Uso de aproximaciones metodológicas de generación de modelos virtuales de RDAP para completar información catastral

Las redes de distribución de agua potable (RDAP) conforman uno de los componentes más importantes para satisfacer las necesidades básicas de una población en lo referente al consumo

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TESIS DE MAESTRÍA 

 

 

 

USO DE APROXIMACIONES METODOLÓGICAS DE GENERACIÓN DE 

MODELOS VIRTUALES DE RDAP PARA COMPLETAR INFORMACIÓN 

CATASTRAL 

 

 

Daniela Rojas Betancourt 

 

 

Asesor: Juan G. Saldarriaga Valderrama 

 

 

 

 

 

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES 

FACULTAD DE INGENIERÍA 

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL 

MAESTRÍA EN INGENIERÍA CIVIL 

BOGOTÁ D.C. 

2020 

 

 

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Universidad de los Andes 

Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 

Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 

“Uso De Aproximaciones Metodológicas De Generación De Modelos 

Virtuales De RDAP Para Completar Información Catastral” 

 

 

Tesis II 

Daniela Rojas Betancourt 

 

 

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Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 

“Uso De Aproximaciones Metodológicas De Generación De Modelos 

Virtuales De RDAP Para Completar Información Catastral” 

 

 

Tesis II 

Daniela Rojas Betancourt 

 

TABLA DE CONTENIDO 

1  INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 4 

2  OBJETIVOS ................................................................................................................................... 6 

2.1 

Objetivo General ................................................................................................................. 6 

2.2 

Objetivos específicos ........................................................................................................... 6 

3  ANTECEDENTES ........................................................................................................................... 7 

4  DESCRIPCIÓN DEL SOFTWARE ................................................................................................... 10 

4.1 

DynaVIBe-Web .................................................................................................................. 10 

4.2 

WaterNetGen .................................................................................................................... 11 

5  METODOLOGÍA .......................................................................................................................... 14 

6  RESULTADOS ............................................................................................................................. 20 

6.1 

Generación de la topología en DVW ................................................................................. 21 

6.2 

Diseño de las redes virtuales en WNG .............................................................................. 22 

6.2.1 

Proceso de diseño ..................................................................................................... 22 

6.2.2 

Comparación modelos reales vs. Virtuales ............................................................... 23 

7  CONCLUSIONES ......................................................................................................................... 42 

8  RECOMENDACIONES ................................................................................................................. 44 

REFERENCIAS ..................................................................................................................................... 45 

 

 

 

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“Uso De Aproximaciones Metodológicas De Generación De Modelos 

Virtuales De RDAP Para Completar Información Catastral” 

 

 

Tesis II 

Daniela Rojas Betancourt 

 

1  INTRODUCCIÓN 

Las redes de distribución de agua potable (RDAP) conforman uno de los componentes más 
importantes para satisfacer las necesidades básicas de una población en lo referente al consumo de 
agua potable, por lo que sus diseños deben garantizar un mínimo nivel de servicio definido bajo 
criterios estándares como disponibilidad, cantidad, continuidad, aceptabilidad, asequibilidad y 
accesibilidad (OMS, 2018). A medida que la población aumenta, las zonas urbanas se enfrentan a un 
constante proceso de expansión de las áreas de servicio que conllevan a la instalación de nuevas 
redes de tuberías o incremento en la capacidad del sistema existente para cumplir con la demanda 
variante, pero sin verse afectado negativamente el desempeño y operación actual. Por tanto, las 
empresas prestadoras del servicio buscan mantener actualizada la información sobre el sistema y 
sus componentes que les permita tomar  de decisiones  que estén  justificadas  técnica  y 
económicamente, garantizando una óptima operación de las redes con costos mínimos. 

Sin embargo, es común observar  que  en  muchas  poblaciones de pequeño mediano tamaño en 
países en desarrollo  se presenten casos en los que  se dificulta  la adquisición de información 
confiable referente a las RDAP, principalmente debido a la deficiencia en el registro histórico del 
trazado de las tuberías y sus características. La recopilación de esta información resultaría llevar a 
cabo complejas labores técnicas y elevados costos que no son viables, por lo que, en los últimos 
años, se han desarrollado trabajos de investigación basados en la generación de modelos hidráulicos 
virtuales que permiten simular las condiciones reales  de un sistema existente, a través de  la 
ejecución algoritmos implementados en nuevas herramientas computacionales (Möderl, Sitzenfrei, 
Fetz, Fleischhacker, & Rauch, 2011; Muranho, Ferreira, Sousa, Gomes, & Marques, 2012; R. 
Sitzenfrei, Fach, Kleidorfer, Urich, & Rauch, 2010; Robert Sitzenfrei, Möderl, & Rauch, 2013). 

Dentro de las aproximaciones metodológicas más recientes se tiene el software en línea y de libre 
acceso DynaVIBe-Web, el cual ha sido ampliamente aceptado en el mundo científico debido a su 
potencial para generar redes virtuales suficientemente similares a las reales en cualquier lugar del 
planeta, a partir de la implementación de la correlación existente entre los diseños de una RDAP 
con el trazado vial. De esta forma, (Robles & Saldarriaga, 2018) desarrollaron un estudio en el que 
se generaron diversas redes virtuales de municipios de Colombia mediante el uso de este software, 
las cuales fueron comparadas con los modelos reales y se concluyó sobre la posible aplicabilidad de 
esta herramienta para completar modelos hidráulicos con muy poca información disponible o para 
el catastro de las redes. 

En base a esta investigación, surge un nuevo cuestionamiento sobre cómo mejoraría el proceso de 
generación de las redes virtuales en casos de estudio en Colombia, sí se dispone de un conjunto de 
datos de entrada más completo  como,  por ejemplo,  información conocida sobre la densidad 
poblacional o las características de las tuberías de ciertos tramos de la red. Para ello, el presente 
estudio tiene como objetivo completar información catastral mediante la generación de modelos 
semivirtuales,  que resultan de utilizar  dos  aproximaciones metodológicas  de manera 
complementaria, analizando su  capacidad para representar  aceptablemente  las características 

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Virtuales De RDAP Para Completar Información Catastral” 

 

 

Tesis II 

Daniela Rojas Betancourt 

 

geométricas y  el comportamiento hidráulico de los modelos reales  seleccionados  de ciertos 
municipios de Colombia. En primera instancia, para cada caso de estudio, se propone el uso de 
DynaVIBe-Web para establecer la geometría de las redes a partir del trazado de las vías y luego, 
utilizar  la extensión de EPANET denominada WaterNetGen (Muranho et al., 2012)  para  diseñar 
dichas redes virtuales con base en determinados parámetros y restricciones de diseño. 

La intención de trabajar con ambos algoritmos consiste en aprovechar el alcance y las ventajas que 
tiene cada uno para abarcar el objetivo de investigación. Por un lado, se utiliza DynaVIBe-Web al ser 
un algoritmo de generación de redes virtuales de libre acceso que ofrece la posibilidad de obtener 
la topología de cualquier red con base en pocos datos de entrada que por lo general pueden llegar 
a ser conocidos por el usuario.  Las redes resultantes de esta herramienta se importan en la 
extensión de EPANET  WaterNetGen (WGN) con el fin de llevar a cabo los  respectivos  diseños 
hidráulicos con base en conjuntos de datos de entrada adicionales y restricciones básicas de servicio.  

Una vez se genera una red virtual en DynaVIBe-Web con un diseño geométrico suficientemente 
similar a su semejante real, con WNG se plantean diferentes escenarios de diseño para una misma 
red a partir de conjuntos de datos de entrada con diferente cantidad de información conocida. Cada 
una de las redes virtuales que se generan de los municipios seleccionados son evaluadas respecto a 
los modelos hidráulicos originales disponibles de anteriores trabajos de investigación con base en 
las RDAP existentes. Así, el análisis propuesto busca comprender la influencia de que un usuario 
disponga  de  información adicional sobre  las características y comportamiento hidráulico de sus 
redes, con el fin de alimentar y desarrollar un modelo virtual con buena aproximación al sistema 
real. En esto reside la ventaja de WNG, pues permite generar escenarios de estudio considerando 
la probabilidad de que el usuario conozca el trayecto de la red matriz en el sistema real, los 
materiales de sus tuberías, los consumos facturados por sus usuarios, datos de campo de presiones 
o caudales en determinados lugares de la red, etc.  

En el presente documento se describen  algunos antecedentes sobre las aproximaciones de 
generación de redes virtuales más destacadas a nivel mundial en el marco de esta investigación, 
incluyendo el trabajo previamente desarrollado sobre la aplicación de DynaVIBe-Web en Colombia. 
Posteriormente, se abarca la metodología aplicada para el presente trabajo de investigación, se 
presentan los casos de estudio de municipios de Colombia y los principales resultados obtenidos 
para cada uno de los escenarios contemplados. El análisis realizado se enmarca en la descripción del 
desempeño hidráulico de las redes virtuales con el fin de comprender  la aplicabilidad de esta 
metodología en generar modelos virtuales con buena aproximación con base en el uso de ambas 
herramientas. Por último, se concluye sobre los hallazgos más importantes de esta investigación y 
se  otorgan recomendaciones para futuras actividades en este tema encaminadas a mejorar 
sustancialmente la metodología con miras a que cualquier usuario pueda tener la oportunidad de 
completar catastro de redes o modelos hidráulicos con propósitos académicos o prácticos en el caso 
de empresas prestadoras de servicio. 

 

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Tesis II 

Daniela Rojas Betancourt 

 

2  OBJETIVOS 

2.1  Objetivo General 

Evaluar la aplicabilidad  DynaVIBe-Web y  EPANET WaterNetGen para generar y diseñar modelos 
virtuales que permitan completar el catastro de redes de municipios de Colombia, comparando el 
desempeño hidráulico de las redes virtuales bajo diferentes escenarios de análisis con respecto a 
los modelos de los sistemas reales. 

2.2  Objetivos específicos 

•  Seleccionar casos de estudio y recopilar información existente de redes de distribución de agua 

potable de varios municipios de Colombia. 

•  Utilizar el software de DynaVIBe-Web para generar las topologías de las redes virtuales de los 

municipios seleccionados, determinando adecuadamente los parámetros de entrada solicitados 

•  Comprender conceptualmente la aproximación metodológica de la herramienta WaterNetGen 

en el diseño de redes virtuales y su habilidad para completar modelos virtuales en los que se 
conoce información parcial sobre las características de los sistemas reales. 

•  Plantear diferentes escenarios de evaluación para el análisis del impacto  o  necesidad  de 

disponer de conjuntos de datos adicionales de la red real, como distribución de la demanda o 
diámetros de las tuberías, para completar el catastro de redes. 

•  Comparar el desempeño de las redes virtuales bajo los escenarios planteados y con respecto a 

los correspondientes modelos reales, y analizar los resultados obtenidos. 

•  Concluir sobre la importancia de contar con datos reales en la generación de redes virtuales que 

permitan para completar satisfactoriamente los diseños hidráulicos y catastro de redes de 
municipios de Colombia. 

•  Determinar la aplicabilidad y ventajas de esta metodología con respecto al uso exclusivo del 

software de DynaVIBe-Web para la generación redes virtuales. 

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Virtuales De RDAP Para Completar Información Catastral” 

 

 

Tesis II 

Daniela Rojas Betancourt 

 

3  ANTECEDENTES 

En los años recientes se ha evidenciado  la importancia de contar con información  completa  de 
modelos hidráulicos de los principales sistemas de infraestructura urbana  (distribución de agua 
potable o drenaje de una ciudad) con el objetivo de llevar a cabo actividades de rehabilitación, 
control de fugas, estudio  de futuros desarrollos  urbanos, reconstrucción histórica de las redes 
(catastro) u optimización de los sistemas para mejorar su desempeño hidráulico, minimización de 
costos de operación y mantenimiento. Sin embargo, para muchas empresas prestadoras del servicio 
de pequeñas-medianas poblaciones (especialmente en Latinoamérica) el  poder tener acceso a 
información sobre la dinámica de sus sistemas de distribución de agua potable, resulta en un trabajo 
complejo, costoso y demorado al no disponer de registros históricos sobre los trazados y estados de 
los componentes de su infraestructura (Mair, Rauch, & Sitzenfrei, 2014a). 

Por consiguiente, con el fin de superar la falta de información y representar adecuadamente los 
conjuntos de datos de los modelos reales para fines investigativos, en los últimos años se han venido 
desarrollando diversas técnicas manuales o automáticas para la generación de redes virtuales, a 
través del uso de algoritmos capaces de replicar las características de los sistemas reales (Robles & 
Saldarriaga, 2018).  (R. Sitzenfrei, 2016)realizó una recopilación de las aproximaciones 
metodológicas más destacadas que han surgido a nivel mundial alrededor de este propósito, 
identificando las ventajas y desventajas de cada una para crear modelos virtuales o semivirtuales 
según el objetivo de investigación en relación a su capacidad replicar los reales. 

De esta forma, se han desarrollado varias metodologías cuyas aproximaciones han sido aceptadas 
en el mundo científico, desde aquella que propone la generación de redes virtuales por medio de la 
aplicación de la teoría de grafos, pero presenta la limitación de ofrecer redes que sólo llegan a ser 
una representación simplificada de los sistemas reales (Möderl et al., 2011); hasta aquellas que 
utilizan conjuntos de datos de entrada más detallados para generar redes virtuales que simulen 
mejor las condiciones reales, con ayuda de nuevas herramientas computacionales desarrolladas 
para tal fin o sistemas de información geográfica  que permiten analizar la influencia de cierta 
información en la validación de los resultados (Robert Sitzenfrei et al., 2013).  Algunos  de estos 
proyectos de investigación se han dejado como de ‘libre acceso’ para la comunidad, lo que favorece 
el desarrollo de otros trabajos que buscan complementar o generar nuevo conocimiento en el tema. 

Uno de estos consiste en el programa WaterNetGen que fue desarrollado por (Muranho et al., 2012) 
para la generación de redes virtuales utilizando la interfaz de EPANET para permitir al usuario una 
fácil familiarización con la herramienta, ofreciendo la capacidad de manipular los componentes de 
las redes e introducir variados datos de entrada conforme con el objetivo de investigación, al añadir 
estratégicamente nuevas funciones para analizar la hidráulica de las redes. Algunas de estas nuevas 
características que ofrece esta herramienta han sido aprovechadas para propósitos de la presente 
investigación, las cuales serán descritas a detalle en las secciones posteriores. 

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Virtuales De RDAP Para Completar Información Catastral” 

 

 

Tesis II 

Daniela Rojas Betancourt 

 

Dentro de los trabajos más relevantes se destaca (Mair, Zischg, Rauch, & Sitzenfrei, 2017) en el que 
comprueban que existe una correlación entre la información sobre la distribución de las vías en una 
zona urbana y la infraestructura de las redes de distribución de agua potable y alcantarillado, lo cual 
conllevó al desarrollo de la plataforma DynaVIBe-Web  (Mair, Rauch, & Sitzenfrei, 2014b) para la 
generación de redes virtuales acceso en cualquier lugar del planeta, tan sólo con el uso de pocos 
datos de entrada de fácil acceso (calles, DEM, dotación de la red, etc.). 

En base a esta herramienta, se han desarrollado investigaciones para la generación de los modelos 
sintéticos que son posteriormente comparados con los sistemas reales y validados mediante el uso 
de métricas e índices de conectividad y confiabilidad, en donde  resultados  obtenidos  con el 
algoritmo propuesto por DynaVIBe-Web evidencian un buen desempeño para representar los reales 
como (Paez & Filion, 2017a) (Robles & Saldarriaga, 2018). Este último estudio es de especial interés 
para la presente investigación, ya que se basó en verificar la aplicación de DynaVIBe-Web  para 
generar redes virtuales en pequeñas municipalidades de Colombia, a través de la evaluación de seis 
(6) casos de estudio de RDAP reales de los cuales se conocían sus respectivos modelos calibrados. 

Para cada uno se generaron las correspondientes redes virtuales con DynaVIBe-Web, introduciendo 
los valores de los parámetros de entrada solicitados, generando los modelos virtuales y analizando 
los resultados obtenidos en términos de nueve (9) índices  de teoría de grafos y dos (2) índices 
hidráulicos.  En cuanto a la geometría de las redes creadas,  los resultados indicaron una buena 
aproximación frente a los modelos reales en cuanto a estructura, robustez y conectividad, ya que 
las topologías de los seis casos virtuales representaban satisfactoriamente con alta precisión las 
redes reales.  Por ende, se comprobó la posibilidad de utilizar esta herramienta para completar 
información catastral validando la correlación que existe entre la distribución espacial de las calles 
y la infraestructura urbana de suministro de agua potable para municipios de Colombia (Robles & 
Saldarriaga, 2018). 

No obstante, en cuanto al desempeño hidráulico se observaron resultados deficientes de las redes 
sintéticas al variar la elevación de los reservorios para realizar un análisis compatible frente a las 
redes reales, lo que conllevó a presiones negativas y valores bajos de resiliencia. Los diseños de los 
diámetros de las tuberías  para todos los casos de estudio, obtenidos a partir de un cálculo 
simplificado propuesto para el MPO, difícilmente coincidieron con los modelos reales y, por tanto, 
debía plantearse otra metodología para mejorar los modelos virtuales en este aspecto en específico. 

Las principales conclusiones sobre  los  hallazgos  de este estudio en cuanto a su  aplicación en 
municipios de Colombia, conllevaron a la formulación de nuevos planteamientos para darle 
continuidad al futuro de esta investigación. A partir de los objetivos presentados anteriormente, los 
resultados obtenidos en el trabajo desarrollado por (Mair et al., 2014a) guardan estrecha relación 
con la metodología propuesta en los capítulos posteriores y resultan de gran importancia para el 
análisis previsto. En este estudio se analizó el impacto de mejorar el conjunto de datos de entrada 
al utilizar  otras fuentes de información  disponibles  como, por ejemplo, conocer la densidad 
poblacional o los diámetros de determinadas tuberías del modelo real, al momento de  crear 

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“Uso De Aproximaciones Metodológicas De Generación De Modelos 

Virtuales De RDAP Para Completar Información Catastral” 

 

 

Tesis II 

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diferentes modelos virtuales variando la cantidad y calidad de los datos de entrada (ver Figura 3-1). 
De esta forma, tomando un caso de estudio de una zona urbana con 120.000 habitantes, se comparó 
el modelo real en correcto funcionamiento con cada uno de los modelos virtuales en cuanto a su 
topología, costos y desempeño hidráulico; siendo este último mediante el uso de dos indicadores 
de desempeño relacionados con la distribución espacial de las presiones  (diferencias relativas y 
absolutas)  para determinar su nivel de predicción.  Los resultados principales mostraron una 
pequeña diferencia al evaluar ambos indicadores en escenarios en los cuales la información 
adicionada correspondía a una distribución exacta de la demanda (extraída del modelo original) y 
una demanda distribuida uniformemente. 

 

Figura 3-1. Diagrama de flujo de referencia para general modelos sintéticos de distribución de agua potable. 

Fuente: (Mair, Rauch, & Sitzenfrei, 2014) 

En este contexto, los algoritmos de generación de redes virtuales permiten una flexibilidad en el uso 
de diversos conjuntos de datos de entrada con diferentes niveles de detalle, que permiten abrir 
campos de investigación para validar las simulaciones de redes artificiales en relación a sus 
respectivos modelos originales (Mair M. , s.f.). En las secciones posteriores se describe la 
metodología para lograr el objetivo propuesto para el presente trabajo de investigación, a través de 
la combinación de dos aproximaciones desarrolladas para la generación y diseño de redes virtuales 
bajo diferentes escenarios (conjuntos de datos de entrada supuestos), las cuales fueron aplicadas a 
un caso de estudio de un municipio de Colombia previamente utilizado por (Robles & Saldarriaga, 
2018).  

 

 

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4  DESCRIPCIÓN DEL SOFTWARE 

4.1  DynaVIBe-Web 

DynaVIBe-Web  (en adelante DVW) es una  plataforma online de libre acceso que se basa en un 
proceso de generación de modelos semivirtuales de infraestructura urbana de redes de agua para 
cualquier lugar del planeta, a través del uso de información geográfica de buena calidad y de fácil 
accesibilidad como lo son los datos de las mallas viales (aplicación vía web Open Street Map de 
Google) (R. Sitzenfrei, 2016). El algoritmo de generación de RDAP utiliza la correlación existente 
entre la distribución de las vías y el trazado de las redes de suministro de agua para generar modelos 
con características geométricas muy similares a los reales. 

Por lo tanto, este prototipo se ejecuta completamente vía web, el cual solicita al usuario pocos datos 
de entrada y le permite generar diseños de modelos virtuales en pocos minutos en archivos en 
formato  (.inp),  considerando  los  valores de los parámetros  seleccionados.  La información de 
entrada del algoritmo se resume en la siguiente tabla: 

Tabla 4-1. Información de entrada solicitada al usuario para generación de redes virtuales en DynaVIBe-Web 

Insumos de entrada 

Descripción 

DEM 

Selección del Modelo Digital de Elevación del Terreno basado 

en los datos del CGIAR-CSI, seleccionado el área de estudio 

(Retorna información con una resolución de celda ráster 

30x30m) 

Área de Interés 

Delimitación del área de servicio mediante el trazado de un 

polígono sobre el mapa en línea dispuesto con la cartografía 

de vial de cualquier lugar del planeta 

Ubicación de las 

fuentes de 

abastecimiento 

Ubicación de las fuentes de suministro dentro del área de 

servicio anteriormente definida, mediante el 

posicionamiento puntual de dichos elementos en el mapa en 

línea 

Demanda Total de 

suministro 

Valor de la Demanda Total que será suministrada por la red 

en cuestión (Unidades: LPS) 

Distribución de la 

Demanda 

Selección de la metodología de distribución de demanda: 

Uniforme o Normal (recomendado para modelos con alta 

densidad poblacional concentrada en una zona central de la 

red) 

Trazado de la red 

(‘Layout’) 

El algoritmo automático  de generación de redes utiliza el 

Open Street Map como base para definir el trazado de una 

red  cuya longitud total es la mínima operativamente, 

garantizando un mínimo nivel de resiliencia y suministrando 

la demanda en todos los nodos (‘Random o Minimal 

Spanning Tree). Posteriormente, se añaden los ciclos según 

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Insumos de entrada 

Descripción 

el valor de CI. Es posible seleccionar un algoritmo de diseño 

definido completamente por el número máximo de ciclos. 

Indicador de Ciclos 

(‘Cycle Indicator CI’

Parámetro relacionado con la resiliencia de una red en el que 

se determina el criterio para añadir ciclos a la red, de acuerdo 

el camino más corto que ha de recorrer el agua entre dos 

puntos de la red. 

Offset para la tubería 

principal 

(‘Main Pipe Offset’) 

Distancia  desde el perímetro del área de servicio hacia el 

interior, donde se ubican las tuberías de mayor diámetro de 

la red. 

Número de redes a 

generar 

Número de diseños generados con diferentes 

configuraciones en archivos con formato (.inp) para EPANET. 

 

 

Figura 4-1. Interfaz del software DynaVIBe-Web. Fuente: DynaVIBe-Web/Project Archive/Ginebra 

 

4.2  WaterNetGen 

WaterNetGen (en adelante WGN) (Muranho et al., 2012) consiste en un procedimiento automático 
para generar modelos virtuales haciendo uso de la interfaz  original  de  EPANET,  en el que se 
aprovecha que el usuario cuenta con cierta familiarización con dicho programa de libre acceso. Por 
tanto,  se trata de una extensión de EPANET a la cual se le  introdujeron nuevos componentes 
orientados a la generación de redes sintéticas, incluyendo algoritmos para el diseño del tamaño de 

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las tuberías y otras herramientas para la edición de la topología de las redes, permitiendo al usuario 
ampliar su experiencia en el análisis de los modelos hidráulicos. 

El proceso de generación propuesto  pretende construir modelos sintéticos para representar 
apropiadamente los modelos reales de las RDAP, iniciando por la definición del número de áreas de 
servicio que reflejarían la forma en cómo está organizado el sistema de distribución de agua potable 
en la realidad (Muranho et al., 2012). De esta forma, en este primer paso, el usuario ha de indicar 
(i)  el  número de nodos asociados  a cada área de servicio,  (ii)  seleccionar la metodología para 
establecer la conectividad  adicional  de los nodos  (añadir  circuitos cerrados ‘loops’ o abiertos 
branches’) teniendo en cuenta la proximidad entre nodos vecinos, (iii) el número de reservorios 
que abastece cada zona, (iv) la elevación base del terreno  y  (v)  el rango de variación en las 
elevaciones entre nodos vecinos. Tras definir estos parámetros, el modelo sintético resultante con 
WGN presenta una topología desorganizada espacialmente, evidenciándose cierta desventaja para 
representar acertadamente la geometría de los modelos real con respecto a la capacidad que sí 
ofrece DynaVIBe-Web, pues dentro de los parámetros anteriormente expuestos no existe alguno 
que se implemente para definir el trazado de la red. 

Se solicita que el usuario introduzca un catálogo con la lista de diámetros comerciales disponibles 
(‘Pipe Catalogue’) que serán usados por el algoritmo de diseño para que, de manera iterativa, se le 
asigne a cada tubería un diámetro comercial que permita satisfacer restricciones de presión y 
velocidad. En esta sección, se describe el tipo de tuberías (material, especificaciones técnicas, etc.) 
con sus respectivos valores de rugosidad [mm] y costo de instalación asociado a cada una, como se 
observar en la Figura 4-2. 

 

Figura 4-2. (a) Agregar Catálogo de diámetros de tuberías.  

Una vez se establecen todas las propiedades básicas de las tuberías y nodos, se ejecuta el algoritmo 
de diseño del tamaño de las tuberías de acuerdo con el propósito de modelación deseado por el 

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usuario: (i) diseño básico de RDAP enfocado simplemente en garantizar que todos los nodos de la 
red cumplan con la restricción de presión mínima y máxima, y que todas las tuberías cumplan con 
la restricción de velocidad mínima y máxima de flujo transportado por la red; o (ii) diseño optimizado 
con el algoritmo de búsqueda de Recocido Simulado (Simulated Annealing) al seleccionar la RDAP 
que cumpla con la función objetivo por costo mínimo, mejor desempeño hidráulico o entropía más 
alta. Dado que el objetivo del presente trabajo de investigación no se enmarca en la optimización 
de RDAP, sino en el diseño automático de RDAP en un mínimo esfuerzo computacional (Robert 
Sitzenfrei et al., 2013), se hace énfasis en aquel proceso de diseño simplificado para el cumplimiento 
de restricciones hidráulicas. 

Para el primer método de diseño de WNG, en cada iteración el algoritmo va verificando en cada uno 
de los nodos y tuberías que se cumpla con las restricciones establecidas, recorriendo desde los 
elementos que se encuentran más próximos a las fuentes de abastecimiento hacia el extremo 
opuesto de la red. Cuando esas  restricciones no se satisfacen en dicha iteración, se realiza un 
incremento en los diámetros de las tuberías dado por el catálogo de entrada de diámetros 
comerciales para la siguiente iteración. Así, el proceso se detiene cuando no es posible hacer más 
modificaciones al llegar al diámetro mayor magnitud de la lista 

El usuario puede hacer uso de las características básicas de EPANET para modificar la red conforme 
con el objetivo de modelación, ajustando propiedades de los reservorios, añadiendo patrones de 
demanda en un cierto periodo de tiempo de simulación, válvulas o bombas para asemejar el diseño 
con el modelo real. Los resultados obtenidos se pueden visualizar en un archivo (.inp) y se pueden 
exportar para el debido análisis espacial de variables usando el programa de sistema de información 
geográfica ArcGIS y su respectiva evaluación con indicadores hidráulicos de desempeño. 

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5  METODOLOGÍA 

En el presente trabajo está conformado por diversos caminos que pretenden responder la pregunta 
de investigación sobre cómo generar modelos de redes virtuales que se aproximen 
satisfactoriamente a las redes reales al disponer de información parcial sobre las RDAP reales. Para 
ello, la metodología propuesta hace uso de dos aproximaciones metodológicas para la generación 
de redes virtuales (DVW y WGN) y se enmarca en establecer escenarios de estudio en los cuales se 
alternan los datos de entrada de las redes virtuales. De esta forma, se pretende evaluar la influencia 
de conocer datos adicionales de las RDAP en el  diseño de las redes virtuales, verificando  el 
desempeño hidráulico de cada red generada y analizando su aproximación para completar  el 
catastro de redes de municipios de Colombia. 

En primera instancia, se seleccionaron modelos hidráulicos de RDAP existentes de municipios de 
Colombia  disponibles de trabajos previos del Centro de Investigaciones en Acueductos y 
Alcantarillados (CIACUA), los cuales serán los casos de estudio. De cada uno de estos modelos reales, 
se sistematizó la información principal correspondiente a datos de fácil acceso para el operador
como lo son

1

: Demanda total suministrada a la red (l/s)  dado por reportes de macromedición, 

ubicación geográfica de las fuentes de abastecimiento, la energía total disponible (dado por la altura 
de tanques o succión de un pozo), delimitación del área de servicio y la topografía de la zona de 
estudio.  

A partir de lo expuesto en la sección anterior, con esta información es posible utilizar el algoritmo 
de DVW para obtener la topología de una RDAP a partir de la distribución del trazado vial de cada 
uno de los casos de estudio. Cabe mencionar que, debido a que DVW sólo se utiliza para dibujar el 
trazado de las redes virtuales y no para el diseño como tal, tanto la selección del método de 
distribución de demanda, como el valor del parámetro MPO se considera irrelevantes para este 
estudio. Por lo tanto, la topología de las redes virtuales generadas se convierte en el principal 
insumo de entrada para la herramienta WGN, en la que se ejecutan los diseños para cada uno de 
los escenarios de estudio a contemplar para las redes virtuales.  

En la Figura 5-1 y Figura 5-2 se muestra el procedimiento propuesto para cumplir con los objetivos 
de la investigación a través de un diagrama de flujo que describe las variables de entrada, 
consideraciones contempladas  y archivos de salida tras la ejecución de ambos algoritmos de 
generación. Se observa que se da inicio por el proceso de generación de las topologías de las redes 
virtuales de los casos de estudio en DVW y luego,  el trazado de cada red virtual generada es 
importado en EPANET WGN como un archivo (.inp) en el que se procede a crear el catálogo de 
diámetros de tuberías con base en los diámetros comerciales típicos en RDAP de municipios de 
Colombia (d= [75, 100, 150, 200, 250 mm]). Se verifican las alturas de las fuentes de abastecimiento 

                                                           

1

 

Tipo de información que ha de ser reportada por las empresas prestadores del servicio público de acueducto y 

alcantarillado a la entidad de control y vigilancia en Colombia, la Superintendencia de Servicios Públicos y Domiciliarios, 

mediante la plataforma de datos abierto SUI. 

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asignadas por DVW para las redes virtuales y se hacen los ajustes pertinentes respecto a los modelos 
reales de cada caso de estudio con el fin de que los resultados obtenidos sean comparables. 

 

Figura 5-1. Generación de topología de la red virtual con DynaVIBe-Web. Fuente: Elaboración propia 

 

 

Figura 5-2. Diseño de escenarios de las redes virtuales con WGN. Fuente: Elaboración propia 

Datos de 

entrada

DynaVIBe-Web

Geolocalización, DEM, Área de servicio (polígono), 

Demanda total (LPS), Cycle Indicator (CI)

Ge

ne

ra

el

 L

ay

ou

t

Archivo .inp 

para EPANET

Salida

Topología de la red con base en distribución de 

calles/carreras  y el nivel de conectividad dado

Selección y recopilación  de información  de los casos de estudio reales

WaterNetGen

D

is

de

 la

re

de

s v

ir

tu

al

es

Datos de 

entrada

Archivo .inp con la topología  de la red virtual 

generada  con DynaVIBe-Web

Distribución 

de demanda

Restricción 

de diámetros

Asignar "Allow Diameter  Changes = No" a 

tuberías de tramos seleccionados

Archivo .inp con 

resultados

Archivo .inp con los resultados  de la simulación 

hidráulica en EPANET

Diseño bajo 

restricciones

Diseño de las redes virtuales garantizando  que se 

cumplan las restricciones de V

máx

y P

min

.

Generar escenarios

Mantener  la demanda asignada por DVW o 

ajustarla  con la información real 

Lista de diámetros comerciales de las tuberías 

[mm], rugosidad  [mm]

DW

, costo ($)

Catálogo de 

diámetros

Salida

Material de 

tuberías

Asignar el 'Tipo de tubería' según lo indicado 

en el catalogo de diámetros

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16 

 

El siguiente paso consiste en identificar qué tipo de información adicional de una RDAP podría ser 
conocida desde la posición de un operador del servicio de acueducto, tal como la distribución de la 
demanda, diámetros de tramos principales de la red o los materiales de las tuberías. A partir de 
esto, se plantean las rutas de análisis y la conformación de los diversos conjuntos de datos de 
entrada adicionales de los modelos virtuales, los cuales pueden observarse en el diagrama de la 
Figura 5-3. Cada uno de estos conjuntos se abarca acorde con las siguientes consideraciones de 
investigación: 

 

Figura 5-3. Información adicional de RDAP. Fuente: Elaboración propia 

 

i. 

Distribución de la demanda: Generar escenarios utilizando ya sea la distribución espacial de 
la demanda asignada directamente por DynaVIBe-web o la suposición de que el operador 
conoce las demandas de sus usuarios a partir de las micromediciones o facturas de 
consumo. En este último caso, se asume una distribución espacial de la demanda 
equivalente a la del modelo real disponible.  

ii. 

Diámetros de tuberías: Generar escenarios suponiendo que se conocen los diámetros de 
determinados tramos principales de tuberías de la red real, como aquellos de mayor tamaño 
correspondientes a la línea de distribución principal desde las fuentes de abastecimiento 
y/o el trayecto la red matriz o primaria del municipio. 

iii. 

Material de las tuberías: Aunque este tipo de información puede ser conocida a detalle por 
el mismo operador que desconoce el catastro de sus redes, si es posible plantear escenarios 
bajo la suposición de que se conocen los materiales de las tuberías instaladas por zonas. 
Cierta empresa prestadora del servicio podría indicar qué tipo de tuberías han sido 
instaladas en las zonas más antiguas del municipio (antes de la aplicación global del PVC) o 
en los nuevos desarrollos urbanos según las últimas intervenciones o inversiones del 
municipio (asumiendo un amplio uso del PVC). Se generan escenarios donde se conocerían 
los materiales de las tuberías por zonas específicas (extraídos del modelo real) o se 
desconocerían, asumiendo que toda la red fue construida en PVC. 

Al combinar dichas variables entre sí, se obtiene el planteamiento de los escenarios en los que a 
cada red virtual se le proporcionan ciertos datos de entrada adicionales con el fin de llevar a cabo 
los diseños pertinentes. Se obtuvieron un total de nueve (9) escenarios básicos y nótese en la Figura 

Generar redes virtuales para completar modelos hidráulicos y catastro

Demanda

Diámetros de tramos de la red

Al conocer parcialmente  datos sobre

Material  de las tuberías

- DynaVIBe-Web

- Real

- Trayecto red matriz

- Tuberías   d > 150 mm

- Concreto o PVC

- PVC

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Virtuales De RDAP Para Completar Información Catastral” 

 

 

Tesis II 

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17 

 

5-4 que los conjuntos de datos van mejorando en la cantidad de información a administrar (derecha 
a izquierda), por lo que para cada uno de los escenarios se definirá cómo varían los diseños de las 
redes virtuales mediante la comparación de sus características y comportamiento hidráulico 
respecto al modelo real.  Adicionalmente, tras los resultados de los diseños se realizan dos 
suposiciones (2) adicionales que se consideraron tras evaluar detalladamente los modelos reales, 
que consiste en tratar de mejorar los modelos virtuales ya diseñados al añadir datos de pérdidas 
menores y flujo de emisores por fugas.  

 

Figura 5-4. Planteamiento de los escenarios de diseño de redes virtuales. Fuente: Elaboración propia 

Dado el alcance de la presente investigación, se limitó a asignar los valores reales del modelo real 
en las redes virtuales diseñadas y así comparar la influencia de tener en cuenta este tipo de 
información para aproximar aún más la hidráulica de los modelos virtuales. Este aspecto se 
profundizará más adelante en el análisis de los resultados, pero se puede mencionar que, si un 
operador
  puede estimar detenidamente estos datos, ya sea mediante cálculos o un proceso de 
calibración, se logra una aproximación significativa de los modelos virtuales. Por último, el escenario 
final (No. 12) se plantea para evaluar la capacidad de WNG para lograr modelos virtuales muy 
similares al real cuando se introducen prácticamente todos los datos conocidos de la red real. 

Tras el análisis de investigación, se decidió incluir un escenario adicional (No. 13)  al evaluar las 
diferencias en las elevaciones de los nodos entre las dispuestas en el modelo real y aquellas 
asignadas por DVW desde el DEM. En este escenario se tomó exactamente el mismo conjunto de 
datos de entrada del Escenario 11 y simplemente se variaron las alturas de energía de las fuentes 
de abastecimiento buscando un buen ajuste, aumentando o disminuyendo unos metros de acuerdo 
con los resultados de los escenarios anteriores.  

Material

de tuberías

Restricción

de diámetros

Distribución

de demanda

Generar escenarios

Demanda DynaVIBe-web

Demanda Real

d >200 mm

d >150 mm

d >200 mm

d >150 mm

ks 

reales 

PVC

ks 

reales 

PVC

ks 

reales 

PVC

ks 

reales 

PVC

Escenario No.

Diseño bajo restricciones >> diámetros de las tuberías

Suposiciones

adicionales

Estimar/Calibrar km

Estimar/Calibrar Fugas

d > 100 mm

11

12

10

2

3

4

5

6

7

8

9

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18 

 

Por otro lado, una vez definidos todos los escenarios, se procede a crear cada uno bajo sus propias 
consideraciones: i) mantener la demanda de DVW o ajustarla acorde con los valores del modelo 
real, para luego ii) seleccionar aquellas tuberías para las cuales se asume que sus diámetros son 
conocidos (Ej. Ruta de la red matriz proveniente del reservorio con diámetro igual a 200 mm o tramo 
de tuberías con diámetros mayores a 150 mm). Para ello, se modifica la propiedad ‘Allow Diameter 
Changes
’ para que tome el valor ‘No’ en las tuberías cuyos diámetros serán restringidos y no podrán 
ser cambiados al momento de ejecutar el algoritmo de diseño de WGN. Esto permite modelar casos 
de  municipios  que  no cuentan con un catastro detallado de sus RDAP, pero posiblemente  el 
operador encargado del sistema conoce con certeza el diámetro de las tuberías de un tramo de la 
red, y a partir de allí se completa la información con modelos virtuales. Finalmente, iii) se asigna el 
tipo de tubería o material de cada tubería con la función ‘Pipe Type’ que es un atributo nuevo de 
WNG en el que, a partir de lo definido en el catálogo de diámetros por el usuario, el programa asigna 
las rugosidades (ks) pertinentes. 

Posteriormente, se realizan los diseños correspondientes utilizando la función ‘Pipe sizing’, la cual 
consiste en un algoritmo que busca garantizar que todas las tuberías cumplan con la restricción de 
velocidad máxima (V

máx

) y mínima (V

mín

), y que todos los nodos cumplan la restricción de presión 

mínima (P

mín

) y máxima (P

máx

), siendo ambas condiciones de frontera definidas por el usuario. Dichos 

límites fueron definidos con base en lo establecido por el Reglamento Técnico del Sector de Agua 
Potable y Saneamiento Básico (RAS) para los diferentes niveles de servicio en Colombia (Ministerio 
de Desarrollo Económico, 2010), excepción de la velocidad máxima que se deja  la función por 
Default. 

𝑉𝑉

𝑚𝑚í𝑛𝑛

≥ 0.5                         [𝑚𝑚/𝑠𝑠] 

𝑉𝑉

𝑚𝑚á𝑥𝑥

≤  1 𝑚𝑚/𝑠𝑠                  [𝑚𝑚/𝑠𝑠] 

𝑃𝑃

𝑚𝑚í𝑛𝑛

 [𝑘𝑘𝑃𝑃𝑘𝑘] ≥ �10 𝑚𝑚. 𝑐𝑐. 𝑘𝑘.

(98.1 𝑘𝑘𝑃𝑃𝑘𝑘) 𝑠𝑠𝑠𝑠 𝑒𝑒𝑠𝑠 𝑢𝑢𝑢𝑢𝑘𝑘 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑘𝑘𝑐𝑐𝑠𝑠ó𝑢𝑢 ≤ 12.500 ℎ𝑘𝑘𝑝𝑝𝑠𝑠𝑎𝑎𝑘𝑘𝑢𝑢𝑎𝑎𝑒𝑒𝑠𝑠 

15 𝑚𝑚. 𝑐𝑐. 𝑘𝑘. (147 𝑘𝑘𝑃𝑃𝑘𝑘)𝑠𝑠𝑠𝑠 𝑒𝑒𝑠𝑠 𝑢𝑢𝑢𝑢𝑘𝑘 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑘𝑘𝑐𝑐𝑠𝑠ó𝑢𝑢 > 12.500 ℎ𝑘𝑘𝑝𝑝𝑠𝑠𝑎𝑎𝑘𝑘𝑢𝑢𝑎𝑎𝑒𝑒𝑠𝑠 

 

𝑃𝑃

𝑚𝑚á𝑥𝑥

≤ 50 𝑚𝑚. 𝑐𝑐. 𝑘𝑘. (490.5 𝑘𝑘𝑃𝑃𝑘𝑘) 

 

Finalmente, el comportamiento hidráulico de cada uno de los escenarios de las  redes  virtuales 
diseñadas se evalúa con respecto al del modelo del caso real. Por lo tanto, se utilizan los archivos 
(.inp) resultantes para analizar y correlacionar las diferencias en los resultados con las suposiciones 
iniciales asumidas en cada escenario, mediante la comparación de las redes virtuales respecto a las 
redes reales. En la  Figura  5-5, se plantea inicialmente una comparación de las presiones en 
determinados nodos seleccionados de las redes, el caudal en tuberías próximas a las fuentes de 
abastecimiento, el cálculo de índices de desempeño hidráulico,  y  el análisis de  la distribución 
espacial de los diámetros de las tuberías contemplar el nivel de predicción de los modelos virtuales.  

Los índices propuestos que se a continuación, determinan qué tan resiliente es la red ante posibles 
fallas o interrupciones en el sistema, con base en la relación entre la energía disponible que abastece 

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Virtuales De RDAP Para Completar Información Catastral” 

 

 

Tesis II 

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19 

 

la red y la energía requerida para satisfacer la demanda, por lo que se consideran pertinentes para 
el presente trabajo.  Cabe mencionar que, dado que se maneja la misma metodología para generar 
la topología de la red, no se otorga un análisis adicional respecto a la geometría de la red con índices 
grafos dado que la aplicación de DVW ya fue satisfactoriamente  aceptada como una buena 
aproximación para obtener modelos virtuales similares a los reales para municipios de Colombia 
(Robles & Saldarriaga, 2018). 

 

Figura 5-5. Comparación del desempeño hidráulico de redes virtuales vs. Reales. Fuente: Elaboración propia 

Resilience Index 

𝑅𝑅𝑅𝑅 =

𝐷𝐷

𝑖𝑖

(𝐻𝐻

𝑖𝑖

− 𝐻𝐻

𝑖𝑖

𝑛𝑛

𝑛𝑛

𝑖𝑖=1

)

𝐷𝐷

𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜

𝑘𝑘

𝐻𝐻

𝑘𝑘

− ∑

𝐷𝐷

𝑖𝑖

𝐻𝐻

𝑖𝑖

𝑛𝑛

𝑛𝑛

𝑖𝑖=1

𝑛𝑛

𝑟𝑟

𝑘𝑘=1

 

(Paez & Filion, 2017b) 

Net Resilience Index 

𝑁𝑁𝑅𝑅𝑅𝑅 =

𝑈𝑈𝑁𝑁 ∗ ∑

𝐷𝐷

𝑖𝑖

(𝐻𝐻

𝑖𝑖

− 𝐻𝐻

𝑖𝑖

𝑛𝑛

𝑛𝑛

𝑖𝑖=1

)

𝐷𝐷

𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜

𝑘𝑘

𝐻𝐻

𝑘𝑘

+ ∑

𝐷𝐷

𝑖𝑖

𝐻𝐻

𝑖𝑖

𝑛𝑛

𝑛𝑛

𝑖𝑖=1

𝑛𝑛

𝑟𝑟

𝑘𝑘=1

 

(Paez & Filion, 2017b) 

Modified Resilience Index 

𝑀𝑀𝑅𝑅𝑅𝑅 =

𝐷𝐷

𝑖𝑖

𝑛𝑛

𝑛𝑛

𝑖𝑖=1

 (𝐻𝐻

𝑖𝑖

− 𝐻𝐻

𝑖𝑖

)

𝐷𝐷

𝑖𝑖

 𝐻𝐻

𝑖𝑖

(𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟)

𝑛𝑛

𝑛𝑛

𝑖𝑖=1

 

(Moreno, Rojas, & 

Saldarriaga, 2018) 

Donde 𝐷𝐷

𝑖𝑖

 es la demanda de agua del nodo 𝑠𝑠; 𝐻𝐻

𝑖𝑖

 es la altura de energía del nodo 𝑠𝑠; 𝐻𝐻

𝑖𝑖

 es la altura de 

energía requerida del nodo 𝑠𝑠 acorde con la presión mínima 𝑃𝑃

𝑚𝑚𝑖𝑖𝑛𝑛

; 𝐷𝐷

𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜

𝑘𝑘

 es el flujo de salida de cada 

fuente de abastecimiento 𝑘𝑘;  𝑈𝑈𝑁𝑁  es el coeficiente de uniformidad de diámetros en el nodo  𝑠𝑠 
estimado a partir del número de tuberías que conectan al nodo 𝑠𝑠 dividido entre el número máximo 
de tuberías que pueden conectarse a ese nodo (Páez & Filion, 2017). 

 

 

Comparar el Índice de Resiliencia para cada 

escenario durante  el periodo de simulación

Com

pa

ra

ci

ón

 m

od

el

os

vi

rt

ua

le

s v

s.

 r

ea

le

s

RI

NRI

Comparar el Índice de Resiliencia Neto para cada 

escenario durante  el periodo de simulación

MRI

Comparar el Índice de Resiliencia Modificado para 

cada escenario durante el periodo de simulación

Similitud 

espacial

Distribución espacial de los diámetros y 

porcentaje  de acierto

Desempeño Hidráulico

Verificar las presiones en nodos seleccionados 

durante  todo el periodo de simulación

Presión

Verificar la magintud del caudal en tuberías 

seleccionadas durante  el periodo de simulación

Caudal

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20 

 

6  RESULTADOS 

A partir de la metodología propuesta, se seleccionaron los casos de estudios de tres redes 
distribución de agua potable de municipios del Valle del Cauca debido a la cantidad y calidad en la 
información que se tiene disponible de estas redes: Ginebra, Candelaria y Bugalagrande. Los 
modelos hidráulicos de estos casos de estudio seleccionados son el resultado de una consultoría 
realizada en el año 2006 para Acuavalle, en la cual se realizó un exhaustivo proceso de calibración 
de RDAP de diversos municipios acorde con los datos de servicio ofrecidos por la misma empresa y 
mediciones en campo de presiones y caudales para ajustar los modelos a la operación real del 
sistema.  En  Tabla 6-1 y  Figura  6-1, se describen las características de cada una de las redes de 
estudios. Como se verá más adelante, estas redes cuentan con información confiable de la hidráulica 
real, considerando factores como patrones de consumo en el periodo de servicio de 24hrs, 
materiales de las tuberías, estimación de pérdidas menores y pérdidas por fugas, lo que resulta 
significativo para el objetivo y análisis propuesto. 

Tabla 6-1. Características de los modelos reales de los casos de estudio 

Características 

Ginebra 

Candelaria 

Bugalagrande 

Número de nodos 

398 

462 

583 

Número de tuberías 

469 

567 

655 

Número de fuentes de suministro 

Demanda Total (l/s) 

19.28 

49.5 

29.29 

Hora de Máximo Consumo HMC (hr) 

10 

12 

10 

Demanda en HMC (l/s) 

36.01 

100.02 

52.13 

Longitud (m) 

18740.1 

23281.7 

30970.9 

 

(a) 

 

 

(b) 

 

(c) 

 

Figura 6-1. Modelos hidráulicos reales de los casos de estudio (a) Ginebra (b) Candelaria (c) Bugalagrande 

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21 

 

6.1  Generación de la topología en DVW 

Se introdujeron los valores de los parámetros requeridos por DVW, considerando las demandas 
totales respectivamente para cada caso de estudio (Tabla 6-2), optando por redes cuya topología 
fuera generada con  un  número máximo de ciclos (CI) o nodos interconectados en su 100% en 
concordancia con el trazado vial del OMS actual. 

Tabla 6-2. Información de entrada a DVW 

Parámetro 

Valor 

Número de redes a generar 

DEM 

21-12 

Cycle Indicator - CI (%) 

100 

Trazado 

Use maximum 

possible Graph 

Mainpipe Offset - MPO (m) 

 

Tabla 6-3. Características de las redes virtuales generadas 

Características 

Ginebra 

Candelaria 

Bugalagrande 

Número de nodos 

205 

278 

661 

Número de tuberías 

310 

406 

785 

Número de fuentes de suministro 

Longitud (m) 

19479.7 

25277.1 

30342.9 

Como se puede observar en la tabla anterior, las características de las redes virtuales de Ginebra y 
Candelaria varían respecto a las redes reales, principalmente porque en los modelos reales se 
dispone una mayor cantidad de nodos de demanda entre las intersecciones entre calles y carreras 
(en promedio 5 nodos en áreas de 25x25 metros), mientras que DVW lo que hace es ubicar un solo 
nodo de demanda en dichas intersecciones. Al mismo tiempo, lo anterior resulta en un mayor 
número tuberías. Por otro lado, en Bugalagrande se presentó el caso contrario en que hay un mayor 
número de elementos en la red virtual que en la red real, debido a que DVW utiliza las calles y sus 
vértices tal cual están trazados en el OSM, por lo que como las calles de este municipio presentan 
forma irregulares y poco simétricas (más que todo curvas), se obtuvo un mayor número de nodos y 
tuberías para la red virtual. La diferencia en el número de elementos en las redes se refleja en la 
tabla que se muestra a continuación, donde el número positivo indica que hay un mayor número de 
nodos o tuberías en las redes reales que en las virtuales, y lo contrario con los números negativos. 

Tabla 6-4. Diferencias entre las redes reales y  redes virtuales generadas 

Características 

Ginebra 

Candelaria 

Bugalagrande 

Número de nodos 

193 

184 

-79 

Número de tuberías 

159 

161 

-131 

Longitud (m) 

-739,6 

-1995,4 

627,9 

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6.2  Diseño de las redes virtuales en WNG 

6.2.1  Proceso de diseño 

6.2.1.1  Catálogo de diámetros 

Para la lista de diámetros solicitados, se identificaron los diámetros y materiales de las tuberías 
utilizados en los modelos reales de cada caso de estudio para la elaboración de un catálogo de 
diámetros general. De esta manera, la lista de diámetros continuos se presenta en  la tabla a 
continuación y se consideraron materiales que se suelen observar en sistemas de acueducto en 
municipios de Colombia, como lo son el concreto y PVC. Para las tuberías en concreto se introdujo 
una rugosidad (ks) de 0.03 mm y para PVC de 0.0015 mm de acuerdo con la opción de cálculo 
hidráulico seleccionada con Darcy-Weisbach. 

Tabla 6-5. Catálogo de diámetros comerciales de tuberías 

Diámetro [in] 

Diámetro nominal 

[mm] 

2,5 

70 

100 

150 

200 

10 

250 

6.2.1.2  Altura de tanques 

Con el fin de que el análisis entre las redes reales y virtuales fuera comparable, las alturas iniciales 
de las fuentes de abastecimiento de las redes virtuales (dispuestas por DVW al momento de ser 
generadas) fueron ajustadas con las mismas alturas de las redes reales. 

Tabla 6-6. Altura de energía ajustada Real vs. Virtual 

Altura de energía (h) + Elevación (z) [m] 

Red 

Tanque 

Red Real 

Red Virtual 

DVW 

Red Virtual 

Ajustada 

Ginebra 

Tanque 397 

1.040 

1092 

1050 

Tanque 398 

1.040 

1092 

1050 

Candelaria 

Tanque 393 

1002 

1031 

1003 

Tanque 464 

1002 

1027 

1003 

Bugalagrande 

Tanque 580 

983 

1004 

980 

6.2.1.3  Patrón de consumo 

En el presente trabajo, se consideró un periodo de simulación de 24 horas suponiendo que el patrón 
de consumo es conocido para todos los casos de estudio. Por tanto, de los respectivos modelos 
reales, se extrajeron los factores multiplicadores de la demanda para las 24 horas y se cargaron en 

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Virtuales De RDAP Para Completar Información Catastral” 

 

 

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Daniela Rojas Betancourt 

23 

 

los modelos virtuales en WNG. Afortunadamente, el comportamiento de consumo resultó ser 
similar para todas estas redes de Acuavalle. 

 

Figura 6-2. Patrones de consumo reales 

6.2.1.4  Diseño de los escenarios planteados 

Según el esquema de los escenarios planteados en la Figura 5-5, se procede a diseñar los diámetros 
de las tuberías de las redes mediante el algoritmo de generación de WGN, en el que se ha de cumplir 
esencialmente con las restricciones de velocidad máxima y presión mínima en cada caso. Para las 
redes de Candelaria y Bugalagrande se consideró una presión mínima de 15 m, mientras que para 
Ginebra de 10 m dado que el modelo real maneja presiones muy pequeñas y se hizo el ajuste acorde 
con lo dispuesto anteriormente. El resto de las restricciones se mantuvieron iguales entre los tres 
escenarios. 

6.2.2  Comparación modelos reales vs. Virtuales 

En primera instancia, cabe recordar la descripción de cada escenario planteados acorde con los 
conjuntos de datos de entrada con la Figura 5-5. 

 

Material

de tuberías

Restricción

de diámetros

Distribución

de demanda

Generar escenarios

Demanda DynaVIBe-web

Demanda Real

d >200 mm

d >150 mm

d >200 mm

d >150 mm

ks 

reales 

PVC

ks 

reales 

PVC

ks 

reales 

PVC

ks 

reales 

PVC

Escenario No.

Diseño bajo restricciones >> diámetros de las tuberías

Suposiciones

adicionales

Estimar/Calibrar km

Estimar/Calibrar Fugas

d > 100 mm

11

12

10

2

3

4

5

6

7

8

9

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24 

 

6.2.2.1  Presión 

Con el diseño de cada escenario del 2  al 9, se seleccionaron cuatro (4) nodos de demanda en 
determinadas ubicaciones de los modelos reales y se compararon con los nodos equivalentes de los 
modelos virtuales. A continuación, se muestran los nodos seleccionados y los resultados de las 
presiones durante todo el periodo de simulación para cada uno de los escenarios. 

 

Ginebra 

Tabla 6-7. Comparación de presiones con nodos en la misma ubicación espacial - Ginebra 

Nodo 

Real 

Virtual 

327 

108 

331 

190 

128 

149 

314 

94 

 

 

 

Red real 

Red virtual 

Figura 6-3. Nodos seleccionados en cada modelo de Ginebra 

En las gráficas de la Figura 6-4 se observa la tendencia de todas las curvas de presión en conservar 
la misma forma dado que se utiliza el patrón de consumo real, aunque es evidente cierta diferencia 
en varios metros entre los escenarios virtuales y el real. Tomando como referencia los cuatro nodos 
de medición seleccionados se observa que no hay una tendencia sobre cuál es el escenario que se 
aproxima siempre mejor a la curva de la red real. Por el contrario, las diferencias de presión (‘dp = 

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25 

 

presión real – presión virtual’) de una red virtual respecto a la real, varían en magnitud de un nodo 
a otro. Mientras que para los Nodos 1 y 3, las redes virtuales que mejor se aproximan resultan ser 
la 11 y 12 cuyos conjuntos de datos son los más completos, para el Nodo 2 las que mejor se 
aproximan son la 6 y 7; y para el Nodo 4 la 9 y 5, tal como se observa en la Tabla 6-8. 

 

 

 

 

Figura 6-4. Gráficas de presión durante el periodo de simulación 

En esta tabla se muestran los escenarios ordenados (menor a mayor) de acuerdo con las diferencias 
de presión en la hora de máxima demanda (10 hrs) para estos cuatro nodos - exactamente en el 
mismo orden en que se presentan en las gráficas anteriores –  en  donde se observa la mayor 
diferencia  de presión es de 3.6 m. Sin embargo, la diferencia máxima de presión en el área de 
servicio para todos los escenarios virtuales está entre 9.6 – 10.7 m mayores que en la red real. 

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26 

 

Tabla 6-8. Jerarquía en las diferencias de presión en la Hora de Máxima Demanda (10hrs) 

Nodo 1 

Nodo 2 

Nodo 3 

Nodo 4 

dp 

Escenarios 

dp 

Escenarios 

dp 

Escenarios 

dp 

Escenarios 

-0,65

 

13

 

-0,12

 

13

 

1,34

 

13

 

0,30

 

9

 

-2,64

 

12

 

-1,57

 

6

 

-0,76

 

11

 

0,33

 

5

 

-2,73

 

11

 

-1,62

 

7

 

-0,94

 

12

 

0,41

 

10

 

-3,03

 

7

 

-1,90

 

3

 

-1,37

 

6

 

0,42

 

4

 

-3,05

 

9

 

-2,01

 

2

 

-1,39

 

5

 

0,45

 

8

 

-3,07

 

5

 

-2,22

 

11

 

-1,41

 

7

 

0,58

 

3

 

-3,25

 

4

 

-2,38

 

12

 

-1,47

 

8

 

0,63

 

2

 

-3,31

 

3

 

-2,97

 

8

 

-1,48

 

4

 

0,69

 

7

 

-3,35

 

6

 

-2,98

 

10

 

-1,49

 

10

 

0,78

 

12

 

-3,41

 

2

 

-2,99

 

5

 

-1,52

 

9

 

0,81

 

11

 

-3,50

 

8

 

-3,04

 

9

 

-1,78

 

2

 

0,93

 

6

 

-3,61

 

10

 

-3,12

 

4

 

-2,01

 

3

 

2,94

 

13

 

Al comparar la totalidad de las redes virtuales con la red real, se obtienen estadísticas de presión 
similares con diferencias en promedio de 2 m y máximo 8 m (ver Tabla 6-9). Además, en promedio 
cerca del 42% de las diferencias de presión en todos los nodos de las redes virtuales resultaron 
siendo entre 2 - 4 m mayores que en la red real; seguido por un 35% para diferencias entre los 0 - 2 
m en que las presiones en las virtuales fueron mayores que las reales, y cerca de 11% en el que, por 
el contrario, las presiones en la red real fueron mayores (ver Figura 6-5).  

Cabe destacar el comportamiento de la red virtual del escenario No. 13 que, al disminuir la altura 
de energía de ambos tanques en 2 m (1050 a 1048 m), la aproximación con la red real mejora 
significativamente en todos los puntos de medición,  en especial para los extremos de la red  y 
resultando como mejor escenario. En este último escenario, cerca de un 76% de los nodos de la red 
presenta diferencias de presión entre los -2 y 2 m, con la diferencia media de 0.4 m y la máxima de 
7.7 m. Las siguientes gráficas exponen lo anterior, siendo evidente la similitud entre escenarios 
virtuales y la influencia de la altura de energía de los tanques en el escenario No. 13. 

Tabla 6-9. Estadísticas de presión [m] en la HMD de la red Ginebra 

Red 

Mínimo 

Promedio 

Máximo 

Real 

6,7 

11,7 

19,6 

Virtual 2 

8,7 

13,9 

27,6 

Virtual 3 

8,6 

13,9 

26,6 

Virtual 4 

8,8 

14,0 

27,6 

Virtual 5 

8,9 

13,8 

27,1 

Virtual 6 

8,3 

13,8 

28,0 

Virtual 7 

8,3 

13,6 

26,5 

Virtual 8 

8,6 

14,0 

28,3 

Virtual 9 

8,8 

13,9 

27,2 

Virtual 10 

8,7 

14,0 

28,1 

Virtual 11 

8,2 

13,4 

27,1 

Virtual 12 

8,4 

13,5 

27,1 

Virtual 13 

6,1 

11,3 

25,1 

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27 

 

 

(a) 

 

(b) 

Figura 6-5. (a) Curva de densidad acumulada de las diferencias de presión. (b) Agrupación de diferencias de presión por nodos 

En resumen, se puede resaltar que en los extremos de la red (Nodos 1 y 2) se presentan las mayores 
diferencias de presión durante todo el periodo de simulación y cómo en el escenario no. 13 se ven 
significativamente favorecidos por los ajustes en las alturas de energía en ambos tanques, pues se 
reducen considerablemente las diferencias de presión con respecto al modelo real. En cambio, en 
los nodos más centrales (Nodos 3 y 4) se observa que antes de realizar dichos ajustes, ya de por sí 
muestran una satisfactoria aproximación a las presiones reales en esas zonas del área de servicio.   

 

 

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28 

 

 

Candelaria 

Tabla 6-10. Comparación de presiones con nodos en la misma ubicación espacial - Candelaria 

Nodo 

Real 

Virtual 

219 

237 

137 

437 

37 

73 

104 

 

 

 

Red real 

Red virtual 

Figura 6-6. Nodos seleccionados en cada modelo de Candelaria 

Para el caso de Candelaria, en los nodos en el extremo de la red se observa que las diferencias de 
presión en las horas de menor  demanda son mínimas respecto a la red real y se incrementan 
notoriamente en la hora de máxima demanda; mientras que en los nodos centrales, hay mayores 
diferencias en todo el periodo de simulación. Por otro lado, cabe destacar cómo en 3 de los 4 nodos 
seleccionados, los escenarios 11 y 12 muestran una mayor aproximación al caso real a medida que 
la información de entrada es más completa (estimando los valores de km y emisores). Para el nodo 
4, se presentan diferencias pequeñas de aproximadamente 1 m y un comportamiento contrario a 
medida que las pérdidas de energía son mayores en cada escenario virtual siendo evidente en cómo 
las redes virtuales satisfacen la hidráulica con una menor energía. Esto se puede explicar al observar 
que en esta zona hay un trazado adicional (correspondiente a dos calles hacia el norte del municipio) 
que permite una mayor distribución de la energía en cada nodo. 

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29 

 

Por otro lado, para el escenario no. 13 se realizaron varias pruebas al aumentar o reducir las alturas 
de los tanques de abastecimiento para evaluar el mismo comportamiento que en Ginebra. Sin 
embargo, los resultados mostraron  que el cambio de la energía disponible en los tanques sólo 
provocaba que las curvas de  presión subieran o bajaran los metros de diferencia inducidos 
(empeorando su aproximación para los nodos de medición), pero no mejoraba la aproximación en 
la hora de máxima demanda. Por tanto, se evaluó el escenario no. 13 nada más con medio metro 
de diferencia y así, el escenario se muestra como la mejor aproximación. 

 

 

 

 

Figura 6-7. Gráficas de presión durante el periodo de simulación 

En la Figura 6-10 se presentan las altas diferencias de presión entre las redes virtuales ordenadas de 
menor a mayor y la real en la hora de mayor demanda para los 4 nodos seleccionados. Se evidencia 
que hacia la zona norte del municipio (nodo 1) hay diferencias significativas de más de 6 metros en 

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30 

 

que las presiones en las redes virtuales son mayores que en la real; mientras que para los nodos en 
la zona sur (nodos 2 y 3) las diferencias están entre 2.6 metros y máximo 5.4 metros. Por otro lado, 
según lo que se mencionó en el párrafo anterior, el nodo 4 refleja dicho comportamiento con 
presiones mayores en la red real que en todas las virtuales y con diferencias de pequeña magnitud. 

Tabla 6-11. Jerarquía en las diferencias de presión en la Hora de Máxima Demanda (10hrs) 

Nodo 1 

Nodo 2 

Nodo 3 

Nodo 4 

dp 

Escenarios 

dp 

Escenarios 

dp 

Escenarios 

dp 

Escenarios 

-10,59 

-5,31 

-4,92 

-0,01 

-10,36 

-5,2 

-4,9 

-10,33 

-5,17 

-4,84 

0,04 

-10,22 

-5,03 

-4,64 

0,09 

-10,07 

-5,02 

-4,61 

0,13 

-10,06 

-4,99 

-4,3 

0,25 

-9,92 

-4,97 

-4,23 

0,32 

-9,73 

-4,89 

-4,13 

0,34 

-9,06 

13 

-4,46 

10 

-3,93 

13 

0,45 

13 

-9,01 

10 

-4,46 

13 

-3,9 

10 

0,52 

10 

-8,96 

11 

-4,37 

11 

-3,84 

11 

0,55 

11 

-6,69 

12 

-2,68 

12 

-3,11 

12 

0,61 

12 

Sin embargo, al comparar la totalidad de las redes virtuales con la red real, se obtienen estadísticas 
de presión similares con diferencias entre 4 y 6 metros (ver Tabla 6-12). Además, se observa que 
hay una mayor tendencia a tener altas diferencias de presión en un gran porcentaje de los nodos. 
Aproximadamente el 22% de los nodos de las redes virtuales presentan diferencias de presión entre 
-2 y 2 m; mientras que cerca del 75% de los nodos presentan diferencias de más de 4 m siendo las 
presiones virtuales mayores que las reales. Se observa que el escenario no. 12 muestra una mejoría 
al reducir la cantidad de nodos con diferencias de presión de gran magnitud, aunque no 
significativamente para ser el escenario con la información de entrada más completa.  

Tabla 6-12. Estadísticas de presión [m] en la HMD de la red Candelaria 

Red 

Mínimo 

Promedio 

Máximo 

Real 

13,4 

20,9 

27,9 

Virtual 2 

19,2 

25,4 

31,6 

Virtual 3 

19,3 

25,5 

31,7 

Virtual 4 

19,1 

25,3 

31,5 

Virtual 5 

19,2 

25,4 

31,7 

Virtual 6 

20,2 

25,4 

31,4 

Virtual 7 

20,3 

25,6 

31,8 

Virtual 8 

20,0 

25,4 

31,7 

Virtual 9 

20,3 

25,5 

31,6 

Virtual 10 

19,3 

24,8 

30,9 

Virtual 11 

19,2 

24,7 

30,8 

Virtual 12 

18,4 

23,6 

28,7 

Virtual 13 

19,3 

24,8 

30,9 

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31 

 

 

(a) 

 

(b) 

Figura 6-8. (a) Curva de densidad acumulada de las diferencias de presión. (b) Agrupación de diferencias de presión por nodos 

Similarmente al caso de Ginebra, se puede resaltar la necesidad de ajustar adecuadamente las 
alturas de energía de los tanques al observar que, por un lado, las alturas seleccionadas parecen ser 
precisas para los extremos de la red (Nodos 1 y 3) en donde se presentan diferencias de presión 
mínimas en las horas de menos consumo. Mientras que por el lado del centro de la red (Nodos 2 y 
4), hay mayores diferencias en todo el periodo de simulación que podrían ajustarse con las alturas 
de energía en ambos tanques, aunque estas diferencias se atribuyen más hacia las diferencias en 
las elevaciones de los nodos virtuales respecto a los reales. Finalmente, en ese caso se destaca la 
influencia de completar los conjuntos de datos de entrada al reducirse las diferencias de presiones 
entre los modelos virtuales y reales.  

 

 

 

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Tesis II 

Daniela Rojas Betancourt 

32 

 

 

Bugalagrande 

Tabla 6-13. Comparación de presiones con nodos en la misma ubicación espacial - Bugalagrande 

Nodo 

Real 

Virtual 

53 

239 

42 

198 

521 

192 

203 

636 

 

 

 

Red real 

Red virtual 

Figura 6-9. Nodos seleccionados en cada modelo de Bugalagrande 

Dado que Bugalagrande es una red más grande y de mayor complejidad, el comportamiento de las 
presiones en las redes virtuales se hace más significativas para los últimos 4 escenarios (10 – 13), 
mostrando una mayor influencia de la información de los conjuntos de datos de entrada  y 
estimación de las pérdidas en la red en el diseño e hidráulica de las redes. En las gráficas que se 
muestran a continuación, se ven  significativas diferencias a lo largo de todo el periodo de 
simulación, especialmente para los escenarios 2-9 en los cuales aún no se han incluido importantes 
pérdidas de energía, y cómo se logra una mejor aproximación al considerar dichas pérdidas. De la 
misma manera, resulta evidente cómo en la red virtual del escenario no. 13 hay un importante 
impacto al incrementar la altura de energía del tanque de abastecimiento en 5 m, en especial para 
la zona sur del municipio (Nodo 3) y también al reducirse tanto las diferencias de presión en las 
horas de mayor consumo, como en las de menor consumo. 

 

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33 

 

 

 

 

 

Figura 6-10. Gráficas de presión durante el periodo de simulación 

En la  Tabla  6-14  se muestran los escenarios ordenados  (menor a mayor) de acuerdo con las 
diferencias de presión en la hora de máxima demanda (10 hrs) para estos cuatro nodos - 
exactamente en el mismo orden en que se presentan en las gráficas anteriores. Para las zonas de 
mayor cercanía al tanque (Nodo 1 y 4) se presentan las menores diferencias en donde las presiones 
de la red real son mayores a las virtuales, con una media de aproximadamente 2.3 m; mientras que, 
en los extremos de las redes, la diferencia media de presión está en 15.4 m en el Nodo 2 y 3.57 m 
en el Nodo 3. Asimismo, se observa que, en las horas de menor consumo, en todos los cuatro nodos 
seleccionados se presentan diferencias de presión de aproximadamente 8 m y que este valor se 
reduce en 5 m acorde con la modificación en la altura del tanque en el escenario no. 13 de 980.3 m 
a 985 m, siendo evidente su influencia en los resultados. 

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34 

 

Tabla 6-14. Jerarquía en las diferencias de presión en la Hora de Máxima Demanda (10hrs) 

Nodo 1 

Nodo 2 

Nodo 3 

Nodo 4 

dp 

Escenarios 

dp 

Escenarios 

dp 

Escenarios 

dp 

Escenarios 

1,18

 

13

 

-17,21 

-7,46 

-0,71 

13 

2,67

 

5

 

-17,00 

-7,27 

0,26 

2,82

 

9

 

-16,99 

-6,86 

0,31 

2,87

 

4

 

-16,81 

-6,78 

0,31 

3,01

 

8

 

-16,61 

-6,68 

0,37 

3,29

 

3

 

-16,48 

-6,43 

0,38 

3,36

 

2

 

-16,423 

13 

-6,26 

0,41 

3,45

 

7

 

-16,30 

-5,83 

0,48 

3,61

 

6

 

-16,19 

-2,36 

13 

0,54 

5,75

 

10

 

-12,58 

10 

1,39 

10 

3,91 

10 

5,98

 

11

 

-12,36 

11 

1,62 

11 

4,10 

11 

7,45

 

12

 

-5,215 

12 

10,06 

12 

5,015 

12 

Al analizar la totalidad de los nodos de las redes virtuales, se obtienen estadísticas de presión 
similares a la red real con diferencias entre 1 y 4 m (ver Tabla 6-15). Además, se observa que sólo 
un 10% de los nodos de las redes virtuales de los escenarios 2-9 presentan diferencias de gran 
magnitud con presiones de 8 m mayores que en la red real (ver Figura 6-11 (a) y (b)). Cerca de un 
40% adicional de los nodos virtuales presenta presiones mayores que la red real entre 0 y 8 m; 
mientras que el restante 50% presenta esas mismas diferencias, pero siendo las presiones de la red 
real mayores que las virtuales. Por otro lado, para los últimos cuatro escenarios, sólo un 10% de los 
nodos virtuales presenta presiones mayores que la red real y el restante 90% presenta presiones 
inferiores a la real, llegando a máximas diferencias entre los 10 y 12 m. Cabe notar que el escenario 
no. 12 muestra las mayores diferencias y el escenario no. 13 muestra buena aproximación al 
concentrar cerca de un 80% de las diferencias de presión entre -4 y 4 m. 

Tabla 6-15. Estadísticas de presión [m] en la HMD de la red Bugalagrande 

Red 

Mínimo 

Promedio 

Máximo 

Real 

16,4 

30,8 

40,7 

Virtual 2 

19,2 

32,1 

38,5 

Virtual 3 

19,4 

32,0 

38,4 

Virtual 4 

19,1 

32,2 

39,1 

Virtual 5 

19,3 

32,4 

39,3 

Virtual 6 

19,3 

32,0 

38,2 

Virtual 7 

19,5 

32,1 

38,3 

Virtual 8 

19,2 

32,3 

38,8 

Virtual 9 

19,5 

32,5 

39,0 

Virtual 10 

17,2 

27,6 

35,7 

Virtual 11 

17,0 

27,4 

35,4 

Virtual 12 

9,8 

23,0 

34,0 

Virtual 13 

22,2 

31,8 

40,1 

 

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35 

 

 

(a) 

 

(b) 

Figura 6-11. (a) Curva de densidad acumulada de las diferencias de presión. (b) Agrupación de diferencias de presión por nodos 

En resumen, en esta red más compleja se puede observar cómo se logra una buena 
aproximación al completar los conjuntos de datos de entrada, ya que en los resultados se 
observa una reducción las diferencias de presiones entre los modelos virtuales y reales en 
determinados momentos del periodo de simulación. Tanto en Bugalagrande, como en los casos 
de estudio anteriores, las diferencias de presión en las primeras horas del día se reducen 
significativamente a partir del escenario no. 11 cuando se consideran pérdidas adicionales y de 
mayor impacto en la hidráulica de la red como son las fugas. Finalmente, en este caso también 
se resalta notoriamente la influencia de ajustar la altura de energía del tanque para el escenario 
no. 13. 

 

 

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36 

 

6.2.2.2  Caudal 

Con el diseño de cada escenario del 2 al 9, en cada caso de estudio se seleccionó una tubería en 
cercanía a la salida de las fuentes de abastecimiento de los modelos reales y virtuales, con el fin de 
comparar el caudal transitando. A continuación, se muestran los caudales durante todo el periodo 
de simulación para cada uno de los escenarios.  

Municipio > 

Ginebra 

Candelaria 

Bugalagrande 

Red > 

Real 

Virtual 

Real 

Virtual 

Real 

Virtual 

Link ID > 

371 

494 

483 

492 

397 

1442 

 

 

(a)  Ginebra 

 

(b) 

Candelaria

 

 

 

(c) Bugalagrande

 

 

Figura 6-12. Caudal durante el periodo de simulación para las tuberías seleccionadas 

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37 

 

De las gráficas anteriores se observa una aproximación aceptable del caudal transitando por las 
tuberías seleccionadas para todos los casos de estudio, aunque requiere ajustes para mejorar los 
modelos. En Ginebra, las diferencias de caudal para la tubería están en el rango de 0.5 y 4 l/s para 
la hora de máximo consumo, mientras que para las horas de menos consumo las diferencias son 
mínimas, a excepción de los escenarios no. 11 y 13. Estos escenarios  que incluyen las mayores 
pérdidas, empiezan sobreestimando el caudal transportado en 4 l/s y posteriormente, se estabiliza 
hacia las horas de mayor consumo. 

Para el caso de Candelaria, se observa que las diferencias de caudal en las horas de menor consumo 
son pequeñas de aproximadamente 3 l/s; mientras que para la hora de máximo consumo estas 
diferencias incrementan considerablemente en aproximadamente 20 l/s. Los escenarios 2 y 10 al 13 
mostraron las mejores aproximaciones, aunque ajustes podrían realizarse para mejorar los modelos. 
Por último, para Bugalagrande se considera la tubería en la primera bifurcación del único tramo 
proveniente del tanque, en donde se observa grandes diferencias de caudal de casi 35 l/s en los 
escenarios 2 al 9, reduciéndose a 20 l/s en los escenarios 10, 11 y 13, y siendo el mejor en el 
escenario no.12 con una diferencia de 10 l/s. Dando a entender que gran parte del caudal se está 
dirigiendo por las otras dos tuberías que se conectan al mismo nodo en la bifurcación. 

De esta manera, se puede resaltar que,  a diferencia del análisis de presiones en las redes, los 
caudales que pasan por las tuberías cercanas a las fuentes de abastecimiento muestran mayores 
diferencias entre las redes virtuales y el modelo real. Esto ocurre en especial cuando se cuenta con 
más de un tanque, ya que en la red real cada tanque cumple su propósito de abastecer un sector 
específico del área de servicio gracias al uso de válvulas o tuberías paralelas que permiten la 
sectorización. No obstante, en los modelos virtuales ambos  tanques  que están muy  cercanos 
tienden a conectarse a la misma única tubería. Además, esta investigación permitió reconocer la 
importancia de asignar la misma altura de energía cuando se tiene más de un tanque, ya que 
programas como WNG tienden a ignorar el tanque de menor energía hasta que sea esencialmente 
necesario para  satisfacer las demandas, y esto se observó claramente en las primeras horas de 
suministro la distribución de flujo era de 100% en uno y 0% en el otro. 

6.2.2.3  Índices Hidráulicos 

Para evaluar el comportamiento hidráulico de las redes se estimaron los índices de resiliencia 
durante todo el periodo de simulación tanto para las redes reales de todos los casos de estudio, 
como para cada uno de sus escenarios virtuales. En los resultados se observa que los valores de 
resiliencia para los modelos virtuales lograron una buena aproximación respecto al modelo real. Sin 
embargo, en la mayoría de los escenarios los valores de resiliencia fueron mayores en magnitud, lo 
que indica que tienen un mejor desempeño al contar con poca disipación de energía interna y mayor 
energía redundante.  

 

Ginebra 

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38 

 

A medida que se generan los escenarios virtuales 2 al 12, se observa que las diferencias en RI en las 
horas de menor consumo son mínimas y que en la hora de mayor consumo, las diferencias se 
reducen de aproximadamente 0.3 a 0.2. Cuando se tienen en cuenta otras pérdidas como emisores 
en el escenario no. 13, los valores de resiliencia son menores que en el modelo real, pero logran la 
mejor aproximación, con diferencias de mínimas de 0.02 –  0.05. El mismo comportamiento se 
muestra en el NRI, siendo un índice que considera la redundancia de la red. 

Por último, el MRI es aquel que muestra mayores diferencias entre los escenarios virtuales al ser un 
índice que contempla la relación entre la energía disponible y requerida, por lo que la importancia 
de la distribución de las demandas resulta evidente. Los escenarios que utilizan las demandas de 
DVW son los que presentan las mayores diferencias en los valores de este índice, lo que indica que 
hay mayor energía excedente disponible en cada nodo de la red; mientras que en los escenarios con 
demanda real se ajustan de mejor manera al caso real. No obstante, nuevamente el escenario no. 
13 es aquel que muestra las menores diferencias. 

 

 

 

 

Figura 6-13. Índices hidráulicos estimados durante el periodo de simulación - Ginebra 

 

Candelaria 

Se observa que para RI y NRI, en los primeros escenarios en que se utilizó la demanda asignada 
directamente por DVW, hay una baja aproximación de los valores de los índices de resiliencia en el 
tiempo con respecto a los del modelo real, aunque el promedio en todo el día si es similar. Por otro 
lado, al asignar tanto la demanda real, como las pérdidas en las redes, se simula de una mejor 
manera las variaciones de dichos índices durante todo el periodo de simulación. Sin embargo, siguen 
siendo diferencias de cerca del doble en magnitud que requiere mejores ajustes. Para el MRI de 
todos los escenarios virtuales, se observa que en las horas de menor consumo en los nodos hay una 
menor energía excedente disponible en comparación con el modelo real. Con el paso del tiempo, 
esta energía tiende a disminuir ligeramente en menor magnitud que en la red real, en la cual la 
energía excedente empieza a ser utilizada en gran medida como parte de la energía requerida, por 

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39 

 

lo que en la hora de máximo consumo hay una mayor energía excedente disponible en los nodos de 
las redes virtuales que en la red real. El escenario no. 12 mostró ligeramente la mejor aproximación. 

 

 

 

Figura 6-14. Índices hidráulicos estimados durante el periodo de simulación - Candelaria 

 

 

Bugalagrande 

Para RI y NRI, las mejores aproximaciones a los valores de resiliencia con las menores diferencias y 
las formas de las curvas (aprox. 1.0) se observan en los últimos escenarios generados (10 – 13). Por 
otro lado, para el índice MRI se observa que en los escenarios 2 – 9 en las horas de menores consumo 
hay una menor energía excedente disponible en los nodos virtuales en comparación con el modelo 
real; mientras que al incrementar las pérdidas en las redes virtuales en los escenarios 10 - 12, la 
energía excedente disponible se reduce considerablemente en mayor magnitud que en el modelo 
real. El escenario no. 13 nuevamente muestra las menores diferencias, en especial en la hora de 
máxima demanda.  

 

 

 

Figura 6-15. Índices hidráulicos estimados durante el periodo de simulación - Bugalagrande 

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Daniela Rojas Betancourt 

40 

 

6.2.2.4  Similitud espacial 

En la Figura  6-16, se observa  la  distribución de los  diámetros  obtenidos para  cada uno de los 
escenarios virtuales y se evidencian resultados similares entre sí, en donde las variaciones surgen es 
por contemplar los materiales de las tuberías y al restringir los diámetros de más o menos tramos 
de las redes. 

Para Ginebra, las diferencias en la distribución de diámetros en la red resultan evidentes, con una 
baja tendencia a incluir diámetro de 100 mm y alta por el diámetro de 50 mm. Para entender esto, 
cabe recordar que el algoritmo de WNG se encarga de garantizar un mínimo nivel de servicio 
realizando los ajustes necesarios en las tuberías principales y cumpliendo las restricciones con los 
diámetros más pequeños dados. Debido a que en Ginebra el menor diámetro para el catálogo de 
PVC es de 50 mm y en concreto de 75 mm, se explica cómo en los escenarios en que se daban como 
conocidos  los materiales de las tuberías, se reducía  el número de tuberías de 50 mm e 
incrementaban las de 75 mm. Por tanto,  se obtienen los porcentajes de acierto más altos de 
diámetros en la misma posición espacial que en el modelo real. 

 

(a) 

 

(b) 

Figura 6-16. (a) Distribución de diámetros para cada escenario virtual de Ginebra (b) Porcentaje de acierto de tuberías 

virtuales con diámetros en la misma posición espacial que el modelo real. 

Por otro lado, en Candelaria (ver Figura 6-17), la similitud entre casos virtuales es mucho mayor, ya 
que se descarta ese 2% de la red real con diámetro de 50 mm y se elige el diámetro de 75 mm como 
el más pequeño para el catálogo. En consecuencia, se favorece el uso del siguiente diámetro en la 
lista correspondiente a 100 mm, por lo que los escenarios cada vez se asemejan más al modelo real 
cuando además se restringen los diámetros de gran tamaño. Asimismo, en todos los escenarios con 
ks conocidos se obtienen los porcentajes de acierto más altos de diámetros en la misma posición 
espacial que en el modelo real. 

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Real

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

d = 50 mm

d = 75 mm

d = 100 mm

d = 150 mm

d = 200 mm

Red

Porcentaje 

Acierto

Virtual 2

34,2%

Virtual 3

24,6%

Virtual 4

29,9%

Virtual 5

22,4%

Virtual 6

29,2%

Virtual 7

26,7%

Virtual 8

28,5%

Virtual 9

20,3%

Virtual 10

28,5%

Virtual 11

28,5%

Virtual 12

28,8%

Virtual 13

28,5%

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Virtuales De RDAP Para Completar Información Catastral” 

 

 

Tesis II 

Daniela Rojas Betancourt 

41 

 

 

(a)

 

 

(b)

 

Figura 6-17. (a) Distribución de diámetros para cada escenario virtual de Candelaria. (b) Porcentaje de acierto de 

tuberías virtuales con diámetros en la misma posición espacial que el modelo real. 

Similarmente se observa lo mencionado anteriormente para el caso de Bugalagrande en la figura 
que se muestra a continuación. En este caso como la red es mucho más grande, no solo basta con 
conocer los materiales de las tuberías, sino que tiene mayor relevancia la cantidad de tuberías que 
se restringen o se asumen como conocidas. De esta manera es como se incrementan los porcentajes 
de aciertos de diámetros en la misma posición espacial que en el modelo real. Resulta evidente que 
el escenario no. 12 tiene el mayor acierto entre todos al disponer de información de entrada más 
completa. 

 

(a)

 

 

(b)

 

Figura 6-18. (a) Distribución de diámetros para cada escenario virtual de Bugalagrande. (b) Porcentaje de acierto de 

tuberías virtuales con diámetros en la misma posición espacial que el modelo real. 

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Real

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

d = 50 mm
d = 75 mm
d = 100 mm
d = 150 mm
d = 200 mm
d = 250 mm

Red

Porcentaje 

Acierto

Virtual 2

61,8%

Virtual 3

64,2%

Virtual 4

75,0%

Virtual 5

75,3%

Virtual 6

64,0%

Virtual 7

65,3%

Virtual 8

74,7%

Virtual 9

76,6%

Virtual 10

74,7%

Virtual 11

74,7%

Virtual 12

85,2%

Virtual 13

74,7%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Real

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

d = 50 mm
d = 75 mm
d = 100 mm
d = 150 mm
d = 200 mm
d = 250 mm

Red

Porcentaje 

Acierto

Virtual 2

56,0%

Virtual 3

56,2%

Virtual 4

59,8%

Virtual 5

59,6%

Virtual 6

57,2%

Virtual 7

57,9%

Virtual 8

62,2%

Virtual 9

62,5%

Virtual 10

62,2%

Virtual 11

62,2%

Virtual 12

69,3%

Virtual 13

62,2%

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Virtuales De RDAP Para Completar Información Catastral” 

 

 

Tesis II 

Daniela Rojas Betancourt 

42 

 

7  CONCLUSIONES 

En general para todos los casos de estudio al aplicar la metodología propuesta, los resultados de los 
modelos sintéticos muestran una buena aproximación en el desempeño hidráulico con respecto al 
modelo original. Esto se debe a que inicialmente se propone el uso de un algoritmo para obtener la 
topología de la red virtual, DynaVIBe-Web, ya que se ha demostrado en diversas investigaciones su 
capacidad para representar satisfactoriamente las características geométricas de las redes al tomar 
como base la información de las vías del área de interés. De manera complementaria, se abarca la 
herramienta WaterNetGen que permite una mayor flexibilidad en los datos de entrada a utilizar y 
facilita el diseño de los diámetros de las redes virtuales (obtenidas con DVW) con poco esfuerzo 
computacional y acorde con las restricciones de diseño predefinidas (V

max

 y P

min

). Esta combinación 

favorece la generación de modelos virtuales que se aproximen mejor a los modelos reales. 

De esta forma, los escenarios de análisis planteados buscan evaluar la influencia de disponer de 
fuentes de datos de entrada adicionales para desarrollar modelos virtuales, con el fin de determinar 
la importancia de que un operador amplíe la cantidad y calidad de la información requerida para 
completar sus modelos hidráulicos y el catastro de redes. Los resultados para todos los casos de 
estudio demuestran que la metodología propuesta permite obtener modelos virtuales con buenas 
aproximaciones en cuanto a la topología y desempeño hidráulico de los modelos reales.  

Además, se destacan las siguientes consideraciones específicas: 

 

Al usar conjuntos de datos más completos en las redes virtuales, como conocer las 
características de tramos principales, la distribución de la demanda y las pérdidas de energía de 
la red, se logra una mejor aproximación de la hidráulica y resiliencia de la red real. 

 

Las redes virtuales de Ginebra mostraron los resultados más satisfactorios y homogéneos en 
cuanto al desempeño hidráulico, ya que, al ser una red simétrica y corta en longitud, facilita el 
diseño y simulación de la hidráulica en la red. A medida que la red se vuelve más compleja y 
extensa, como en Candelaria y luego Bugalagrande, se presentan variaciones más heterogéneas 
entre los resultados de los escenarios virtuales. 

 

La investigación permitió reconocer la importancia de analizar la altura de energía suministrada 
por los tanques, ya que en algunos casos pueden influir en las variaciones de presión con 
respecto al modelo real, como se observó para todos los escenarios no. 13. 

 

Se observó que la distribución de la demanda no influye en el diseño e hidráulica de las redes 
virtuales, pero sí en la resiliencia. Los materiales de las tuberías sólo afectan el porcentaje de 
aciertos en el diseño, pero no en su desempeño hidráulico. Mientras que la cantidad de tramos 
principales conocidos y la estimación de las pérdidas, sí generan una mayor influencia en la 
hidráulica para lograr una mejor aproximación a la red real. 

 

Los índices de resiliencia RI y NRI muestran aproximaciones muy satisfactorias entre redes 
virtuales y reales. Para el MRI, los escenarios que utilizan las demandas de DVW presentaron 
mayores diferencias, lo que indica que hay mayor energía excedente disponible en cada nodo 
de la red; mientras que en los escenarios con demanda real se ajustan de mejor manera al caso 

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Virtuales De RDAP Para Completar Información Catastral” 

 

 

Tesis II 

Daniela Rojas Betancourt 

43 

 

real. No obstante, nuevamente el escenario no. 13 es aquel que muestra las menores 
diferencias. 

 

A pesar de que la mejor aproximación se obtuvo con el escenario no. 13 para todos los casos de 
estudio, el porcentaje de acierto de tuberías virtuales  con diámetros iguales en la misma 
posición que en el modelo real no resultó ser el más alto (aunque si dentro de los mejores). El 
escenario no. 12, en el que se conocen los diámetros de aproximadamente el 30% de la longitud 
de la red, claramente logró los mejores aciertos. 

 

Candelaria  Y Bugalagrande obtuvieron  aciertos en promedio cerca del 70% y 60%, 
respectivamente, de las tuberías de la red virtual cuyos diámetros eran iguales a los del modelo 
real en la misma posición espacial. En Ginebra, el porcentaje de aciertos disminuye al 20%, ya 
que en el catálogo de diámetros se consideró el de 50 mm y como WNG tiende a utilizar los 
diámetros más pequeños para cumplir para garantizar el mínimo nivel de servicio, hubo mayor 
prevalencia por este. Asimismo, Bugalagrande  

 

En este sentido, se pueden lograr modelos virtuales con una buena aproximación cuando se 
conocen los diámetros de tuberías del 20-30% de la longitud total de la red, haciendo énfasis en 
tramos principales del área de servicio  y cuando se estima satisfactoriamente el 
comportamiento de las pérdidas en las redes reales para simular correctamente la hidráulica.  

 

El programa de WNG funciona bien cuando se restringen o se asumen diámetros conocidos 
continuos entre sí y preferiblemente cercanos a los tanques, más que la selección aleatoria de 
tramos de la red. Esto debido a que el algoritmo de diseño empieza su recorrido por los tanques, 
aumentando primero los diámetros de tuberías más próximas y esto genera que se cumplan las 
restricciones con pocas tuberías de gran tamaño. Por tanto, un tramo de tubería restringido 
ubicado aleatoriamente en la red no genera mayor impacto en el diseño de las tuberías vecinas.  

 

La metodología para la generación de redes virtuales con esta metodología conlleva a una mejor 
aproximación en el desempeño hidráulico con respecto a los observado por (Robles & 
Saldarriaga, 2018), ya que permite mayor flexibilidad en la cantidad y calidad de información de 
entrada a utilizar. Esto permite validar las simulaciones de los modelos virtuales al mejorar los 
conjuntos de datos de entrada para representar mejor los modelos originales. 

Finalmente, es importante tener en cuenta que las consideraciones de diseño son muy diferentes 
entre la teoría y la práctica. A pesar de buscar ajustes cada vez más satisfactorios para simular mejor 
la hidráulica de las redes virtuales, el alcance de la  metodología propuesta se limita a obtener 
aproximaciones satisfactorias de las redes virtuales con respecto a los modelos hidráulicos 
disponibles de redes reales, a través del uso de algoritmos automáticos de generación y diseño, más 
aún no pretende representar al 100% el funcionamiento de una RDAP en la vida real. Esto se explica 
por el hecho de que, si se quisiera aplicar esta metodología en una RDAP que en realidad no cuenta 
con un catastro completo, es muy probable que no se pueda confiar en que su diseño cumple con 
las restricciones y lineamientos técnicos. Mientras que programas como WNG generan diseños 
factibles de redes virtuales que cumplen con los requerimientos de demanda y restricciones 
hidráulicas, por lo que, al compararlas con las redes en la vida real, los resultados obtenidos serán 
de por sí muy distintos. 

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Virtuales De RDAP Para Completar Información Catastral” 

 

 

Tesis II 

Daniela Rojas Betancourt 

44 

 

8  RECOMENDACIONES 

 

Según lo expuesto anteriormente,  se recomienda seguir ampliando esta  investigación  en los 
pasos posteriores a la generación de la topología de las redes virtuales con DVW, haciendo 
énfasis en obtener diseños que representen mejor lo que está sucediendo bajo tierra, en aquellas 
redes desconocidas para muchos operadores del servicio de acueducto. De esta forma, futuros 
trabajos podrían enfocarse ya en casos de estudio reales, buscando sistematizar bases de datos 
de redes reales (características de redes matrices, demandas por usuario, macromedición, 
sectorización, mediciones en campo de presión y caudal, materiales instalados, etc.) y tratar de 
estimar desde las bases teóricas otras variables de mayor incertidumbre como las pérdidas 
menores o fugas en la red (ej. Cálculo de número de accesorios por unidad de longitud en la red). 

En este sentido, pueden ocurrir dos situaciones en las que (1) sea posible seguir con la misma 
ruta de análisis de esta investigación en utilizar alguna herramienta como WNG para diseñar a 
partir de un conjunto de datos de entrada bastante completo y que se utilice información de 
presiones para calibrar las redes virtuales con respecto a las pérdidas en la red, y de esta forma, 
representar mejor la hidráulica. Por otro lado,  que (2) sea posible estimar las pérdidas de energía 
en las redes virtuales antes del diseño, con el fin de enfocarse más bien en calibrar los modelos 
virtuales en términos de los diámetros y así, obtener diseños que puedan representar con más 
aciertos en los diámetros. 

 

El trabajo a futuro podría enfocarse en el desarrollo de una herramienta o algoritmo aplicable 
para aproximarse más al diseño de redes virtuales para municipios de Colombia, con base en los 
métodos de diseño que se utilizan en la realidad, en lugar de utilizar los diseños factibles de 
programas desarrollados a nivel internacional. Para ello, se recomienda analizar mediante 
encuestas o datos reales la manera en cómo operadores del servicio o consultores desarrollan 
los diseños e implementaciones de RDAP en municipios de Colombia. Esto sirve como 
información base para el desarrollo de una herramienta realmente aplicable para las empresas 
prestadoras del servicio. Esto se plantea con el fin de probar esta metodología en una RDAP en 
funcionamiento y desarrollar modelos virtuales más confiables para representar la realidad, y 
menos teóricos en cuanto a demostrar cómo debería estar diseñada esa red. 

 

Se recomienda tener en cuenta una topografía más confiable para la generación de los modelos 
virtuales mediante el uso de DEM más precisos, con el fin de evitar mayores diferencias de 
presión entre ambos modelos. 

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Tesis II 

Daniela Rojas Betancourt 

45 

 

REFERENCIAS 

Mair, M., Rauch, W., & Sitzenfrei, R. (2014a). Improving incomplete water distribution system data. 

In 12th International Conference on Computing and Control for the Water Industry CCWI2013 

(pp. 1055–1062). Austria. 

Mair, M., Rauch, W., & Sitzenfrei, R. (2014b). Spanning Tree-Based Algorithm for Generating Water 

Distribution Network Sets by Using Street Network Data Sets. World Environmental and Water 

Resources Congress 2014: Water without Borders, (2011), 465–474. 

https://doi.org/10.1061/9780784413548.050 

Mair, M., Zischg, J., Rauch, W., & Sitzenfrei, R. (2017). Where to find water pipes and sewers?-On 

the correlation of infrastructure networks in the urban environment. Water  (Switzerland)

https://doi.org/10.3390/w9020146 

Mexichem PAVCO. (2018). Lista de Precios Base de PAVCO 2018. 

Ministerio de Desarrollo Económico. (2010). Reglamento Técnico del Sector de Agua Potable y 

Saneamiento Básico - RAS 2000 Título B. Sistemas de AcueductoReglamento Técnico del Sector 

de Agua Potable y Saneamiento Básico

Retrieved from 

http://www.minvivienda.gov.co/Documents/ViceministerioAgua/TITULOB 030714.pdf 

Möderl, M., Sitzenfrei, R., Fetz, T., Fleischhacker, E., & Rauch, W. (2011). Systematic generation of 

virtual networks for water supply. Water Resources Research,  47(2), 1–10. 

https://doi.org/10.1029/2009WR008951 

Moreno, C., Rojas, D., & Saldarriaga, J. (2018). RELATION BETWEEN POPULATION DENSITY AND 

TOPOLOGY IN POTABLE WATER DISTRIBUTION NETWORKS Methodology Optimal Design of 

RDAP, 1–16. 

Muranho, J., Ferreira, A., Sousa, J., Gomes, A., & Marques, A. S. (2012). WaterNetGen: An EPANET 

extension for automatic water distribution network models generation and pipe sizing. Water 

Science and Technology: Water Supply12(1), 117–123. https://doi.org/10.2166/ws.2011.121 

Paez, D., & Filion, Y. (2017a). Generation and Validation of Synthetic WDS Case Studies Using Graph 

Theory and Reliability Indexes. Procedia Engineering

186, 143–151. 

https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.03.220 

Paez, D., & Filion, Y. (2017b). Use of network theory and reliability indexes for the validation of 

synthetic water distribution systems case studies. Sustainable Energy Technologies and 

Assessments24, 2–7. https://doi.org/10.1016/j.seta.2016.12.002 

Robles, J., & Saldarriaga, J. (2018). Generation of Virtual WDS to Complete Cadastral Information of 

Existing Systems. In World Environmental and Water Resources Congress 2018 (pp. 422–434). 

Retrieved from https://ascelibrary-

org.login.ezproxy.library.ualberta.ca/doi/pdf/10.1061/9780784481424.033 

Sitzenfrei, R. (2016). A Review on Network Generator Algorithms for Water Supply Modelling and 

Application Studies. World Environmental and Water Resources Congress 2016, 505–515. 

Retrieved from https://ascelibrary.org/doi/abs/10.1061/9780784409763.fm 

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/385fa8918a4a2db37827ad5d12a44559/index-html.html
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Universidad de los Andes 

Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 

Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 

“Uso De Aproximaciones Metodológicas De Generación De Modelos 

Virtuales De RDAP Para Completar Información Catastral” 

 

 

Tesis II 

Daniela Rojas Betancourt 

46 

 

Sitzenfrei, R., Fach, S., Kleidorfer, M., Urich, C., & Rauch, W. (2010). Dynamic virtual infrastructure 

benchmarking: DynaVIBe. Water Science and Technology: Water Supply,  10(4), 600–609. 

https://doi.org/10.2166/ws.2010.188 

Sitzenfrei, Robert, Möderl, M., & Rauch, W. (2013). Automatic generation of water distirbution 

sysrems based on GIS data. Environmental Modelling and Software47, 138–147. 

 

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