicial.  Luego  un  cierto  número  de cromosomas son  seleccionados 
(por  lo  general dos) de la  población  existente. Cromosomas seleccionados se  recombinan usando 
un operador  de  cruce AG. Este  último  es seguido  por la  aplicación  de  un operador  de  mutación. El 
cromosoma recién  creado se utiliza  para  crear la  próxima  generación de  la  población,  para  lo  cual 
existen dos 

enfoques distintivos: (1) reemplazar la 

población 

existente, 

todo con nuevos 

cromosomas (AG generacional) o 

(2) reemplazar 

únicamente 

una 

parte de 

la 

población 

existente con nuevos cromosomas (AG en estado estacionario) (Kapelan, 2010). 
 
Ventajas  del  AG:  (1)  Exploración  eficiente  de  búsqueda  global  compleja,  búsqueda  multi-modal 
compleja. (2)  Una  probabilidad  reducida  a  quedar  atrapados  en  un  óptimo  local.  (3)  Solo  requiere  la 
evaluación  de  la  función  objetivo  para  el  procedimiento  de  optimización  sin  exigir  las  operaciones 
numéricas. (4)  Ambas  variables  de  decisión  pueden  ser  utilizadas,  discretas  y  continuas.  (5)  AG  suele 
generar varias soluciones buenas (en términos de valor de la función objetivo). Sin embargo, en términos 
de  valores  de  las  variables  de  decisión,  las  soluciones  pueden  diferir  de  manera  significativa, (Kapelan, 
2010).  Una  propuesta  de  diagrama  de  flujo  para  el  método  de  optimización  de  AG  se  muestra  en  la 
Figura 2.3 (Wall, 1996. Fuente Kozelj et al. 2006). 
 

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Figura 2.3. Diagrama de flujo  de optimización AG (Wall, 1996)  

 
Desventajas del AG: 
(1) Pese a ser necesario para explorar sólo una pequeña parte del espacio total de 
la búsqueda para acercarse al óptimo, requiere elevado tiempo de procesamiento computacional, (2) No 
hay  garantía  de  encontrar  un  óptimo  global,  pese  a  encontrarse  buenas  soluciones.  (3)  Se  requieren 
varias corridas de AG para cubrir la necesidad de ajuste de los parámetros del modelo. (4) Requiere de 
una  función  de  penalización para  tratar  restricciones.   (5)  El  método  AG  presenta  el  problema  de 
finalización  lenta  para  obtener  exactamente  ese  óptimo.  (6)  AG  presenta  convergencia  prematura, 
(Kapelan, 2010). 
 
 

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Centro de Investigaciones en Acueducto y Alcantarillados CIACUA 
Recopilación, Análisis y Evaluación de las metodologías de calibración de modelos 
de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

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3.  METODOLOGÍA 

 
Inicialmente  se  llevó  a  cabo  la  recopilación  de  toda  la  información  concerniente  a  las  metodologías  de 
calibración implementadas en algunas ciudades en Colombia. Se obtuvo la siguiente información: 
 

Empresa de Acueducto  y  Alcantarillado de Bogotá (EAAB) correspondiente  a  los informes de la 
modelación  y  calibración  de  los  sector  hidráulicos  pertenecientes  a  las  Zonas  2  y  3  elaborados 
por la empresa consultora AQUADATOS S.A. 

Empresas Públicas de Medellín (EPM) correspondiente a las pautas generales a tener en cuenta 
al desarrollar el proceso de calibración de RDAP. 

PROACTIVA  S.A.  E.S.P.  el  documento 

denominado  “Metodologías  de  Calibración  para  RDAP 

empleadas en la ciudad de Tunja”. 

Centro de Investigaciones en Acueductos  y  Alcantarillados CIACUA, Universidad de Los Andes. 
“Diseño e Implementación del Plan Estratégico de Manejo de las Redes de Distribución de Agua 
Potable  de  los  Municipios  de  Andalucía,  Ansermanuevo,  Bolívar,  Bugalagrande,  Candelaria, 
Ginebra, Guacarí, La Cumbre y Toro”. 

Centro de Investigaciones en Acueductos  y  Alcantarillados CIACUA, Universidad de Los Andes. 
“Metodología  para  la  definición  de  planos  óptimos  de  presiones  y  reducción  de  agua  no 
contabilizada en el Sector Estadio perteneciente a la ciudad de Bucaramanga”. 

Aguas de Cartagena S.A. E.S.P. “Calibración de Modelos Matemáticos”. 

 

Después se elaboró un cuadro comparativo que permitió la identificación de aspectos relevantes de cada 
metodología,  incluyendo:  Generalidades  de  los  sectores  a  calibrar,  Elaboración  del  modelo  hidráulico 
(Topografía  y  Topología,  Revisión  y  corrección  de  datos,  Macromedición,  Micromedición,  Manejo  de 
pérdidas  técnicas  y  comerciales),  Definición  y  construcción  de  puntos  de  medición  de  caudales  y 
presiones, Proceso de Calibración  y Resultados obtenidos. Se realizó una revisión bibliográfica extensa, 
y habiendo clasificado y analizado la información obtenida en algunas ciudades de Colombia, se procedió 
a  identificar  las  ventajas,  desventajas,  fortalezas  y  limitaciones  de  cada  procedimiento,  con  especial 
atención en la toma de decisiones y criterios  supuestos por los diseñadores. De aquí se identificaron en 
general  dos  (2)  metodologías,  una  correspondiente  a  la  desarrollada  por  el  CIACUA  denominada 
metodología  A  y  la  desarrollada  en  la  ciudad  de  Bogotá  mediante  el  uso  del  software  WATERGEMS 
denominada metodología B, las cuales se emplearon para realizar las calibraciones de algunos sectores 
hidráulicos y evaluar el comportamiento de las variables hidráulicas y topológicas. 
 
Se escogieron dos (2) modelos hidráulicos que ya habían sido calibrados con la metodología CIACUA de 
tal  forma  que  tuviesen  características  topológicas  y  topográficas  diferentes  para  calibrarlos  con  la 
metodología que emplea el software WATERGEMS. Los modelos hidráulicos escogidos fueron los de los 
Sectores 2-18 y 3-15 de la ciudad de Bogotá.  
 
De  la  misma  forma  se  escogieron  tres  (3)  modelos  más  para  calibrarlos  con  la  ayuda  del  software 
WATERGEMS,  los  cuales  ya  habían  sido  calibrados  mediante  la  metodología  CIACUA.  Los  modelos 
hidráulicos  escogidos  fueron  los  de  los  municipios  de  La  Cumbre  y  Candelaria  en  el  departamento  del 
Valle y el Sector 35 de Bogotá.  
 
La información inicial requerida es: el modelo hidráulico antes de calibrar sin demandas de usuarios, las 
series  de  datos medidos  en  campo  (caudales  y  presiones),  los  registros  de  consumos  de  usuarios  y  su 
respectiva georreferenciación. Después de organizar y preparar la información, se sometieron los datos a 
una calibración empleando las metodologías, desde la asignación de demandas, el establecimiento de la 
bondad  de  ajuste,  pasando  por  el  análisis  de  sensibilidad  de  las  variables  y  finalmente  realizando  la 
comparación de los resultados obtenidos.  

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de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

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4.  RECOPILACIÓN  DE  INFORMACIÓN  SOBRE  METODOLOGÍAS  DE  CALIBRACIÓN 

EMPLEADAS EN COLOMBIA 

 
A  continuación  se  describen  aspectos  relevantes  en  los  procesos  de  calibración  de  modelos  de  RDAP 
que se han llevado a cabo en algunas empresas en Colombia encargadas de su operación, esto a fin de 
identificar ventajas, desventajas, falencias de dichos procesos y buscar una unificación de criterios en el 
momento de determinar si un modelo está o no calibrado. 
 

4.1. 

EMPRESA  DE  ACUEDUCTO Y  ALCANTARILLADO  DE  BOGOTÁ  (EAAB):  ZONAS  2  Y  3 
(CONSULTOR: AQUADATOS) 

 
Bogotá  se  encuentra  dividida  en  5  Zonas  Operativas.  A  finales  del  año  2009  la  empresa  AQUADATOS 
S.A.  realizó  mediante  el  proyecto  “Consultoría  para  la  evaluación  y  gestión  de  la  infraestructura  por 
estado,  optimización  operacional  y  control  de  pérdidas  técnicas  y  comerciales  en  el  sistema  de 
distribución  de  acueducto  de  las  gerencias  de  zona  de  la  empresa  de  Acueducto  y  Alcantarillado  de 
Bogotá”  la  calibración  de  los  sectores  pertenecientes  a  las  Zonas  Hidráulicas  2  y  3  de  la  ciudad  de 
Bogotá.  
 

4.1.1.  Generalidades:  

 
En el proyecto se modelaron y calibraron las Zonas 2 y 3 de la ciudad de Bogotá:  
 
 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Figura 4.1. Esquematización de las zonas hidráulicas de Bogotá y longitud de las tuberías 

instaladas en cada zona para el Año 2010. 

 

4.1.2.  Elaboración del modelo hidráulico 

 

a.  Topografía y Topología 

 
En el proceso de construcción de los modelos hidráulicos a calibrar, en el caso Bogotá se emplearon los 
archivos  y  bases  de  datos  del  Sistema  de  Información  Geográfica  (SIG)  suministrados  por  la  EAAB.  La 
elaboración  de  los  modelos  y  su  calibración  se  realizó  mediante  el  software  de  modelación 
WATERGEMS  V8  XM,  en  el  cual  deben  elaborarse  unos  archivos  tipo  “SHAPE”  que  contienen 
información topográfica y topológica de la red. Para el caso de los nudos, tanques, válvulas y bombas el 
archivo  contiene  coordenadas  geodésicas;  además  existe  un  archivo  con  las  curvas  de  nivel  que 
permitirá  luego  asignar  las  cotas  topográficas  a  los  nudos;  para  las  tuberías  el  archivo  contiene  los 
diámetros, rugosidad y longitud de las tuberías. Para las válvulas sobre todo si son Válvulas Reductoras 

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de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

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de Presión (VRP), se tiene como información relevante el “SETTING” que se reconoce como el valor al 
cual  la  válvula  reduce  la  presión  que  tiene  de  entrada.  Por  ejemplo,  si  la  presión  aguas  arriba  de  la 
válvula es de 40 m.c.a, el "setting" de la válvula es de 20 m.c.a entonces aguas abajo la presión debe ser 
de 20 m.c.a. Esta descripción  y las figuras correspondi

entes son tomadas del documento “Construcción 

de  Modelos  Hidráulicos”  presentado  al  acueducto  de  Bogotá  por  la  empresa  AQUADATOS  dentro  del 
proceso de modelación y calibración de las Zonas 2 y 3, en el año 2009. 

  Mediante  la  herramienta  Modelbuilder 

  crear 

nudos  (Uniones,  Válvulas,  VRP‟s,  Tanques, 

Reservorios, Bombas) que harán parte del archivo SHAPE. 

 

Seleccionar como tipo de fuente de datos “Shapefiles” (ver Figura 4.2.) 

  Seleccionar el archivo SHAPE que se empleará como fuente (ver Figura 4.2.) 
  Seleccionar  la  unidad  de  medición  para  las  coordenadas  (metros)  y  las  opciones  para  la 

creación de los objetos en el modelo (en general se dejan las opciones por defecto). 

  Seleccionar  el  tipo  de  tabla  del  modelo  a  sincronizar,  según  el  tipo  de  datos  que  contenga  el 

archivo SHAPE (Junction, PRV, Tank, etc.) (ver Figura 4.2.) 

  Seleccionar el campo clave de los datos contenidos en el archivo SHAPE. Utilizar como campo 

clave el ID SIG para mantener la numeración asignada en el SIG (ver Figura 4.2.). 

  Correlacionar  los  datos  del  archivo  SHAPE  con  los  datos  de  la  tabla  y  asignar  unidades 

adecuadas (ver Figura 4.2.). 

 
Para la creación de tuberías del modelo:  

  Repetir los primeros cinco pasos de la metodología para la creación de nudos. 
  El modelo de datos del SIG de la EAAB no relaciona cada tubería con sus nudos inicial y final; el 

modelo  de  datos  de  cualquier  programa  de  modelación  hidráulica  de  redes  requiere  dicha 
relación. Lo anterior se logra seleccionado la opción “Crear nudos si no se encuentra alguno en el 
extremo del t

ubo” (ver Figura 4.3). 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 

Figura 4.2. Pasos para la construcción topológica de modelos hidráulicos (nudos).  

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de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

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Figura 4.3. Pasos para la construcción topológica de modelos hidráulicos (tuberías). 

 

b.  Revisión y corrección de datos e información topográfica  y topológica del modelo: 

 
Se  elaboraron  curvas  de  nivel  a  partir  de  los  elementos  del  modelo  empleando  la  herramienta  de 
WATERGEMS  V8  XM  denominada  Contour  (accesible  mediante  View  →  Contour,  o  el  botón).  Se 
comparó  la  tendencia  de  las  curvas  de  nivel  generadas  en  el  paso  anterior  con  las  curvas  de  nivel 
originales, para verificar que fueran similares, y que no existieran incoherencias. Se revisó que las curvas 
de  nivel  generadas  no  presentaran  aglomeraciones  que  indicaran  la  presencia  de  puntos  con  cotas  por 
debajo o por encima de la tendencia del terreno. Debido a la gran extensión de los modelos (la mayoría 
tienen  más  de  5000  tuberías),  es  prácticamente  imposible  realizar  la  revisión  completa  del  modelo 
manualmente.  Por  esta  causa  la  consultoría  empleó  las  herramientas  informáticas  incorporadas  dentro 
del software que facilitan hacer este chequeo. Las herramientas permiten detectar los siguientes casos: 
 
Caso 1: 

Nudos que se encuentren muy próximos entre sí (“muy próximos” significa a una distancia menor 

a una tolerancia dada) (ver Figura 4.4). En este caso puede ocurrir que en lugar de dos nudos  (J-1 y J-
2),  debería  haber  un  solo  nudo  que  conectara  a  los  tubos  P-1  y  P-2.  Cada  caso  se  analiza  de  forma 
individual. 
 

 

Figura 4.4. Casos de posibles errores en la topología del modelo. 

 

Caso 2: Tubos que inicien y terminen en los mismos nudos (ver Figura 4.4). En este caso puede ocurrir 
que haya una redundancia en el modelo, y que sólo debería haber un tubo (P-1 y P-2) entre J-1 y J-2. De 
igual manera, cada caso se analiza de forma individual. 
 
Caso  3:
 

Nudos que se encuentran “encima” de un tubo (“encima significa a una distancia menor a una 

tolerancia dada) (ver Figura 4.4). En este caso puede ocurrir en vez del tubo P-1, que va desde J-1 hasta 
J-2,  deberían  existir  dos  tubos,  uno  desde  J-1  hasta  J-3  y  otro  desde  J-3  hasta  J-2.  De  igual  manera, 
cada caso se analiza de forma individual. 
 

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de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

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c.  Macromedición 

 

Patrones de consumo 

 
Para  el  caso  de  Bogotá  se  analizaron  las  curvas  de  consumo  arrojadas  por  los  puntos  de  medición  de 
caudal  ubicados  en  sectores,  subsectores,  distritos  y  subdistritos  de  la  red.  Teniendo  en  cuenta  que  el 
comportamiento del consumo difiere entre los días laborables  y  los fines de semana, para cada modelo 
se hizo un patrón de consumo de 24 horas para un día laborable típico, y otro de 24 horas para un día en 
fin de semana típico. Los días escogidos fueron Viernes y Sábado, además consecutivos, con curvas que 
presentaran  tendencias  parecidas  y  que  fuesen  representativas  de  los  consumos  durante  toda  la 
semana.  
 
El comportamiento de  las  curvas de consumo en Bogotá en general es bimodal, es decir con dos picos 
de consumo, uno entre las 6 am y las 9 am y otro entre las 12 m y 3 pm aproximadamente. Además se 
pudo  observar  que  las  curvas  de  consumo  del  día  Lunes  en  la  ciudad  son  bastante  atípicas,  con  picos 
repetitivos a todas horas del día. Finalmente se escogieron los datos de los meses de Junio y Julio como 
los  meses  de  menor  consumo  debido  a  la  temporada  de  vacaciones  en  la  cual  un  buen  número  de 
habitantes de Bogotá migran hacia otras ciudades. A continuación se muestra una de las curvas típicas 
que describe el comportamiento del caudal de consumo en un sector de Bogotá. 
 
 

Figura 4.5. Curva de comportamiento del caudal en la estación reguladora de presión La Soledad 

(Zona 2 Sector 17). 

 

Caudales de entrada al sector (Curvas de modulación) 

 
Los datos de caudales y presiones de entrada para sectores en los cuales la entrada es una tubería con 
una válvula de control de flujo fueron proporcionados por la división “Red Matriz”, quienes llevan el control 
de  los  puntos  donde  las  redes  de  cada  sector  se  alimentan.  Cuando  se  va  a  modelar  la  entrada  de  un 
sector que corresponde a una conexión a una tubería de alimentación, es necesario hacerlo mediante un 
tanque de alimentación, donde la cota de fondo del tanque corresponde a la cota terreno que tenga dicho 
punto. Las mediciones de presión en ese punto durante 24 horas se suman a la cota terreno y luego se 
dividen por esta misma, así se obtienen los factores de modulación de los niveles del tanque hipotético, lo 
cual  describe un patrón  para los  niveles del tanque a la entrada  del sector  que  facilita la modelación.  A 
continuación  se  muestra  un  ejemplo  de  curva  de  modulación  de  los  niveles  del  tanque  hipotético  de 
alimentación del sector denominado Quito Calle 79. El sector en ese punto realmente es alimentado por 
una conexión a una tubería de 36 pulgadas. 

0.00

10.00

20.00

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Cau

d

al

 [

l/

s]

 

Hora 

Caudal ERP 

En semana

Fin de semana

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de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

MIC 201210-21 

 

 

Figura 4.6. Ubicación del tanque hipotético a la entrada del sector a calibrar. 

 

 

Figura 4.7. Curva de modulación del tanque hipotético a la entrada del sector a calibrar.  

 

d.  Micromedición 

 

Datos iniciales de usuarios: Georreferenciación y Consumos (Facturación) 

 
La empresa de acueducto proporcionó un archivo tipo SHAPE de usuarios, en el cual cada usuario está 
representado por un punto georreferenciado, que contiene además los datos de consumo facturado. Para 
la modelación, se tomó como base de datos la información de los usuarios de Junio y Julio del 2009.  
 

Cálculo y Asignación de demandas en los nudos  
 

A todos los usuarios dentro de cada zona en la que se mide el caudal, se les asignó el mismo patrón de 
demanda,  independientemente de  su  tipo  de  uso.  Esta era  la  mejor  aproximación  que  se  podía  realizar 
con la  información disponible,  ya  que para el  año en el que se realizó el proyecto, la  EAAB no contaba 
con información de perfiles de consumo de usuarios industriales o comerciales. 
 
Existen  muchas  formas  de  realizar  la  asignación  de  demandas  de  los  usuarios  a  los  nudos  que 
componen el modelo hidráulico. Para el caso Bogotá, mediante el uso del software WATERGEMS V8 XM 
se optó por asignar la demanda de cada usuario al tubo más cercano, y repartir dicha demanda de forma 
ponderada por distancia ente los nudos inicial y final de dicho tubo

1

                                                           

1

 Informe final 

“Modelación y Calibración de Zonas 2 y 3 Bogotá”. Consultor: AQUADATOS S.A. 

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de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

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Mediante  la  herramienta  LoadBuilder  se  selecciona  como  método  de  asignación  de  demandas 
“Allocation” (localización), y “Nearest Pipe” (tubo más cercano), (ver Figura 4.8). Luego se deben escoger 
los tubos y nudos que se tendrán en cuenta en el proceso de asignación de demandas, pueden ser todos 
o sólo un grupo; para los modelos a calibrar, se elaboró un grupo que excluía los tubos de la red matriz. 
Luego  se  selecciona  como  método  de 

asignación  de  demandas  “Distance  Weighted”  (distancia 

ponderada).  Se  selecciona  además  el método  de  distribución  de  la  demanda  sobre  la  polilínea  del  tubo 
(“Proportional Distribution”). Después de este procedimiento es posible observar la demanda total (“Total 
Load”) que se cargará en el modelo. Como esta demanda total debe ajustarse al caudal medio medido 
para  el  sector,  es  posible  asignar  un  factor  multiplicador  para  hacer  el  ajuste,  además  del  patrón  de 
demanda deseado para cada nudo.  
 

 

Figura 4.8. Asignación de demandas mediante la herramienta LoadBuilder. 

 

e.  Pérdidas técnicas y comerciales 

 
Se calcula el  volumen promedio que ingresa al sector hidráulico mediante las mediciones que se tienen 
en  los  puntos  a  la  entrada  de  los  sectores.  Mediante  el  registro  de  facturación  correspondiente  al 
consumo se calcula el volumen consumido, luego se calcula el Índice de Agua No Contabilizada (IANC) y 
de  esta  manera  se  obtiene  el  volumen  que  se  está  perdiendo  a  lo  largo  de  las  redes  del  sector;  éste 
volumen  corresponde  tanto  a  pérdidas  técnicas  como  pérdidas  comerciales  del  sistema.  El  IANC  debe 
presentar  valores  entre  el  30%  y  el  40%  ya  que  para  las  ciudades  latinoamericanas  los  procesos  de 
autoconstrucción  son  elevados  y  además  las  conexiones  erradas  y  clandestinas  son  representativas, 
entonces  las  pérdidas  comerciales  son  considerables.  En  Bogotá  se  habla  de  un  valor  de  pérdidas 
técnicas correspondientes al 8% de ese 35% de pérdidas totales en promedio, por lo tanto el porcentaje 
restante corresponde a pérdidas comerciales. 





100

*

macro

micro

macro

Q

Q

Q

ada

Contabiliz

No

Agua

de

Índice

 

Ecuación 4.1. 

donde  el  caudal  macro  (Q

macro

)  es  aquel  obtenido  del  proceso  de  filtrado  de  datos  macromedidos  a  la 

entrada  del  sector  y  el  caudal  micro  (Q

micro

)  corresponde  a  los  cálculos  realizados  para  obtener  los 

consumos  promedios  facturados  de  los  usuarios  dentro  del  sector.  Para  la  distribución  de  dichas 
pérdidas,  se  calcula  un  valor  ponderado  de  IANC  correspondiente al  valor  de  caudal  facturado  en  cada 
nudo. A continuación se observa la tabla que incluye los coeficientes de rugosidad de Darcy para todos 
los materiales de tuberías empleados para Bogotá: 
 

 

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Tabla 4.1. Rugosidades Absolutas de Darcy Weisbach. 

 

 

4.1.3.  Definición  y  construcción  de  puntos  de  monitoreo  para  medición  de  caudales  y 

presiones dentro de los sectores hidráulicos 

 

a.  Definición y ubicación de puntos de medición de presiones y caudales 

 
La empresa cuenta con puntos de monitoreo de caudal y presiones distribuidos a lo largo de los sectores 
hidráulicos. En muchos puntos del sistema se encuentran instaladas Estaciones Reguladoras de Presión 
(ERP)  con  Válvulas  Reductoras  de  Presión  (VRP),  las  cuales  ayudan  a  controlar  la  superficie  de 
presiones de los sistemas. En algunos casos estas ERP‟s cuentan también con puntos de medición de 
caudal.  Se  decidió  además  realizar  mediciones  con  equipos  portátiles  en  sectores  en  los  que  con 
anterioridad  y  por  conocimiento  de  los  operadores  de  la  red  las  pérdidas  (técnicas  y  comerciales)  son 
representativas  y  en  zonas  donde  existan  grandes  consumidores  (zonas  comerciales,  institucionales, 
industriales,  etc.).  A  continuación  se  muestran  algunas  curvas  típicas  de  caudal  y  presión  obtenidas  en 
las ERP‟s: 
 

 

Figura 4.9. (a) Curva de Caudal medido en la misma ERP. (b) Curva de Presión aguas abajo de la 

ERP Santafé Zona 3 Sector 16. 

 

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

00:

00

02:

00

04:

00

06:

00

08:

00

10:

00

12:

00

14:

00

16:

00

18:

00

20:

00

22:

00

00:

00

Cau

d

al

 [

l/

s]

 

Hora 

Caudal ERP 

En semana

Fin de semana

25

30

35

40

45

00:

00

02:

00

04:

00

06:

00

08:

00

10:

00

12:

00

14:

00

16:

00

18:

00

20:

00

22:

00

00:

00

Pr

e

si

ó

n

 [

m

H

2O]

 

Hora 

Setpoint ERP 

En semana

Fin de semana

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b.  Periodicidad y frecuencia en la toma de datos 

 
Se recopilaron los datos en cada punto de medición correspondientes a un (1) año. Con estos datos se 
calculó el caudal promedio por hora, entonces se tienen datos de las 24 horas durante todo el año, luego 
se grafica una curva  de consumo por mes  y se  analizan las condiciones de demandas (alta  y  baja).  Se 
tenían mediciones cada 15 minutos, durante 24 horas por 7 días. Además  se realizaron mediciones extra 
durante  48  horas  durante  7  días    para  el  diagnóstico  posterior  cuando  se  tengan  los  modelos 
establecidos. 
 

c.  Filtrado para series de medición 

 
Se  detectan  las series que no  presentan  el mismo comportamiento (tendencia)  que  el de la mayoría  de 
series y sobretodo de la serie promedio, mediante el cálculo de la desviación estándar y la identificación 
de  las  series  que  se  encuentren  más  alejadas  de  esa  serie  promedio.  Lo  anterior  identificando  los 
comportamientos típicos de las series de días ordinarios y fines de semana. 
 

4.1.4.  Proceso de Calibración 

 
Dentro del proceso de calibración se incluyen los siguientes aspectos relevantes: 
 

  Calibración Optimizada: Algoritmos Genéticos. 
  Configuración definiendo grupos y rangos de parámetros 
  Análisis de Sensibilidad 
  Análisis  estadístico:  Diferencia  de  Cuadrados,  Valor  Absoluto,  Diferencia  Máxima,  Gráfico  de 

Correlación. 
 

a.  Función Objetivo 

 
Con el software WATERGEMS V8 XM es posible establecer el ajuste (FITNESS) de la calibración como 
el parámetro que debe calcularse al comparar datos medidos vs. calculados con el modelo. En general, 
un  FITNESS  bajo  indica  que  la  calibración  es  mejor.  Existen  tres  (3)  tipos  de  estimación  de  FITNESS, 
cuyas ecuaciones de cálculo son las mostradas en la siguiente figura:  
 

 

Figura 4.10. Ecuaciones de Cálculo de los errores que permiten estimar el ajuste (FITNESS). 

 

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b.  Variables objeto de calibración y relevancia de cada una de ellas 

 
Se pueden evaluar demandas base de los nudos, rugosidades absolutas de las tuberías y estado de los 
accesorios  (apertura  de  válvulas).  Para  generar  grupos  de  nudos  y/o  tuberías  que  serán  afectadas  por 
factores multiplicadores  durante  el  proceso  de  calibración  se  pueden  emplear  criterios  como  el  material 
de la tubería y su antigüedad además de usos del suelo y zonas de mantenimiento de las redes. 
 

c.  Metodologías de Optimización  

 
El  método  de  cálculo  que  emplea  el  software  WATERGEMS  V8  XM  son  los  Algoritmos  Genéticos,  los 
cuales describen una teoría de selección natural de soluciones.  
 

d.  Escenarios de calibración del modelo 

 
Son creados mediante la opción “Field Data Snapshots”. En la que se establecen los rangos a través de 
los cuales van a variar los factores multiplicadores que afectaran las variables calibrables.  
 

4.1.5.  Resultados de la calibración 

 
Los  resultados  de  la  calibración  se  observan  mediante  gráficos  de  correlación  y  mediante  tablas  que 
incluyen  los  factores  multiplicadores  y  los  nuevos  valores  de  las  variables  calibrables  (rugosidad  de 
tuberías  y  demandas  en  los  nudos).  A  continuación  se  pueden  observar  las  gráficas  elaboradas 
comparando  datos  medidos  vs.  modelados  para  un  punto  de  medición  específico  en  Bogotá  (Zona  2, 
Sector 16): 

 

 

Figura 4.11. Comparación Caudales y Presiones medidos vs. modelo calibrado (Z-2 S-16) 

 

 

4.2. 

ACUEDUCTO DE TUNJA (PROACTIVA S.A. E.S.P.) 

 
Dentro  del Plan Maestro de Acueducto  y  Alcantarillado de la ciudad de Tunja se contemplaron diversas 
actividades que permitieran la optimización de la operación del sistema de distribución de RDAP; una de 
ellas fue la modelación hidráulica de redes y calibración de las mismas. 
 
 

 

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4.2.1.  Generalidades 

 
El  sistema  de  RDAP  de  Tunja  se  encuentra  dividido  en  4  zonas  hidráulicas:  Zona  Norte,  Zona  Centro, 
Zona  Sur  y  Zona  Oriente  y  24  sectores  de  distribución. Los  criterios  de  sectorización  relevantes  fueron: 
Control  de  presión  (plano  piezométrico  óptimo),  topografía  (accidentes  topográficos  y  conformación  del 
terreno), infraestructura de redes existente y la conformación urbanística. 
 

Tabla 4.2. Zonas y sectores de la RDAP de Tunja. 

 

 

 

Figura 4.12. Zonificación y Sectorización de la RDAP de Tunja. 

 

4.2.2.  Elaboración del modelo hidráulico 

 

a.  Topografía y Topología 

 
La información de los modelos debe reflejar políticas del Plan de Ordenamiento Territorial (POT), además 
debe  incluir  datos  y  documentación  existente  en  Planeación  Municipal  y  diagnósticos  técnicos  previos. 
Los  datos  de  topología  y  topografía  son  objeto  de  un  diagnóstico  técnico  que  incluye  la  verificación  y 
aceptación  de  los  mismos,  realizando  actividades  como  la  verificación  del  catastro  haciendo 
comparaciones de los elementos que se encuentran en los planos con los instalados en campo; con esto 
se  busca  aumentar  el  nivel  de  confiabilidad  cualitativa  y  cuantitativa  de  los  archivos  de  información.  El 
trabajo  de  campo  de  verificación  y  actualización  se  complementa 

con  el  diligenciamiento  de  “hojas  de 

vida” de cada componente del sistema (Ver Anexo 7). 
 
La información sobre cotas y coordenadas de los nudos (además de curvas de nivel) y georreferenciación 
de  usuarios  se  obtiene  de  los  archivos  SIG  verificados  y  actualizados  que  contienen  la  información  por 
zonas.  Estos  archivos  contienen  además  la  información  topológica  de  tuberías  (longitudes,  materiales, 

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diámetros,  coeficientes  de  rugosidad)  y  accesorios  (válvulas  y  bombas).  Los  modelos  hidráulicos  se 
trabajan mediante el uso del software WATERGEMS V8 XM con integración SIG. 

 

b.  Revisión y corrección de datos e información topográfica  y topológica del modelo: 

 
Cuando se han establecido los modelos iniciales con los datos topológicos y topográficos verificados en 
campo, se realizan simulaciones iniciales en período estático a fin de identificar errores topológicos en el 
momento  de  incluirlos  en  el  modelo  (Ver  Figura  4.13).  Después  se  calculan  los  patrones  hidráulicos 
(patrón de demanda) y la curva de modulación (para tanques de entrada) que permiten la simulación del 
modelo  en  periodo  extendido  (Ver  Figura  4.13).  El  modelo  en  periodo  extendido  permite  identificar  las 
variaciones de los parámetros hidráulicos a medida que transcurre el tiempo debidas a las variaciones de 
las condiciones operativas como aumento o disminución de demandas. 
 

 

Figura 4.13. (a) Diagrama de Simulación Estática. (b) Diagrama de Simulación en Período 

Extendido. Fuente: Bentley Course, Bentley WATERGEMS V8 XM edition. 

 

c.  Macromedición 

 

Patrones de consumo 

 
Para  un  sector  determinado,  el  patrón  de  consumo  describe  las  variaciones  del  consumo  a  lo  largo  del 
día. Se deriva de la campaña de medición de caudal de demanda en sitios ubicados a la entrada de los 
sectores.  Los  caudales  son  medidos  cada  hora;  el  factor  para  cada  hora  del  día  que  hace  parte  de  la 
curva  de  patrón  de  consumo  es  el  valor  de  caudal  por  cada  hora  dividido  entre  el  caudal  de  demanda 
promedio  para  las  24  horas.  Este  patrón  se  le  asigna  a  cada  nudo  del  modelo  para  lograr  describir  el 
comportamiento real del caudal medido en campo a medida que transcurre el tiempo en todo el modelo. 
A  continuación  se  muestra  las  curvas  representativas  que  demuestran  el  comportamiento  del  consumo 
de agua de cada sector hidráulico en Tunja: 
 

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Figura 4.14. Comportamiento de los caudales en los sectores hidráulicos de Tunja. 

 

Caudales de entrada al sector (Curvas de modulación) 

 
La curva de modulación define en gran parte y como función de la demanda el comportamiento hidráulico 
del  sector,  representa  la  variación  del  gradiente  hidráulico  o  gradiente  de  energía  en  el  tanque  de 
alimentación  como  función  de  un  balance  de  entradas  y  salidas  producto  del  consumo  de  agua;  en  el 
modelo esta variación se representa mediante un reservorio de gradiente variable. La variación se calcula 
determinando primero los datos correspondientes a las presiones de cada hora del día sobre el promedio 
de  las  presiones  de  las  24  horas  del  día,  luego  se  calcula  el  gradiente  como  función  de  la  altura 
geométrica del tanque más la presión en ese punto; finalmente se determina el gradiente geométrico que 
corresponde a la altura dividida la cota del tanque de alimentación.  
 

d.  Micromedición: 

 
Una buena gestión para los procesos de micromedición incluye: 
 

  Conocer y analizar claramente la forma como los suscriptores usan el recurso (caracterización de 

consumos)  y  obtener  evidencias  de  la  influencia  sobre  el  consumo  de  aspectos  culturales, 
sociales, económicos, ambientales, etc. 

  Tener  un  conocimiento  real  de  la  forma  del  uso  de  agua,  aspecto  que  puede  ser  usado  para 

definir el control y operación de la red. 

  Seleccionar de forma adecuada la mejor tecnología de micromedición adaptada a las condiciones 

del servicio. 

  Garantizar  el  control  metrológico  del  parque  de  medidores  (definir  políticas  y  proyectos  de 

renovación de medidores). 
 

Datos iniciales de usuarios: Georreferenciación y Consumos (Facturación) 

 
Con respecto a la información de usuarios, ésta se obtiene de archivos SIG que contienen el catastro de 
la  empresa;  entonces  se  buscan  las  coordenadas  geográficas  de  los  usuarios  y  nudos  del  sistema.  El 
consumo  de  cada  usuario  se  obtiene  a  partir  del  promedio  de  los  consumos  facturados  durante  los 
últimos seis (6) meses. 
 

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Cálculo y Asignación de demandas en los nudos  

 
Se calcula la distancia desde la coordenada del usuario hasta la coordenada del nudo, de esta manera se 
identifica  la  distancia  más  corta  entre  nudo  y  usuario  y  se  asigna  la  demanda  del  usuario  al  nudo  más 
cercano. La distancia se calcula mediante la ecuación de Pitágoras: 
 

         

   

  √( 

 

   

 

)

 

  ( 

 

   

 

)

 

 

 

Ecuación 4.2. 

 
donde A es el nudo y B es el usuario, X y Y son las coordenadas geográficas. 
 
Finalmente, cada nudo va a tener asignado un número de usuarios, entonces la demanda del nudo va a 
ser el promedio del consumo promedio de los usuarios pertenecientes a dicho nudo. 

 

Figura 4.15. Esquema para asignación de demandas en el Modelo. Fuente: GIL JARAMILLO, Juan 

Camilo. Modelación Hidráulica de RDAP. Bogotá. 2004. 

 

e.  Pérdidas técnicas y comerciales 

 
La empresa PROACTIVA  S.A. estableció  un  programa de reducción de  pérdidas  y  de control  del IANC, 
en  el  que  se  realizaron  mediciones  de  los  caudales  mínimos  nocturnos  con  el  fin  de  percibir  las  fugas 
imperceptibles debidas al  estado  de  la  infraestructura del sistema. La curva  de caudales para un sector 
determinado de Tunja se puede observar en la Figura 4.16:  
 

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Figura 4.16. Curva de caudal para el sector 28. Identificación de Caudales Mínimos. 

 
Dentro del proceso de control continuo del IANC se incluyeron las siguientes actividades de gestión: 
 

OPTIMIZACIÓN  OPERACIONAL:  Modelación,  sectorización,  normalización  de  presiones, 
macromedición. 

CONTROL  ACTIVO  DE  FUGAS:  Búsqueda  permanente de  fugas  no  perceptibles,  reducción  en 
el tiempo de atención a fugas visibles y no visibles, aumento en la velocidad de reparación de los 
daños. 

CONTROL METROLÓGICO DEL PARQUE DE MEDIDORES: proyecto de perfiles de consumo. 

CONTROL  Y  SEGUIMIENTO  DE  PÉRDIDAS  COMERCIALES:  Identificación  de  ilegales, 
búsqueda de clandestinos, análisis de consumos no medidos entre otras. 

ACTUALIZACIÓN DEL PARQUE DE MEDIDORES 

RENOVACIÓN DE REDES 

 
De acuerdo con los cálculos y las mediciones realizadas por la empresa PROACTIVA S.A., el IANC para 
la ciudad de Tunja esta alrededor del 30%. Tal cual como se muestra en las Figuras 4.17 y 4.18. 
 

 

Figura 4.17. Pérdidas totales en el sistema. 

 

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de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

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Figura 4.18. Cálculo de las pérdidas en el sistema. 

 
Para el proceso de calibración, se calcula el IANC teniendo en cuenta los caudales de entrada al sector y 
los consumos facturados; luego se distribuye de manera ponderada en todos los sectores para obtener el 
balance de masa del modelo. 
 

4.2.3.  Definición  y  construcción  de  puntos  de  monitoreo  para  medición  de  caudales  y 

presiones dentro de los sectores hidráulicos 

 

a.  Definición y ubicación de puntos de medición de presiones y caudales 

 
Al  establecer  los  puntos  de  medición  se  busca  generar  una  distribución  y  configuración  representativas 
que  permitan  evaluar  el  comportamiento  de  las  presiones  en  puntos  críticos  que  presenten  entre  ellos 
grandes diferencias de nivel y de esta manera obtener datos de campo relevantes que lleven a procesos 
de  ajuste  del  modelo  para  representar  fielmente  lo  que  sucede  en  la  realidad  de  la  red.  Después  de 
ubicar estos puntos de medición (normalmente se denominan Estaciones de Medición), se establece su 
área de influencia mediante el método de polígonos de Thiessen, que consiste en trazar mediatrices a los 
segmentos  que  unen  los  puntos  de  ubicación  de  las  estaciones.  Así  cada  estación  se  rodea  de  un 
polígono y se supone que todos los puntos que están dentro de él presentan un mismo valor de presión 
que la que tiene el punto central.  
 
En  el  caso  de  Tunja,  los  puntos  de  monitoreo  son  fijos,  lo  cual  evita  inconvenientes  con  permisos  e 
incomodidades  en  viviendas  y/o  lotes.  La  ciudad  posee  282  puntos  distribuidos  así:  209  puntos  fijos  de 
monitoreo instalados en cajillas plásticas y 73 ubicados dentro de las cajas de los accesorios de la red. 
 

b.  Periodicidad y frecuencia en la toma de datos 

 
La medición de caudales y presiones se realiza mediante caudalímetros y manómetros respectivamente; 
éstos últimos manejan rangos de 0 a 100 m.c.a y de 0 a 200 m.c.a El almacenamiento de las mediciones 
tomadas se realiza mediante aparatos denominados Datalogger. Las mediciones se realizan en un lapso 
de 8 días con rangos de medida cada 15 minutos. Los datos medidos son llevados a promedios horarios. 

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4.2.4.  Proceso de Calibración 

 

 

Figura 4.19. Aspectos de la calibración. Fuente: Bentley Course. 

 

a.  Función Objetivo 

 
Se  establece  cual  será  e

l  “FITNESS”  o  el  ajuste  del  error  que  se  calculará  dentro  del  proceso  de 

comparación  de  los  datos  medidos  en  campo  y  los  datos  obtenidos  con  la  modelación.  Luego  se 
establecen  los  rangos  de  los  factores  multiplicadores  que  afectarán  los  valores  de  rugosidades  de 
tuberías  y  demandas  base  de  los  nudos,  para  obtener  el  menor  ajuste,  es  decir,  se  generaran  factores 
multiplicadores que tomarán valores entre los rangos establecidos; dichos factores se multiplicaran a los 
valores iniciales de rugosidades y demandas incluidos en el modelo.  
 

b.  Variables objeto de calibración y relevancia de cada una de ellas 

 
Las  variables  que  pueden  ser  calibradas  mediante  el  uso  del  software  WATERGEMS  V8  XM  y 
específicamente de la herramienta DARWIN CALIBRATOR, son la rugosidad absoluta de las tuberías y la 
demanda base de los nudos. Dependiendo de la confiabilidad que se tenga con respecto a la información 
topológica  (materiales,  fecha  de  instalación  y  puesta  en  marcha  y  en  general  edad  de  las  tuberías)  y 
datos de consumos y facturación de los usuarios, se decide si debe calibrarse una o ambas variables.  
 

c.  Metodologías de Optimización  

 
La  herramienta  DARWIN  CALIBRATOR  basa  su  procesamiento  en  los  principios  de  los  Algoritmos 
Genéticos,  los  cuales  seleccionan  una  posible  solución  al  problema,  es  decir,  encuentran  una 
combinación  de  valores  de  los  parámetros  a  calibrar  (rugosidades  de  las  tuberías  y  demandas  en  los 
nudos)  que  generan  los  errores  más  pequeños  posibles.  Una  vez  se  han  encontrado  un  conjunto  de 
soluciones, los Algoritmos Genéticos seleccionan las mejores soluciones de cada generación y repiten el 
proceso hasta que la variación sea muy baja entre las mejores soluciones consecutivas. 
 

d.  Escenarios de calibración del modelo 

 
Se crean escenarios con la herramienta “Field Data Snapshots Tab”, la cual permite crear escenarios en 
los que se establezcan los rangos de variación de los factores multiplicadores, los grupos de tuberías y/o 
nudos  que  serán  afectados  con  estas  variaciones,  y  la  forma  de  cálculo  de  errores  escogida  para  la 
comparación de los datos. 
 

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4.2.5.  Resultados de la calibración 

 

a.  Comparación de variables medidas vs. calculadas (Gráficas y/o Tablas)  

 
El  software  WATERGEMS  V8  XM  permite  la  elaboración  de  gráficas  de  correlación  entre  los  datos 
observados y/o medidos y los predichos obtenidos del modelo en proceso de calibración. Ver Anexo 8. 
 

b.  Diferencias significativas obtenidas 

 
La Tabla 4.3 muestra los resultados obtenidos en la calibración de los sectores hidráulicos de Tunja:  

 

Tabla 4.3. Resultados de la Calibración de RDAP de Tunja. 

 

 

 

 

 

4.3. 

ACUEDUCTO DE MEDELLÍN (EPM) 

 
4.3.1.  Generalidades 

 
La ciudad de Medellín y en general el valle de Aburrá posee su suministro de agua para consumo  de tres 
(3) embalses, los cuales pueden observarse a continuación: 
 

 

Figura 4.20. Embalses y PTAP’s del Valle de Aburrá. 

 
Con respecto a la cobertura de las RDAP, se tiene: 
 

  Distribución primaria: 85 circuitos de distribución, con 248,34 km de red de conducciones y 32 

estaciones de bombeo de agua tratada. 

  Almacenamiento: 110 tanques de almacenamiento con una capacidad total de 432,054 m

3

  Distribución secundaria: 3.293 km de redes con 100% de cubrimiento y una continuidad en el 

servicio del 99.84%. 

 

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4.3.2.  Elaboración del modelo hidráulico 

 

a.  Topografía y Topología 

 
EPM  cuenta  con  modelos  hidráulicos  de  los  circuitos,  los  cuales  sirven  como  base  para  el  proceso  de 
calibración.  Los  modelos  hidráulicos  se  encuentran  montados  en  el  software  WATERGEMS  V8  XM,  se 
clasifican por circuito. Se deben ejecutar simulaciones con períodos extendidos de al menos 24 horas; no 
se aceptan simulaciones estáticas. 
 
A  continuación  se  presenta  la  Tabla  4.4  donde  se  estima  la  información  que  entregaría  EPM  para  su 
procesamiento y cual deberá ser investigada por el Consultor. 
 

Tabla 4.4. Manejo de la información en el proceso de modelación y calibración de RDAP. Fuente: 

Informe Pautas para los Procesos de Modelación y Calibración EPM. 

 

Tipo de información 

Suministra EPM 

Investiga 

Consultor 

Observaciones 

Catastro y curvas de nivel 

 

Tanques: 

 

 

 

Volumen almacenamiento 

 

 

Condiciones de operación 

 

Fuentes de alimentación: 

 

Elemento virtual 

Geometría del tanque 

 

 

Cotas de fondo y rebose 

 

 

Características de calidad de 

agua 

 

 

Tuberías 

 

 

 

Longitud 

 

 

Diámetro 

 

 

Material 

 

 

Coeficiente fricción f 

 

Nudos: 

 

 

 

Demanda: 

 

Densidades 

 

POT 

Estratificación 

 

Planeación 

municipal 

% ANC  

 

 

Usos del suelo 

 

POT 

Usuarios actuales 

 

 

Proyecciones de usuarios 

 

 

Válvulas Reguladoras de 

Presión: 

 

 

 

Diámetro 

 

 

Presión de salida 

 

 

Cota instalación 

 

Coeficiente pérdidas locales 

 

 
 

 

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b.  Revisión y corrección de datos e información topológica y topográfica del modelo 

 
Se debe implementar un procedimiento para revisar que los datos montados en los modelos hidráulicos 
tengan lógica con la realidad de cada circuito.  
 

  Detección de datos errados 
  Asignación y cambio de rugosidades 
  Manejo de caudales de entrada 

 
Análisis  de  resultados  y  verificación  de  condiciones  en  campo:  La  simulación  inicial  es  el  primer 
paso de la calibración. Se parte de un escenario base con los Caudales Medios Diarios (Qmd) actuales y 
con  una  distribución  inicial  del  porcentaje  del  IANC  en  todos  los  nudos.  El  proceso  de  calibración  se 
ejecuta  aplicando  las  metodologías  de  calibración  permitidas  por  el  software  WATERGEMS  V8  XM, 
efectuando  los  análisis  estadísticos  y  de  sensibilidad  de  las  variables  en  el  modelo:  Datos  de  entrada, 
Topografía y Topología. 

 

c.  Macromedición 

 

Patrones de consumo 

 
Se maneja información de datos de consumos horarios de cada circuito de máximo un año para el cálculo 
de la curva de factores promedios horarios con respecto al consumo medio diario (Qmd). 
 

Caudales de entrada al sector (Curvas de modulación) 

 
La  fuente  de  alimentación  para  cada  circuito  o  red  se  establece  mediante  una  alimentación  ficticia 
proveniente  de  un  embalse,  con  la  cual  se  simula  la  entrada  o  suministro  real  de  agua.  Se  asigna  un 
patrón de consumo hidráulico a cada circuito de acuerdo con el comportamiento del caudal horario a  la 
salida de cada tanque.  
 

d.  Micromedición 

 

Datos iniciales de usuarios: Georreferenciación y Consumos (Facturación) 

 
Los  archivos  tipo  SHAPE  con  los  datos  de  consumos  facturados  de  un  (1)  año  georreferenciados  para 
cada usuario son entregados por EPM, producto de los modelos iniciales que han sido elaborados dentro 
de los planes de gestión de la empresa. 
 

Cálculo y Asignación de demandas en los nudos  

 
La  asignación  de  demandas  se  hace  a  la  tubería  más  cercana  con  la  opción  LoadBuilder  del  software 
WATERGEMS  V8  XM,  aquí  se  selecciona  como  método  de  asignación  de  demandas  “Allocation” 
(localización), y “Nearest Pipe” (tubo más cercano).  
 

e.  Pérdidas técnicas y comerciales 

 
Cálculo del IANC comparando los datos de macromedición y micromedición. 
 
 

 

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4.3.3.  Definición  y  construcción  de  puntos  de  monitoreo  para  medición  de  caudales  y 

presiones dentro de los sectores hidráulicos 

 

a.  Definición y ubicación de puntos de medición de presiones y caudales 

 
Se  ubican  las  mediciones  puntuales  en  sitios  claves  donde  se  evalúe  la  red  de  distribución  y  los    sitios 
con  problemas  de  deficiencia  de  servicio.  Las  mediciones  requeridas  para  cumplir  con  el  nivel  de 
calibración exigido, serán realizadas por EPM.  
 

4.3.4.  Proceso de Calibración 

 
Se  busca  ajustar  las  variables  de  los  modelos  hidráulicos  de  la  RDAP  para  representar  de  una  forma 
precisa  y confiable el estado hidráulico actual  de  las  redes existentes de  los circuitos.  En  el  proceso  de 
calibración se desarrollan las siguientes actividades:  
 

Recolección  y  determinación  de  la  información  necesaria  que  requieren  los  elementos  que 
componen  la  red  para  poder  realizar  las  modelaciones  tales  como:  Cálculo  de  los  factores  de 
modelación  dinámica  en  periodo  extendido,  caudales,  patrones  de  consumo,  Agua  no 
Contabilizada, etc. 

Simulación hidráulica de los circuitos con la utilización del software WATERGEMS V8 XM. 

Análisis  de  los  resultados  y  su  comprobación  en  campo  (Validación)  junto  con  el  ajuste  de  las 
variables y parámetros hidráulicos. 

Elaboración de informes con el diagnóstico de la situación actual de las redes de acueducto y el 
grado de coincidencia de los datos de terreno y los modelos. 

 

a.  Función Objetivo 

 
Aceptabilidad de los resultados: La aceptabilidad de calibración se da cuando los datos del terreno con 
respecto a los datos de simulación, una vez realizados los ajustes por  presión, se encuentran en el rango 
de desviación permisible formulado a continuación: 
 

Tabla 4.5. Porcentajes de diferencia de Presiones entre datos de campo y datos modelados 

Dato de campo 

% de diferencia 

con simulación (+ó-) 

Presión >= 40 m.c.a 

20 % 

Presión <40 m.c.a 

10 % 

 
El  nivel  de  calibración  exigido  en  la  etapa  inicial  de  modelación  corresponde  al  nivel  Bajo,  el  cual  debe 
cumplir mínimo con: 
  

  Medición de presión  puntual en  horas de  alto consumo, en la cantidad de sitios menor entre el  

10% de los nudos de cada zona de regulación o en 5 nudos de cada zona.  (La zona no regulada 
también se considera). 

  Medición de presión (24h) a la entrada y salida de todas las estaciones de regulación. Cuando no 

se tengan estaciones de regulación se instalará, esta medición, mínimo en un punto alto y  en un 
punto bajo del circuito. 
 

b.  Variables objeto de calibración y relevancia de cada una de ellas 

 
Ajuste  de  las  variables  y  parámetros  hidráulicos:  
Una  vez  realizadas  las  mediciones  de  campo 
correspondientes, se procede a calibrar el modelo mediante la modificación de las variables de presión, 
utilizando  el  coeficiente  “f”  de  fricción  de  las  tuberías.  Inicialmente  se  establece  el  coeficiente  que  los 

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fabricantes  de  las  tuberías  proporcionan. Cuando  no  se  logre  calibrar  la  presión  con  el  coeficiente  f,  se 
deben implementar los coeficientes de pérdidas locales en los accesorios más representativos.  
 

c.  Metodologías de Optimización  

 
Se emplean los Algoritmos Genéticos que corresponden al motor de cálculo del software WATERGEMS 
V8 XM. 
 

4.3.5.  Resultados de la calibración 

 
Se realizan las verificaciones de campo necesarias en los sitios donde la modelación indique unos datos 
demasiado  alejados  de  la  realidad  o  ilógicos  o  de  acuerdo  con  el  conocimiento  que  se  tenga  de  estos 
sitios. 
 

4.4. 

ACUAVALLE (CIACUA) 

 
4.4.1.  Generalidades 

 
Durante el desarrollo de este proyecto se debía realizar el “Diseño e Implementación del Plan Estratégico 
de Manejo de las Redes de Distribución de Agua Potable de los Municipios de Andalucía, Ansermanuevo, 
Bolívar,  Bugalagrande,  Candelaria,  Ginebra,  Guacarí,  La  Cumbre  y  Toro”.  Estos  municipios  se 
encuentran  ubicados  en  diferentes  zonas  geográficas  del  Valle  del  Cauca.  La  localización  general  se 
presenta en la Figura 4.21. 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 4.21.  Localización General del Valle del Cauca y los municipios. Fuente: Informe Final 

sobre Calibración de modelos de algunos municipios del Valle del Cauca, CIACUA (2006). 

 

4.4.2.  Elaboración del modelo hidráulico 

 

a.  Topografía y Topología 

 
Se obtuvo la topología de las redes de distribución para cada uno de los municipios  a partir de: planos en 
formato digital, planos en papel e información de revisores de redes. Ninguna de las redes contaba con 
altimetría  o  planimetría,  y  existían  problemas  en  el  alineamiento de  las  tuberías;  por  esto  fue  necesario 
que  Acuavalle  S.A. E.S.P.  adquiriera topografía digital proveniente de la Corporación Regional del Valle 
del  Cauca  (CVC);  siete  (7)  de  los  nueve    (9)  municipios  del  proyecto  contaron  con  esta  información, 

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mientras  que  para  los  dos  (2)  restantes  (Ansermanuevo  y  La  Cumbre)  fue  necesario  realizar 
levantamientos topográficos a lo largo de las tuberías. De esta manera, los alineamientos se corrigieron 
manualmente sobre la nueva topografía adquirida.  
 

b.  Macromedición 

 

Patrones de consumo 

 
Se  obtienen  a  partir  de  los  registros  de  macromedición  de  caudal  a  la  salida  de  los  tanques.  Estos 
permiten  modelar  las  variaciones  en  el  consumo  de  los  usuarios  a  lo  largo  del  día.  Debe  tenerse  en 
cuenta  los  usuarios  de  gran  consumo  que  porcentualmente  representen,  en  conjunto,  un  caudal 
significativo (mayor al 10%) respecto al total de la red, para los cuales es necesario determinar curvas de 
consumo  individuales.  Con  respecto  a  los  grandes  consumidores  deben  identificarse  principalmente  las 
industrias de alto consumo o en aquellas que operan las 24 horas del día. También es posible encontrar 
comportamientos  diferentes  a  los  determinados  en  la  macromedición  en  usuarios  de  entidades 
educativas o instituciones militares u hospitalarias. 
 
En  los  municipios  estudiados  no  fueron  reportados  usuarios  con  patrones  de  consumo  que  se  desvíen 
sustancialmente de la tendencia de todos los usuarios, por lo que se adoptó una misma curva patrón por 
cada municipio. La siguiente figura muestra el patrón de demanda para uno de los municipios estudiados:  
 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 4.22. Patrón de Demandas para el municipio de La Cumbre. Fuente: Informe Final sobre 

Calibración de modelos de algunos municipios del Valle del Cauca, CIACUA (2006). 

 

c.  Micromedición: 

 

Datos iniciales de usuarios: Georreferenciación y Consumos (Facturación) 

 
Con respecto a la información de consumos y facturación de usuarios, estos se obtienen de archivos con 
bases de datos que mediante la dirección y las rutas de lectura de micromedidores se correlacionan con 
las coordenadas geográficas de los mismos buscando una ubicación georreferenciada de los consumos 
dentro del sector hidráulico.  
 
Los consumos en los nudos de estos modelos están basados en la información de consumos históricos 
calculados para los años 2002 y 2003 a excepción de las redes del municipio de Guacarí, que ya contaba 
con la información proveniente del censo de suscriptores. 

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

0

:0

0

2

:0

0

4

:0

0

6

:0

0

8

:0

0

1

0

:0

0

1

2

:0

0

1

4

:0

0

1

6

:0

0

1

8

:0

0

2

0

:0

0

2

2

:0

0

0

:0

0

Hora

Fa

c

tor 

m

ul

ti

pl

ic

a

do

r

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Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
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Recopilación, Análisis y Evaluación de las metodologías de calibración de modelos 
de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

MIC 201210-21 

Se  construyó  un  software  denominado  MICROMIDE

2

  desarrollado  por  la  Universidad  de  los  Andes,  el 

cual facilita el manejo de los datos de usuarios del acueducto, micromediciones y asignación de usuarios 
al  modelo  matemático  de  una  red  de  agua  potable;  la  metodología  de  cálculo  de  los  caudales 
micromedidos  está  basada  en  dicho  programa.  Para  calcular  los  consumos  de  cada  suscriptor  en  este 
programa  se  realizan  dos  cálculos;  el  primero  genera  resultados  de  caudal  con  base  en  los  datos  de 
lectura  entregados, a través de una consulta  de  base de  datos que permite obtener el caudal  individual 
de los suscriptores teniendo en cuenta el periodo de tiempo en que fue tomada cada lectura, el segundo 
obtiene el caudal incluyendo un factor de corrección  aplicado a  los consumos calculados  y  un factor de 
aceptación que tiene en cuenta el consumo histórico de cada suscriptor. En la Tabla 4.6 se muestran los 
resultados obtenidos. 
 

Tabla 4.6. Caudales totales macromedidos  y micromedidos,  obtenidos con los consumos 

enviados por Acuavalle S.A. E.S.P  para cada municipio. Fuente: Informe Final sobre Calibración 

de modelos de algunos municipios del Valle del Cauca, CIACUA (2006). 

 

Caudal Macromedido en litros por segundo  

Municipio 

Régimen 

Caudal 

Andalucía Alta 

Alto 

20.77 

Andalucía Baja 

23.55 

Bugalagrande 

28.91 

Ansermanuevo 

22.51 

Toro 

26.75 

Bolívar 

11.53 

Candelaria 

52.67 

Ginebra 

26.93 

Guacarí 

80.99 

La Cumbre 

9.43 

 

Caudal Micromedido en litros por segundo 

Municipio 

No Corregido  Corregido 

Andalucía Alta 

-11.74 

12.28 

Andalucía Baja 

-10.37 

16.05 

Bugalagrande 

8.19 

14.41 

Ansermanuevo 

-8.62 

16.70 

Toro 

0.15 

15.33 

Bolívar 

9.13 

7.84 

Candelaria 

21.32 

31.86 

Ginebra 

15.04 

17.62 

Guacarí 

6.71 

35.99 

La Cumbre 

3.73 

5.43 

 
La  corrección  es  introducida  por  MICROMIDE  en  el  momento  de  determinar  los  consumos  de  cada 
suscriptor,  es  decir,  cada  vez  que  el  programa  detecta  un  suscriptor  con  consumo  negativo  o  mayor  al 
consumo  histórico  propio  multiplicado  por  un  factor  de  rango  bueno,  lo  corrige  colocando  el  consumo 
histórico  y multiplicándolo por el factor de corrección. En todos los municipios se determinó un factor de 
corrección  igual  a  1.0  y  un  factor  de  rango  bueno  igual  a  1.5.  Los  resultados  de  caudal  micromedido 
obtenidos con estas correcciones con el programa MICROMIDE se presentan en la Tabla 4.6. 
 

Cálculo y Asignación de demandas en los nudos  

 
Consumo  promedio:  En  cada  una  de  las  etapas  de  medición  de  presión  es  necesario  determinar  el 
consumo  de  cada  cuenta  y  luego  sumarlos  todos  a  fin  de  obtener  el  caudal  micromedido  para  ser 
comparado  contra  el  caudal  macromedido  y  así  determinar  el  IANC.  El  cálculo  de  este  consumo  se 
realiza  restando  los  valores  de  lecturas  consecutivas  tomadas  durante  el  período  de  medición  y 
dividiendo este resultado por el número de días transcurridos entre las dos lecturas. El caudal consumido 
calculado de esta manera es dado en metros cúbicos por día en cada uno de los intervalos. El consumo 
promedio  de  cada  cuenta  (usuario)  corresponde  al  promedio  de  los  caudales  micromedidos  calculados 
antes dentro de cada período de presión y se calcula empleando la Ecuación 4.3: 
 

                                                           

2

 Herramienta software utilizada para facilitar el manejo de los datos de usuarios del acueducto, micromediciones y 

asignación de usuarios al modelo matemático de una red de agua potable. 

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de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

MIC 201210-21 

n

i

i

n

Q

promedio

Consumo

1

 

 Ecuación 4.3. 

donde: 
es el caudal del i-ésimo consumo. 
n es el número total de consumos. 
es el i-ésimo consumo, va de 1 hasta n
 

 

Figura 4.23. Cálculo del consumo promedio. Fuente: Informe Final sobre Calibración de modelos 

de algunos municipios del Valle del Cauca, CIACUA (2006). 

 

Sin  embargo,  algunas  de  las  lecturas  tomadas,  pueden  contener  errores  originados  en  el  proceso  de 
registro,  en  especial  en  las  lecturas  especiales;  es  por  esto  que  algunos  de  los  consumos  encontrados 
pueden  ser  erróneos  y  por  lo  tanto  arrojar  valores  no  confiables  para  ser  utilizados  en  el  modelo.  El 
consumo  promedio  calculado  de  esta  manera  y  corregido  para  cada  cuenta  (usuario),  es  usado  en  el 
modelo para determinar las demandas de los nudos y es utilizado para determinar los consumos totales 
en la red. 
 
Asignación  de  suscriptores  y  Plano  Estrella:  La  asignación  de  los  suscriptores  a  los  nudos  de 
consumo  del  modelo  hidráulico  no  depende  del  valor  micromedido  sino  de  la  ubicación  espacial  de  las 
tuberías  y  de  los  suscriptores.  Sin  embargo,  este  proceso  debe  estar  asociado  con  las  actividades  de 
micromedición  ya que durante el proceso de asignación mediante el programa ASIGNA

3

, (ver Anexo 9), 

se determina el consumo demandado por cada nudo de la red, de acuerdo con el consumo de cada uno 
de los suscriptores conectados a un nudo en particular. A partir de  los resultados de ASIGNA se puede 
crear una representación gráfica de cada uno de los usuarios y los nudos a los cuales fueron asignados 
por el programa. El resultado gráfico de los cálculos de ASIGNA se denomina “Plano Estrella” debido a la 
forma que adquiere  el grupo de  usuarios que son  asignados a un nudo en particular. A continuación se 
muestra una figura con el Plano Estrella para el municipio de La Cumbre:  
 
 

 

 

 

 

                                                           

3

 Herramienta computacional desarrollada por la Universidad de los Andes, utilizada para asignar a los nudos de la 

red de distribución las demandas de micromedición calculadas. 

 

L

L

i+1 

L

i+2 

Q

= L

i+1 

- L

Q

i+1 

= L

i+2 

- L

i+1 

 

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de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

MIC 201210-21 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Figura 4.24. Plano Estrella municipio de La Cumbre. Fuente: Informe Final sobre Calibración de 

modelos de algunos municipios del Valle del Cauca, CIACUA (2006). 

 

d.  Pérdidas técnicas y comerciales 

 
Los factores de pérdidas calculados fueron realizados a través de  MICROMIDE, el cual cuenta con una 
base  de  datos  que  maneja  integridad  referencial  para  garantizar  consistencia  permanente  de  los  datos. 
Además, puede llevar a cabo las siguientes actividades: 
 

  Reportar las lecturas faltantes informando las lecturas realizadas para otras fechas en el mismo 

domicilio. 

  Reportar  la  relación:  Consumo  histórico/Consumo  promedio  actual  para  cada  domicilio  y  el 

promedio de todos los domicilios. 

  Calcular los consumos en los domicilios para cada par de lecturas seguidas. 
  Reportar el resumen global de  información que incluye: todas  las  lecturas,  todos los consumos 

calculados. 

  Calcular consumos corregidos por rangos de acuerdo con la relación con el consumo histórico. 
  Contar la cantidad de domicilios que se encuentran en cada rango de corrección. 
  Calcular el consumo total por domicilio y por zonas. 
  Calcular el factor de pérdidas, dado el caudal macromedido. 

 
Análisis de agua no contabilizada: Como parte fundamental del proyecto se calcularon los factores de 
pérdidas con los valores de caudal micromedido y el caudal macromedido en cada municipio, tal como se 
explicó  anteriormente.  Los  factores  de  pérdidas  fueron  calculados  con  la  Ecuación  4.1  del  presente 
documento. En la Tabla 4.7 se presentan los resultados de factores de pérdidas en todos los municipios: 
 
 

 

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MIC 201210-21 

Tabla 4.7. Factor de pérdidas calculado a partir de los resultados de MICROMIDE con un factor de 

rango bueno de 1.5 y corrección de 1.0. Fuente: Informe Final sobre Calibración de modelos de 

algunos municipios del Valle del Cauca, CIACUA (2006). 

 

Municipio 

IANC  

Andalucía Alta  40.9% 

Andalucía Baja  31.9% 

Bugalagrande  50.2% 

Ansermanuevo  25.8% 

Toro 

42.7% 

Bolívar 

32.0% 

Candelaria 

39.5% 

Ginebra 

34.6% 

Guacarí 

55.6% 

La Cumbre 

42.4% 

 

4.4.3.  Definición  y  construcción  de  puntos  de  monitoreo  para  medición  de  caudales  y 

presiones dentro de los sectores hidráulicos 

 

a.  Definición y ubicación de puntos de medición de presiones y caudales 

 
Los puntos medidos tanto para caudal como para presión en el municipio de La Cumbre se muestran en 
la Tabla 4.8. 

 

Tabla 4.8. Ubicación de los puntos de medición y de caudal para el municipio de La Cumbre. 

Fuente: Informe Final sobre Calibración de modelos de algunos municipios del Valle del Cauca, 

CIACUA (2006). 

Macromedición de caudal 

Logger 

Ubicación 

FP 1287 (Punto de medición de caudal 1) 

Salida Tanque en 8" AC. 

Macromedición de presión 

Logger 

Ubicación 

PAV 1144 (Punto de medición de presión 2) 

Estación de Servicio Arboledas. 

PAV 1146 (Punto de medición de presión  3) 

Salida a Bellavista. 

PAV 1148 (Punto de medición de presión  4) 

Calle 3 con Carrera 4. 

PAV 1149 (Punto de medición de presión  5) 

Aguas Claras. 

PAV 1150 (Punto de medición de presión 1) 

Salida a Arboledas (Calle 11 

– Carrera 6). 

 
Las mediciones de caudal para el municipio de La Cumbre se realizaron en un punto ubicado a la salida 
del  tanque  de  almacenamiento,  ver  Figura  4.25.  Las  mediciones  de  presión  para  este  municipio  se 
realizaron en cinco puntos, dos (2) de los cuales se observan en la Figura 4.25.  
 

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de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

MIC 201210-21 

 

Figura 4.25. (a) Ubicación del punto de medición de caudal FP1287. (b) Ubicación de los puntos de 

medición de presión PAV1150 y PAV1146 en el municipio de La Cumbre. Fuente: Plano RDAP 

municipio La Cumbre, CIACUA (2006). 

 

b.  Periodicidad y frecuencia en la toma de datos 

 
Las actividades involucradas en el proceso de macromedición tienen como objetivo responder a una serie 
de requerimientos para tres categorías de días definidas así: Días Totales (Todos los días de la semana 
sin  discriminación),  Días  Ordinarios  (lunes  a  viernes,  no  festivos)  y  Días  de  Fin  de  Semana  (Sábados, 
domingos, festivos y días especiales). 

 

En  ocasiones  se  observa  que  los  días  sábados  deben  ser  analizados  de  manera  independiente.  Sin 
embargo,  debido  a  que  la  cantidad  de  estos  no  es  estadísticamente  significativa  en  los  puntos  de 
medición no se realiza esta separación. 
 

c.  Filtrado para series de medición 

 
Los archivos de mediciones fueron sometidos a un proceso de filtrado, a fin de eliminar la información no 
representativa  de  las  condiciones  reales  de  las  redes  de  los  municipios  y  poder  así  satisfacer  los 
requerimientos  de  las  actividades  de  macromedición.  Para  el  manejo  de  los  archivos  se  utilizó  el 
programa “SEPARADOR DE SERIES”,  desarrollado por la Universidad de los Andes (Ver Anexo 10) que 
permite convertir las series continuas de datos observados y organizarlos en series diarias con diferentes 
niveles de agregación, a la vez que presenta las principales estadísticas tales como media y desviación 
estándar  para  las  series  completas,  series  de  días  ordinarios  y  series  de  días  de  fines  de  semana. 
Durante  el  proceso  de  filtrado  se  pretendió  eliminar,  cuando  fuera  necesario,  las  mediciones  que 
presentan algún tipo de incoherencia o no representan condiciones normales de operación. En la Figura 
4.26 se observa cómo cambia el comportamiento de las series medidas después de ser afectadas por las 
bandas de confianza y por las actividades del proceso de filtrado (eliminación de SND): 
 

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40 

 

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Centro de Investigaciones en Acueducto y Alcantarillados CIACUA 
Recopilación, Análisis y Evaluación de las metodologías de calibración de modelos 
de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

MIC 201210-21 

 

Figura 4.26. Efecto de las Series Notablemente Defectuosas (SND) en las bandas de validez. 

Fuente: Informe Final sobre Calibración de modelos de algunos municipios del Valle del Cauca, 

CIACUA (2006). 

 

En el lado izquierdo de la Figura 4.26 se observa cómo la presencia de series con registros igual a cero o 
negativos interfiere con la creación de las bandas ampliándolas notablemente comparadas con la gráfica 
del  lado  derecho  de  la  misma  figura.  La  ampliación  de  las  bandas  en  el  proceso  de  filtrado  tiene  como 
efecto  el  permitir  que  se  conserven  puntos  de  condiciones  particulares  de  operación  alterando  la 
confianza en las series finales.  
 

4.4.4.  Proceso de Calibración 

 

a.  Función Objetivo 

 
La función objetivo implica encontrar los valores de las variables potencialmente calibrables que generen 
los errores mínimos entre los datos de presión y caudal medidos y los generados por el modelo calibrado. 
El  diagrama  que  resume  la  metodología  de  calibración  propuesta  por  el  Centro  de  Investigaciones  en 
Acueductos y Alcantarillados de la Universidad de Los Andes (CIACUA) se encuentra en el Anexo 11 del 
presente documento. 

 

b.  Variables objeto de calibración y relevancia de cada una de ellas 

 
DEMANDAS:  Para  tener  en  cuenta  el  caudal  de  pérdidas  comerciales  en  la  calibración,  se  aumenta  la 
demanda  base  en  los  nudos  que  posiblemente  las  presenten  para  ajustar  la  curva  de  caudales.  Las 
demandas  determinan  en  gran  medida  los  caudales  y  éstos  son  inversamente  proporcionales  a  las 
presiones  de  la  red.  Éstas  son  subestimadas  en  el  modelo  base;  por  esto  las  presiones  se  encuentran 
con valores generalmente muy superiores a los medidos en las horas de mayor consumo. 
 
EMISORES:  Los  emisores  se  pueden  definir  como  dispositivos  asociados  a  los  nudos  de  la  red,  que 
permiten modelar el flujo de salida a través de una tubería o en un orificio descargando dicho caudal a la 
atmósfera

4

. En la modelación hidráulica las fugas se consideran como emisores. El caudal de salida por 

un emisor varía en función de la presión disponible en el nudo, conforme con la Ecuación 4.4. 

X

CP

Q

                                    Ecuación 4.4 

 

                                                           

4

 U.S. Environmental Protection agency, Epanet 2.0 Manual, Water Supply and Water Resources Division, Cincinatti 

Ohio, 2000. 

Punto de Medición Filtrado (Días Ordinarios)

0

10

20

30

40

50

60

70

00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 00:00

Hora

C

a

ud

a

[L/

s

]

Punto de Medición sin Filtrar (Días Ordinarios)

-150

-100

-50

0

50

100

150

00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 00:00

Hora

C

a

ud

a

[L/

s

]

SND

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de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

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donde C es un parámetro de entrada igual a 0.5; P es la presión en el nudo en m.c.a; Q el caudal en L/s. 
X  es  un  exponente  que  depende  del  tipo  de  emisor  utilizado.  En  este  estudio  se  utiliza  un  X  de  0.5 
correspondiente  a  la  ecuación  de  descarga  de  un  orificio  rígido.  En  el  proceso  de  calibración  se 
determinan los valores aproximados del parámetro C de acuerdo con la hidráulica de la red. El valor de 
este parámetro,  así  como  la  distribución  de  los  emisores  es  estimado  teniendo  en  cuenta  la  edad  de  la 
tubería  sobre  la  que  se  encuentra  el  emisor,  la  presión  a  la  que  está  sometida  y  el  estrato 
socioeconómico de la zona. La determinación de la magnitud y ubicación de las zonas con concentración 
de fugas es uno de los resultados más importantes de la calibración. 
 
RUGOSIDAD:  Los valores base para el modelo son  obtenidos a partir de los reportados en  la  literatura 
según  el  material.  En  la  Tabla  4.9  se  muestran  los  valores  para  la  rugosidad  en  milímetros  para  los 
materiales más comunes.  
 

Tabla 4.9. Rugosidad absoluta (Ks) para diferentes materiales utilizados. Fuente: Hidráulica de 

Tuberías, Saldarriaga (2006). 

Material 

Ks (mm) 

Vidrio 

0.0003 

PVC, CPVC 

0.0015 

Asbesto cemento 

0.03 

GRP 

0.03 

Acero 

0.046 

CCP 

0.12 

Hierro fundido asfaltado 

0.12 

Hierro galvanizado 

0.15 

Arcilla vitrificada 

0.15 

Hierro fundido 

0.15 

Hierro dúctil 

0.25 

Concreto 

0.3-3.0 

Acero bridado 

0.9-9 

 
DIÁMETROS:  Como  suposición  inicial,  en  el  modelo  base  se  asignan  los  valores  nominales  de  los 
diámetros  obtenidos  en  el  catastro  de  las  redes.  Posteriormente,  en  el  proceso  de  calibración  se 
sustituyen los diámetros nominales por los diámetros reales.  
 
PÉRDIDAS  MENORES:  
Los  accesorios  y  cambios  de  alineamiento  en  la  tubería  producen  vórtices  y 
curvaturas  en  las  líneas  de  corriente,  que  se  traducen  en  pérdidas  de  energía.  Estas  pérdidas  son 
modeladas mediante un factor K

m

  que multiplica la altura de  velocidad, dando así la pérdida de presión 

producida por el accesorio: 

                           

g

v

Km

h

f

2

2

  

                                 Ecuación 4.5 

 
En  el  modelo  base  no  se  consideran  las  pérdidas  menores.  Al  inicio  del  proceso  de  calibración,  se 
atribuye valores iniciales para las pérdidas menores de la siguiente forma: a las tuberías de concreto se 
les asigna un coeficiente de pérdidas menores (metro por kilómetro) de 0.03 y a las de PVC de 0.02. Para 
modelar  las  válvulas,  se  le  adiciona  0.2  al  coeficiente  de  pérdidas  menores  de  las  tuberías  que  las 
poseen. Estos valores se encuentran reportados en la literatura

5

. Los cambios de alineamiento, válvulas 

especiales, reducciones y ampliaciones no se tienen en cuenta de forma explícita. 
 

                                                           

5

 Saldarriaga Juan, Hidráulica de tuberías, Edición especial, Editorial McGraw-Hill, Santa Fe de Bogotá.  

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c.  Metodologías de Optimización  

 
La metodología de calibración incluye  una exploración manual  del espacio de solución, partiendo de un 
análisis secuencial el cual busca en primera instancia un ajuste de la masa que ingresa al sistema, para 
posteriormente corregir la energía en cada uno de los puntos de la red.  El ajuste de las curvas de masa y 
energía  se  logra  a  través  de  una  búsqueda  por  ensayo  y  error,  la  cual  se  realiza  mediante  el  uso  de 
escenarios de calibración.  
 

d.  Escenarios de calibración del modelo 

 
Dentro del proceso de calibración es posible obtener más de una combinación de parámetros físicamente 
coherentes,  que  modelen  adecuadamente el  comportamiento medido  en  la  red.  Por  tanto,  es  necesario 
realizar  una  verificación  mediante  diferentes  escenarios  de  operación  que  permita  validar  la  solución 
propuesta. 
 

4.4.5.  Resultados de la calibración 

 

a.  Comparación de variables medidas vs. calculadas (Gráficas y/o Tablas)  

 
Como  puede  observarse  en  la  Figura  4.27,  el  punto  de  macromedición  de  caudal  del  municipio  de  La 
Cumbre representa de forma satisfactoria las mediciones realizadas en campo. Las diferencias máximas 
se presentan en las horas de alto consumo. 
 

 

Figura 4.27. (a) Comportamiento del punto de medición de caudal en el tanque de alimentación. (b) 
Comportamiento del punto de medición de presión 1 del municipio de La Cumbre. Fuente: Informe 

Final sobre Calibración de modelos de algunos municipios del Valle del Cauca, CIACUA (2006). 

 
Observando la Figura 4.27 se deduce que el modelo tiene la capacidad de representar correctamente el 
comportamiento  de  las  presiones  de  la  red  de  distribución  para  las  condiciones  de  operación  en  las 
cuales se realizaron las mediciones analizadas.  
 

b.  Diferencias significativas obtenidas 

 
Para  el  punto de  medición  de  presión  1  del  municipio  de  La  Cumbre,  el  Modelo  Unificado  (Figura  4.27) 
representa adecuadamente las mediciones registradas en campo. Los porcentajes de error son menores 
a los pertenecientes a la modelación y recolección de datos de este tipo de redes.  
 
 

 

Gráfico de líneas del elemento [89]

MEDIDO

Unificado

[Hora]

12:00 a.m.

10:00 p.m.

08:00 p.m.

06:00 p.m.

04:00 p.m.

02:00 p.m.

12:00 p.m.

10:00 a.m.

08:00 a.m.

06:00 a.m.

04:00 a.m.

02:00 a.m.

[P

R

E

S

IO

N

]

94

93

92

91

90

89

88

Gráfico de líneas del elemento [392]

MEDIDO

UNIFICADO

[Hora]

12:00 a.m.

10:00 p.m.

08:00 p.m.

06:00 p.m.

04:00 p.m.

02:00 p.m.

12:00 p.m.

10:00 a.m.

08:00 a.m.

06:00 a.m.

04:00 a.m.

02:00 a.m.

[C

A

U

D

A

L

]

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

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c.  Análisis de sensibilidad 

 
En el cálculo hidráulico para un período extendido, la demanda base es multiplicada por los factores de la 
curva  de  modulación,  para  determinar  el  caudal  en  cada  instante  de  tiempo  para  cada  nudo.  De  esta 
manera,  el  efecto  al  modificar  la  demanda  es  mayor  en  las  horas  de  máximo  consumo  y  menor  en  las 
horas  de  mínimo  consumo,  tanto  en  los  caudales  simulados  como  en  las  presiones.  Un  aumento  en  la 
demanda  produce  un  desplazamiento  hacia  arriba  de  la  curva  de  masa  pero  también  la  deforma 
aumentando su pendiente. En la Figura 4.28 se ilustra este comportamiento en la red alta del municipio 
de  Andalucía,  tanto  en  el  modelo  base  como  en  el  modelo  con  las  demandas  base  mayoradas.  Se 
observa que la mayor diferencia reside en las horas de mayor consumo. 
 

 

Figura 4.28. Comparación de presiones y caudales entre el modelo base y el modelo con 

demandas multiplicadas por 3. Fuente: Informe Final sobre Calibración de modelos de algunos 

municipios del Valle del Cauca, CIACUA (2006). 

 
La  rugosidad  causa  pérdidas  de  presión  debidas  a  la  fricción;  por  lo  tanto  tiene  una  influencia  directa 
sobre la superficie de presiones. Esta influencia se demuestra en la Figura 4.29, en donde se observa, en 
dos  escenarios  de  calibración  extremos,  la  evolución  de  la  presión  en  el  punto  de  medición  1  del 
municipio de Candelaria. En esta gráfica se puede apreciar que la mayor diferencia existe en las horas de 
mayor  consumo,  ya  que  el  esfuerzo  cortante  producido  por  la  rugosidad  es  función  del  caudal  exigido 
para satisfacer la demanda en los nudos. 
 

MEDIDO

DEMANDAS x 3

Modelo base

[Hora]

12:00 a.m.

10:00 p.m.

08:00 p.m.

06:00 p.m.

04:00 p.m.

02:00 p.m.

12:00 p.m.

10:00 a.m.

08:00 a.m.

06:00 a.m.

04:00 a.m.

02:00 a.m.

[C

A

U

D

A

L

]

64

62

60

58

56

54

52

50

48
46

44

42

40

38

36

34

32

30

28

26

24

22

20

18

16

14

12

10

8
6

MEDIDO

DEMANDAS x 3

Modelo base

[Hora]

12:00 a.m.

10:00 p.m.

08:00 p.m.

06:00 p.m.

04:00 p.m.

02:00 p.m.

12:00 p.m.

10:00 a.m.

08:00 a.m.

06:00 a.m.

04:00 a.m.

02:00 a.m.

[P

R

E

S

IO

N

]

30

28

26

24

22

20

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0

-2

-4

-6

-8

-10

-12

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Figura 4.29. Comparación de presiones en el punto 1 del  municipio Candelaria  para dos 

escenarios extremos de rugosidad. Fuente: Informe Final sobre Calibración de modelos de 

algunos municipios del Valle del Cauca, CIACUA (2006). 

 

La  curva  de  masas  es  independiente  de  la  rugosidad  ya  que  el  consumo  asignado  a  los  nudos  no 
depende de la hidráulica de la red. Sin embargo, una menor presión disminuye el caudal de los emisores, 
por  lo  tanto  la  rugosidad  deformará  en  alguna  medida  la  curva  de  masa  resultante  del  modelo  en  las 
horas de menor consumo y mayor presión; casi siempre este período se encuentra entre las 10:00 p.m. y 
las 4:00 a.m. 
 

d.  Patrones de cambio o ajuste 

 
Se realizó la calibración del municipio de La Cumbre con el escenario de operación con presiones altas. 
Con  respecto  al  análisis  de  los  nudos,  éstos  se  clasificaron  según  su  sitio  de  alimentación,  de  esta 
manera se clasificaron cinco (5) zonas mostradas en la Figura 4.30. 
 

 

Figura 4.30. Zonas de nudos para el análisis de demanda en el Modelo Unificado. Fuente: Informe 

Final sobre Calibración de modelos de algunos municipios del Valle del Cauca, CIACUA (2006). 

 

Medido

Rugosidades 20 veces mayor

Rugosidades 20 veces menor

[Hora]

12:00 a.m.

10:00 p.m.

08:00 p.m.

06:00 p.m.

04:00 p.m.

02:00 p.m.

12:00 p.m.

10:00 a.m.

08:00 a.m.

06:00 a.m.

04:00 a.m.

02:00 a.m.

[P

R

E

S

IO

N

]

29

28

27

26

25

24

23

22

21

20

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En  la  Tabla  4.10  se  muestran  los  factores  multiplicadores  de  la  demanda  tanto  de  los  nudos  Estrato  1 
como de los correspondientes a las zonas topológicas mostrados en la figura anterior. 
 

Tabla 4.10. Factores multiplicadores de la demanda empleados por el Modelo Unificado. Fuente: 
Informe Final sobre Calibración de modelos de algunos municipios del Valle del Cauca, CIACUA 

(2006). 

División topológica 

Intersección Estrato 1 con zonas topológicas 

Zona 1  Zona 2  Zona 3  Zona 4  Zona 5  Estrato 1 

Estrato 1-Z1 

Estrato 1-Z5 

1.1 

1.2 

3.6 

0.8 

1.2 

2.3 

0.7 

 
Según lo observado en la Tabla 4.10, fue necesario aumentar de forma especial la demanda del Estrato 3 
con respecto al resto del municipio. Lo anterior se debe a que dicha zona corresponde a un sector rural 
con  predominancia  de  suscriptores  de  Estrato  1,  en  el  cual  el  modelo  inicial  reporta  una  importante 
diferencia  de  energía  con  respecto  a  las  series  medidas,  posiblemente  por  una  subestimación  en  la 
demanda. Durante el proceso de calibración empleando la Metodología de Calibración del CIACUA (Ver 
Anexo  11)  se  encontró  que  las  demandas  asignadas  en  el  modelo  para  los  nudos  de  la  Zona  5  con 
predominancia  de  suscriptores  Estrato  1  se  encuentran  sobrevaloradas  en  un  30%.  Con  respecto  a  los 
nudos  ubicados  en  la  Zona  4,  la  demanda  promedio  en  el  Modelo  Unificado  (Ver  Anexo  11)  debió 
disminuirse  en  un  20%  para  lograr  el  ajuste  de  masas  del  sistema.  Dicha  zona  se  caracteriza  por  la 
presencia de fincas de recreo, las cuales son utilizadas principalmente en las temporadas de vacaciones, 
durante  las  cuales  no  fueron  realizadas  las  campañas  de  macromedición.  Por  este  motivo  es  lógico 
esperar que el modelo presente un caudal demandado inferior al histórico promedio de la zona. 
 

4.5. 

ACUEDUCTO  METROPOLITANO  DE  BUCARAMANGA  (AMB):  SECTOR  ESTADIO 
(CONSULTOR: CIACUA) 

 
4.5.1.  Generalidades 

 
Durante el desarrollo de las Etapas I y II del proyecto “Metodología para la definición de Plano Óptimo de 
Presiones y Reducción de Agua No Contabilizada

”, la zona utilizada como sector de estudio correspondió 

al Distrito Estadio, el cual está delimitado al norte por la calle 1, al sur por las calles 45 y 53, al oriente por 
la carreras 22 y 17 y al occidente por las laderas, ver Figura 4.31. 
 
El  Distrito  Estadio  está  ubicado  sobre  una  planicie,  en  donde  habitan  alrededor  de  140,000  personas 
(35.000  suscriptores)  pertenecientes  a  todos  los  estratos  comerciales  y  residenciales.  Está  conformado 
por  los  barrios  Chapinero,  Comuneros,  San  Francisco,  Jorge  Eliécer  Gaitán,  Granada,  Girardot, 
Santander, La Joya, Campo Hermoso y San Miguel, entre otros, los cuales hacen parte de las Comunas 
3,  4,  15,  5,  6  y  13.  Además  existen  unos  subsectores  conformados  por  las  Comunas  1  y  2  a  las  que 
pertenecen  barrios  como  Villa  Rosa,  Kennedy,  Café  Madrid,  Las  Hamacas,  Lizcano  y  Regadero  Norte, 
entre otros. Aquí habitan alrededor de 34,000 personas pertenecientes a estratos residenciales 1 y 2 (ver 
Figura 4.31). Las redes de distribución en esta zona alcanzan unos 185.000 m de tubería, en diámetros 
que  van  desde  1”  hasta  24”,  en  distintos  materiales  como  PVC,  polietileno,  hierro  fundido,  hierro 
galvanizado, asbesto cemento, entre otros. 
 

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Figura 4.31. Distrito Estadio y Subsectores. Fuente: Informe Final sobre Calibración del Sector 

Estadio en Bucaramanga, CIACUA (2006). 

 
A  diferencia  del  Distrito  Estadio,  la  zona  de  los  Subsectores  se  caracteriza  por  tener  una  topografía 
quebrada  con  gran  número  de  cerros  y  colinas,  sobre  los  que  paulatinamente  se  han  venido 
estableciendo diferentes comunidades, algunas de ellas subnormales debido a la problemática social que 
afronta  el  país.  Lo  anterior  ha  propiciado  que  el  desarrollo  urbanístico  de  la  zona  no  presente  una 
adecuada planeación, haciendo difícil la buena prestación de los servicios públicos.  
 
El sistema de distribución de agua potable para el Distrito Estadio funciona completamente por gravedad. 
Está  conformado  por  tres  tanques  de  almacenamiento  (Estadio,  Regadero  y  Bienestar)  y  una  red  de 
distribución de un total de 184.297 metros de longitud, que está constituida por diferentes materiales. 
 
El  sector  de  estudio  tiene  tuberías  de  PVC,  Polietileno,  Asbesto  Cemento  (AC),  Acero,  Hierro 
Galvanizado (HG), Hierro Fundido Gris (HF), Hierro Dúctil (HD) y Concreto reforzado por cilindro de acero 
(CCP).  En  la  Figura  4.32  se  muestra  la  distribución  porcentual  de  los  materiales  que  conforman  la 
totalidad  del  sector  de  estudio.  Como  se  puede  observar,  el  material  predominante  es  el  PVC  con  un 
75.64% del total de la red, seguido por el Asbesto Cemento con un 15.19%. La Figura 4.33 se muestra la 
distribución porcentual de los diámetros a lo largo de la red de distribución de agua potable en el Distrito 
Estadio. Se puede ver que los diámetros predominantes son los de 2, 3 y 4 pulgadas, con porcentajes del 
47.16%, 25.09% y 11.59% respectivamente. 

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de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

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Figura 4.32. Distribución de materiales y diámetros en la red del Distrito Estadio y Subsectores. 

Fuente: Informe Final sobre Calibración del Sector Estadio en Bucaramanga, CIACUA (2006). 

 

 

 

Figura 4.33. Válvulas de control de presión y de caudal del Distrito Estadio y Subsectores. Fuente: 

Informe Final sobre Calibración del Sector Estadio en Bucaramanga, CIACUA (2006). 

 

4.5.2.  Elaboración del modelo hidráulico 

 

a.  Topografía y Topología 

 
La  mayoría  de  la  información  topológica  de  las  redes  de  distribución  de  agua  potable  de  la  ciudad  de 
Bucaramanga,  es  manejada  por  el  Acueducto  Metropolitano  de    Bucaramanga  (AMB)  a  través  de 
Sistemas  de  Información  Geográfica  como  AUTOCAD,  ARCGIS,  entre  otros.  A  finales  del  año  2006  el 
Acueducto Metropolitano de Bucaramanga S.A. E.S.P. inició la implementación de un nuevo sistema de 
manejo  y  almacenamiento  de  información  topológica  conocido  como  SIIDAR.  Este  programa  permite 
generar  un  modelo  lógico  de  la  red  con  toda  su  información  asociada,  permitiendo  exportar  e  importar 
modelos que se pueden visualizar en herramientas como AUTOCAD o ARCGIS.  Para la elaboración de 
este  proyecto,  el  AMB  proporcionó  un  compendio  de  archivos  magnéticos  que  contenían  planchas 
topográficas de la ciudad, propiedad de la empresa. La elevación de los nudos se asignó relacionando un 
archivo con información de curvas de nivel y la información de coordenadas geográficas de los nudos. 

Distribución porcentual de diámetros

5.79%

47.16%

25.09%

11.59%

6.93%

1.95%

0.71%

0.45%

0.23%

0.03%

0.06%

1"

2"

3"

4"

6"

8"

10"

12"

14"

16"

24"

 

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b.  Revisión y corrección de datos e información topológica y topográfica del modelo 

 
Es un paso muy importante cuando se estudia cualquier sistema de distribución de agua potable, ya que 
permite entender el funcionamiento  y operación de la red, así como evaluar el estado  y  la calidad  de la 
información  disponible.  Como  primera  medida  para  la  revisión  detallada  la  información  topológica,  se 
identificaron algunas anomalías: 

Líneas superpuestas: Se presenta cuando existen dos líneas que representan un mismo elemento de la 
red  (ver  Figura  4.34);  este  error  puede  generar  dos  tuberías  en  paralelo  en  la  elaboración  del  modelo 
hidráulico. 

Falta de líneas entre dos accesorios: En algunos casos se encuentran ciertos accesorios que sugieren 
la  existencia  de  tramos  de  tubería  que  no  aparecen  en  el  plano  (ver  Figura  4.34).  Este  error  puede 
generar  la  falta  de  una  tubería  en  el  modelo,  con  lo  cual  las  condiciones  hidráulicas  de  la  simulación 
serían diferentes a las existentes en terreno.  

Falta  de  nudos:  Se  presenta  cuando  algunos  tramos  de  red  quedan  mal  conectados  debido  a  la 
ausencia  de  uno  o  más  nudos  en  las  tuberías  que  las  reciben  (ver  Figura  4.34).  Esto  puede  generar 
tramos de tubería desconectada en el modelo. 

 

 

 

 

 

 

Figura 4.34. (a) Líneas sobrepuestas (b) Falta de líneas entre accesorios (c) Falta de nudos. 

Fuente: Informe Final sobre Calibración del Sector Estadio en Bucaramanga, CIACUA (2006). 

Desconexión  de  grupos  de  tuberías:  Algunos  sectores  de  la  red  se  encuentran  completamente 
desconectados del sistema (ver Figura 4.35), lo cual imposibilita su simulación.  

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Figura 4.35. Desconexión de grupos de tuberías. Fuente: Informe Final sobre Calibración del 

Sector Estadio en Bucaramanga, CIACUA (2006). 

 

c.  Macromedición 

 

Patrones de consumo 

 
En  el  caso  particular  de  la  zona  de  estudio  (Sector  Estadio),  las  curvas  unitarias  se  construyeron  de 
acuerdo  con  los  reportes  de  los  macromedidores  instalados  en  la  salida  de  los  Tanques  Estadio, 
Bienestar  y  Regadero.  Con  las  mediciones  del  primero  se  construyó  la  curva  patrón  del  sector  de  la 
Meseta, mientras a que a las redes ubicadas al interior de los Subsectores se les asignó la curva de los 
dos tanques restantes, de acuerdo con la forma en la que son abastecidos. 
 
Medidor  de  Caudal  de  Estadio:  Como  se  puede  observar  en  la  Figura  4.36,  la  tendencia  de  este 
medidor  es  continua  desde  principio  del  mes  de  agosto.  Por  esta  razón,  para  este  equipo  se  eligió 
trabajar con el mes de noviembre para realizar los cálculos del patrón de comportamiento. 

 

Figura 4.36. Comportamiento de los datos sin corregir de Estadio (2° Semestre 2006). Fuente: 

Informe Final sobre Calibración del Sector Estadio en Bucaramanga, CIACUA (2006). 

 
En  el  mes  de  Noviembre  se  encontraron  varios  comportamientos  atípicos.  Durante  los  días  18,  20,  25, 
28,  29  y  30  se  presentó  un  valor  repetitivo  de  -250  L/s  probablemente  relacionado  con  un  error  del 
equipo;  el  día  19  se  presentó  un  único  valor  de  428  L/s  a  las  7:00  AM,  mientras  que  el  resto  los  datos 

 

Comportamiento de Estadio

0

1 00

2 00

3 00

4 00

5 00

6 00

7 00

01 /06 /2 006

2 1 /06 /2 006

1 1 /07 /2 006

3 1 /07 /2 006

2 0/08 /2 006

09 /09 /2 006

2 9 /09 /2 006

1 9 /1 0/2 006

08 /1 1 /2 006

2 8 /1 1 /2 006

Fecha

Ca

u

d

a

(l

/s

)

Jun io-

Julio-

Agost o-

Sept iembr e- 0 6

Oct ubr e- 0 6

Noviembr e- 0 6

Pr omedio 4 8 8  l/ s

Pr omedio 4 5 9  l/ s

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registrados  durante  ese  día  tenían  un  valor  fijo  de  -250  L/s  (Ver  Figura  4.37)  Al  eliminar  estos  datos  se 
encuentra que para este mes la mayoría de registros varían entre 297 y 612 L/s y que el promedio diario 
del equipo es de 478 L/s.  
 

 

Figura 4.37. Caudal Promedio diario del mes de noviembre de Estadio. Fuente: Informe Final sobre 

Calibración del Sector Estadio en Bucaramanga, CIACUA (2006). 

 
Patrón  de  caudales  de  Estadio:  
Como  se  puede  observar  en  Figura  4.38,  el  patrón  de  consumos 
presenta  diferencias  significativas  en  los  comportamientos  diurnos  y  nocturnos,  lo  que  es  típico  en  el 
consumo de suscriptores de tipo residencial. 

 

Figura 4.38. Patrón de comportamiento de Estadio. Fuente: Informe Final sobre Calibración del 

Sector Estadio en Bucaramanga, CIACUA (2006). 

 

Caudales de entrada al sector (Curvas de modulación) 

 
Dentro  del  sector  de  estudio,  el  cual  estaba  compuesto por  el  Distrito  Estadio  y  los  Subsectores,  no  se 
reportaron  usuarios  con  patrones  de  consumo  que  desviaron  sustancialmente  de  la  tendencia  general, 
por lo que se adoptó una misma curva patrón para cada zona. Es decir, para Estadio se definió una curva 
con base en el caudal de salida del Tanque Estadio, mientras que para los Subsectores se utilizaron dos 
curvas, definidas a partir del caudal de salida de los tanques Regadero y Bienestar.  
 

Estadio

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

1

6

11

16

21

26

Noviembre 2006 (días)

C

a

u

d

a

(L

/s

)

Promedio

Máximo

Mínimo

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

0

5

10

15

20

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Como  se  observa  en  la  Figura  4.39,  los  factores  multiplicadores  empleados  al  interior  de  la  zona  de 
meseta  se  caracterizan  por  presentar  valores  no  muy  lejanos  a  la  unidad,  a  lo  largo  de  todo  el  día.  Lo 
anterior  se  debe  a  que  en  esta  zona  se  encuentran  conectados  una  gran  cantidad  de  suscriptores  de 
diferente naturaleza, lo cual reduce las diferencias que se presentan en los consumos a lo largo del día. 
 

 

Figura 4.39. Curva de modulación Tanque Estadio durante el régimen de presión alta. 

 

d.  Micromedición 

 

Datos iniciales de usuarios: Georreferenciación y Consumos (Facturación) 

 
Inicialmente  se  realizó  un  análisis  de  los  consumos  para  toda  la  red  de  Bucaramanga.  Para  su 
elaboración, el Acueducto Metropolitano de Bucaramanga S.A. E.S.P., suministró dos bases de datos con 
registros  de  177.248  y  182.629  usuarios.  La  primera  contenía  direcciones  y  ubicación  geográfica  para 
cada usuario, mientras que la segunda las respectivas direcciones y los datos de consumo. La diferencia 
entre  éstas,  corresponde  a  5.381  usuarios,  que  se  consideran  como  no  comunes  ya  que  no  poseen 
georreferenciación;  esto  quiere  decir  que  se  les  debe  asignar  su  ubicación  geográfica.  Finalmente,  se 
obtuvo una base datos de 24.290 usuarios con posición geográfica y datos de consumo, específicamente 
para  el  sector  de  estudio.  La  ubicación  de  estos  usuarios  se  realizó  con  el  programa  ARCVIEW  (Ver 
Figuras  4.40  y  4.41  y  Tabla  4.12).  Adicionalmente se  realizó  una  búsqueda  de  los  usuarios  potenciales 
del  Distrito  Estadio  encontrando  1.377  usuarios.  De  éstos,  se  logró  localizar  adecuadamente  323 
usuarios. De esta manera, se logró definir una base de datos final compuesta por 24.613 usuarios. 
 
Se  generan  archivos  INP  que  pueden  ser  trabajados  en  EXCEL,  que  contengan  la  información  de 
consumos  facturados  de  los  usuarios  y  sus  coordenadas  geográficas  correspondientes.  Esto  permite  al 
programa  REDES  importar  toda  la  información  al  construir  el  modelo  inicial.    Se  realizó  una  ubicación 
espacial de usuarios según el estrato económico, lo cual puede observarse a continuación: 

Curva de modulación Distrito Estadio

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

00:00

02:24

04:48

07:12

09:36

12:00

14:24

16:48

19:12

21:36

00:00

Hora

Fa

c

tor 

m

ul

ti

pl

ic

a

do

r

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Figura 4.40. Ubicación de los usuarios dentro del Sector Estadio según su estrato socio-

económico (Estratos 1, 2, 3, 4 y 5). Fuente: Informe Final sobre Calibración del sector Estadio en 

Bucaramanga, CIACUA (2006). 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Figura 4.41. Ubicación de los usuarios dentro del Sector Estadio según su estrato socio-

económico (Estratos 7, 8, 9 y Especiales). Fuente: Informe Final sobre Calibración del sector 

Estadio en Bucaramanga, CIACUA (2006). 

 

Tabla 4.11. Porcentajes de usuarios ubicados según estrato socioeconómico. Fuente: Informe 

Final sobre Calibración del Sector Estadio en Bucaramanga, CIACUA (2006). 

ESTRATO 

ESTRATO 1 

15.92 

ESTRATO 2 

31.22 

ESTRATO 3 

31.41 

ESTRATO 4 y 5 

0.93 

ESTRATO 7 (comercio, industria) 

19.56 

ESTRATO 8 y 9 (especiales) 

0.79 

ESTRATO A, C, D, F y K 

0.17 

 

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Es  importante  que  los  datos  de  consumos  estén  geo-codificados  y  actualizados;  de  no  ser  así,  es 
necesario  hacer  un  censo  en  el  sector.  La  geo-codificación  es  cruzada  (o  comparada)  con  el  mapa 
catastral de la zona, para verificar la ubicación correcta de todos los suscriptores respecto a las cuadras 
de la ciudad. Se debe hacer un especial énfasis en la identificación de grandes consumidores o aquellos 
que  son  susceptibles  a  las  posibles  bajas  en  la  presión  (fábricas,  centros  comerciales,  hospitales, 
usuarios de edificios sin dispositivos de bombeo, entre otros). También se recolecta la información sobre 
el consumo histórico de cada usuario, utilizando la base de datos de la oficina comercial de la empresa. 
 

Cálculo y Asignación de demandas en los nudos  

 
A  partir  de  las  lecturas  suministradas  se  analizó  el  comportamiento  de  los  consumos  de  agua  de  los 
usuarios del Distrito Estadio. Los consumos se concentran en los usuarios con valores menores de 60 m³ 
(90.62%), sin embargo hay un 4.7% de usuarios sin consumo o con consumos iguales a cero. El número 
de usuarios sin valor de registro, 137 usuarios que son el 0.56%, no representa un valor significativo con 
respecto al total. Sin embargo, los usuarios con consumo iguales a cero fueron 1.008, que representan el 
4.1% del total de usuarios. Este valor es significativo si se compara con el valor encontrado para toda la 
ciudad,  que  fue  de  1.76%.  Además,  se  tienen  1.165  usuarios  que  poseen  consumos  mayores  a  60 
m³/mes.  
 
Consumo  promedio:  El  cálculo  de  este  consumo  se  realiza  restando  los  valores  de  lecturas 
consecutivas tomadas durante el período de medición y dividiendo este resultado por el número de días 
transcurridos entre las dos lecturas.  
 
Una  vez  realizado  el  proceso  de  distribución  de  usuarios  y  sus  respectivos  consumos  por  modelo,  se 
procedió  a  realizar  la  asignación  de  éstos  a  sus  correspondientes  modelos  hidráulicos  mediante  el  uso 
del programa ASIGNA, el cual, genera una distribución automática de la información de cada usuario al 
nudo  más  cercano.  Los  resultados  de  la  asignación  de  los  consumos  a  cada  nudo  de  la  red  y  los 
usuarios, se ubicaron en un mapa de la red para cada circuito modelado.  
 

c.  Pérdidas técnicas y comerciales 

 
Como parte fundamental del proyecto se calculó el IANC del sector de estudio a través de  MICROMIDE
herramienta  desarrollada  por  la  Universidad  de  los  Andes  descrita  en  el  Numeral  4.4.2.  Este  factor  de 
pérdidas se calcula a partir de los valores de caudal macromedido y micromedido en el Distrito Estadio y 
Subsectores.  Los  resultados  obtenidos  muestran  que  el  factor  de  pérdidas  para  los  consumos  de  los 
suscriptores pertenecientes al Distrito Estadio  y  Subsectores, cuando se aplican las correcciones, es de 
38.15% como se muestra en la Tabla 4.12. 
 

Tabla 4.12. Factor de pérdidas calculado a partir de los resultados de MICROMIDE con un factor de 
rango bueno de 1.5 y corrección de 1.0. Fuente: Informe Final sobre Calibración del Sector Estadio 

en Bucaramanga, CIACUA (2006). 

Índice de Agua no Contabilizada Régimen de presión Alta 

Descripción 

Hipótesis A 

(m

3

/mes Usuario) 

Hipótesis B 

(m

3

/mes Usuario) 

Macromedición 

37.62 

34.33 

Micromedición 

21.23 

21.23 

IANC 

43.3% 

38.15% 

 

Los accesorios y cambios de alineamiento en la  tubería producen vórtices  y curvaturas en las líneas de 
corriente,  que  se  traducen  en  pérdidas  de  energía.  Estas  pérdidas  son  modeladas  mediante  un  factor 

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Km, que multiplica la altura de velocidad, dando así la pérdida de presión producida por el accesorio, lo 
anterior se desarrolla empleando la Ecuación 4.5. 
 
En los modelos base establecidos al iniciar la calibración (Ver Anexo 11) no se consideraron las pérdidas 
menores;  éstas  se  asignaron  a  las  tuberías  de  cada  uno  de  los  modelos  en  función  de  su  longitud  de 
forma  posterior.  Por  ejemplo,  a  las  tuberías  diferentes  a  PVC  se  les  asignó  un  coeficiente  de  pérdidas 
menores  Km  por  metro  de  0.03  y  a  las  de  PVC  de  0.02.  Estos  valores  se  encuentran  reportados  en  la 
literatura (Saldarriaga Juan, “Hidráulica de tuberías”, Edición especial, Editorial McGraw-Hill, Santafé de 
Bogotá). Los cambios de alineamiento, válvulas especiales, reducciones y ampliaciones no se tienen en 
cuenta de forma explícita. 
 

4.5.3.  Definición  y  construcción  de  puntos  de  monitoreo  para  medición  de  caudales  y 

presiones dentro de los sectores hidráulicos 

 

a.  Definición y ubicación de puntos de medición de presiones y caudales 

 
Para el sector de estudio (Distrito Estadio), las operaciones de medición de datos de caudal se realizaron 
en cuatro (4) puntos, que corresponden a los lugares más significativos para definir la cantidad de masa 
que entra al sistema. Dichas mediciones se realizaron a las salidas de los Tanques Estadio (lectura que 
corresponde  a  la  entrada  total  de  masa  al  sector),  Regadero  y  Bienestar;  adicionalmente  se  hizo  una 
medición en la Glorieta San Francisco (Ver Figura 4.42). 
 

 

Figura 4.42. Localización de los puntos de medición de presión y de caudal. Fuente: Informe Final 

sobre Calibración del Sector Estadio en Bucaramanga, CIACUA (2006). 

 

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de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

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b.  Periodicidad y frecuencia en la toma de datos 

 
Se establecieron tres (3) períodos de operación durante el desarrollo del proyecto (Presión Alta, Presión 
Media  y  Presión  Baja).  El  tiempo  entre  mediciones  se  determina  de  acuerdo  con  las  capacidades 
económicas  y  de  infraestructura  de  la  empresa,  y  debe  tener  una  duración  mínima  de  1.5  meses, 
realizando lecturas de micromedición cada 15 días. Las series obtenidas a partir de los datos medidos en 
campo, de caudal y presión, se clasifican por punto de medición, esquema de operación y por el tipo de 
día (ordinario, festivo o fin de semana).  
 

c.  Filtrado para series de medición 

 
Después de obtener las mediciones de caudal y presiones clasificadas, se realiza el cálculo de todas las 
estadísticas  a  fin  de  definir  un  rango  de  validez  de  las  series,  buscando  eliminar  aquellas  que  sean 
defectuosas, ya sea por mala operación de los equipos, por falta de energía, o por descalibración de los 
instrumentos.  Posteriormente,  se  procede  a  determinar  si  hay  series  extremas,  localizadas  fuera  de  las 
bandas  de  validez,  las  cuales  deben  ser  eliminadas  para  que  no  sesguen  los  intervalos  de  confianza, 
admitiendo datos que corresponden a condiciones particulares de un instante del tiempo. Finalmente, se 
estiman  las  estadísticas  definitivas  de  las  series  típicas  de  presión  y  caudal  en  los  puntos  de  medición, 
bajo  cada  esquema  de  presión  y  para  cada  uno  de  los  tres  tipos  de  día.  En  especial,  los  valores 
estadísticos  medios  son  de  particular  importancia,  ya  que  estos  son  necesarios  para  la  calibración  y 
operación  del  modelo  hidráulico  definitivo.  Para  el  manejo  de  los  archivos  se  utilizó  el  programa 
SEPARADOR DE SERIES, desarrollado por la Universidad de los Andes (Ver Anexo 10). 
 

 

Figura 4.43. Serie representativa, dispersión y bandas de confianza de las mediciones hechas para 

todos los días Glorieta San Francisco. Fuente: Informe Final sobre Calibración del Sector Estadio 

en Bucaramanga, CIACUA (2006). 

 

4.5.4.  Proceso de Calibración 

 
Los regímenes de presión  con los que fue operada la red durante el proyecto son: Régimen de Presión 
Alta  (correspondiente  al  estado  inicial  de  la  red,  que  tiene  las  mayores  presiones),  Régimen  de  Presión 
Media  (estado  intermedio  de  presión  donde  comienzan  a  operar  las  válvulas  reguladoras  de  presión 
propuestas por la Universidad de los Andes) y Régimen de Presión Baja (escenario con la menor presión 
en la red, según lo calculado con el modelo hidráulico precalibrado). 

1 enero - 31 enero de 2006 (Días Totales)

0

100

200

300

400

500

600

700

0:00

2:00

4:00

6:00

8:00

10:00

12:00

14:00

16:00

18:00

20:00

22:00

0:00

Hora

C

a

ud

a

 [

L/

s

]

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de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

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a.  Función Objetivo 

 
El  Punto  de  Medición  de  Caudal  4,  localizado  a  la  salida  del  Tanque  Estadio,  representa  la  masa  total 
que ingresa a la zona de estudio. Como se observa en la Figura 4.44, el comportamiento del modelo sin 
calibrar y los datos medidos presentan una diferencia representativa, lo que significa que la inclusión de 
los diámetros reales de las tuberías y de coeficientes de pérdidas menores iníciales o teóricos no afectan 
de  forma  alguna  la  cantidad  de  masa  que  ingresa  al  sistema,  ni  los  datos  de  presiones  (energía)  del 
sistema, por lo tanto es necesario variarlos.  
 

 

Figura 4.44. Comportamiento del Punto de Caudal 4 y del Punto de Presión 20. Fuente: Informe 

Final sobre Calibración del Sector Estadio en Bucaramanga, CIACUA (2006). 

 

b.  Variables objeto de calibración y relevancia de cada una de ellas 

 
Demandas desconocidas, Emisores, Rugosidad, Diámetros internos, Pérdidas menores. 
 

c.  Metodologías de Optimización  

 
En  el  caso  de  la  metodología  de  calibración  de  la  Universidad  de  los  Andes,  la  exploración  del  espacio 
solución  se  realiza  a  través  de  la  prueba  de  numerosos  escenarios  posibles,  de  forma  manual.  Dicho 
proceso se lleva a cabo mediante el uso del programa CALIBRA, desarrollado también por la universidad, 
el  cual  permite  aplicar  cualquier  hipótesis  deseada  sobre  el  modelo  original.  Debido  al  tamaño  y 
complejidad  del  espacio  de  búsqueda, su  exploración  debe  realizarse  de  forma  secuencial  y  articulada, 
procurando  reducir  en  cada  análisis  el  número  de  hipótesis  factibles,  hasta  llegar  a  la  que  mejor 
reproduzca  la  realidad  del  sistema.  La  descripción  general  del  funcionamiento  del  algoritmo  se  puede 
observar en el Anexo 12. 
 

d.  Escenarios de calibración del modelo 

 
Las  características  que  deben  ser  modificadas  en  cada  uno  de  los  modelos,  pertenecientes  a  los 
diferentes escenarios, son:  
 

 

Presión promedio en las fuentes del subsector (o línea de gradiente media, de acuerdo con 
el modelo de cálculo utilizado). 

 

Patrón de presión o energía en las fuentes del subsector. 

 

Demanda en los nudos de consumo. 

Gráfico de líneas del elemento [6675]

Medido

Modelo sin calibrar

Línea Base 1 

Hora

12:00 a.m.

10:00 p.m.

08:00 p.m.

06:00 p.m.

04:00 p.m.

02:00 p.m.

12:00 p.m.

10:00 a.m.

08:00 a.m.

06:00 a.m.

04:00 a.m.

02:00 a.m.

C

a

u

d

a

(L

/s

)

610

600

590

580

570

560
550

540

530

520

510

500

490

480
470

460

450

440

430

420

410

400

390
380

370

360

350

340

330

320

310
300

290

280

270

260

250

240

230

220
210

200

190

180

Gráfico de líneas del elemento [3800]

Medido

Línea Base 1

Modelo sin calibrar

Hora

12:00 a.m.

10:00 p.m.

08:00 p.m.

06:00 p.m.

04:00 p.m.

02:00 p.m.

12:00 p.m.

10:00 a.m.

08:00 a.m.

06:00 a.m.

04:00 a.m.

02:00 a.m.

P

re

s

n

 (

m

.c

.a

)

60

59

58

57

56

55

54

53

52

51

50

49

48

47

46

45

44

43

42

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de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

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Patrón de demanda en los nudos de consumo. 

 
Adicionalmente,  deben  recalcularse  los  parámetros  asociados  con  la  modelación  de  la  condición  bajo 
ambiente de fugas, y que fueron definidos durante el proceso de calibración del modelo preliminar, tales 
como: Coeficiente de emisores, exponente de emisores y multiplicadores generales de la demanda. 

 

El  desarrollo  paulatino  de  la  calibración  del  modelo  hidráulico  se  realiza  en  la  medida  en  que  se 
determina la relación entre las variables de calibración y su impacto en la respuesta del modelo, lo cual 
es  posible  únicamente  después  de  probar  un  gran  número  de  escenarios  de  calibración.  Estos 
escenarios son individuos de solución, dentro de un espacio de búsqueda, que son evaluados de acuerdo 
con las condiciones reales de la red. 
 

4.5.5.  Resultados de la calibración 

 
Con respecto  al  Punto  de  Medición  de  Caudal  4  (Ver  Figura  4.45),  el  cual  registra  la  totalidad  del  agua 
que  ingresa  al  sistema,  el  Modelo  Unificado  logra  reproducir  con  bastante  precisión  los  datos 
recolectados en campo durante el régimen de presión alto. Las diferencias máximas se reportan durante 
las horas de mayor consumo; sin embargo éstas no alcanzan a tener valores significativos, con lo cual se 
puede  garantizar  el  cumplimiento de  la  conservación  de  la  masa  en  el  modelo,  condición  indispensable 
para continuar con el proceso de calibración. 
 
El  comportamiento  del  Punto  de  Medición  de  Presión  6  en  el  Modelo  Unificado  (Ver  Figura  4.46), 
presenta una considerable diferencia entre la información obtenida en campo y la simulación realizada. El 
resultado  presentado  es  el  mejor  obtenido  una  vez  analizados  todos  los  parámetros  de  calibración,  sin 
que se haya encontrado una respuesta satisfactoria a través de estos. Lo anterior indica la existencia de 
un elemento externo que en campo tiene un comportamiento diferente al registrado por el modelo y que 
además no pudo ser identificado.  
 

 

 

Figura 4.45. Comportamiento del Punto de Medición de Caudal 4 y del Punto de Medición de 

Presión 6 en el Modelo Unificado. Fuente: Informe Final sobre Calibración del Sector Estadio en 

Bucaramanga, CIACUA (2006). 

 

Medido

Modelo Unificado

Hora

12:00 a.m.

10:00 p.m.

08:00 p.m.

06:00 p.m.

04:00 p.m.

02:00 p.m.

12:00 p.m.

10:00 a.m.

08:00 a.m.

06:00 a.m.

04:00 a.m.

02:00 a.m.

Ca

u

d

a

(

L

/s

)

650

600

550

500

450

400

350

300

250

200

150

Gráfico de lineas del elemento [3510]

Medido

Modelo Unificado

Hora

12:00 a.m.

10:00 p.m.

08:00 p.m.

06:00 p.m.

04:00 p.m.

02:00 p.m.

12:00 p.m.

10:00 a.m.

08:00 a.m.

06:00 a.m.

04:00 a.m.

02:00 a.m.

P

re

s

n

 (

m

.c

.a

.)

100

95

90

85

80

75

70

65

60

55

50

45

40

35

30

25

20

15

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4.6. 

ACUEDUCTO DE CARTAGENA (AGUAS DE CARTAGENA) 

 

4.6.1.  Generalidades 

 
La calibración de modelos se inicia con la formulación y montaje de los mismos. Lo importante es tener la 
mayor cantidad de información confiable; para ello se tiene en cuenta lo siguiente: 
  

Sistema de información Geográfica de Aguas de Cartagena (SIG): Este sistema provee información 
topológica  de  redes  y  características  de  las  tuberías,  que  a  su  vez  han  tenido  como  fuente  planos 
records de obras, apiques para localización e identificación de redes en campo y aporte de personal 
operativo de Aguas de Cartagena. También se obtienen la información altimétrica de la red.  

Red de Macromedidores de la ciudad: Información de Caudales, que normalmente son acumulados 
mensualmente. 

Sistema de Telemando: Caudales y presiones de forma continua (en tiempo real). 

Base de datos de abonados: Consumos puntuales de usuarios; es fuente importante para identificar 
caudales  puntuales  elevados  que  afectan  el  funcionamiento  de  la  red:  Empresas  o  Industrias  con 
altos consumos de agua, hoteles, etc. 

Mediciones  específicas  de  presiones  y  caudales:  Corresponden  a  equipos  portátiles  de  medición 
puntuales  o  en  forma  continua.  Parta  esto  se  realizan  jornadas  de  recopilación  de  información  de 
caudales y presiones de la red, para realizar ajustes al modelo y proceder a calibrarlo. 
 

4.6.2.  Elaboración del modelo hidráulico 

 

a.  Topografía y Topología 

 
Los modelos con el mayor detalle de redes (primarias  y secundarias) han producido mejores resultados 
de  calibración  que  los  modelos  esqueletizados  (solo  redes  matrices  y  una  que  otra  red  secundaria  de 
interés), pues en los primeros no hay que definir salidas puntuales de caudales hacia redes secundarias 
no  incluidas;  el  mismo  modelo  hace  la  distribución  de  caudales  hacia  los  diferentes  sitios  de  la  red  y 
determina que magnitud de caudal que sale de cada derivación, lo cual resulta más cercano a la realidad.  

 

Partir  de  un  SIG  es  de  gran  ayuda  pues  con  una  herramienta  de  interface  se  genera,  de  forma 
automática,  el  archivo  de  entrada  al  software  de  modelación  EPANET  2.0.  El  archivo  contiene  toda  la 
información  topológica  de  la  red,  ubicación  de  tanques,  coeficientes  de  rugosidad  (Hazen 

–  Williams), 

diámetros y cotas de nudos, así pues, solo es necesario incorporar los caudales. Con esto se minimizan 
las posibilidades de error por transcripción errónea de información de las redes y nudos. 

 

b.  Revisión y corrección de datos e información topológica y topográfica del modelo 

 
Cuando existen errores en la topología de la red en el modelo con respecto a la real, se requiere realizar 
jornadas  de  mediciones  de  presión  en  campo  y  revisiones  operativas  de  la  red  para  poder  hallar  la 
situación que da origen al problema de simulación. 
 

c.  Macromedición 

 
Los  macromedidores  se  encuentran  ubicados  en  sectores  donde  los  consumos  son  significativos, 
constituyen la fuente de información de caudales, que normalmente son acumulados mensuales.  
 

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de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

MIC 201210-21 

Patrones de consumo 

Los coeficientes de consumo se obtienen de las mediciones continuas de caudal en la base de datos de 
usuarios.  Para  ello  se  calcula  el  caudal  promedio  diario  registrado  y  se  divide  el  dato  de  caudal 
instantáneo  de  cada  hora  del  día,  entre  este  caudal  promedio.  Esta  información  alimenta  los 
“PATTERNS” del modelo en EPANET 2.0. Como se tienen sectores y subsectores, para la asignación de 
estos coeficientes se sigue el siguiente procedimiento: 
 

  Se calculan los coeficientes horarios para cada subsector; se verifica que el caudal promedio sea 

igual o muy similar al caudal promedio registrado en la macromedición. 
 

  El sector que contiene los subsectores, normalmente tiene unos subsectores con medición y un 

“resto”  de  sector  que  es  medido  solo  por  el  macromedidor  a  la  entrada  del  sector.  El  caudal 
promedio  de  este  resto  debe  ser  igual  o  muy  similar  a  la  diferencia  del  caudal  promedio 
registrado  entre  el  macromedidor  general  del  sector  y  los  subsectores,  sino  es  igual  debe 
ajustarse.  Los  coeficientes  de  caudal  que  le  corresponden  a  los  nudos  de  este  resto 
corresponden a los calculados a partir de la diferencia de caudal del sector y los subsectores en 
cada  hora  entre  el  caudal  promedio  registrado  en  el  día.  Es  posible  observar  una  tabla  con  los 
cálculos de estos factores en el Anexo 13. 

 

d.  Micromedición: 

 

Datos iniciales de usuarios: Georreferenciación y Consumos (Facturación) 
 

Se obtienen los archivos INP con  la Información de  coordenadas geográficas de los abonados  y de 
sus consumos puntuales,  además se tiene  identificados los caudales puntuales altos que afectan  el 
funcionamiento de la red: Empresas o Industrias con altos consumos de agua, hoteles. 
 

Cálculo y Asignación de demandas en los nudos  

 

Para la asignación de caudales se han seguido dos procedimientos: 
 

  En  zonas  con  preponderancia  de  usuarios  no  residenciales:  En  estos  casos,  a  partir  de  los 

consumos  promedio  registrados  en  la  base  de  datos  de  usuarios,  se  obtiene  el  caudal  y  se 
asigna al nudo correspondiente a cada usuario. Esto se aplica en la Zona Industrial de Mamonal 
y en las modelaciones de las aducciones de agua cruda donde se tienen grandes consumidores 
industriales puntuales. 

  En  zonas  con  predominio  residencial:  Se  calcula  la  dotación  media  de  la  zona  a  partir  de  los 

consumos  registrados  por  los  macromedidores  o  de  los  consumos  promedio  registrados  en  la 
base  de  datos  de  usuarios;  luego  la  dotación  se  multiplica  por  la  densidad  y  el  área  aferente  al 
nudo. Para los usuarios atípicos, es decir con consumos muy altos, con relación a los demás del 
sector,  como  hoteles,  se  asigna  de  manera  puntual  el  consumo  promedio  registrado  en  la  base 
de datos comercial. 

 

4.6.3.  Definición  y  construcción  de  puntos  de  monitoreo  para  medición  de  caudales  y 

presiones dentro de los sectores hidráulicos 

 

a.  Definición y ubicación de puntos de medición de presiones y caudales 

 
Se realizan mediciones específicas de presiones y caudales con equipos portátiles de medición puntuales 
o  en  continuo,  con  los  cuales  se  hacen  jornadas  específicas  de  captura  de  información  de  caudales  y 

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presión de la red, para realizar ajustes al modelo y obtener su calibración, en puntos específicos de la red 
en los cuales se haya identificado un comportamiento diferente o atípico en el consumo de agua. 
 

b.  Periodicidad y frecuencia en la toma de datos 

 
Se efectúan medidas de presión con un margen de diferencia de tiempo reducido; dichas medidas deben 
ser  tomadas  mínimo  durante  24  horas  para  garantizar  la  construcción  de  una  curva  de  consumo 
representativa.  
 

4.6.4.  Proceso de Calibración 

 
Se realiza la comparación de los registros de presión de forma continua  y presiones puntuales tomados 
en  puntos  de  interés  de  la  red  con  los  valores  del  modelo.  Normalmente  con  el  ajuste  de  caudales,  la 
información  de  cotas  y  con  los  coeficientes  de  rugosidad  que  se  manejan  para  la  red,  se  tienen  muy 
buenos  resultados  en  presiones,  pero  en  ocasiones  ha  sido  necesario  realizar  jornadas  de  toma  de 
presión en campo. Para ello se utilizan grupos de puntos que representen de forma uniforme la red y se 
efectúan  medidas  de  presión  simultáneas  o  con  poco  margen de  diferencia  de  tiempo  en  estos  puntos; 
luego  en  oficina  se  compara  con  los  datos  de  presión  que  arroja  el  modelo  y  se  trata  de  hallar  la  zona 
donde  puede  estar  el  problema  por  presentar  cambios  abruptos.  Con  personal  operativo  se  revisan  las 
válvulas del sector en la zona sospechosa y generalmente se encuentra una válvula manipulada (abierta 
o cerrada) o un empalme o desconexión no registrado en el SIG, se registra el cambio en el modelo o en 
la red y las presiones del modelo empiezan a ser muy similares a las presentadas en campo. 
 

4.6.5.  Resultados de la calibración 

 

  Las redes donde hay tuberías de hierro fundido gris que presentan problemas de incrustación, no 

ajustan  bien  en  materia  de  presión  pues  los  diámetros  se  han  afectado  con  las  incrustaciones. 
Para ello es necesario realizar mayor trabajo de campo, para tratar de definir a que diámetro se 
parece la pérdida de presión que experimenta la tubería en su recorrido. 
 

  Tuberías  de  diámetro  400  mm,  han  ajustado  en  ocasiones  a  comportamientos  de  redes  de 

diámetro  250  mm.  En  estos  casos  se  ajusta  el  diámetro  pues  la  incrustación  le  reduce  el  área 
disponible a la tubería para circulación de agua a través de ella.  
 

  Los  tanques  de  compensación  han  presentado  cierta  dificultad  para  calibrar  el  comportamiento 

de  los  niveles,  a  partir  solamente  de  los  ajustes  de  caudal  y  presión  explicados,  pues  en 
ocasiones el modelo indica que quedaron vacíos y en la realidad esto no ocurre. 
 

  Los  modelos  de  zonas  residenci

ales  donde  los  “restos”  o  pérdidas  son  muy  grandes  y  los 

caudales  se  asignan  de  manera  uniforme,  puede  expresar  que  quizás  esa  uniformidad  de 
caudales no sea tan cierta a causa de fugas. 
 

  Existen  dificultades  para  calibrar  presiones  en  modelos  donde  se  regula  la  apertura  de  una 

válvula  en  línea  de  la  tubería  principal  del  sector,  conforme  las  exigencias  de  caudal  de  la  red, 
pues normalmente las curvas de pérdidas de válvulas se relacionan con un grado de apertura fijo 
y un caudal variable, y en este caso tanto la apertura como el caudal son variables.  

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5.  ANÁLISIS  CUALITATIVO  DE  LAS  METODOLOGÍAS  DE  CALIBRACIÓN:  IDENTIFICACIÓN 

DE VENTAJAS, DESVENTAJAS, FORTALEZAS Y LIMITACIONES. 

 
Después  del  análisis  de  las  metodologías  empleadas  en  Bogotá,  Medellín,  Bucaramanga,  Valle  del 
Cauca,  Tunja  y  Cartagena,  se  identificaron  básicamente  dos  (2)  metodologías  para  las  cuales  existe 
suficiente  información  lo  que  permite  el  entendimiento  y  análisis  amplio  de  los  procesos  y  toma  de 
decisiones en la calibración. 
 

  Metodología  A  (Medellín,  Bogotá  y  Tunja):  que  requiere  para  la  elaboración  y  preparación  de 

modelos  el  software  WATERGEMS  y  para  el  proceso  de  calibración  la  herramienta  DARWIN 
CALIBRATOR.  

  Metodología B (Valle del Cauca y Bucaramanga) que requiere para la elaboración y preparación 

de  modelos  el  software  REDES  y  para  el  proceso  de  calibración  el  software  CALIBRA  y/o  la 
metodología establecida por el CIACUA.  
 

La evaluación se realizó teniendo en cuenta los siguientes aspectos:  
 

A.  Elaboración del modelo hidráulico: 

 

  Manejo de información de Topografía y Topología 
  Revisión y corrección de datos e información topológica y topográfica del modelo 
  Elaboración de patrones de consumo 
  Elaboración de curvas de modulación 

 

  Georreferenciación de usuarios y sus consumos  
  Cálculo y Asignación de demandas en los nudos  

 

  Calculo de pérdidas técnicas 
  Calculo de pérdidas comerciales 
  Balance de masa 

 

B.  Mediciones en campo: 

 

  Localización de puntos de medición de caudales y presiones 
  Periodicidad y frecuencia en la toma de datos 
  Filtrado para series de medición 

 

C.  Proceso de Calibración: 

 

  Función Objetivo 
  Variables de calibración y relevancia 
  Metodologías de optimización 
  Escenarios de calibración  
  Análisis de sensibilidad  
  Patrones de variación o ajuste de las variables 
  Comparación de variables medidas vs. calculadas 

 
A  continuación  se  muestra  el  cuadro  comparativo  que  permite la  evaluación  cualitativa  y  el  resumen  de 
las metodologías: 

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Tabla 5.1.Cuadro Comparativo (Ventajas, Desventajas, Fortalezas y Limitaciones) para la Metodología (A) 

ITEM 

VENTAJAS  

DESVENTAJAS 

FORTALEZAS 

LIMITACIONES 

A) Elaboración del modelo hidráulico. 

Topografía 

El  manejo  de  información  se  hace 
mediante archivos SIG que se convierten 
en 

SHAPE 

lo 

cual 

facilita 

su 

reconocimiento  por  el  WATERGEMS. 
Este 

proceso 

no 

implica 

mayor 

complejidad  y  permite  el  manejo  de  un 
gran volumen de datos 

  

El  software WATERGEMS  posee 
una interfaz gráfica amigable que 
facilita  la  elaboración  de  los 
modelos. 

Para 

el 

cálculo 

hidráulico  emplea  el  método  del 
gradiente  y  para  la  calibración 
Algoritmos Genéticos. 

El manejo de  la  información  en 
el 

momento 

de 

convertir 

archivos 

SIG 

en 

archivos 

SHAPE debe hacerse de forma 
eficiente  para  evitar  el  traslapo 
de la información.  

Topología 

Los 

archivos 

SHAPE 

contienen: 

coordenadas  X,Y,Z  de  nudos,  diámetros, 
longitudes y material de tuberías, además 
coordenadas  X,  Y,  Z  de  tanques  y 
válvulas,  por  último  el  "SETTING"  de  las 
VRP's  lo  que  permite  entender  su 
funcionamiento,  y  en  general  verificar  el 
comportamiento  de  las  mediciones  de 
presiones en esos puntos. 

Los 

archivos 

SIG 

manejan 

información de diámetro, material, y 
longitud  de  las  tuberías.  No  es 
posible 

identificar 

los 

nodos 

iniciales y finales de las tuberías, lo 
cual  requiere  que  esto  se  haga  de 
forma  manual  para  la  elaboración 
del  archivo  SHAPE  ya  que  los 
cálculos  hidráulicos  requieren  de 
esta información 

El manejo de altos volúmenes de 
información se facilita mediante la 
conversión  de  archivos  SIG  en 
archivos  SHAPE,  ya  que  se 
requiere  de  una  revisión  para  la 
creación  de  los  últimos.  Además 
WATERGEMS 

mediante 

el 

comando  VALIDACION  permite 
una 

revisión 

topológica 

del 

modelo que se está creando 

  

Revisión 

corrección  de 
datos 

información 
topológica 

topográfica 
del modelo 

La revisión de tuberías y nodos repetidos 
y  faltantes  permite  la  depuración  del 
modelo  y  una  efectiva  simulación.  En  el 
caso Tunja, la revisión de la topología de 
las  válvulas  y  accesorios,  se  hace 
mediante  la  elaboración  en  campo  de 
"HOJAS DE VIDA".  

Con  respecto  a  la  generación  de 
curvas  de  nivel  como  chequeo  de 
las cotas de los nudos, este método 
es  aproximado  ya  que  la  cota 
topográfica  ni  siempre  es  la misma 
cota  de  nudos,  sobre  todo  si  estos 
indican  estaciones  donde  estén 
instaladas 

válvulas 

otros 

accesorios. 

  

  

  

Se crean archivos SHAPE que contienen 
las  curvas  de  nivel  existentes  en  el 
sector,  esto  permite  corroborar  los  datos 
de  cotas  topográficas  de  los  nudos  y 
tanques. 

  

  

  

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Tabla 5.1. Continuación Cuadro Comparativo (Ventajas, Desventajas, Fortalezas y Limitaciones) para la Metodología (A) 

 

ITEM 

VENTAJAS  

DESVENTAJAS 

FORTALEZAS 

LIMITACIONES 

Elaboración  de 
Patrones 

de 

consumo 

  

En  el  caso  Bogotá,  las  demandas  se 
asignaron  con  factores  iguales  para 
todos  los  nudos.  Lo  cual  no  es  cierto 
debido  a  que  existen  usuarios  con 
patrones 

de 

consumo 

variables 

(grandes consumidores). 

 WATERGEMS 

permite 

elaborar 

patrones 

de 

consumo  horario,  diario  y 
mensual 

  

Elaboración  de 
curvas 

de 

modulación 

Las  curvas  de  modulación 
calculadas  para  los  tanques 
son  una  excelente  alternativa 
para 

modelar 

en 

periodo 

extendido la red. Establecer un 
tanque en representación de la 
conexión  de  entrada  es  una 
buena 

opción 

para 

la 

simulación  del  gradiente  de 
entrada al sector. 

  

  

  

Geo- 
referenciación 
de  usuarios  y 
sus consumos  

  

Se 

tiene 

información 

de 

las 

coordenadas X,Y de los usuarios, pero 
no  es  claro  si  esa  coordenada 
corresponde al centro del lote o donde 
está instalado el medidor de consumo.  

 Es 

posible 

identificar 

mediante  la  elaboración  de 
un archivo SHAPE, las zonas 
con 

estratos 

socioeconómicos. 

Los  archivos  SIG  no  permiten  el 
almacenamiento de datos de consumos y 
facturación 

para 

los 

usuarios. 

Es 

necesario  crear  un  archivo  SHAPE  para 
incorporar  esta  información,  lo  cual 
implica  que  puedan  existir  errores  en  el 
momento de concatenar información. 

Cálculo 

Asignación  de 
demandas 

en 

los nudos 

En  el  caso  de  Bogotá,  se 
analizaron los consumos de un 
(1)año,  lo  que  genera  mayor 
confiabilidad en el momento de 
calcular las demandas 

La  asignación  se  hace  buscando  la 
tubería  más  cercana  al  usuario,  luego 
el  total  de  la  demandas  se  distribuye 
por mitad entre los nudos inicial y final. 
Existen  usuarios  con  lotes  grandes, 
entonces  si  no  se  conoce  bien  la 
coordenada no se sabría a qué tubería 
asignar la demanda. 

Las  demandas  se  asignan  al 
elemento más cercano (en la 
mayoría 

de 

casos) 

al 

usuario, es decir a la tubería. 
Existen muchas otras formas 
de  realizar  la  asignación  de 
demandas 

(cercanía 

nudos,  rutas  de  facturación, 
etc.) 

La  verificación  de  cercanía  de  los 
usuarios  a  los  nudos  debe  hacerse 
manualmente. 

Cálculo y 

Asignación de 

demandas en 

los nudos 

  

En  la  ciudad  de  Tunja  los  datos  de 
consumos  facturados  corresponden 
solamente  a  los  últimos  6  meses,  lo 
cual  no  permite  un  análisis  crítico  y 
una 

identificación 

de 

los 

comportamientos  de  las  curvas  de 
consumos. 

  

Los  datos  de  consumos  que  se  obtienen 
generalmente son mensuales y no diarios, 
además  son  en  volumen  no  en  unidades 
de  caudal,  lo  que  implica  una  conversión 
en la que hay que suponer un número de 
habitantes por usuario. 

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Tabla 5.1. Continuación Cuadro Comparativo (Ventajas, Desventajas, Fortalezas y Limitaciones) para la Metodología (A) 

 

 

ITEM 

VENTAJAS  

DESVENTAJAS 

FORTALEZAS 

LIMITACIONES 

Cálculo 

de 

Pérdidas 
técnicas 

comerciales 

La  distribución  de  las  pérdidas  totales 
(IANC) 

se 

hace 

mediante 

la 

identificación  de  zonas  donde  las 
conexiones  clandestinas  son  altas  y 
donde 

se 

tenga 

referencias 

de 

consumos 

sin 

facturación. 

(Asentamientos humanos)  

Las 

pérdidas 

técnicas 

se 

analizan 

solamente  mediante  el  cálculo  de  las 
pérdidas por fricción. Las pérdidas menores 
solo 

se 

tienen 

en 

cuenta 

cuando 

corresponden 

grandes 

accesorios 

(macromedidores y válvulas) 

  

  

Balance 

de 

masa (IANC) 

  

 Las pérdidas totales no se diferencian y se 
distribuyen  ponderadamente.  Pero  debe 
tenerse  en  cuenta  que  existen  zonas  con 
pérdidas 

técnicas 

mayores 

que 

las 

comerciales y viceversa 

  

  

B) Mediciones en campo 

Localización 
de  puntos  de 
medición 

de 

caudales 

presiones 

Se  analizan  de  manera  específica  las 
estaciones  reguladoras  de  presión: 
aguas  arriba  y  aguas  abajo,    lo  que 
permite 

revisar 

aspectos 

de 

funcionamiento y control en la red. 

  

Si  se  tienen  datos  en  todas 
las  VRP's.  Esto  es  un  buen 
referente 

para 

la 

confiabilidad  de  información 
de medición en campo 

 

Periodicidad  y 
frecuencia  en 
la 

toma 

de 

datos 

Se  toman  datos  cada  15  minutos, 
durante  24  y  48  horas  seguidas. 
Durante  7  días.  Además  se  tienen  en 
cuenta 

los 

meses 

en 

los 

que 

históricamente  se  tienen  registros  de 
altos y bajos consumos. Lo cual es una 
ventaja porque permite una descripción 
amplia 

del 

comportamiento 

del 

consumo,  además  de  la  identificación 
de días atípicos. 

  

  

 

Filtrado 

para 

series 

de 

medición 

  

Solo se revisa que la tendencia de las series 
sea  parecida.  En  el  caso  de  Medellín,  en 
muchas  mediciones  realizadas  a  la  salida 
de  los  tanques  no  se  evaluaron  valores 
negativos  de  caudales,  suponiendo  de 
forma  errónea  que  correspondía  a  errores 
en  los  equipos,  cuando  en  realidad 
correspondía a una alimentación inversa, es 
decir  estaba  entrando  agua  al  tanque  en 
lugar de salir. 

  

  

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Tabla 5.1. Continuación Cuadro Comparativo (Ventajas, Desventajas, Fortalezas y Limitaciones) para la Metodología (A) 

 

 

ITEM 

VENTAJAS  

DESVENTAJAS 

FORTALEZAS 

LIMITACIONES 

C) Proceso de Calibración 

Función 
Objetivo 

En  el  caso  acueducto  de 
Bogotá,  las  exigencias  son  de 
presiones,  caudales  y  niveles 
de  tanques  lo  cual  implica  una 
mayor  exactitud  del  modelo 
calibrado  ya  que  requiere  del 
análisis  de  tuberías,  nudos  y 
tanques  de  alimentación  como 
un todo. 

Para  los  casos  Medellín  y  Tunja  las  exigencias  son 
solamente con respecto a las presiones en los nudos. 

Para el caso Medellín, se 
establecieron 

valores 

topes  para  las  presiones, 
lo  que  implicaba  que 
TODOS 

los 

puntos 

debían  ser  revisados  y 
cumplir con lo establecido 

Depende  de  los  valores 
establecidos  como  límites. 
Se  trata  solamente  de 
cumplir 

con 

unas 

exigencias. 

Variables  de 
calibración  y 
relevancia 

  

 Se  calibran  solo  dos  variables:  Rugosidades  en  las 
tuberías y demandas  bases en los nudos. No se tienen en 
cuenta  diámetros  (en  el  caso  de  macro  rugosidades  que 
generan  variación  significativa  de  los  diámetros),  ni 
perdidas  menores,  ni  análisis  por  fugas,  ni  evaluación  de 
operación  (apertura  de  válvulas).  Además  no  se  le  asigna 
un "peso" a cada variable. Si el modelo no calibra con una 
variable se procede a variar la otra. 

  

  

Metodologías 
de 
optimización 

El 

software 

WATERGEMS 

trabaja 

con 

Algoritmos 

Genéticos, lo cual es una buena 
opción  para  encontrar  de  forma 
optimizada las soluciones 

  

  

  

Escenarios 
de 
calibración
  

WATERGEMS 

permite 

establecer muchos escenarios y 
rangos  amplios  de  valores  que 
tomaran 

los 

factores 

multiplicadores 

Se  generan  grupos  de  análisis  teniendo  en  cuenta 
solamente  el material  de  las  tuberías.  Y  para  los  nodos  se 
crean  grupos  donde  la  demanda  sea  representativamente 
elevada.  Podrían  crearse  otros  grupos  dependiendo  por 
ejemplo de la edad de la tuberías, de las presiones que se 
manejen en alguna zona, etc.  

DARWIN  CALIBRATOR 
permite  la  generación  de 
muchos  escenarios  de 
calibración, 

los 

almacena  en  el  mismo 
archivo,  es  decir,  no  se 
requiere  crear  nuevos 
archivos independientes. 

DARWIN 

CALIBRATOR 

no  permite  realizar  una 
comparación 

entre 

escenarios; 

esto 

debe 

hacerse 

de 

forma 

independiente 

exportando  los  archivos 
resultantes. 

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de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

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Tabla 5.1. Continuación Cuadro Comparativo (Ventajas, Desventajas, Fortalezas y Limitaciones) para la Metodología (A) 

 

 

ITEM 

VENTAJAS  

DESVENTAJAS 

FORTALEZAS 

LIMITACIONES 

Análisis 

de 

sensibilidad: 
Patrones 

de 

Variación 

Los rangos de variación de rugosidades y 
demandas 

se 

establecen 

mediante 

factores  multiplicadores.  Estableciendo 
previamente,  por  ejemplo,  que  el  factor 
multiplicador  del  PVC  no  puede  ser 
menor  a  1  porque  no  se  instalan 
materiales más lisos que éste.  

En  sí,  no se  elabora  un  análisis de 
sensibilidad, 

solo 

se 

suponen 

rangos  lógicos  de  valores  que 
pueden adoptar las variables 

Permite  una  variación  de  valores 
de  los  parámetros,  estableciendo 
un  rango  lógico.  Esto  permite 
eficiencia  en  los  procesos  de 
cálculo. 

  

Ajuste 

de 

Variables 

Se establece el FITNESS para el proceso 
de  calibración,  el  cual  indica  que  tan 
cercanos  dan  los  valores  con  respecto  a 
los medidos. Esto mediante el cálculo de 
uno  de  los  tres  tipos  de  errores.  Entre 
más  bajo  sea  este  valor  se  supone  que 
mejor  es  el  resultado  del  proceso  de 
calibración. 

   

  

Aun  cuando  se  obtenga  un 
FITNESS 

bajo, 

este 

se 

establece  para  cada  variable 
por  separado.  No  existe 
algún  parámetro  que  permita 
determinar  la  relevancia  de 
una 

otra 

variable 

calibrables. 

Variables 
Medidas vs. 
Calculadas 

Se elaboran gráficos de correlación (45°) 
para  verificar  el  comportamiento  de  las 
variables.  Además  de  los  gráficos  típicos 
de  Q  vs.  Tiempo  y  Presión  vs.  Tiempo 
para  el  modelo  calibrado  y  Datos 
medidos.  

Para  el  caso  de Bogotá, se  calculó 
solamente la diferencia entre  datos 
medidos  y  calculados.  Como  se 
pedía  un  valor  máximo  X,  no  se 
especificaba si era en cada punto o 
si  era  un  promedio.  Y  se  verificó 
que  éste  no  fuese  mayor  al 
establecido.  

  

   

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Tabla 5.2.Cuadro Comparativo (Ventajas, Desventajas, Fortalezas y Limitaciones para la Metodología (B) 

 

ITEM 

VENTAJAS  

DESVENTAJAS 

FORTALEZAS 

LIMITACIONES 

A) Elaboración del modelo hidráulico. 

Topografía 

Los  archivos  INP  contienen  cotas  de  
nudos y sus respectivas coordenadas. 

  

  

  

Topología 

Los  archivos  INP  contienen  las 
longitudes  de  tuberías,  diámetros, 
materiales,  etc.  Toda  la  información 
requerida para la simulación. 

  

Si  se  trabaja  directamente  con  modelos 
(Archivos  INP)  compatibles  con  REDES 
y  EPANET,  se  obtiene  la  identificación 
de  nudos  iniciales  y  finales  de  las 
tuberías.  No  es  necesario  hacer  la 
correspondencia  manual  que  requieren 
los SIG 

  

Revisión y 
corrección de 
datos e 
información 
topológica y 
topográfica del 
modelo 

La  generación  de  archivos  SIG  con 
curvas 

de 

niveles 

superficies 

topográficas  en  3D  facilita  el  chequeo 
de las cotas de los nudos y tanques. 

La  conversión  de  archivos 
SIG  a  INP  requiere  la 
correlación  manual  de  los 
nudos  iniciales  y  finales  de 
las tuberías. 

  

La  corrección  de  topología  es 
directamente en los archivos SIG, lo 
que la hace dispendiosa y propensa 
a errores humanos 

Incluye  revisión  de  tuberías  y  nudos 
repetidos y faltantes. Además se hace 
la  revisión  de  la  correspondencia  de 
coordenadas  de  los  usuarios  con 
respecto  a  las  coordenadas  de  nudos 
de la red. 

  

  

  

Elaboración de 
Patrones 

de 

consumo 

Los  patrones  de  consumo  tienen  en 
cuenta  la  diferenciación  de  datos 
tomados  en  días  ordinarios  y  fines  de 
semana 

  

La  asignación  de  patrones  de  consumo 
depende  de  las  características  de  los 
usuarios. 

  

Geo-
referenciación 
de  usuarios  y 
sus consumos 

El  software  MICROMIDE  permite  la 
evaluación  de  consumos  de  los 
usuarios  y  la  identificación  de  errores 
e los datos de micromedición. Además 
permite  la actualización  de  la base  de 
datos de usuarios. 

No  se  garantiza  que  las 
coordenadas  del  usuario 
correspondan  a  las  del 
medidor 

donde 

se 

encuentra 

la 

acometida 

domiciliaria. 

  

  

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Tabla 5.2. Continuación Cuadro Comparativo (Ventajas, Desventajas, Fortalezas y Limitaciones para la Metodología (B) 

 

ITEM 

VENTAJAS  

DESVENTAJAS 

FORTALEZAS 

LIMITACIONES 

Cálculo y Asignación de 
demandas en los nudos 

Se  realiza  mediante  ASIGNA  que 
genera  el  PLANO  ESTRELLA  una 
herramienta 

gráfica 

que 

permite 

identificar 

posibles 

errores 

de 

asignación.  

ASIGNA  no  tiene  en  cuenta  las 
cotas de usuarios y nudos. 

Los  resultados  de  ASIGNA,  en 
archivos 

INP 

pueden 

ser 

fácilmente convertidos  a  archivos 
SIG  para  la  elaboración  del 
PLANO ESTRELLA 

  

Cálculo 

de 

pérdidas 

técnicas y comerciales 

Se  incluyen  valores  de  pérdidas 
menores 

correspondientes 

las 

longitudes  determinadas  y  al  material 
de  la  tubería;  esta  es  una  buena 
aproximación 

para 

establecer 

el 

modelo inicial. 

No se tienen en cuenta las pérdidas 
menores  generadas  por  válvulas 
diferentes a las VRP´s. Ni por otros 
accesorios.  

  

  

Balance de Masa (IANC) 

La  distribución  del  IANC  se  hace 
identificando  las  zonas    con  pérdidas 
representativas 

de 

manera 

ponderada 

  

  

  

B) Mediciones en campo: 

Localización  de  puntos 
de 

medición 

de 

caudales y presiones 

  

Se  establecen  solo  en  puntos 
donde  está  la  alimentación  del 
sector, 

se 

requieren 

más 

características  para  la  instalación 
de los mismos. 

Se  trata  de  instalar  puntos  de 
medición 

distribuidos 

espacialmente. 

  

Periodicidad 

frecuencia  en  la  toma 
de datos 

Se  establece  un  rango  amplio  de 
mediciones.  Cada  15  minutos,  Durante 
24 horas, los 7 días de la semana 

  

  

  

Filtrado  para  series  de 
medición 

La creación de bandas de confianza, la 
identificación  de  series  SND  permite  la 
correcta  evaluación  de  las  mediciones 
tomadas. 

  

El 

programa 

SERIES 

DE 

MEDICION  realiza  un  análisis 
estadístico  bastante  completo 
que permite el entendimiento y la 
identificación de series SND 

  

 

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Tabla 5.2. Continuación Cuadro Comparativo (Ventajas, Desventajas, Fortalezas y Limitaciones para la Metodología (B) 

 

 

 

 

 

 

 

ITEM 

VENTAJAS  

DESVENTAJAS 

FORTALEZAS 

LIMITACIONES 

C) Proceso de Calibración: 

Función 
Objetivo 

  

Depende  de  los  valores 
establecidos  como  límites. 
Se  trata  solamente  de 
cumplir 

con 

unas 

exigencias. 

  

  

Variables 

de 

calibración 

relevancia 

No  solo  incluyen  rugosidades  de 
tuberías  y  demandas  bases,  sino 
también 

diámetros 

internos, 

coeficientes 

de 

pérdidas 

menores,  emisores  (ambiente  de 
fugas), etc. 

  

Todas  las  variables  son  analizadas. 
Cuando ya se haya determinado cuales 
son  relevantes,  se  hace  el  análisis  con 
ellas. 

  

Metodologías 
de 
optimización 

Algoritmos  Genéticos  y/o  Ensayo 
y  error  (algo  dispendioso  pero 
permite 

entender 

de 

mejor 

manera  la  variación  de  los 
parámetros  y  su  influencia  en  el 
cálculo hidráulico del modelo). 

  

El  software  REDES  contiene  distintos 
métodos  de  optimización:  Algoritmos 
Genéticos, 

Ensayo 

Error, 

Programación por Restricciones 

  

Escenarios  de 
calibración 

Se 

tienen 

en 

cuenta 

para 

tuberías: agrupación por material, 
velocidad  y  caudal.  Para  nudos: 
agrupación por estrato. 

  

Los  escenarios  son  innumerables, 
dependiendo  de  la  afectación  que 
presente 

cada 

parámetro 

potencialmente  calibrable.  Esto  hace 
que el análisis sea detallado. 

  

Análisis 

de 

sensibilidad: 
Patrones 

de 

Variación 

  

La  variación  de  datos  de 
las variables y su efecto se 
debe hacer manualmente. 

  

Cuando  se  calibra  por  ensayo  y  error, 
normalmente  las  variaciones  de  datos  de 
variables  se  hacen  cada  0.5,  debido  a  lo 
extenso  del  cálculo  y  el  análisis.  Esto 
quiere  decir que se limita  la  capacidad  de 
encontrar valores mucho más acertados. 

Comparación 
de 

variables 

calculadas  vs. 
medidas 

Se 

presentan 

gráficas 

de 

caudales  y  presiones  del  modelo 
antes y después de calibrar.  

No  se  realizan  gráficas  de 
correlación  ni  cálculo  de 
varios errores estadísticos 

  

  

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de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

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6.  CALIBRACIÓN 

DE 

CINCO 

(5) 

REDES 

HIDRÁULICAS 

EMPLEANDO 

LAS 

METODOLOGÍAS DE CALIBRACIÓN IDENTIFICADAS.  

 
Luego  de  realizar  un  análisis  cualitativo  de  las  metodologías  empleadas  en  algunas  ciudades  del 
país, se realizó la calibración de cinco (5) redes, dos de las cuales se calibraron con la metodología 
A  (CIACUA)  y  las  otras  tres  con  la  metodología  B  (WATERGEMS),  buscando  de  esta  manera 
establecer  comparaciones  de  carácter  cuantitativo  en  el  comportamiento  de  las  variables 
involucradas  en la calibración.  Las redes escogidas poseen topografías diferentes, es decir,  unas 
planas otras un poco más onduladas; además de topologías diferentes, ya que unas corresponden 
a sectores de la RDAP de Bogotá y otras a municipios del Valle del Cauca. 
 

6.1. Bondad de Ajuste 

 
Al  realizar  la  calibración  de  una  RDAP  es  importante  establecer  cuál  será  la  diferencia  aceptable 
entre las variables medidas en campo y las variables del modelo calibrado, lo que permitirá definir 
cuando  el  modelo  está  calibrado.  Sin  importar  la  metodología  empleada  para  calibrar,  se  deben 
cumplir las mismas condiciones de ajuste de variables para poder comparar las metodologías. Para 
establecer las bondades de ajuste, se analizaron los requerimientos establecidos para la ciudad de 
Bogotá durante el proceso de calibración con WATERGEMS, éstos incluían:  
 

Tabla 6.1. Ajustes establecidos para los modelos calibrados de la ciudad de Bogotá. 

CARACTERÍSTICA 

DIFERENCIAS 

CAUDALES 

±5% 

PRESIONES 

2 m.c.a. 

NIVELES DE TANQUES 

±0.5m 

 
Con respecto a estos requerimientos se presentaron varios inconvenientes ya que cuando se habla 
de  máximo  2  m.c.a.  en  el  caso  de  las  presiones  o  de  ±5%  en  el  caso  de  los  caudales,  sin 
establecer  que  esta  diferencia  debe  ser  en  cada  uno  de  los  datos  horarios  sin  realizar  ningún 
promedio, lo que se hizo fue promediar las diferencias entre los valores medidos y modelados para 
todos  los  24  datos  de  la  curva,  esto  permitió  que  se  cumplieran  los  ajustes  establecidos 
independientemente de la forma que tuvieran las curvas de presión y caudal.  
 

 

Gráfica 6.1. Ejemplo de análisis de los valores de presiones medidas y calibradas para un 

punto perteneciente al Sector 18 - Zona 2 de Bogotá.  

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Tabla 6.2. Ejemplo de Cálculo de Presiones promedio para evaluación de la calibración. 

Sector 18 Zona 2 Bogotá. 

HORAS 

MODELO MEDIDO 

(Presión en m.c.a.) 

MODELO CALIBRADO 

(Presión en m.c.a.) 

DIFERENCIA 

00:00 

19.3 

17.9 

1.35 

01:00 

22.4 

18.1 

4.3

 

02:00 

20.9 

18.2 

2.66

 

03:00 

21.8 

18.2 

3.64 

04:00 

21.6 

18.2 

3.36 

05:00 

20.2 

17.9 

2.33

 

06:00 

22.9 

17.5 

5.39

 

07:00 

18.4 

17 

1.41 

08:00 

17.4 

16.9 

0.53 

09:00 

18.3 

16.6 

1.67 

10:00 

15.5 

16.1 

0.63 

11:00 

15.3 

16.7 

1.37 

12:00 

14.6 

17.6 

2.97

 

13:00 

16.5 

17.7 

1.25 

14:00 

15.2 

17.6 

2.41

 

15:00 

16.5 

18.1 

1.65 

16:00 

16.4 

18.2 

1.82 

17:00 

16.9 

18 

1.13 

18:00 

18.1 

18.1 

0.03 

19:00 

18.2 

17.9 

0.3 

20:00 

20.2 

18.2 

2.03

 

21:00 

19.7 

18.5 

1.17 

22:00 

19.3 

18.5 

0.82 

23:00 

21.6 

18.4 

3.23

 

 

 

PROMEDIO 

1.98 

 
Si se calcula el promedio  de las diferencias de  presiones, dicho  promedio cumple con el valor de 
presiones menor a 2 m.c.a. como se muestra en la Tabla 6.2, pero si se observan los valores  en 
rojo indican que existen diferencias de presiones mayores a los 2 m.c.a. en 10 de las 24 horas del 
día.  Además  la  curva  de  presiones  del  modelo  calibrado  en  la  Gráfica  6.1,  no  representa 
completamente  la  forma  de  gráfica  de  las  mediciones  de  campo.  Por  lo  tanto  es  claro  que  no  se 
debe  adoptar  este  ajuste  para  el  proceso  de  calibración.  Existe  una  opción  un  poco  más 
generalizada,  la  cual  establece  que  se  pueden  promediar  los  datos  de  presión  de  campo,  luego 
promediar  los  datos  de  presión  del  modelo  calibrado  y  calcular  la  diferencia  entre  dichos 
promedios. Para el caso de éste punto de medición, el promedio de los datos de presión medidos 
es  de  18.63  m.c.a.,  el  promedio  de  los  datos  de  presión  calibrados  es  de  18.63  m.c.a.,  y  la 
diferencia  entre  promedio  es  de  0.87  m.c.a;  éste  valor  mucho  más  bajo  que  el  promedio  de  1.98 
m.c.a.  hace  pensar  que  esta  forma  sigue  menospreciando  el  comportamiento  que  debe  tener  la 
curva calibrada con respecto a la curva medida.  
 

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Por todo lo anterior, se decidió que las calibraciones realizadas con cualquiera de las metodologías 
para los sectores de Bogotá, debían cumplir que los errores absolutos calculados para cada una de 
las mediciones horarias fuesen menores o iguales a 2 m.c.a en el caso de las presiones, ±0.5 m en 
los niveles de los tanques y ±0.5% en el caso de los caudales.  Todas las calibraciones realizadas 
se  compararon  mediante  un  parámetro  denominado:  Sumatoria  de  los  cuadrados  de  los  errores 
relativos.  Este  parámetro  fue  empleado  en  la  “Batalla  de  la  Calibración”  (Ver  Capítulo  2.1  del 
presente documento) y permite identificar cual es el modelo mejor calibrado, es decir, con el SSRE 
más bajo.  
 

6.2. Calibración Sector 18 Zona 2 de la ciudad de Bogotá: 

 
El  Sector  18  fue  calibrado  inicialmente  empleando  el  software  WATERGEMS,  por  esta  razón  se 
escogió para ser calibrado con la metodología del CIACUA. 
 

Descripción general: El Sector 18 perteneciente a la Zona 2 de las redes hidráulicas de la 
ciudad de Bogotá, está ubicado hacia el oriente de la ciudad, delimitado por las calles 60 y 
88  y  las  carreras  7  y  14.  Posee  un  área  aproximada  de  227  hectáreas,  con 
aproximadamente 15660 usuarios. 

 

Figura 6.1. Ubicación del Sector 18 de la Zona 2 de Bogotá. 

 
En cuanto a la topografía del sector, éste atraviesa las curvas de nivel 2589 m.s.n.m. hasta la 2554 
m.s.n.m., con una diferencia de 35 metros verticales en aproximadamente 670 metros horizontales, 
lo  que  implica  una  pendiente  aproximada  de  19%.  En  la  siguiente  figura  las  curvas  de  color  rojo 
representan las zonas más altas y las de color azul las zonas más bajas. 
 

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Recopilación, Análisis y Evaluación de las metodologías de calibración de modelos 
de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

MIC 201210-21 

 

Figura 6.2. Topografía del Sector 18 de la Zona 2 de Bogotá. 

 

Modelo inicial:  

 
El sector hidráulico se alimenta únicamente por un punto ubicado cerca al Liceo Francés sobre la 
calle 87 con carrera 7ª. A continuación se tabularon las características topológicas más importantes 
de la red de distribución de agua potable para dicho sector: 
 

 

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de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

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Figura 6.3. Características topológicas del Sector 18 de la Zona 2 de Bogotá. 

 
Para  el  montaje  del  modelo  inicial  que  se  calibró  con  la  metodología  CIACUA,  se  supusieron  las 
rugosidades  absolutas  iniciales  establecidas  según  el  material  de  los  tubos  en  la  Tabla  4.9  del 
presente  documento.  Con  respecto  a  la  distribución  de  demandas  en  los  nudos  de  la  red,  se 
tomaron  los  datos  de  facturación  de  los  usuarios  y  mediante  el  software  ASIGNA,  se  realizó  la 
asignación  de  demandas  de  usuarios  a  los  nudos  más  cercanos,  generando  el  Plano  Estrella 
correspondiente, ver Figura 6.4.  
 

 

 

Diám. 

(mm) 

No.  

tubos 

Long. 

(km) 

Diám. 

38.1 

0.090 

0.15 

50.8 

137 

3.440 

5.74 

63.5 

13 

0.330 

0.55 

76.2 

308 

10.090  16.84 

101.6 

730 

22.430  37.43 

152.4 

507 

10.850  18.10 

203.2 

154 

4.150 

6.92 

254 

18 

0.600 

1.00 

304.8 

108 

4.080 

6.81 

406.4 

0.440 

0.73 

609.6 

0.017 

0.03 

914.4 

13 

1.530 

2.55 

1066.8 

14 

1.840 

3.07 

25400 

0.043 

0.07 

Total 

2022 

59.93 

100 

Material Conv.

No. de 

tubos

Longitud 

(km)

AC

607

17.64

CCP

26

2.88

HA

52

2.06

HF

131

3.39

HG

249

7.24

PVC

957

26.72

2022

59.93

Total

 

Tabla Rugosidades Absolutas 

Rugosidad (mm)  Longitud (m)  % Longitud 

0.0015 

45208.76 

75.45 

0.1219 

2875.92 

4.80 

0.25908 

11832.74 

19.75 

Total 

59917.42 

100 

 

Características generales 

Longitud total  de 
tubos(km) 

59.93  

Número de tubos 

2022 

Número de nudos 

1312 

N

úmero de VRP’s 

Número de válvulas de 
control 

453 

Número de hidrantes 

52 

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Figura 6.4. Plano Estrella Sector 18 Zona 2 Bogotá. 

 
Finalmente,  se  conservaron  los  mismos  datos  de  longitud,  material,  diámetro  de  tubos,  cotas  de 
nudos que los del modelo de WATERGEMS. De esta manera se obtuvo el modelo hidráulico inicial 
para iniciar el proceso de calibración.  
 
Con respecto a los puntos de medición en los cuales se generaron las curvas de caudal y presión 
de campo, en  este sector  se implementaron 8  puntos de medición; la ubicación de dichos puntos 
se observa en la siguiente figura: 
 

 

Figura 6.5. Ubicación de los Puntos de Medición de Caudal y Presión del Sector 18 Zona 2 

Bogotá. 

L IC EO F RA NC Ã‰S

2 6 .0  m H2O

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

C l o sed

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

C l o sed

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

C l o sed

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

C l o sed

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

C l o sed

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

C l o sed

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

C l o sed

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive
C l o sed

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

C l o sed

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

C l o sed

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

A ctive

C l o sed

C l o sed

C l o sed

C l o sed

C l o sed

A ctive
C l o sed

C l o sed

C l o sed

A ctive

C l o sed

C l o sed

C l o sed

C l o sed

C l o sed

C l o sed

C l o sed

C l o sed

A ctive

C l o sed

C l o sed

789

793

747

796

593

808

792

809

50

592

748

803

810

520

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Proceso de Calibración:  

 
Tomando  como  base  la  metodología  establecida  por  el  CIACUA  (Ver  Anexo  11),  es  necesario 
realizar una calibración preliminar que permita distribuir de forma lógica el IANC del sector en todos 
los  nudos  que  pertenecen  a  la  red.  Como  primera  medida,  es  necesario  calcular  el  consumo 
facturado dentro del sector, el cual corresponde al promedio de consumo en litros por segundo de 
dos meses consecutivos (en el caso del  Sector  18 son los meses de Julio  y  Agosto de 2009),  de 
esta manera,  el  consumo  facturado  es  de  114.4  L/s.  El  caudal  medido  promedio  a  la  entrada  del 
sector  corresponde  a  154.93  L/s,  por  lo  tanto  el  IANC  que  debe  ser  distribuido  entre  todos  los 
nudos de la red es el siguiente: 

 

Ecuación 6.1. 

 

Para iniciar con la calibración de masas, se realizó una estratificación de nudos, la cual implica que 
se debe asignar un estrato social a cada uno de los nudos dependiendo del estrato que posean los 
usuarios cuya demanda pertenece a él. Si por ejemplo a un nudo se le asignaron cinco usuarios de 
los cuales 3 eran de Estrato 3 y dos de Estrato 2, el estrato del nudo es de Estrato 3. Cuando ya se 
tiene identificado el estrato para cada uno de los nudos de la red, se procede a realizar un análisis 
de  escenarios,  ya  que  se  pretende  encontrar  el  escenario  que  mejor  represente  las  curvas  de 
caudal  medidas  en  campo.  Cada  escenario  es  una  combinación  de  factores  multiplicadores  que 
serán aplicados a las demandas de los nudos de la red dependiendo del estrato que estos posean. 
En el sector de estudio se encontraron estratos desde el 1 hasta el 6, para este caso no se hizo la 
diferenciación  entre  nudos  residenciales,  comerciales  e  institucionales,  es  decir  solo  se 
conformaron grupos de nudos por estratos. En la calibración se requiere encontrar el escenario en 
que para cada grupo de nudos haya un factor multiplicador determinado que cumpla con el balance 
de  masa  de  la  red  (caudal  de  entrada  igual  al  caudal  demandado  incluyendo  IANC)  y  además 
represente  significativamente  en  forma  y  valor  las  curvas  de  caudal  medidas  en  campo  en  los 
distintos  puntos  establecidos.  En  la  Figura  6.6  es  posible  observar  el  mapa  de  estratificación  de 
nudos  del  sector  y  en  la  Tabla  6.3  se  pueden  observar  los  distintos  escenarios  establecidos  para 
variación  de  demanda  según  el  estrato.  En  la  Tabla  6.3  se  puede  observar  en  color  rojo  los 
mejores  escenarios  de  factores  multiplicadores  de  demanda  para  cada  estrato.  Los  factores 
multiplicadores probados para las demandas de los nudos son de 1 a 10.  
 
De  los  52  escenarios  probados  se  observó  que  8  de  los  escenarios  presentaban  mejor 
comportamiento de ajuste  a la masa  y a la energía de los puntos de medición.  Estos se  pueden 
observar en la tabla anterior subrayados en color rojo.  
 
En  la  Tabla  6.4  se  presenta  el  resumen  de  los  mejores  escenarios  para  cada  estrato.  Dichos 
escenarios muestran que  para el  Estrato 3 el factor  multiplicador es  el mayor (1.7). Cabe resaltar 
que  también  se  evaluaron  los  comportamientos  de  las  curvas  de  presión  pero  claramente  al 
aumentar  los  valores  de  demandas  con  factores  multiplicadores  las  curvas  de  presión  se 
desplazaban  por  debajo  de  los  valores  de  presión  medidos  en  campo,  claramente  esto explica  el 
proceso iterativo que debe llevarse a cabo en la calibración.  

 

 

 

 

 

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Figura 6.6. Mapa de Estratificación de Nudos del Sector 18 Zona 2 Bogotá. 

 

Tabla 6.3. Factores multiplicadores para mejores escenarios combinados de Demandas 

Desconocidas para todos los puntos de medición Sector 18 Zona 2 Bogotá. 

Escenario 

Estrato  Factor multiplicador 

Punto de medición  

Caudal 

Presión 

Puntos totales si 

4  Caudal  Presión 

Demandas 1 

1.1 

no  si 

si 

si 

si  no  si  no 

Demandas 2 

1.5 

no  si  no  no  si  no  no  no 

Demandas 3 

si  no  no  no  no  si 

si  no 

Demandas 4 

2.3 

si 

si  no  no  si  no  no  si 

Demandas 5 

2.5 

no  no  no  no  si  no  si  no 

Demandas 6 

si  no  no  si  no  si  no  no 

Demandas 7 

3.5 

si  no  si  no  si  no  no  no 

Demandas 8 

10 

no  no  no  no  no  no  no  no 

Demandas 9 

1.1

 

si 

si 

si  no  si 

si  no  no 

Demandas 10 

1.5 

si 

si  no  no  no  si  no  no 

Demandas 11 

si  no  si  no  no  si 

si  no 

Demandas 12 

2.3 

si 

si  no  no  si  no  no  si 

Demandas 13 

2.5 

no  si  no  no  no  no  si  no 

Demandas 14 

no  no  no  no  no  si  no  no 

Demandas 15 

3.5 

no  si  no  no  no  no  si  no 

Demandas 16 

10 

no  no  no  no  no  no  no  no 

Demandas 17 

no  no  no  no  no  no  no  no 

Demandas 18 

1.7

 

si  no  si 

si  no  si 

si 

si 

Estrato

Conv.

Estrato 1
Estrato 2
Estrato 3
Estrato 4
Estrato 5
Estrato 6

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MIC 201210-21 

Demandas 19 

2

 

no  si  no  no  no  no  si  no 

Demandas 20 

2.3 

no  si  no  si  no  si  no  si 

Demandas 21 

2.5 

no  si  no  si 

si 

si  no  no 

Demandas 22 

si  no  no  si  no  no  no  si 

Demandas 23 

3.5 

si  no  no  no  si  no  si  no 

Demandas 24 

10 

no  no  no  no  no  no  no  no 

Demandas 25 

0.8

 

no  si 

si 

si  no  si 

si  no 

Demandas 26 

no  no  no  no  no  no  no  no 

Demandas 27 

no  no  si 

si 

si  no  no  no 

Demandas 28 

2.3 

si  no  no  si 

si 

si  no  no 

Demandas 29 

2.5 

si  no  si  no  no  no  si  no 

Demandas 30 

no  si  no  no  no  no  si  no 

Demandas 31 

3.5 

si 

si  no  si  no  si  no  si 

Demandas 32 

10 

no  no  no  no  no  no  no  no 

Demandas 35 

0.7 

si 

si 

si  no  si  no  si  no 

Demandas 36 

no  no  no  no  no  si  no  no 

Demandas 37 

si  no  si  no  no  si  no  si 

Demandas 38 

2.3 

no  si  no  no  no  no  si  no 

Demandas 39 

2.5 

si  no  no  si 

si 

si  no  no 

Demandas 40 

si 

si  no  si 

si 

si  no  no 

Demandas 41 

3.5 

no  si  no  no  no  no  si  no 

Demandas 42 

10 

no  no  no  no  no  no  no  no 

Demandas 45 

si 

si 

si  no  no  no  si 

si 

Demandas 46 

1.5 

no  si  no  no  no  no  si  no 

Demandas 47 

no  no  si  no  no  no  si  no 

Demandas 48 

2.3 

si  no  no  no  no  no  no  si 

Demandas 49 

2.5 

no  no  si  no  no  no  si  no 

Demandas 50 

no  si  no  no  no  no  si  no 

Demandas 51 

3.5 

si 

si  no  no  si 

si  no  no 

Demandas 52 

10 

no  no  no  no  no  no  no  no 

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

Escenarios totales si 

21  22  13  12  15  17  20  9 

  

  

 
Finalmente el escenario escogido fue el que se muestra en la siguiente tabla: 
 

Tabla 6.4. Factores multiplicadores para cada grupo de nudos clasificados por estrato 

Sector 18 Zona 2 Bogotá. 

Escenario 

Estrato de Nodos  

Escenario 

Escogido 

1.1 

1.1 

1.7 

0.8 

0.7 

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Recopilación, Análisis y Evaluación de las metodologías de calibración de modelos 
de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

MIC 201210-21 

Después, para continuar con la calibración de masas, se estudió la presencia de fugas en el sector 
mediante la creación de escenarios con coeficientes de emisores para los nudos pertenecientes a 
diferentes grupos. Los grupos de nudos se establecieron suponiendo que el nivel a la entrada del 
sector  era  el  máximo  que  se  podía  presentar,  se  simuló  la  red  y  se  identificaron  los  nudos  con 
presiones  altas,  medias  y  bajas.  De  esta  forma  se  conformaron  tres  grupos  de  nudos,  los  cuales 
fueron  afectados  por  diferentes  coeficientes  de  emisores.  El  rango  de  valores  de  coeficientes  de 
los  emisores  comprendido  desde  0  hasta  1  aumentando  cada  0.001.  En  la  Tabla  6.5  es  posible 
observar los rangos de presiones para  lograr clasificar los nudos  y en la Figura  6.7 se observa el 
mapa con la clasificación de los nudos según su grupo de presión.  

 

Tabla 6.5. Rangos de Presión para clasificación de los Nudos del Sector 18 Zona 2 Bogotá. 

 

Grupo de Presión 

Presión (m.c.a.) 

Baja  Media  Alta 

Rango 

0 - 25  25 - 35  >35 

 

 

Figura 6.7. Mapa de Clasificación de los Nudos según los rangos de Presión del Sector 18 

Zona 2 Bogotá. 

 
Todo  lo  anterior  permite  entender  que  si  el  nivel  a  la  entrada  es  el  máximo,  las  presiones  en  los 
nudos serán las máximas y por ende las fugas serán más representativas; es en ese momento en 
el  que  aplicando  coeficientes  de  emisores  a  los  nudos,  se  podrá  identificar  cual  es  la  zona  en  la 
cual las fugas son representativas y acercarse así cada vez más a un modelo mejor calibrado. 
 
Finalmente,  la  Tabla  6.6  muestra  los  valores  de  coeficientes  de  emisores  escogidos  dentro  del 
proceso de calibración.  

 

Tabla 6.6.Coeficientes de emisores escogidos para realizar la calibración de S18Z2 Bogotá. 

Coeficientes De Emisores 

Baja 

Media 

Alta 

0.002 

0.002 

0.005 

 

Grupo 

Conv.

Presión baja (<25)

Presión media (25-35)

Presión Alta (>35)

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de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

MIC 201210-21 

En  la  Tabla  6.6  se  pueden  observar  que  para  la  zona  de  nudos  con  presión  media,  es  decir,  los 
nudos  de  color  verde  en  la  Figura  6.7,  el  coeficiente  de  los  emisores  es  el  mayor,  es  decir  esta 
zona es probablemente la más afectada con pérdidas técnicas (fugas). 
 
Las Gráficas 6.2 hasta la 6.5 muestran los 5 mejores escenarios de las mediciones de caudal para 
cada punto de medición. 

 

 

Gráfica 6.2. Comparación de los 5 mejores escenarios de Caudal afectados por factores de 

demandas desconocidas y coeficientes de emisores para el Punto de Medición 1 (Liceo 

Francés) Sector 18 Zona 2 Bogotá. 

 

 

 

Gráfica 6.3. Comparación de los 5 mejores escenarios de Caudal afectados por factores de 

demandas desconocidas y coeficientes de emisores para el Punto de Medición 2 

(Blockbuster) del Sector 18 Zona 2 Bogotá. 

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

45.0

12:00:00 a.m.

12:00:00 p.m.

12:00:00 a.m.

Datos
medidos en
campo
Modelo Base

D+E 1

D+E 2

D+E 3

D+E 4

HORA 

CA

UD

AL 

(L

/S)

 

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

12:00:00 a.m.

12:00:00 p.m.

12:00:00 a.m.

Medido

Modelo inicial

D+E 1

D+E 2

D+E 3

D+E 4

Línea Base 2

HORA 

CA

UD

AL 

(L

/S)

 

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de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

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Gráfica 6.4. Comparación de los 5 mejores escenarios de Caudal afectados por factores de 

demandas desconocidas y coeficientes de emisores para el Punto de Medición 3 (Chapinero 

Oriental) del Sector 18 Zona 2 Bogotá. 

 

 

Gráfica 6.5. Comparación de los 5 mejores escenarios de Caudal afectados por factores de 

demandas desconocidas y coeficientes de emisores para el Punto de Medición 4 (Chapinero 

Occidental) del Sector 18 Zona 2 Bogotá. 

 
El  paso a seguir es  la calibración de energía, es  decir, evaluar el comportamiento  de  las  gráficas 
de  presiones  para  los  puntos  establecidos  analizando  las  variables  topológicas  que  afectan  las 
presiones  (rugosidades  de  las  tuberías).  Para  esto  se  procedió  a  clasificar  las  tuberías  en 
diferentes grupos según el material, entonces se generaron 4 grupos así: 

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

12:00:00 a.m.

12:00:00 p.m.

12:00:00 a.m.

Medido

Modelo inicial

D+E 1

D+E 2

D+E 3

D+E 4

Línea Base 2

HORA 

CA

UD

AL 

(L

/S)

 

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

12:00:00 a.m.

12:00:00 p.m.

12:00:00 a.m.

Medido

Modelo Base

D+E 1

D+E 2

D+E 3

D+E 4

Línea Base 2

HORA 

CAUD

AL

 (

L/

S)

 

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Tabla 6.7. Grupos de tuberías según su rugosidad absoluta inicial 

GRUPO 

Ks inicial (mm) 

TUBERÍAS DE PVC 

0.0015 

TUBERÍAS DE AC 

0.1 

TUBERÍAS DE CCP Y ARB 

0.12 

TUBERÍAS DE HA 

0.25 

TUBERÍAS DE HG Y HF 

0.15 

 
Cada  una  de  las  rugosidades  absolutas  de  estos  grupos  de  tuberías  debe  ser  afectada  por  un 
factor  multiplicador,  que  permita  la  variación  de  las  curvas  de  presiones.  Los  rangos  de  dichos 
factores establecidos para la generación de los escenarios son los siguientes: Para el material PVC 
los factores van desde el 1 hasta el 3 aumentando cada 0.1; para AC y CCP los factores van de 1 
a  4  cada  0.1;  para  HF,  Hg  y  HA  los  factores  van  de  1  a  4  cada  0.1.  Finalmente,  la  Tabla  6.8 
muestra los valores escogidos para las rugosidades de las tuberías según los grupos establecidos.  
 

Tabla 6.8. Rugosidades para cada tubería dependiendo del material. S18Z2-Bogotá. 

 Material 

Factor  

Ks final (mm) 

PVC 

2.59 

0.0039 

AC 

3.20 

0.096 

HF, HG 

3.70 

0.555 

HA 

3.40 

0.555 

CCP 

2.20 

0.264 

 
Las Gráficas 6.6 hasta la 6.9 muestran los 5 mejores escenarios de las mediciones de presión para 
cada punto de medición. 
 

 

Gráfica 6.6. Comparación de los 5 mejores escenarios de Presión afectados por las 

rugosidades para el Punto de Medición 1 (Liceo Francés) Sector 18 Zona 2 Bogotá. 

 

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

00:00

04:48

09:36

14:24

19:12

00:00

Datos
medidos en
campo

Línea Base 2

Modelo
Unificado

D+E+R 1

D+E+R 2

D+E+R 3

D+E+R 4

Modelo
Inicial

PR

ES

N

 m.c

.a.

 

HORA 

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de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

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Gráfica 6.7. Comparación de los 5 mejores escenarios de Presión afectados por las 

rugosidades para el Punto de Medición 2 (Blockbuster) del Sector 18 Zona 2 Bogotá. 

 
 

 

Gráfica 6.8. Comparación de los 5 mejores escenarios de Presión afectados por las 

rugosidades para el Punto de Medición 3 (Chapinero Oriental) del Sector 18 Zona 2 Bogotá. 

 

15.0

17.0

19.0

21.0

23.0

25.0

27.0

29.0

31.0

33.0

35.0

00:00

04:48

09:36

14:24

19:12

00:00

Datos
medidos en
campo

Línea Base 2

Modelo
Unificado

D+E+R 1

D+E+R 2

D+E+R 3

D+E+R 4

Modelo
Base

P

RESIÓN

 m

.c.

a.

 

HORA 

25.0

27.0

29.0

31.0

33.0

35.0

37.0

39.0

00:00

04:48

09:36

14:24

19:12

00:00

Datos medidos
en campo
Modelo Base

Modelo
Unificado
Línea Base 2

D+E+R 1

D+E+R 2

D+E+R 3

D+E+R 4

HORA 

P

RESIÓN

 m

.c.

a.

 

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Gráfica 6.9. Comparación de los 5 mejores escenarios de Presión afectados por las 

rugosidades para el Punto de Medición 4 (Chapinero Occidental) del Sector 18 Zona 2 

Bogotá. 

 

6.3. Calibración Sector 15 de la Zona 3 de la ciudad de Bogotá:  
 
El  Sector  15  fue  calibrado  inicialmente  empleando  el  software  WATERGEMS;  por  esta  razón 
se escogió para ser calibrado con la metodología del CIACUA. 

 

Descripción general: El Sector 15 perteneciente a la Zona 3 de las redes hidráulicas de la 
ciudad  de  Bogotá,  está  ubicado  hacia  la  zona  centro  oriental  de  la  ciudad,  delimitado  por 
las calles 33  y 7 Sur  y  las carreras 2  y 5E. Posee un área aproximada de 291 hectáreas, 
con aproximadamente 7568 usuarios. 
 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

Figura 6.8. Ubicación del Sector 15 de la Zona 3 de Bogotá. 

32.0

33.0

34.0

35.0

36.0

37.0

38.0

39.0

40.0

41.0

42.0

00:00

04:48

09:36

14:24

19:12

00:00

Datos medidos
en campo

Modelo Base

Modelo
Unificado

Linea Base 1

D+E+R 1

D+E+R 2

D+E+R 3

D+E+R 4

P

RESIÓN

 m

.c.

a.

 

HORA 

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MIC 201210-21 

El  sector  contiene  las  curvas  de  nivel  2617,27  m.s.n.m.  hasta  la  2774,83  m.s.n.m.,  con  una 
diferencia  de  158  metros  verticales  en  aproximadamente  692  metros  horizontales,  lo  que  implica 
una  pendiente  aproximada  de  23%.  En  la  siguiente  figura  se  observan  las  curvas  de  nivel  que 
pasan por el sector, donde las curvas de color rojo representan las zonas más altas y las de color 
azul las zonas más bajas. 
 

 

Figura 6.9. Topografía del Sector 15 de la Zona 3 de Bogotá. 

 

Modelo inicial:  

 

La  única  alimentación  hidráulica  del  sector  está  ubicada  hacia  el  sur,  en  el  tanque  Vitelma 
ubicado  hacia  la  zona  sur.  A  continuación  se  tabularon  las  características  topológicas  más 
importantes de la red de distribución de agua potable para dicho sector: 
 
 
 
 
 

 
 

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de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

MIC 201210-21 

 

 

Figura 6.10. Características topológicas del Sector 15 de la Zona 3 de Bogotá. 

 
Para  el  montaje  del  modelo  inicial  que  se  calibró  con  la  metodología  CIACUA,  se  supusieron  las 
rugosidades  absolutas  iniciales  establecidas  según  el  material  de  los  tubos  en  la  Tabla  4.9  del 
presente  documento.  Con  respecto  a  la  distribución  de  demandas  en  los  nudos  de  la  red,  se 
tomaron  los  datos  de  facturación  de  los  usuarios  y  mediante  el  software  ASIGNA,  se  realizó  la 
asignación  de  demandas  de  usuarios  a  los  nudos  más  cercanos,  generando  el  Plano  Estrella 
correspondiente, ver Figura 6.11.  

Características generales 

Longitud total  de tubos(km) 

53.49 

Número de tubos 

1745 

Número de nudos 

1279 

Número de VRP’s 

11 

Número de válvulas de control  305 
Número de hidrantes 

29 

 

 

Diám. 

(mm) 

No. 

tubos 

Long. 

(km) 

% Diám. 

12.7 

0.00154 

0.00 

25.4 

0.02884 

0.05 

38.1 

16 

0.19638 

0.37 

50.8 

97 

1.66075 

3.10 

76.2 

530 

13.35894 

24.97 

101.6 

522 

14.59971 

27.29 

152.4 

243 

5.50764 

10.30 

203.2 

103 

3.28101 

6.13 

254 

31 

2.18092 

4.08 

304.8 

115 

5.78743 

10.82 

406.4 

11 

0.65607 

1.23 

508 

0.33147 

0.62 

609.6 

54 

5.55024 

10.38 

1066.8 

0.19277 

0.36 

1219.2 

0.15989 

0.30 

Total 

1745 

53.49 

100.00 

Rugosidad (mm)

Longitud (m) % Longitud

0.0015

27,174.00

50.80

0.03

14,690.00

27.46

0.12

6,846.00

12.80

0.15

3,085.00

5.77

0.25

1,697.00

3.17

Total

53492.00

100

Tabla Rugosidades Absolutas

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MIC 201210-21 

Figura 6.11. Plano Estrella Sector 15 Zona 3 Bogotá. 

Finalmente,  se  conservaron  los  mismos  datos  de  longitud,  material,  diámetro  de  tubos,  cotas  de 
nudos que los del modelo de WATERGEMS. De esta manera se obtuvo el modelo hidráulico inicial 
para iniciar el proceso de calibración.  
 
Para este sector, se implementaron 6 puntos de medición de Caudales y Presiones; estos datos se 
emplearan en la calibración. Los puntos se observan en la siguiente figura: 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Figura 6.12. Ubicación de los Puntos de Medición de Caudal y Presión del Sector 15 Zona 3 

Bogotá. 

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Proceso de Calibración:  

 
Tomando  como  base  la  metodología  establecida  por  el  CIACUA  (Ver  Anexo  11),  es  necesario 
realizar una calibración preliminar que permita distribuir de forma lógica el IANC del sector en todos 
los  nudos  que  pertenecen  a  la  red.  Como  primera  medida,  es  necesario  calcular  el  consumo 
facturado dentro del sector, el cual corresponde al promedio de consumo en litros por segundo de 
dos  meses consecutivos  (en  el  caso  del  sector  18  son  los  meses  de  Julio  y  Agosto de  2009),  de 
esta manera,  el  consumo  facturado  es  de  80.68  L/s.  El  caudal  medido  promedio  a  la  entrada  del 
sector  corresponde  a  105.76  L/s,  por  lo  tanto  el  IANC  que  debe  ser  distribuido  entre  todos  los 
nudos de la red es el siguiente: 

 

Ecuación 6.2. 

 
 

Para iniciar con la calibración de masas, se realizó una estratificación de nudos, la cual implica que 
se debe asignar un estrato social a cada uno de los nudos dependiendo del estrato que posean los 
usuarios  cuya  demanda  pertenece  a  él.  Cuando  ya  se  tiene  identificado  el  estrato  para  cada  uno 
de  los  nudos  de  la  red,  se  procede  a  realizar  un  análisis  de  escenarios,  ya  que  se  pretende 
encontrar el escenario que mejor represente las curvas de caudal medidas en campo. En el sector 
de  estudio  se  encontraron  estratos  desde  el  1  hasta  el  6,  para  este  caso  no  se  hizo  la 
diferenciación  entre  nudos  residenciales,  comerciales  e  institucionales,  es  decir  solo  se 
conformaron grupos de nudos por estratos. En la calibración se requiere encontrar el escenario en 
que para cada grupo de nudos haya un factor multiplicador determinado que cumpla con el balance 
de  masa  de  la  red  (caudal  de  entrada  igual  al  caudal  demandado  incluyendo  IANC)  y  además 
represente  significativamente  en  forma  y  valor  las  curvas  de  caudal  medidas  en  campo  en  los 
distintos  puntos  establecidos.  En  la  Figura  6.13  es  posible  observar  el  mapa  de  estratificación  de 
nudos  del  sector.  En  la  Tabla  6.9  se  pueden  observar  los  factores  multiplicadores  que  se 
escogieron  para  cada  grupo  de  nudos  (clasificados  por  estratos).  Los  factores  multiplicadores 
probados para las demandas de los nudos son de 1 a 10.  
 

Tabla 6.9. Factores multiplicadores para cada grupo de nudos clasificados por estrato 

Sector 15 Zona 3 Bogotá. 

 

Escenario 

Estrato de Nodos  

Escenario 

Escogido 

1.2 

1.8 

2.5 

1.1 

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de RDAP empleadas en algunas ciudades de Colombia.
 

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Figura 6.13. Mapa de Estratificación de Nudos del Sector 15 Zona 3 Bogotá. 

 
Después, para continuar con la calibración de masas, se estudió la presencia de fugas en el sector 
mediante la creación de escenarios con coeficientes de emisores para los nudos pertenecientes a 
diferentes  grupos.  De  esta  forma  se  conformaron  tres  grupos  de  nudos,  los  cuales  fueron 
afectados  por  diferentes  coeficientes  de  emisores.  El  rango  de  valores  de  coeficientes  de  los 
emisores  comprendido  desde  0  hasta  1  aumentando  cada  0.001.  En  la  Tabla  6.10  es  posible 
observar los rangos de presiones para lograr clasificar los nudos y en la Figura 6.14 se observa el 
mapa con la clasificación de los nudos según su grupo de presión.  

 

Tabla 6.10. Rangos de Presión para clasificación de los Nudos del Sector 15 Zona 3 Bogotá. 

Grupo de Presión 

Presión (m.c.a.) 

Baja  Media  Alta 

Rango 

– 30  30 - 60  >60 

 
 

ESTRATO CONV.
Estrato 1
Estrato 3
Estrato 4
Estrato 2
Estrato 5
Estrato 6

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Figura 6.14. Mapa de Clasificación de los Nudos según los rangos de Presión del Sector 15 

Zona 3 Bogotá. 

 
La Tabla 6.11 muestra los valores de los coeficientes de emisores escogidos dentro del proceso de 
calibración. Se puede observar que para la zona de nudos con presión media, es decir, los nudos 
de color verde en la Figura 6.14, el coeficiente de los emisores es el mayor, es decir esta zona es 
probablemente la más afectada con pérdidas técnicas (fugas).   
 

Tabla 6.11.Coeficientes de emisores escogidos para realizar la calibración del Sector 15 

Zona 3 Bogotá. 

Coeficientes De Emisores 

Baja 

Media 

Alta 

0.001 

0.002 

0.003 

 
La Gráfica 6.10 muestra los 5 mejores escenarios de las mediciones  de caudal  para  un  punto  de 
medición,  después  de  afectar  el  modelo  con  los  factores  de  demanda  y  los  coeficientes  de 
emisores: 

 

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Gráfica 6.10. Comparación de los 5 mejores escenarios de Caudal afectados por factores de 

demandas desconocidas y coeficientes de emisores para el Punto de Medición 1 (Media 

Torta) Sector 15 Zona 3 Bogotá. 

 
El  paso a seguir es  la calibración de energía, es  decir, evaluar el comportamiento  de  las  gráficas 
de  presiones  para  los  puntos  establecidos  analizando  las  variables  topológicas  que  afectan  las 
presiones  (rugosidades  de  las  tuberías).  Para  esto  se  procedió  a  clasificar  las  tuberías  en 
diferentes grupos según el material, entonces se generaron 5 grupos así: 
 

Tabla 6.12. Grupos de tuberías según su rugosidad absoluta inicial 

GRUPO 

Ks inicial (mm) 

TUBERÍAS DE PVC 

0.0015 

TUBERÍAS DE AC 

0.1 

TUBERÍAS DE CCP Y ARB 

0.12 

TUBERÍAS DE HA 

0.25 

TUBERÍAS DE HG Y HF 

0.15 

 
Cada  una  de  las  rugosidades  absolutas  de  estos  grupos  de  tuberías  debe  ser  afectada  por  un 
factor  multiplicador,  que  permita  la  variación  de  las  curvas  de  presiones.  Los  rangos  de  dichos 
factores establecidos para la generación de los escenarios son los siguientes: Para el material PVC 
los factores van desde el 1 hasta el 3 aumentando cada 0.1; para ARB y CCP los factores van de 1 
a 4 cada 0.1; para HF y HG los factores van de 1 a 4 cada 0.1, y para HA van desde 1 a 4 cada 0.1 
Finalmente,  la  Tabla  6.13  muestra  los  valores  escogidos  para  las  rugosidades  de  las  tuberías 
según los grupos establecidos.  
 

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

00:00

04:48

09:36

14:24

19:12

00:00

CAMPO

WTG

LB2

BASE

D+E 1

D+E 2

D+E 3

D+E 4

cau

d

al L

/S

 

HORA 

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Tabla 6.13. Valores de Rugosidades para cada tubería dependiendo del material. Sector 15 

Zona 3 Bogotá. 

 Material 

Ks calibrado CIACUA 

(mm) 

PVC 

0.0025 

AC 

0.03 

CCP Y ARB 

0.12 

HA 

0.28 

HG Y HF 

0.18 

 

6.4. Calibración Sector 35 de Bogotá: 

 
El Sector Hidráulico 35 de  Bogotá fue calibrado  inicialmente con la metodología  del CIACUA; por 
esta razón se escogió para ser calibrado mediante el software WATERGEMS. 
 

Descripción  general:  El  Sector  35  de  las  redes  hidráulicas  de  la  ciudad  de  Bogotá,  está 
ubicado hacia la zona centro oriental de la ciudad, delimitado por las calles 170 y 200 y las 
carrera  9  y  la  Autopista  Norte.  Posee  un  área  aproximada  de  2663  hectáreas,  con 
aproximadamente 7986 usuarios. 

 

 

Figura 6.15. Ubicación del Sector 35 de Bogotá. 

 
El sector contiene las curvas de nivel 2590 m.s.n.m. hasta la 2592 m.s.n.m., con una diferencia de 
2  metros  verticales  en  aproximadamente  1433  metros  horizontales,  lo  que  implica  una  pendiente 
aproximada  de  0.14%.  En  la  siguiente  figura  se  observan  las  curvas  de  nivel  que  pasan  por  el 
sector, donde las curvas de color rojo representan las zonas más altas y las de color azul las zonas 
más bajas. 

 

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Figura 6.16. Topografía del Sector 35 de Bogotá. 

 

Modelo inicial:  

 

La  única  alimentación  hidráulica  del  sector  está  ubicada  en  la  zona  centro-occidental  del 
sector.  A  continuación  se  tabularon  las  características  topológicas  más  importantes  de  la  red 
de distribución de agua potable para dicho sector: 

 

 

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Figura 6.17. Características topológicas del Sector 35 de Bogotá. 

 

Para el montaje del modelo inicial que se calibró con el software WATERGEMS, se supusieron las 
rugosidades  absolutas  iniciales  establecidas  según  el  material  de  los  tubos  en  la  Tabla  4.1  del 
presente  documento.  Con  respecto  a  la  distribución  de  demandas  en  los  nudos  de  la  red,  se 
tomaron  los  datos  de  facturación  de  los  usuarios  y  mediante  la  herramienta  Load  Builder  de 
Watergems,  se  realizó  la  asignación  de  demandas  de  usuarios  a  los  tubos  más  cercanos. 
Finalmente,  se  conservaron  los  mismos  datos  de  longitud,  material,  diámetro  de  tubos,  cotas  de 
nudos que los del modelo de REDES. De esta manera se obtuvo el modelo hidráulico inicial para 
iniciar el proceso de calibración.  
 
Para este sector, se implementaron 12 puntos de medición de Caudales  y Presiones; estos datos 
se emplearan en la calibración. Los puntos se observan en la siguiente figura: 

 

Características generales 

Longitud total  de tubos(km) 

39.43 

Número de tubos 

1291.00 

Número de nudos 

1191.00 

Número de Reservorios 

1.00 

Número de válvulas de control 

0.00 

 

Material 

Conv. 

No. de 

tubos 

Longitud 

(km) 

AC 

  

897.00 

27.09 

HD 

  

1.00 

41.18 

Concreto  

  

5.00 

0.38 

PVC 

  

388.00 

11.93 

Total 

1291.00 

80.58 

 

Diám. 

(mm) 

No. 

tubos 

Long. 

(km) 

% Diám. 

76.20 

501 

13.48 

34.39 

101.60 

258 

9.06 

23.11 

152.40 

378 

10.11 

25.79 

203.20 

101 

3.92 

10.00 

304.80 

48 

2.22 

5.66 

406.40 

0.37 

0.94 

609.60 

0.04 

0.09 

Total 

1291 

39.20 

100.00 

 

Rugosidad (mm)

Longitud (m)

% Longitud

0.0015

11927

30.24

0.0300

27090

68.69

0.1500

41.18

0.10

0.3000

377.33

0.96

Total

39435.51

100

Tabla Rugosidades Absolutas

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Figura 6.18. Ubicación de los Puntos de Medición de Caudal y Presión del Sector 35 de 

Bogotá. 

 

Proceso de Calibración:  

 
Tomando como base la metodología que emplea el software WATERGEMS, es necesario calcular 
el consumo facturado dentro del sector, el cual corresponde al promedio de consumo en litros por 
segundo  de  los  últimos  seis  meses,  de  esta  manera,  el  consumo  facturado  es  de  54.80  L/s.  El 
caudal medido promedio a la entrada del sector corresponde a 84.94 L/s, por lo tanto el IANC que 
debe ser distribuido entre todos los nudos de la red es el siguiente: 
 

Ecuación 6.3.

 

 

 
A continuación se calculó el factor con el cual se afectarán todas las demandas de los nudos de la 
red:  

 

 

Ecuación 6.4. 

 
 
Todas  las  demandas  de  los  nudos  de  la  red  se  multiplicaron  por  dicho  factor;  de  esta manera  se 
logró  balancear  el  modelo  hidráulico. A  continuación  se montaron  mediante  la  herramienta Model 
Builder,  las  mediciones  de  Presión  y  Caudal  que  conforman  la  Función  Objetivo  de  la  calibración 
(Datos medidos en campo).  
 
Con  respecto  al  proceso  de  calibración,  se  empleó  la  herramienta  DARWIN  CALIBRATOR  que 
pertenece al software Watergems. Esta herramienta genera soluciones mediante la herramienta de 
optimización  de  Algoritmos  Genéticos.  Aquí  se  generan  diferentes  escenarios  de  calibración;  en 
este  caso  se  generaron  dos  escenarios  el  de  comparación  de  datos  de  presiones  y  el  de 
comparación de datos de caudales. Cada uno de los escenarios incluyó la conformación de cuatro 
(4)  grupos  de  tuberías  según  la  rugosidades  absolutas  existentes  en  la  red  (0.0015,  0.03,  0.15  y 
0.3  mm).  Se  establecieron  además  los  rangos  de  los  factores  multiplicadores  que  permitirían  la 

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variación  de  las  rugosidades:  Para  la  rugosidad  de  0.0015  mm,  el  rango  de  variación  de  los 
factores multiplicadores es de 1 hasta 100 y para las demás rugosidades de 0.5 hasta 100.  
 
El criterio de ajuste para los Algoritmos Genéticos  (Fitness Type) fue el cálculo de las Diferencias 
Mínimas  Cuadradas  para  presiones  y  caudales.  El  ajuste  por  presiones  fue  de  0.20  m  y  para 
caudales  de  0.6  L/s.  Es  decir  que  las  diferencias  mínimas  calculadas  entre  valores  calibrados  y 
medidos deben ser menores a los establecidos anteriormente. Las características generales de los 
Algoritmos Genéticos se presentan en la siguiente tabla: 
 

Tabla 6.14. Características de los cálculos con algoritmos genéticos.  

CARACTERISTICA 

VALOR 

Tolerancia de Ajuste 

0.001 

Generaciones Máximas 

50000 

No. de Generaciones que no muestran mejoras 

100 

No. de Soluciones a mostrar 

Número máximo de edades 

Número de generaciones por edad 

150 

Tamaño de la población 

50 

Probabilidad de Mutación 

1% 

 
Por  último,  para  evaluar  las  soluciones  obtenidas  en  las  calibraciones  realizadas,  la  herramienta 
Darwin  Calibrator  elabora  por  cada  solución  gráficos  de  correlación  entre  datos  medidos  y 
simulados.  
 
En  la  Tabla  6.15  se  muestran  las  rugosidades  que  brindaron  un  mejor  ajuste  de  las  curvas  de 
caudal  y presión para el sector 35 de Bogotá: 
 

Tabla 6.15. Rugosidades de los grupos de tuberías obtenidas en la calibración con 

Watergems.  

Material  

Ks Calibrado 

con WTG (mm) 

Factor 

PVC 

0.0075 

AC 

0.0015 

10 

 
Para mostrar el comportamiento de las variables hidráulicas producto de la calibración (presiones y 
caudales)  con  respecto  a  las  variables  medidas  se  elaboraron  las  curvas  horarias  para  todos  los 
puntos de medición. A continuación se muestran uno de los puntos de presión y uno de los puntos 
de caudal para el Sector 35 de Bogotá. 
 

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Gráfica 6.11. Comparación de las curvas de Presión para el Punto de Medición  (Nudo 78) 

Sector 35 de Bogotá. 

 

 

Gráfica 6.12. Comparación de las curvas de Caudal para el Punto de Medición (Tubo 1271) 

Sector 35 de Bogotá. 

 

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