Recopilación, Análisis y Evaluación de las metodologías de calibración

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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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Universidad de los Andes
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

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

1.1.

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

1.1.1.

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

1.1.2.

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

1.2.

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

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

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

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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MIC 201210-21

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

ANÁLISIS CUALITATIVO DE LAS METODOLOGÍAS DE CALIBRACIÓN: IDENTIFICACIÓN DE

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

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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iii

MIC 201210-21

6.6.

Calibración municipio de Candelaria

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

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

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

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

10.

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

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MIC 201210-21

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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MIC 201210-21

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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vii

MIC 201210-21

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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viii

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). ..................................................................... 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

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/91531bf293cded187159203f68646c10/index-html.html

MIC 201210-21

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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xii

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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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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.

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.

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

naturaleza, basada

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

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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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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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 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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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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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

30.00

40.00

50.00

60.00

00:

02:

04:

06:

08:

10:

12:

14:

16:

18:

20:

22:

00:

Cau

[

Hora

Caudal ERP

En semana

Fin de semana

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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

Informe final

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

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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

ada

Contabiliz

Agua

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:

02:

04:

06:

08:

10:

12:

14:

16:

18:

20:

22:

00:

Cau

[

Hora

Caudal ERP

En semana

Fin de semana

00:

02:

04:

06:

08:

10:

12:

14:

16:

18:

20:

22:

00:

[

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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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

 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.

0.2

0.4

0.6

0.8

1.2

1.4

1.6

1.8

Hora

tor

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Se construyó un software denominado MICROMIDE

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:

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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



promedio

Consumo

Ecuación 4.3.

donde:
Q es el caudal del i-ésimo consumo.
n es el número total de consumos.
i 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

, (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:

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.

i+1

i+2

= L

i+1

- L

i+1

= L

i+2

- L

i+1

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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).

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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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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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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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

. 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.



Ecuación 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)

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

[L/

]

Punto de Medición sin Filtrar (Días Ordinarios)

-150

-100

-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

[L/

]

SND

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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

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

producida por el accesorio:



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

. Los cambios de alineamiento, válvulas

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

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.

]

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.

]

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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.

]

48
46

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.

]

-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.

]

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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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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%

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

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

)

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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MIC 201210-21

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

Noviembre 2006 (días)

)

Promedio

Máximo

Mínimo

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

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MIC 201210-21

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

0.2

0.4

0.6

0.8

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

tor

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MIC 201210-21

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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MIC 201210-21

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

/mes Usuario)

Hipótesis B

/mes Usuario)

Macromedición

37.62

34.33

Micromedición

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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MIC 201210-21

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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MIC 201210-21

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)

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

[

]

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MIC 201210-21

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.

)

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.

ió

(

)

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MIC 201210-21



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.

(

)

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.

ió

(

100

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MIC 201210-21

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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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

cual

facilita

reconocimiento por el WATERGEMS.
Este

proceso

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

cálculo

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

El manejo de la información en
el

momento

convertir

archivos

SIG

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

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

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

consumo

variables

(grandes consumidores).

WATERGEMS

permite

elaborar

patrones

consumo horario, diario y
mensual

Elaboración de
curvas

modulación

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

modelar

periodo

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

opción

para

simulación del gradiente de
entrada al sector.

Geo-
referenciación
de usuarios y
sus consumos

tiene

información

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.

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.

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

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

casos)

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

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

Pérdidas
técnicas

comerciales

La distribución de las pérdidas totales
(IANC)

hace

mediante

identificación de zonas donde las
conexiones clandestinas son altas y
donde

tenga

referencias

consumos

sin

facturación.

(Asentamientos humanos)

Las

pérdidas

técnicas

analizan

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

tienen

cuenta

cuando

corresponden

grandes

accesorios

(macromedidores y válvulas)

Balance

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

caudales

presiones

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

revisar

aspectos

funcionamiento y control en la red.

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

para

confiabilidad de información
de medición en campo

Periodicidad y
frecuencia en
la

toma

datos

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

los

meses

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

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

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

forma

independiente

exportando los archivos
resultantes.

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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

sensibilidad:
Patrones

Variación

Los rangos de variación de rugosidades y
demandas

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

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

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

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

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

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

encuentra

acometida

domiciliaria.

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MIC 201210-21

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

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

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

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

manera

ponderada

B) Mediciones en campo:

Localización de puntos
de

medición

caudales y presiones

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

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.

programa

SERIES

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

calibración

relevancia

No solo incluyen rugosidades de
tuberías y demandas bases, sino
también

diámetros

internos,

coeficientes

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

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

tienen

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

sensibilidad:
Patrones

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

presentan

gráficas

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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6. CALIBRACIÓN

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