Uso de técnicas automáticas de generación de RDAP para completar modelos hidráulicos y de catastro en redes existentes

Los Sistemas de Distribución de Agua Potable son parte fundamental de todo proyecto que permita satisfacer las necesidades básicas a una determinada población, es por esto

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TESIS DE MAESTRÍA 

 

USO DE TÉCNICAS AUTOMÁTICAS DE GENERACIÓN DE RDAP PARA 

COMPLETAR MODELOS HIDRÁULICOS Y DE CATASTRO EN REDES 

EXISTENTES 

 

 

Laura Sofía Martínez Pérez 

 

 

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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AGRADECIMIENTOS 

En primer lugar, quisiera agradecer a Dios por su guía a lo largo de todos los momentos de mi vida, 
especialmente ahora en la realización de esta maestría.  

Agradezco a mis padres, quienes siempre me han brindado su apoyo y ayuda, y quienes desde su 
experiencia de vida han guiado la mía de la mejor manera posible.  

Me  gustaría agradecer  a  cada  uno  de  mis  familiares,  tíos, tías,  primos  y  primas,  cada  día  puedo 
aprender de ustedes y sin su amor y apoyo no estaría logrando esta nueva meta.  

Infinitas gracias a cada uno de mis amigos, cada uno de ustedes aporto un granito de arena para 
poder  terminar  esta  tesis.  Especialmente  agradezco  a  Daniela,  Diego,  Eduardo,  Felipe,  Jorge, 
Santiago y Tatiana por hacer que este camino estuviera lleno de alegrías y muchas risas.  

Agradezco  a  mis  compañeros  del  Centro  de  Investigación  en  Acueductos  y  Alcantarillados  – 
CIACUA por permitirme crecer profesional y laboralmente en estos dos años de maestría.  

Quisiera  dar  las  gracias  a  los  profesores  Camilo  Salcedo  y  Laura  Solarte,  su  guía,  sus 
recomendaciones y consejos permitieron perfeccionar el trabajo realizado.  

Finalmente,  quiero  agradecer  al  profesor  Juan  Saldarriaga,  por  su  confianza,  su  conocimiento  y 
asesoría brindada, sin su ayuda no habría encontrado el resultado logrado. 

 

 

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COMPLETAR  MODELOS  HIDRÁULICOS  Y  DE  CATASTRO  EN  REDES 
EXISTENTES

 

MIC 2020-20 

 

 

Laura Sofía Martínez Pérez 

 

 

TABLA DE CONTENIDO 

Introducción ................................................................................................................................ 1 

1.1 

Objetivos ............................................................................................................................. 3 

1.1.1 

Objetivo General ......................................................................................................... 3 

1.1.2 

Objetivos Específicos ................................................................................................... 3 

Marco teórico .............................................................................................................................. 4 

2.1 

Antecedentes ...................................................................................................................... 4 

2.2 

Descripción del Software .................................................................................................... 6 

2.2.1 

DynaVIBe – Web .......................................................................................................... 6 

2.2.2 

REDES 2018 ................................................................................................................. 9 

2.2.3 

Cytoscape .................................................................................................................. 10 

Metodología .............................................................................................................................. 11 

3.1 

Cálculo del Offset de las Tuberías Principales ................................................................... 12 

3.2 

Modelo Real vs Modelo Virtual ......................................................................................... 13 

3.3 

Diseño Optimizado de Redes Virtuales ............................................................................. 15 

3.4 

Comparación Topología de Redes ..................................................................................... 15 

3.5 

Comparación Índices Hidráulicos ...................................................................................... 15 

Resultados y análisis de resultados ........................................................................................... 17 

4.1 

Caso de estudio 1: Mamatoco – Santa Marta, Magdalena ............................................... 17 

4.1.1 

Modelo Hidráulico Mamatoco .................................................................................. 17 

4.1.2 

Propiedades de la Red ............................................................................................... 17 

4.1.3 

Generación de la Topología ....................................................................................... 18 

4.1.4 

Resultados y Comparación ........................................................................................ 18 

4.2 

Caso de estudio 2: Sector 1 Bugalagrande, Valle del Cauca ............................................. 26 

4.2.1 

Modelo Hidráulico Sector 1 Bugalagrande ............................................................... 26 

4.2.2 

Propiedades de la Red ............................................................................................... 26 

4.2.3 

Generación de la Topología ....................................................................................... 26 

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Laura Sofía Martínez Pérez 

 

ii 

 

4.2.4 

Resultados y Comparación ........................................................................................ 27 

4.3 

Caso de estudio 3: Sector 2 Bugalagrande, Valle del Cauca ............................................. 36 

4.3.1 

Modelo Hidráulico Sector 2 Bugalagrande ............................................................... 36 

4.3.2 

Propiedades de la Red ............................................................................................... 36 

4.3.3 

Generación de la Topología ....................................................................................... 37 

4.3.4 

Resultados y Comparación ........................................................................................ 37 

4.4 

Caso de estudio 4: Andalucía Alta, Valle del Cauca........................................................... 46 

4.4.1 

Modelo Hidráulico Real Andalucía Alta ..................................................................... 46 

4.4.2 

Propiedades de la Red ............................................................................................... 46 

4.4.3 

Generación de la Topología ....................................................................................... 47 

4.4.4 

Resultados y Comparación ........................................................................................ 47 

4.5 

Caso de estudio 5: Candelaria, Valle del Cauca ................................................................. 56 

4.5.1 

Modelo Hidráulico Red Real Candelaria .................................................................... 56 

4.5.2 

Propiedades de la Red ............................................................................................... 56 

4.5.3 

Generación de la Topología ....................................................................................... 57 

4.5.4 

Resultados y Comparación ........................................................................................ 57 

4.6 

Caso de estudio 6: Troncal del Caribe, Santa Marta ......................................................... 66 

4.6.1 

Modelo Hidráulico Troncal del Caribe ....................................................................... 66 

4.6.2 

Propiedades de la Red ............................................................................................... 66 

4.6.3 

Generación de la Topología ....................................................................................... 66 

4.6.4 

Resultados y Comparación ........................................................................................ 67 

Conclusiones y Recomendaciones ............................................................................................ 75 

Bibliografía ................................................................................................................................ 79 

 

 

 

 

 

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iii 

 

ÍNDICE DE FIGURAS 

Figura 1. Interfaz Programa DynaVIBe - Web. Fuente: DynaVIBe - Web/Project Archive/Mamatoco. ............. 7

 

Figura 2. Primer paso para la generación de redes virtuales según la metodología de DynaVIBe – Web ......... 7

 

Figura 3. Segundo paso para la generación de redes virtuales según la metodología de DynaVIBe – Web ...... 8

 

Figura 4. Tercer paso para la generación de redes virtuales según la metodología de DynaVIBe – Web ......... 8

 

Figura 5. Cuarto paso para la generación de redes virtuales según la metodología de DynaVIBe – Web ......... 8

 

Figura 6. Quinto paso para la generación de redes virtuales según la metodología de DynaVIBe – Web ......... 9

 

Figura 7. Sexto paso para la generación de redes virtuales según la metodología de DynaVIBe – Web ........... 9

 

Figura 8. Interfaz Programa REDES 2018. ......................................................................................................... 10

 

Figura 9. Visualización de una red en Cytoscape .............................................................................................. 10

 

Figura 10. Ejemplo de caso Tubería Real vs Tuberías Virtuales ........................................................................ 14

 

Figura 11. Modelo Hidráulico Real del Sector Mamatoco de Santa Marta ...................................................... 17

 

Figura 12. Comparación Red Real vs Red Virtual - Prueba 9 - Red Mamatoco ................................................ 19

 

Figura 13. Redes representadas en el modelo Virtual - Red Mamatoco .......................................................... 20

 

Figura 14. Obtención parámetro MPO - Red Mamatoco ................................................................................. 21

 

Figura 15. Tuberías representadas por la Red Virtual Final  – Mamatoco ....................................................... 22

 

Figura 16. Ubicación de las mediciones de presión - Red Virtual - Mamatoco ................................................ 24

 

Figura 17. Ubicación de las mediciones de presión – Red Real - Mamatoco ................................................... 24

 

Figura 18. Modelo Hidráulico Real del Sector 1 de Bugalagrande ................................................................... 26

 

Figura 19. Comparación Red Real vs Red Virtual – Séptima Iteración ............................................................. 28

 

Figura 20. Comparación Tubería a Tubería – Séptima Iteración ...................................................................... 29

 

Figura 21. Obtención parámetro MPO - Red Bugalagrande Sector 1 ............................................................... 30

 

Figura 22. Tuberías representadas por la Red Virtual Final – Bugalagrande Sector 1 ...................................... 31

 

Figura 23. Ubicación de las mediciones de presión – Red Real - Bugalagrande Sector 1 ................................. 33

 

Figura 24. Ubicación de las mediciones de presión – Red Virtual - Bugalagrande Sector 1 ............................. 33

 

Figura 25. Modelo Hidráulico Real del Sector 2 de Bugalagrande ................................................................... 36

 

Figura 26. Comparación Red Real vs Red Virtual – Octava Iteración ............................................................... 38

 

Figura 27. Comparación Tubería a Tubería – Octava Iteración ........................................................................ 39

 

Figura 28. Obtención parámetro MPO - Red Bugalagrande Sector 2 ............................................................... 40

 

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Laura Sofía Martínez Pérez 

 

iv 

 

Figura 29. Tuberías representadas por la Red Virtual Final – Bugalagrande Sector 2 ...................................... 42

 

Figura 30. Ubicación de las mediciones de presión – Red Virtual - Bugalagrande Sector 2 ............................. 44

 

Figura 31. Ubicación de las mediciones de presión – Red Real - Bugalagrande Sector 2 ................................. 44

 

Figura 32. Modelo Hidráulico Real Andalucía Alta ........................................................................................... 46

 

Figura 33. Comparación Red Real vs Red Virtual – Octava Iteración ............................................................... 48

 

Figura 34. Comparación Tubería a Tubería – Octava Iteración ........................................................................ 49

 

Figura 35. Obtención parámetro MPO - Red Andalucía Alta ............................................................................ 50

 

Figura 36. Tuberías representadas por la Red Virtual Final – Andalucía Alta ................................................... 52

 

Figura 37. Ubicación de las mediciones de presión – Red Real - Andalucía Alta .............................................. 54

 

Figura 38. Ubicación de las mediciones de presión – Red Virtual - Andalucía Alta .......................................... 54

 

Figura 39. Modelo Hidráulico Real Candelaria ................................................................................................. 56

 

Figura 40. Comparación Red Real vs Red Virtual – Novena Iteración .............................................................. 58

 

Figura 41. Comparación Tubería a Tubería – Novena Iteración ....................................................................... 59

 

Figura 42. Obtención parámetro MPO - Red Candelaria .................................................................................. 60

 

Figura 43. Tuberías representadas por la Red Virtual Final – Candelaria ......................................................... 62

 

Figura 44. Ubicación de las mediciones de presión – Red Virtual - Candelaria ................................................ 64

 

Figura 45. Ubicación de las mediciones de presión – Red Real - Candelaria .................................................... 64

 

Figura 46. Modelo Hidráulico Real de Troncal del Caribe ................................................................................ 66

 

Figura 47. Comparación Red Real vs Red Virtual – Novena Iteración .............................................................. 68

 

Figura 48. Comparación Tubería a Tubería – Novena Iteración ....................................................................... 68

 

Figura 49. Obtención parámetro MPO - Red Troncal del Caribe ...................................................................... 69

 

Figura 50. Tuberías representadas por la Red Virtual Final – Troncal del Caribe ............................................. 71

 

Figura 51. Ubicación de las mediciones de presión – Red Virtual - Troncal del Caribe .................................... 73

 

Figura 52. Ubicación de las mediciones de presión – Red Real - Troncal del Caribe ........................................ 73

 

 

 

 

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ÍNDICE DE GRÁFICAS 

Ilustración 1. Tuberías correspondientes por prueba Red Mamatoco ............................................................. 19

 

Ilustración 2. Distribución de Diámetros - Red Mamatoco .............................................................................. 23

 

Ilustración 3. Tuberías correspondientes por prueba Red Bugalagrande – Sector 1 ....................................... 28

 

Ilustración 4. Distribución de Diámetros - Red Bugalagrande Sector 1 ............................................................ 32

 

Ilustración 5. Tuberías correspondientes por prueba Red Bugalagrande – Sector 2 ....................................... 38

 

Ilustración 6. Distribución de Diámetros - Red Bugalagrande Sector 2 ............................................................ 43

 

Ilustración 7. Tuberías correspondientes por prueba Red Andalucía Alta ....................................................... 48

 

Ilustración 8. Distribución de Diámetros - Red Andalucía Alta ......................................................................... 53

 

Ilustración 9. Tuberías correspondientes por prueba Red Candelaria ............................................................. 58

 

Ilustración 10. Distribución de Diámetros - Red Candelaria ............................................................................. 63

 

Ilustración 11. Tuberías correspondientes por prueba Red Troncal del Caribe ............................................... 67

 

Ilustración 12. Distribución de Diámetros - Red Troncal del Caribe ................................................................. 72

 

 

 

 

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vi 

 

ÍNDICE DE TABLAS 

Tabla 1. Propiedades de la Red Mamatoco ...................................................................................................... 17

 

Tabla 2. Demanda asociada a la Red Mamatoco .............................................................................................. 18

 

Tabla 3. Parámetros utilizados en cada iteración realizada de la Red Mamatoco ........................................... 18

 

Tabla 4. Porcentaje de Tuberías Representadas por el Modelo Virtual – Prueba 9 ......................................... 20

 

Tabla 5. Obtención parámetro MPO – Red Mamatoco .................................................................................... 21

 

Tabla 6. Parámetros DynaVIBe-Web utilizados en Prueba Virtual Final - Red Mamatoco ............................... 21

 

Tabla 7. Comparación de Características Red Real y Red Virtual - Mamatoco ................................................ 22

 

Tabla 8. Porcentaje de Tuberías Representadas por el Modelo Virtual – Prueba Final ................................... 23

 

Tabla 9. Mediciones de Presión Red Real vs Red Virtual .................................................................................. 24

 

Tabla 10. Índices Hidráulicos - Red Mamatoco ................................................................................................ 25

 

Tabla 11. Comparación Topología - Red Mamatoco ........................................................................................ 25

 

Tabla 12. Propiedades de la Red Sector 1 Bugalagrande ................................................................................. 26

 

Tabla 13. Demanda asociada a la Red Bugalagrande ....................................................................................... 26

 

Tabla 14. Parámetros utilizados en cada iteración realizada de la Red Bugalagrande .................................... 27

 

Tabla 15. Porcentaje de Tuberías Representadas por el Modelo Virtual – Prueba 7 ....................................... 29

 

Tabla 16. Obtención parámetros MPO - Red Bugalagrande Sector 1 .............................................................. 30

 

Tabla 17. Parámetros DynaVIBe-Web utilizados en Prueba Virtual Final - Red Bugalagrande Sector 1 .......... 30

 

Tabla 18. Comparación de Características Red Real y Red Virtual - Bugalagrande Sector 1 ............................ 31

 

Tabla 19. Porcentaje de Tuberías Representadas por el Modelo Virtual – Prueba Final ................................. 32

 

Tabla 20. Mediciones de Presión Red Real vs Red Virtual ................................................................................ 33

 

Tabla 21. Índices Hidráulicos - Red Bugalagrande Sector 1 .............................................................................. 34

 

Tabla 22. Comparación Topología - Red Bugalagrande Sector 1 ...................................................................... 34

 

Tabla 23. Propiedades de la Red Sector 2 Bugalagrande ................................................................................. 36

 

Tabla 24. Demanda asociada a la Red Bugalagrande ....................................................................................... 36

 

Tabla 25. Parámetros utilizados en cada iteración realizada de la Red Bugalagrande .................................... 37

 

Tabla 26. Porcentaje de Tuberías Representadas por el Modelo Virtual – Prueba 8 ....................................... 39

 

Tabla 27. Obtención parámetro MPO - Red Bugalagrande Sector 2 ................................................................ 40

 

Tabla 28. Parámetros DynaVIBe-Web utilizados en Prueba Virtual Final - Red Bugalagrande Sector 2 .......... 40

 

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vii 

 

Tabla 29. Comparación de Características Red Real y Red Virtual - Bugalagrande Sector 2 ............................ 41

 

Tabla 30. Porcentaje de Tuberías Representadas por el Modelo Virtual – Prueba Final ................................. 42

 

Tabla 31. Mediciones de Presión Red Real vs Red Virtual ................................................................................ 43

 

Tabla 32. Índices Hidráulicos - Red Bugalagrande Sector 2 .............................................................................. 44

 

Tabla 33. Comparación Topología - Red Bugalagrande Sector 2 ...................................................................... 45

 

Tabla 34. Propiedades de la Red Andalucía Alta .............................................................................................. 46

 

Tabla 35. Demanda asociada a la Red Andalucía Alta ...................................................................................... 46

 

Tabla 36. Parámetros utilizados en cada iteración realizada de la Red Andalucía Alta ................................... 47

 

Tabla 37. Porcentaje de Tuberías Representadas por el Modelo Virtual – Prueba 8 ....................................... 49

 

Tabla 38. Obtención parámetro MPO - Red Andalucía Alta ............................................................................. 50

 

Tabla 39. Parámetros DynaVIBe-Web utilizados en Prueba Virtual Final - Red Andalucía Alta ....................... 51

 

Tabla 40. Comparación de Características Red Real y Red Virtual - Andalucía Alta ......................................... 51

 

Tabla 41. Porcentaje de Tuberías Representadas por el Modelo Virtual – Prueba Final ................................. 52

 

Tabla 42. Mediciones de Presión Red Real vs Red Virtual ................................................................................ 54

 

Tabla 43. Índices Hidráulicos - Red Andalucía Alta ........................................................................................... 55

 

Tabla 44. Comparación Topología - Red Andalucía Alta ................................................................................... 55

 

Tabla 45. Propiedades de la Red Candelaria .................................................................................................... 56

 

Tabla 46. Demanda asociada a la Red Candelaria ............................................................................................ 56

 

Tabla 47. Parámetros utilizados en cada iteración realizada de la Red Candelaria ......................................... 57

 

Tabla 48. Porcentaje de Tuberías Representadas por el Modelo Virtual – Prueba 9 ....................................... 59

 

Tabla 49. Obtención parámetro MPO - Red Candelaria ................................................................................... 60

 

Tabla 50. Parámetros DynaVIBe-Web utilizados en Prueba Virtual Final - Red Canderlaria ............................ 60

 

Tabla 51. Comparación de Características Red Real y Red Virtual - Candelaria ............................................... 61

 

Tabla 52. Porcentaje de Tuberías Representadas por el Modelo Virtual – Prueba Final ................................. 62

 

Tabla 53. Mediciones de Presión Red Real vs Red Virtual ................................................................................ 63

 

Tabla 54. Índices Hidráulicos - Red Candelaria ................................................................................................. 64

 

Tabla 55. Comparación Topología - Red Candelaria ......................................................................................... 65

 

Tabla 56. Propiedades de la Red Troncal del Caribe ........................................................................................ 66

 

Tabla 57. Demanda asociada a la Red Troncal del Caribe ................................................................................ 66

 

Tabla 58. Parámetros utilizados en cada iteración realizada de la Red Candelaria ......................................... 67

 

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viii 

 

Tabla 59. Porcentaje de Tuberías Representadas por el Modelo Virtual – Prueba 9 ....................................... 69

 

Tabla 60. Obtención parámetro MPO - Red Troncal del Caribe ....................................................................... 69

 

Tabla 61. Parámetros DynaVIBe-Web utilizados en Prueba Virtual Final - Red Troncal del Caribe ................. 70

 

Tabla 62. Comparación de Características Red Real y Red Virtual - Troncal del Caribe ................................... 70

 

Tabla 63. Porcentaje de Tuberías Representadas por el Modelo Virtual – Prueba Final ................................. 71

 

Tabla 64. Mediciones de Presión Red Real vs Red Virtual ................................................................................ 72

 

Tabla 65. Índices Hidráulicos - Red Troncal del Caribe ..................................................................................... 73

 

Tabla 66. Comparación Topología - Red Troncal del Caribe, Santa Marta ....................................................... 74

 

 

 

 

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ix 

 

ÍNDICE DE ECUACIONES 

Ecuación 1. Ángulo de Cambio de Dirección .................................................................................................... 14

 

Ecuación 2. Ángulo de Cambio de Dirección cuando la tubería tiene más de un segmento ........................... 14

 

Ecuación 3. Resilience Index ............................................................................................................................. 16

 

Ecuación 4. Mean Pressure Surplus .................................................................................................................. 16

 

Ecuación 5. Mean Preassure Déficit ................................................................................................................. 16

 

 

 

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1  INTRODUCCIÓN 

Los  Sistemas  de  Distribución  de  Agua  Potable  son  parte  fundamental  de  todo  proyecto  que 
permita  satisfacer  las  necesidades  básicas  a  una  determinada  población,  es  por  esto,  que  los 
diseños y  el  proceso  constructivo  deben contar  con altos estándares  de  calidad  y  funcionalidad, 
garantizando así el correcto abastecimiento de este servicio.  

Actualmente, en Colombia las Redes de Distribución de Agua Potable tienen un lugar importante 
en los planes de desarrollo para diferentes ciudades o municipios, más específicamente en lugares 
apartados  de  las  grandes  ciudades  donde  hoy  en  día  no  se  tiene  un  acueducto  funcional  o  el 
Sistema no ha tenido procesos de mantenimiento o ampliación. 

Con el aumento acelerado de la población, los Gobiernos se han preocupado por mejorar, ampliar 
o  establecer  nuevas  Redes  de  Distribución  de  Agua  Potable  con  el  fin  de  suplir  las  necesidades 
básicas de toda población. Sin embargo, en Colombia, son al menos 522 municipios que no tienen 
actualización  catastral,  como  consecuencia  a  esto,  se  tiene  alta  incertidumbre  en  cuanto  a  la 
infraestructura presente en determinado lugar geográfico, haciendo así, que los estudios previos a 
cualquier obra de ampliación o mantenimiento de una cualquier estructura consuman más tiempo 
y recursos (IGAC,2019). 

Hoy en día se puede acceder a modelos hidráulicos que permiten mejorar el proceso de diseño, 
construcción,  operación  y  mantenimiento  de  las  Redes  de  Distribución  de  Agua  Potable;  esto 
genera  sistemas  óptimos  que  cumplen  con  las  diferentes  restricciones  que  pueda  tener 
determinada zona; estos modelos utilizan información relacionada a la red como  la ubicación de 
ésta, la distribución de la demanda que suple o la topografía de la zona en la que será diseñada y 
construida  una  futura  red.  Sin  embargo,  debido  a  la  poca  información  disponible  sobre  los 
Sistemas  de  Distribución  de  Agua  Potable  o  la omisión  de  ésta,  estos  modelos  hidráulicos  no  se 
pueden ejecutar correctamente.  

Como  solución  a  esta  falta  de  información,  se  han  desarrollado  algoritmos  que,  mediante 
determinados  parámetros,  permiten  generar  el  trazado  de  una  red  que  tenga  características 
similares a la real, como la topología y la hidráulica. Algunos de los parámetros que son utilizados 
para trazar la red virtual son la elevación del terreno, una zona definida en donde se encuentre la 
red, la ubicación de los tanques, la demanda del sistema de distribución, entre otros. Uno de los 
programas más utilizados para lograr esto es DynaVIBe – Web, un software en línea que permite 
generar redes virtuales altamente  similares a las redes  reales,  teniendo en cuenta la correlación 
existente entre la malla vial de una determinada zona y el trazado de una red hidráulica.   

 

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Utilizando  este  programa,  se  han  desarrollado  estudios  en  los  cuales  se  generan  redes  de 
distribución  virtuales  en  diferentes  lugares;  en  cuanto  al  caso  de  Colombia,  Robles  realizaó  un 
análisis  a  partir  de  la  generación  de  redes  de  distribución  en  municipios  de  Colombia  en  2018, 
estas  redes  virtuales  fueron  comparadas  con  los  modelos  reales  con  los  que  se  contaba  y  se 
determinó  que  la  generación  de  sistemas  de  distribución  de  agua  potable,  se  podía  aplicar  en 
etapas de diseño de una red o para completar modelos hidráulicos que carecieran de información 
útil y actualizada.  

El  trabajo  realizado  por  Rojas  en  2019,  utilizó  nuevamente  la  herramienta  DynaVIBe  –  Web  en 
complemento con una extensión de EPANET llamada WaterNetGen. En este estudio, se utilizó el 
primer programa para establecer la topología de las redes y el último para determinar el diámetro 
de las tuberías de la red.  

En base  a estas  investigaciones  realizadas aplicadas al caso colombiano, se  pretende  determinar 
una metodología que permita mejorar el proceso de generación de redes de distribución virtuales 
y lograr obtener una mejor aproximación al modelo real mediante el uso de algoritmos de diseño. 
Teniendo  en  cuenta  lo  anterior,  el  presente  estudio  tiene  como  principal  objetivo  plantear  un 
método  que  permita  obtener  modelos  virtuales  más  cercanos  a  los  reales  para  en  estudios 
posteriores completar modelos de catastro en diferentes ciudades o municipios del país.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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1.1  Objetivos 

1.1.1  Objetivo General 

Establecer  una  metodología  para  la  obtención  de  redes  de  distribución  virtuales  mediante  la 
herramienta DynaVIBe – Web, suficientemente similares para completar o actualizar información 
catastral de diferentes ciudades o municipios de Colombia.  

1.1.2  Objetivos Específicos 

•  Seleccionar  casos  de  estudio  que  cuenten  con  la  información  mínima  requerida  para  la 

generación de redes virtuales.  

•  Modificar cada uno de los parámetros de los cuales depende el modelo virtual, para así 

determinar cuáles permiten generar un mejor resultado para cada caso de estudio. 

•  Entender  el  efecto  que  cada  uno  de  los  criterios  utilizados  por  la  herramienta  

DynaVIBe - Web tiene en el resultado final de la red virtual.  

•  Determinar el valor del MPO, parámetro de alta importancia para generar redes virtuales 

similares a las redes reales.  

•  Diseñar  modelos  virtuales  generados  con  parámetros  y  restricciones  exigidas  por  las 

normas colombianas.  

•  Comparar topológica e hidráulicamente los modelos virtuales con los modelos originales 

mediante herramientas como ArcMap, Cytoscape y programación propia.  

•  Comparar  la  utilidad  de  la  metodología  propuesta  en  comparación  a  procesos 

anteriormente investigados. 

•  Proponer ideas de estudio para futuras investigaciones relacionadas con la generación de 

redes virtuales de distribución de agua potable. 

 

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2  MARCO TEÓRICO 

2.1  Antecedentes 

Las  Redes  de  Distribución  de  Agua  Potable  son  de  alta  importancia  para  el  desarrollo  del  ser 
humano,  pues  son  estas  las  encargadas  de  que  cierta  población  de  un  área  de  servicio  definida 
tenga acceso al servicio de Agua Potable en óptimas condiciones en cuanto a calidad y presión del 
fluido. Actualmente, la mayoría de las ciudades o municipios de Colombia carecen de información 
relacionada con los Sistemas existentes de Distribución de Agua Potable pues los datos vinculados 
a estos sistemas se encuentran incompletos, desactualizados o nunca han existido en el Catastro 
del lugar.  

Esta falta de información resulta en una incorrecta operación del sistema, complicaciones durante 
procesos  de  mantenimiento  o  rehabilitación  e  inconvenientes  al  realizar  futuros  modelos 
hidráulicos para la renovación o ampliación de una Red de Distribución de Agua Potable. Por otro 
lado, los procesos para la obtención de datos que informen sobre la dinámica de los Sistemas de 
Distribución de Agua Potable pueden resultar en un trabajo complejo, requiriendo gran inversión 
de  tiempo  y  dinero  para  Gobiernos  o  empresas  encargadas  del  acueducto  de  una  ciudad  o 
municipio.  

Como  solución  a  esta  problemática,  se  han  desarrollado  proyectos  que  pretenden  representar 
adecuadamente las redes reales mediante técnicas manuales o automáticas para la generación de 
modelos  virtuales,  mediante  algoritmos  que  correlacionan  diferentes  datos  con  el  trazado  de  la 
red (Robles, 2018), (Mair, Rauch, & Sitzenfrei, 2014) 

El  uso  de  redes  virtuales  o  semi  –  virtuales  puede  ser  una  solución  a  los  casos  en  donde  no  se 
tenga acceso a información completa o reciente; estas redes son obtenidas mediante programas 
ya  desarrollados  que,  mediante  diferentes  metodologías  como  la  aplicación  de  teoría  de  grafos, 
imitan  conjuntos  de  datos  reales  que  permiten  conseguir  sistemas  que  podrían  ser  usados  en 
diseños  preliminares  para  la  creación  de  una  nueva  Red  de  Distribución,  su  ampliación  o 
mantenimiento. Es importante resaltar que el uso de estos modelos virtuales debe utilizarse como 
una aproximación al modelo real, pues presentan algunas limitaciones.  

Dentro  de  las  limitaciones  que  se  pueden  encontrar  al  utilizar  los  modelos  virtuales  para 
problemas reales se presentan: la diferencia en la metodología del diseño de las tuberías, lo cual 
resulta en diferentes tamaños de tuberías; un trazado de la topología similar, pero no igual, lo que 
puede  resultar  en  una  red  virtual  más  dispersa  o  compacta  en  comparación  a  la  original;  las 
diferencias  en  las  redes  debido  al  crecimiento  poblacional  de  una  determinada  zona,  lo  cual 
resulta en redes virtuales que tienen en cuenta la presencia de más tuberías y nudos de demanda.  

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Como solución a esta problemática, se han desarrollado diferentes algoritmos para la generación 
automática  de  una  Red  de  Distribución  de  Agua  Potable  Virtual,  ejemplo  de  esto  son  los 
algoritmos:  System  Design  (MDS),  Water  Distribution  System  Designer  (WDS),  HydroGen  y 
WaterNetGeb, los cuales incluyen la creación del diseño de la red y un sistema de operaciones que 
permita dimensionar las tuberías. DynaVIBe-Web, es un algoritmo desarrollado por la Universidad 
de Innsbruck en Austria, el cual fue diseñado como una herramienta de generación automática de 
redes  de  distribución  que  tiene  en  cuenta  información  relacionada  a  las  redes  viales  de  una 
determinada zona y su correlación con la infraestructura hidráulica. 

Utilizando la herramienta DynaViBe – Web, se han realizado trabajos en base a la generación de 
modelos  virtuales,  su  comparación  con  las  redes  virtuales  y  su  posterior  análisis  por  medio  de 
índices  de  conectividad  e  hidráulicos.  El  presente  proyecto,  toma  la  investigación  realizada  por 
Robles en el año 2018 como punto de referencia, pues se tuvo en cuenta todo el análisis realizado 
para determinar cambios en los diferentes procesos de generación de los Sistemas de Distribución 
Virtuales y nuevas formas de comparar los modelos virtuales con los reales. 

Para  el  proyecto  anteriormente  mencionado,  se  generaron  redes  virtuales  para  seis  diferentes 
ciudades,  sectores  o  municipios  de  Colombia.  Posterior  a  esto,  se  comparó  cada  una  de  estas 
redes  virtuales  con  sus  modelos  reales,  teniendo  en  cuenta  índices  de  teoría  de  grafos  que 
representaran  la  topología  e  índices  hidráulicos.  Analizando  cada  uno  de  estos  criterios,  se 
identificó que el comportamiento entre redes reales y sus modelos virtuales es similar en cuanto a 
su  funcionamiento  y  geometría.  El  estudio  concluyó  la  posibilidad  de  completar  información 
catastral  teniendo  en  cuenta  las  redes  sintéticas  generadas  a  partir  de  la  correlación  existente 
entre  la  malla  vial  y  la  infraestructura  de  abastecimiento  de  agua  potable  para  diferentes 
municipios de Colombia (Robles, 2018).  

Adicional a lo anterior, la investigación realizada propuso un método para determinar el offset de 
las tuberías principales de la red, uno de los parámetros que  requiere el programa para generar 
modelos  virtuales.  Sin  embargo,  se  recomendó  plantear  una  nueva  metodología  que  permitiera 
obtener una mejor aproximación a este parámetro.   

En  las  siguientes  secciones  de  este  documento,  se  describirá  a  detalle  el  software  utilizado,  su 
funcionamiento  y  características;  se  especificará  la  metodología  utilizada  para  llegar  al  objetivo 
propuesto, este procedimiento cuenta con la variación de los parámetros que requiere DynaVIBe – 
Web, la obtención del valor del offset de las tuberías principales; el diseño de las redes mediante 
algoritmos que cuentan con las restricciones que aplican para el caso colombiano y la comparación 
de modelos virtuales y modelos reales mediante índices hidráulicos y de conectividad. 

 

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2.2   Descripción del Software 

2.2.1  DynaVIBe – Web 

DynaVIBe – Web, es una aplicación de libre acceso en línea que permite la generación de redes de 
distribución  o  drenaje  en  cualquier  lugar  del  mundo.  La  herramienta  logra  esto  a  partir  de 
diferentes  criterios  que  permiten  obtener  el  trazado  de  una  red;  dentro  de  los  parámetros 
solicitados,  se  encuentran  la  elevación  del  terreno,  el  área  de  servicio  que  será  analizada,  la 
demanda total de la red y la ubicación de las fuentes de agua; cada uno de estos parámetros serán 
explicados y analizados más adelante.  

El principio base que sigue la herramienta es el uso de la correlación existente entre el trazado vial 
de  la  zona  y  la  red  de  distribución  de  agua,  teniendo  en  cuenta  esto,  logra  generar  modelos 
virtuales  con  características  similares  de  comportamiento  hidráulico  y  geométrico  a  las  de  los 
modelos reales. 

Adicionalmente, la aplicación al ser ejecutada vía web permite que todos los estudios realizados se 
guarden  en  la  red  y  que  estos  sean  de  libre  acceso  para  todo  usuario  registrado,  lo  cual  hace 
menos complicado un proceso de comparación entre metodologías y parámetros utilizados.  

Como  se  mencionó  anteriormente,  el  programa  requiere  de  algunas  variables  de  entrada  que 
permiten generar los modelos virtuales, cada uno de estos parámetros se resumen a continuación:  

•  Demanda Total [l/s]: Caudal total suministrado en el área de servicio definida. 
•  Distribución de la demanda: El caudal total es distribuido en puntos de demanda que son 

generados  automáticamente  en  el  área  de  servicio.  Existen  dos  tipos  de  distribución: 
Uniforme  o  Normal,  esta  última  funciona  mejor  cuando  se  tienen  áreas  de  servicio  con 
alta densidad poblacional.  

•  Trazado de la red (Layout): El algoritmo de generación de redes se basa en el Open Street 

Map para definir el trazado del modelo que garantice un suministro de todos los nudos y 
un nivel mínimo de resiliencia.  
Este parámetro cuenta con tres diferentes opciones, las opciones ‘Random Spanning Tree’ 
o  ‘Minimal  Spanning  Tree’  dependen  de  un  parámetro  adicional  llamado  Indicador  de 
Ciclo  (CI);  mientras  que  la  opción  ‘Use  Maximum  Possible  Graph’  es  independiente  de 
otros parámetros y logra generar todos los ciclos que  considere  necesarios, teniendo en 
cuenta la correlación con la red vial.  

•  Indicador  de  Ciclo  (Cycle  Indicator]  [%]:  Parámetro  que  determina  la  condición  para 

añadir o no ciclos a la red. Crea ciclos donde se determine que es camino más corto por el 
cual se transportara agua entre dos nudos.   

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Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
USO  DE  TÉCNICAS  AUTOMÁTICAS  DE  GENERACIÓN  DE  RDAP  PARA 
COMPLETAR  MODELOS  HIDRÁULICOS  Y  DE  CATASTRO  EN  REDES 
EXISTENTES

 

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•  Offset Tubería Principal (Main Pipe Offset) [m]: Ubica las tuberías principales (de mayor 

diámetro)  teniendo  en cuenta  un  polígono  y  la  distancia  desde  el  perímetro del  área  de 
interés hacia el centro de ésta.   

•  Número de Redes: Número de redes de distribución virtuales que se desean generan. 
•  Modelo de Elevación Digital (DEM): Selección del Modelo de Elevación Digital. DynaVIBe – 

Web, cuenta con los datos del CGIAR-CSI, donde seleccionando un área de interés, retorna 
información sobre la elevación del terreno. 

•  Área  de  Interés:  Área  demarcada  mediante  el  trazado  de  un  polígono  en  la  zona  de 

interés; debe incluir todo el trazado vial con el que se cuenta. 

•  Ubicación de las Fuentes de Agua: Ubicación de tanques o reservorios dentro del polígono 

antes trazado. 

 

Figura 1. Interfaz Programa DynaVIBe - Web. Fuente: DynaVIBe - Web/Project Archive/Mamatoco. 

A continuación, se presenta y describe el proceso que sigue la herramienta DynaVIBe – Web para 
la generación de modelos virtuales.  

Al definir un área de servicio, el programa elimina todos los segmentos que se encuentran fuera 
de este, con lo cual se obtiene la silueta de la red virtual.   

 

Figura 2. Primer paso para la generación de redes virtuales según la metodología de DynaVIBe – Web 

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Posterior  a  esto,  el  algoritmo  conecta  la  red  a  los  tanques  o  reservorios.  El  inicio  y  final  de  las 
tuberías (la dirección) se determina teniendo en cuenta el Modelo de Elevación Digital. 

 

Figura 3. Segundo paso para la generación de redes virtuales según la metodología de DynaVIBe – Web 

El algoritmo entiende el Sistema de Distribución como una gráfica (G=(E, V)) donde E se refiere a 
los ejes (tuberías) y V son los vértices (nudos). El primer árbol resultante, es una sub-gráfica de G, 
que incluye todos los vértices que crearán un árbol conectado que no contiene ciclos.  

 

Figura 4. Tercer paso para la generación de redes virtuales según la metodología de DynaVIBe – Web 

A continuación, se distribuye la demanda en la red de acuerdo con el tipo de distribución, normal 
o uniforme.  

 

Figura 5. Cuarto paso para la generación de redes virtuales según la metodología de DynaVIBe – Web 

Los ejes (E) que no tienen demanda son removidos, dejando como resultado una sub-gráfica G que 
conecta a todos los nodos de demanda y a las fuentes de agua. 

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Figura 6. Quinto paso para la generación de redes virtuales según la metodología de DynaVIBe – Web 

Incluir ciclos en la red, permite generar Sistemas de Distribución de Agua Potable resistente. Esto 
está  parametrizado  por  el  valor  CI  (0-1);  este  incluye  ejes  de  la  red  vial  entre  dos  nudos  de 
demanda. Estos ejes son incluidos solamente si la longitud de la alternativa es menor CI veces que 
la distancia entre los dos nudos de demanda. 

 

Figura 7. Sexto paso para la generación de redes virtuales según la metodología de DynaVIBe – Web 

2.2.2  REDES 2018 

El  programa  REDES  fue  desarrollado  en  el  Centro  de  Investigaciones  en  Acueductos  y 
Alcantarillados (CIACUA) del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de la Universidad de los 
Andes. Es una herramienta de modelación de redes de tuberías a presión.  

REDES  está  basado  en  criterios  de  optimización  de  Redes  de  Distribución  de  Agua  Potable 
derivados de diferentes investigaciones realizadas en universidades de todo el mundo. Dentro de 
los métodos más importantes se encuentran los criterios análogos de optimización económica que 
se basan en el criterio de I-Pai Wu (Featherston, 1983), (Featherstone & El-Jumaily) y el método 
del gradiente para el cálculo de redes cerradas (Todini & Pilati, 1987).  

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El programa REDES permite realizar diseños mediante diferentes metodologías, sin embargo, cada 
una de estas utiliza los mismos criterios hidráulicos y económicos: mantener la presión mínima en 
todos los nudos y minimizar el costo de la red. 

 

Figura 8. Interfaz Programa REDES 2018. 

2.2.3  Cytoscape 

Cytoscape es una plataforma de libre acceso que permite observar redes de interacción molecular 
y biológica. Inicialmente, el software fue diseñado para diferentes investigaciones en el área de la 
biología, sin embargo, el algoritmo es utilizado en diferentes áreas de interés que tengan relación 
con el análisis y visualización de redes.  

En  el  caso  de  las  redes  de  distribución  de  agua  potable,  el  software  permite  el  análisis  de  estos 
sistemas  mediante  la  obtención  de  diferentes  índices  que  permiten  comparar  topológicamente 
dos o más redes. Para esta investigación se escogieron tres parámetros que definen el tamaño de 
una red en cuanto al número de ejes y vértices y el espaciamiento de estos elementos.  

 

Figura 9. Visualización de una red en Cytoscape 

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3  METODOLOGÍA 

El procedimiento que será presentado en este documento busca mejorar los resultados obtenidos 
a  partir  de  la  generación  de  redes  de  distribución  de  agua  potable,  mediante  la  variación  e 
iteración  de  cada  uno  de  los  parámetros  de  los  cuales  depende;  se  explicaron  los  aspectos  que 
fueron  tenidos  en  cuenta  para  obtener  el  offset  de  cada  una  de  las  redes  y  por  último,  se 
planteará el método utilizado para realizar la comparación entre redes virtuales y redes reales.  

En  primer  lugar,  cada  uno  de  los  parámetros  de  los  cuales  depende  el  resultado  generado  por 
DynaVIBe – Web, fue cambiando en un orden específico, dejando otros criterios constantes para 
lograr identificar y entender el impacto que cada variable tenía en el modelo virtual resultante. Los 
parámetros que se mantuvieron constantes durante las pruebas fueron la demanda, el número de 
redes a generar, el área de servicio establecida y la ubicación de las fuentes de abastecimiento.  

Inicialmente  se  modificó  la  Distribución  de  la  Demanda  teniendo  en  cuenta  las  dos  opciones 
disponibles:  distribución  normal  y  distribución  uniforme;  a  continuación,  se  alteró  la  opción  del 
Trazado de la Red, que como se mencionó en la sección de Descripción del Software, puede tener 
dos  opciones  que  dependen  de  un  segundo  parámetro  (Indicador  de  Ciclo  –  CI)  o  una  tercera 
alternativa  que  ya  tiene  en  cuenta  todos  los  posibles  ciclos  que  se  pueden  formar  en  la  red; 
posteriormente,  se  modificó  el  criterio  de  Indicador  de  Ciclo,  este  fue  variado  de  10%  a  50% 
teniendo también en cuenta cambios en la distribución de la demanda y en el trazado de la red. 

En  total,  se  realizaron  un  total  de  12  pruebas  por  caso  de  estudio,  cada  una de  estas  redes  fue 
generada  mediante  diferentes  parámetros  con  el  fin  de  comparar  cada  uno  de  los  resultados  y 
definir  los  criterios  que  permiten  la  obtención  de  una  red  virtual  bastante  similar  al  modelo 
original. 

Al identificar  los parámetros que permitían la generación de una red virtual más similar a la red 
real,  se  procedió  con  la obtención  del offset  de  las tuberías  principales.  Inicialmente,  se  intentó 
obtener  un  valor  mediante  un  proceso  iterativo  entre  un  rango  definido  para  cada  caso  de 
estudio;  este  rango  tenía  como  límites  diferentes  distancias  desde  el  perímetro  del  área  de 
servicio  trazada  hasta  un  punto  cercano  al  centro.  Aunque  esta  metodología  seguía  el  principio 
establecido por DynaVIBe-Web, ésta no era la mejor aproximación que se podría utilizar.  

 

  

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3.1  Cálculo del Offset de las Tuberías Principales 

Para la obtención del valor del offset de las tuberías principales, se siguió el principio de DynaVIBe-
Web de establecer una distancia desde el perímetro del área de servicio hasta un punto cercano al 
centro del polígono, la diferencia radica en que, en este caso, se tomarían múltiples puntos sobre 
el  borde  del  área  y  se  mediría  la  longitud  hasta  el  centroide  geométrico  del  polígono 
correspondiente a cada caso de estudio.  

La razón por la cual se toma el centroide geométrico es la definición de offset en DynaVIBe-Web, 
la cual describe este parámetro como la distancia desde el perímetro del polígono hacia el centro 
del área, ya que se supone que es allí donde se encuentran la mayoría de las tuberías principales 
de la red.  

Este  cálculo  se  realizó  mediante  el  desarrollo  de  un  algoritmo  en  MATLAB,  el  cual  consiste  en 
importar  el  área  de  servicio  junto  con  su  escala,  establecer  el  centroide  de  ese  polígono  y  la 
asignación  de múltiples  puntos (10, 100  y  500  puntos)  sobre  el  borde  del área  y  la medición  de 
estos  puntos  hacia  el  centroide  geométrico  de  esta  zona;  al  obtener  las  múltiples  distancias,  se 
calcula  el  promedio  de  estas  y  el  valor  resultante  se  toma  como  el  offset  de  las  tuberías 
principales.  

Generalmente,  no  todas  las  tuberías  principales  se  encuentran  en  el  centro  de  una  red  de 
distribución de agua potable, algunos de estos elementos se pueden ubicar en zonas o extremos 
diferentes  que  conecten  a  diferentes  sistemas.  Esto  puede  ser  una  mejora  aplicable  a  la 
metodología  anteriormente  mencionada,  pues  mediante  el  trazado  de  nuevos  polígonos  más 
pequeños que representes las zonas donde se pueden encontrar tuberías principales, se obtendría 
cada vez una mejor aproximación al offset de un caso de estudio.  

Teniendo  el  valor  del  offset  de  las  tuberías  principales  y  habiendo  identificado  los  criterios  que 
permiten obtener una mejor aproximación al modelo real, se procede a realizar una comparación 
que permita identificar que tuberías del modelo real se encuentran representadas por el modelo 
virtual. 

El proceso que se siguió para realizar la comparación consistió en lograr sobreponer los modelos 
reales y virtuales, para en principio observar la similitud o diferencia entre escenarios realizados; a 
continuación,  se  compararon  las  redes  tubería  a  tubería  con  el  fin  de  identificar  el  número  de 
tuberías que estaban siendo representadas en la red virtual, verificar si tenían un error asociado y 
determinar la tolerancia aceptada. 

 

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3.2  Modelo Real vs Modelo Virtual 

El proceso que se siguió para realizar la comparación consistió en lograr sobreponer los modelos 
reales y virtuales, para en principio observar la similitud o diferencia entre escenarios realizados; a 
continuación,  se  compararon  las  redes  tubería  a  tubería  con  el  fin  de  identificar  el  número  de 
tuberías que estaban siendo representadas en la red virtual, verificar si tenían un error asociado y 
determinar la tolerancia aceptada. 

Para realizar el proceso de comparación de tubería a tubería, se desarrollaron algunos métodos en 
el programa MATLAB el cual permitía identificar las tuberías correspondientes del modelo virtual 
al  real;  para  realizar  este  algoritmo  se  tuvieron  diversos  criterios  a  tener  en  cuenta,  ya  que  en 
algunos casos se encontró que la geometría de algunas tuberías del modelo real era representada 
por  múltiples  tuberías  virtuales.  Las  pautas  que  se  tuvieron  en  cuenta  para  realizar  esta 
herramienta en MATLAB y todo el procedimiento detallado se explicarán a continuación. 

DynaVIBe – Web junto con el archivo .inp de la red, exporta documentos tipo Shape, en los cuales 
las  tuberías  son  representadas  como  un  conjunto  de  líneas  diferentes  con  características 
asociadas;  para  la  red  real,  se  obtuvieron  los  archivos  tipo  Shape  mediante  la  herramienta 
InpTools,  en  estos  documentos  las  tuberías  también  eran  simbolizadas  como  líneas  con 
propiedades asociadas como diámetro, longitud y nudos a los cuales estaba conectada. Al intentar 
comparar tubería a tubería en la herramienta ArcMap 10.5, se presentaron inconsistencias en los 
resultados, esto, debido a que en algunos modelos reales algunos de los conductos tenían cambios 
de  dirección o ángulo, por lo cual, las tuberías del modelo virtual que  representaran dicho tubo 
serían más de una. 

Inicialmente, el script importa las tuberías de la red real como líneas junto con sus coordenadas, 
así  como  sus  propiedades  principales,  como  el  azimut,  la  longitud  de  esta  y  los  diferentes 
segmentos  (cambios  de  dirección)  que  la  componen,  si  es  el  caso.  Acto  seguido  se  realizaba  lo 
mismo con las tuberías del modelo virtual, en donde las tuberías con cambios de dirección sí eran 
mostradas como múltiples líneas que representaban un solo conducto en la red real.  

Para  realizar  una  asignación  adecuada,  fue  necesario  determinar  si  la  tubería  real  presenta 
cambios  de  direcciones  o  si  es  una  línea  recta;  para  ello,  se  definió  un  ángulo  de  cambio  de 
dirección  que  permitiera  evaluar  adecuadamente  aquellas  tuberías  donde  la  real  sea  una  línea 
continua con cambio de dirección, pero en el modelo virtual se muestren diferentes líneas como 
se muestra en la Figura 10, en donde la tubería original resaltada en rojo es un sólo segmento y la 
red virtual la presenta como múltiples tuberías. 

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Figura 10. Ejemplo de caso Tubería Real vs Tuberías Virtuales 

El indicador de cambio de ángulo que permite definir si existe un cambio de dirección, es definido 
a  partir  de  las  coordenadas  x,  y obtenidas  del  archivo  .Shape. La ecuación  para  ser  calculado  se 
presenta a continuación:  

Ecuación 1. Ángulo de Cambio de Dirección 

Á𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝐶𝑎𝑚𝑏𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝐷𝑖𝑟𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 =

180

𝜋

atan (

𝑚

𝑦,𝑛

− 𝑚

𝑦,1

𝑚

𝑥,𝑛

− 𝑚

𝑥,1

) 

En el caso de tener n segmentos en una tubería, el cálculo de ángulo es realizado a partir de una 
sumatoria  partiendo  del  último  segmento  al  primero,  tal  como  se  muestra  en  la  siguiente 
ecuación: 

Ecuación 2. Ángulo de Cambio de Dirección cuando la tubería tiene más de un segmento 

𝐶𝑎𝑚𝑏𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝐷𝑖𝑟𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑛 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑜𝑠 𝑠𝑒𝑔𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑠  

=   ∑

180

𝜋

atan (

𝑚

𝑦,𝑛

− 𝑚

𝑦,1

𝑚

𝑥,𝑛

− 𝑚

𝑥,1

) −

180

𝜋

atan (

𝑚

𝑦,𝑗

− 𝑚

𝑦,𝑗−1

𝑚

𝑥,𝑗

− 𝑚

𝑥,𝑗−1

)

2

𝑗= 𝑛

 

Una vez se determina si se va a comparar una tubería a una tubería o una tubería a varias tuberías, 
se  determina  si  los  puntos  medios  de  los  segmentos  reales  y  virtuales  se  encuentran  a  una 
distancia menor o igual a la establecida por el usuario, en caso de que esta distancia sea mayor, se 
descarta la posibilidad de que esa tubería virtual corresponda a una tubería real.  

Después  de  encontrar  coincidencias  de  tuberías,  se  aplica  el  último  criterio  para  determinar  si 
una(s) tubería(s) corresponde(n) o no. Para esta última pauta, el usuario debe definir un ángulo de 
tolerancia, pues las líneas no son totalmente paralelas y pueden existir leves cambios en el ángulo 
entre tuberías. 

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15 

 

Si la(s) tubería(s) cumple(n) con cada uno de los criterios de selección, el código de la(s) tubería(s) 
virtual(es) es asociado al código de la tubería real, lo cual resulta en una matriz 𝑅  × 𝑉, donde R 
corresponde  al  número  total  de  tuberías  presentes  en  la  red  real  y  V,  el  número  máximo  de 
tuberías virtuales que se han asociado a un segmento real.  

Luego  de  realizar  la  comparación,  en  la  cual  se  identifican  las  tuberías  reales  que  son 
representadas en el modelo virtual, se determina la diferencia entre los diámetros virtuales y los 
diámetros reales; en la mayoría de los casos de estudio se pudo identificar que gran parte de los 
diámetros  asignados  por  DynaVIBe-Web  eran  menores  en  comparación  a  los  diámetros  de  las 
tuberías  reales  e  incluso  no  cumplían  con  el  diámetro  mínimo  establecido  para  el  caso  de 
Colombia.  

3.3  Diseño Optimizado de Redes Virtuales 

Debido a que en algunos caso DynaVIBe – Web subestimó el tamaño de las tuberías virtuales, se 
utilizó  el  programa  REDES  2018  para  diseñar  la  Red  Virtual,  lo  cual  permitiría  establecer  un 
diámetro mínimo, proponer un catálogo de diámetros y definir una presión mínima aplicable a los 
casos de estudio. Después de diseñar la red, se realizó nuevamente la comparación de diámetros, 
en donde la mayoría de los casos se obtuvo una red con diámetros cercanos a los de la red real.  

3.4  Comparación Topología de Redes 

Posterior al análisis realizado en MATLAB, que permitía determinar el número de tuberías virtuales 
que correspondían o no al modelo real, se realizó la comparación en el programa Cytoscope, una 
herramienta  que  permite  obtener  diferentes  índices  de  teoría  de  grafos  para  contrastar  la 
topología de los casos de estudio con el caso real; dentro de los indicadores que se obtienen del 
programa se encuentran el Grado Promedio de Separación de las Redes, el Diámetro de la Red, la 
Densidad de la Red, entre otros. 

3.5  Comparación Índices Hidráulicos 

Finalmente,  con  el  objetivo  de  evaluar  las  redes  en  términos  de  comportamiento  hidráulico,  se 
analizó  el  comportamiento  de  los  escenarios  de  un  mismo  enfoque  y  cada  uno  de  manera 
individual con su correspondiente caso real; esto se realizó mediante el cálculo de tres diferentes 
indicadores hidráulicos. 

Resilience  Index:    Medida  que  permite  evaluar  el  comportamiento  energético  de  un  Sistema  de 
Distribución de Agua Potable.  

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USO  DE  TÉCNICAS  AUTOMÁTICAS  DE  GENERACIÓN  DE  RDAP  PARA 
COMPLETAR  MODELOS  HIDRÁULICOS  Y  DE  CATASTRO  EN  REDES 
EXISTENTES

 

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Laura Sofía Martínez Pérez 

 

16 

 

Ecuación 3. Resilience Index 

𝑅𝐼 =

𝐷

𝑖

(𝐻

𝑖

− 𝐻

𝑖

)

𝑛

𝑛

𝑖=1

𝐷

𝑜𝑢𝑡

𝑘

𝐻

𝑘

− ∑

𝐷

𝑖

𝐻

𝑖

𝑛

𝑛

𝑖=1

𝑛

𝑟

𝑘=1

 

(Paéz & Filion, 2017) 

Donde,  

𝐷

𝑖

→ 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑛𝑜𝑑𝑜 𝑖 

𝐻

𝑖

→ 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑛𝑜𝑑𝑜 𝑖 

𝐻

𝑖

→ 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎 

𝐷

𝑜𝑢𝑡

𝑘

→ 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑠𝑒𝑟𝑣𝑜𝑟𝑖𝑜 𝑘 

𝐻

𝑘

→ 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑠𝑒𝑟𝑣𝑜𝑟𝑖𝑜 𝑘 

Mean Pressure Surplus: Describe la energía excedente disponible en el sistema. 

 

 

(Robles & Saldarriaga, 2018) 

Mean Preassure Déficit: Determina el déficit de energía en la red.  

 

 

 

(Robles & Saldarriaga, 2018) 

Ecuación 4. Mean Pressure Surplus 

𝑀𝑃𝑆 =

𝛼

𝑖

𝑄

𝑖

𝑛

𝑖=1

𝑄

𝑖

𝑛

𝑖=1

 donde, {

𝛼

𝑖

= 0;                ∀𝑖: ℎ

𝑖

≤ ℎ

𝑖

 

𝛼

𝑖

= ℎ

𝑖

− ℎ

𝑖

;    ∀𝑖: ℎ

𝑖

> ℎ

𝑖

              

Ecuación 5. Mean Preassure Déficit 

𝑀𝑃𝐷 =

𝛽

𝑖

𝑄

𝑖

𝑛

𝑖=1

𝑄

𝑖

𝑛

𝑖=1

 donde,   {

𝛽

𝑖

= 0;                ∀𝑖: ℎ

𝑖

≥ ℎ

𝑖

 

𝛽

𝑖

= ℎ

𝑖

− ℎ

𝑖

;    ∀𝑖: ℎ

𝑖

< ℎ

𝑖

              

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17 

 

4  RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS 

A partir de la metodología propuesta y como se mencionó anteriormente, fueron seleccionados un 
total de  seis  casos de estudio, cinco de  estos son diferentes  a los ya investigados por  Robles en 
2018 y por Rojas en 2019, sin embargo,  uno de  estos fue  utilizado para comparar las diferentes 
metodologías  propuestas  de  generación  de  redes  virtuales  de  distribución  de  agua  potable.  A 
continuación, se presentarán las características y resultados obtenidos para cada caso de estudio 
analizado.  

4.1  Caso de estudio 1: Mamatoco – Santa Marta, Magdalena 

4.1.1  Modelo Hidráulico Mamatoco 

 

Figura 11. Modelo Hidráulico Real del Sector Mamatoco de Santa Marta 

4.1.2  Propiedades de la Red 

Tabla 1. Propiedades de la Red Mamatoco 

Número Total de Nudos 

77 

Número Total de Tuberías 

101 

Número de Fuentes de Suministro 

Longitud [Km] 

6.64 

 

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18 

 

Tabla 2. Demanda asociada a la Red Mamatoco 

Demanda mínima (l/s) 

Demanda media (l/s) 

0.148 

Demanda máxima (l/s) 

2.029 

Demanda total (l/s) 

11.429 

Demanda total (m3/s) 

0.011 

Demanda modelar (m3/s) 

0.014 

Demanda modelar (l/s) 

14.858 

 

4.1.3  Generación de la Topología 

Para  generar  el  trazado  de  la  red  en  la  herramienta  DynaVIBe  –  Web,  se  realizaron  diferentes 
pruebas modificando cada uno de  los parámetros antes mencionados, esto se hizo con el fin de 
encontrar  los  parámetros  que  mejor  se  ajustaban  a  cada  caso  de  estudio  para  luego,  poder 
determinar  el  Offset  de  la  Tubería  Principal  (MPO).  En  la  Tabla  3,  se  presentan  cada  uno  de  los 
parámetros que fueron tenidos en cuenta para cada iteración.  

Tabla 3. Parámetros utilizados en cada iteración realizada de la Red Mamatoco 

Prueba 

Total Demand 

(L/s) 

Demand Distribution 

Graph Layout 

Cycle Indicator (%) 

MPO (m) 

15 

Uniform 

Max 

50 

100 

15 

Normal 

Max 

50 

100 

15 

Uniform 

Min 

50 

100 

15 

Normal 

Min 

50 

100 

15 

Uniform 

Random 

50 

100 

15 

Normal 

Random 

50 

100 

15 

Uniform 

Max 

10 

100 

15 

Uniform 

Max 

20 

100 

15 

Uniform 

Max 

30 

100 

10 

15 

Uniform 

Max 

40 

100 

11 

15 

Uniform 

Min 

10 

100 

12 

15 

Uniform 

Min 

20 

100 

 

4.1.4  Resultados y Comparación 

En primer lugar, se compararon cada una de las pruebas respecto al modelo original, identificando 
el  número  de  segmentos  reales  que  estaban  siendo  representados  en  el  modelo  virtual.  En  la 
Ilustración 1, se pueden ver los resultados obtenidos para cada una de las pruebas realizadas.  

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Laura Sofía Martínez Pérez 

 

19 

 

 

Ilustración 1. Tuberías correspondientes por prueba Red Mamatoco 

Después  de  analizar  cada  una  de  las  pruebas  realizadas,  se  pudo  identificar  que  los  parámetros 
utilizados  en  la  prueba  nueve,  son  los  que  permitieron  tener  un  mayor  porcentaje  de  correcta 
asignación  en  el  modelo  virtual,  pues  como  se  ve  en  la  Ilustración  1,  es  la  iteración  permitió 
obtener un mayor porcentaje de correcta asignación en el modelo virtual.  

 

Figura 12. Comparación Red Real vs Red Virtual - Prueba 9 - Red Mamatoco 

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Laura Sofía Martínez Pérez 

 

20 

 

Como se puede ver en la Figura 12, la prueba número nueve permitió obtener una red bastante 
similar al modelo real de Mamatoco, esto también se podrá observar en la  Figura 13, donde se 
muestran  las  tuberías  que  fueron  correspondientes  con  un  error  asociado  menor  al  15%.  Es 
importante mencionar, que las tuberías que se presentan en color rojo son los segmentos que no 
fueron por representados por el modelo virtual con un error menor al 15%. 

 

Figura 13. Redes representadas en el modelo Virtual - Red Mamatoco 

Tal como se ilustra en la anterior Figura 13, son pocas las tuberías que no fueron representadas 
por el modelo virtual y es alto el número de segmentos que corresponden en la red virtual con un 
error asociado menor al 15%. Estas cifras se presentan a continuación.  

Tabla 4. Porcentaje de Tuberías Representadas por el Modelo Virtual – Prueba 9 

Red Mamatoco, Santa Marta 

Prueba 9 

Tuberías No Correspondientes 

25 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 5% (Longitud) 

27 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 10% (Longitud) 

16 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 15% (Longitud) 

11 

Porcentaje de Correcta Representación 

53.47% 

 
Ya definidos los parámetros que permitieron obtener una red virtual más similar al modelo real, se 
procede  a  obtener  el  valor  del  MPO.  Para  calcular  este  offset  se  plantearon  tres  diferentes 
escenarios, su diferencia radica en el número de puntos en el perímetro que fueron tomados para 
determinar la distancia. Estos escenarios se presentan en la Figura 14.  

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21 

 

 

 

 

Escenario 1: 10 puntos analizados 

Escenario 2: 100 puntos analizados 

Escenario 3: 500 puntos analizados 

Figura 14. Obtención parámetro MPO - Red Mamatoco 

En la Figura 14 se pueden ver los escenarios analizados para la obtención del valor del MPO. Cada 
uno de estos siguió la metodología  planteada en numerales  anteriores (Cálculo del Offset  de  las 
Tuberías Principales). Los resultados de cada uno de estos escenarios, se presentan en la Tabla 5.  

Tabla 5. Obtención parámetro MPO – Red Mamatoco 

MPO – Red Mamatoco (m) 

Escenario 1: 10 Puntos 

Escenario 2: 100 Puntos 

Escenario 3: 500 Puntos 

229.36 

246.04 

245.44 

 
El  valor  que  fue  definido  como  el MPO  de  la  Red  de  Mamatoco,  fue  el  encontrado  mediante  el 
escenario  3,  pues  al  analizar  500  puntos  se  puede  obtener  una  buena  aproximación  a  este 
parámetro. Con el valor del MPO, se genera una red virtual final con los parámetros encontrados 
al realizar la comparación de pruebas.  

4.1.4.1  Generación de Red Virtual Final  

En  la  Tabla  6,  se  presentan  los  parámetros  utilizados  para  la  generación  de  la  red  virtual  final. 
Estos  parámetros  fueron  los  utilizados  en  la  prueba  nueve  y  el  valor  del  MPO  encontrado 
mediante la metodología propuesta en esta investigación.  

Tabla 6. Parámetros DynaVIBe-Web utilizados en Prueba Virtual Final - Red Mamatoco 

Parámetros DynaVIBe - Web 

Total Demand (L/s) 

15.0 

Demand Distribution 

Uniform 

Graph Layout 

Use Maximum Possible Graph 

Cycle Indicator (%) 

30 

MPO (m) 

245.44 

 
Teniendo la Red Virtual de Mamatoco, se procedió a seguir el proceso de comparación respecto al 
modelo  original,  los  resultados  se  presentarán  a  continuación  mediante  figuras,  ilustraciones  y 
tablas.  

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22 

 

En  la  Tabla 7,  se  presenta  una  comparación  de  algunas  características  de  la  red,  como  lo  son  el 
número de nudos, el número de tuberías, fuentes de abastecimiento y longitud total de la red.  

Tabla 7. Comparación de Características Red Real y Red Virtual - Mamatoco 

Red Mamatoco, Santa Marta 

Características 

Red Real  Red Virtual 

Número de Nodos 

77 

106 

Número de Tuberías  

101 

135 

Número de Fuentes de Abastecimiento  

Longitud (Km) 

6.640 

6.565 

 
Como  se  puede  ver  en  la  Tabla  7,  la  red  virtual  tiene  un  mayor  número  de  tuberías  y  nudos 
respecto  al  modelo  original,  sin  embargo,  esta  tiene  una  longitud  menor.  Esto  se  debe  a  que 
múltiples  tuberías  virtuales  pueden  estar  representando  una  tubería  real.  En  la  Figura  15,  se 
presentan los segmentos de la red que fueron representados por el modelo virtual con un error 
menor a la tolerancia establecida de 15%.  

 

Figura 15. Tuberías representadas por la Red Virtual Final  – Mamatoco 

En  la  Tabla  8  se  presentan  las  cifras  correspondientes  de  tuberías  asignadas  y  tuberías  no 
asignadas.  

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23 

 

Tabla 8. Porcentaje de Tuberías Representadas por el Modelo Virtual – Prueba Final 

Red Mamatoco, Santa Marta  

Prueba Final 

Tuberías No Correspondientes 

11 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 5% (Longitud) 

59 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 10% (Longitud) 

17 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 15% (Longitud) 

Porcentaje de Correcta Representación 

84.15% 

 
En  la  Tabla  8  se  puede  evidenciar  la  mejora  en  el  resultado  final  del  modelo  virtual,  pues  la 
representación  del  modelo  real  mejoró  al  encontrar  una  mejor  aproximación  del  MPO  del  área 
analizada.  

Posterior  a  realizar  esta  comparación,  se  realizó  el  diseño  de  la  red  virtual,  teniendo  en  cuenta 
como  algunas  restricciones  la  presión  mínima  (15  m.c.a)  y  el  diámetro  mínimo  (75  mm).  A 
continuación, se presenta la Ilustración 2 en la que se podrá observar la distribución de diámetros 
en el modelo real y en el modelo virtual, para más adelante comparar los resultados.  

 

Ilustración 2. Distribución de Diámetros - Red Mamatoco 

Como se puede ver en la Ilustración 2, tanto en el caso real como en el virtual, la mayoría de las 
tuberías cuentan con un diámetro de 75 mm; también se puede resaltar que el diámetro máximo 
en el modelo real es  de 250 mm, mientras que en el modelo virtual es  de 100 mm. Esto último 
puede  deberse  al  diseño  optimizado  al  que  se  somete  la  red  virtual  lo  cual  permite  evitar 
sobredimensionamientos en la red. De las 85 tuberías virtuales que representan el modelo real, 22 
tienen un diámetro virtual menor al diámetro real y 63 coinciden en diámetros reales y virtuales.  

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24 

 

Las  diferencias  encontradas  en  la  distribución  de  diámetros,  también  se  pueden  traducir  en 
diferencias medidas en algunos nudos de la red. Por ejemplo, en el caso de la red virtual diseñada 
con  un  algoritmo  de  optimización, se  está  aprovechando  mejor  la energía  disponible  dentro  del 
sistema. Con el fin de  comparar la presión en la red, se tomaron cuatro diferentes nudos con la 
misma  ubicación espacial en  el modelo  real y virtual,  los  resultados  y  ubicación  de  los  nudos  se 
presentan a continuación.  

Tabla 9. Mediciones de Presión Red Real vs Red Virtual 

Red Mamatoco, Santa Marta 

Red Real 

Red Virtual 

Nudo 

Presión (m) 

Nudo 

Presión (m) 

4144 

27.07 

58 

19.08 

9065 

27.76 

34 

17.73 

9396 

27.25 

61 

15.86 

4151 

26.40 

51 

18.11 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Como  se  puede  ver  en  la  Tabla  9,  los  valores  de  presión  de  la  red  real  y  red  virtual  no  son  lo 
suficientemente  cercanos,  sin  embargo,  cumplen  con  la  restricción  de  presión  mínima.  Por  otro 
lado, la red virtual registra alturas de presión menores; esto último se da al tener una distribución 
de diámetros de menor tamaño respecto a la red real. 

Posterior  a  esta  comparación,  se  calcularon  los  índices  hidráulicos  mencionados  anteriormente 
(Comparación  Índices  Hidráulicos),  con  el  fin  de  evaluar  el  comportamiento  hidráulico  y  poder 
concluir al respecto. Los valores obtenidos se presentan en la Tabla 10. 

Figura 17. Ubicación de las mediciones de presión – 

Red Real - Mamatoco 

Figura 16. Ubicación de las mediciones de presión - 

Red Virtual - Mamatoco 

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Tabla 10. Índices Hidráulicos - Red Mamatoco 

Red Mamatoco, Santa Marta 

Índice Hidráulico 

Red Real 

Red Virtual 

Resilience Index 

0.989 

0.679 

Mean Pressure Surplus  

12.079 

18.465 

Mean Pressure Defficit  

 
Como se puede ver, el valor asociado al Índice de Resiliencia en la red virtual disminuyó respecto 
al  valor  registrado  en  el  modelo  original,  aunque  esto  puede  significar  un  menor  desempeño 
energético,  los  resultados  son  aceptables  y  se  puede  decir  que  el  modelo  virtual  tiene  energía 
disponible  y  redundante  para  situaciones  normales  y  críticas; esto  se  puede  ver  al  comparar  los 
datos  de  MPS,  donde  se  identifica  que  la  Red  Virtual  tiene  mayor  energía  excedente  en 
comparación al modelo real.  

Por último y con el fin de comparar la topología de la red real y de la red virtual, se calcularon tres 
diferentes índices de teoría de grafos, que permiten determinar qué tan compacta o dispersa es 
una red respecto a otra o cuán grande es en cuanto al número de vértices y ejes. Los indicadores 
se presentan a continuación: 

Tabla 11. Comparación Topología - Red Mamatoco 

Red Mamatoco, Santa Marta 

Indicador 

Red Real  Red Virtual 

Densidad de la Red  

0.033 

0.024 

Diámetro de la Red  

19 

20 

Grado promedio de separación  

6.27 

7.88 

 
El indicador de Densidad de la Red se define como la relación entre el número total de ejes de la 
red y el número posible de ejes que se pueden presentar en la red. Como se puede ver en la Tabla 
11,  la  densidad  de  la  red  virtual  es  menor  en  comparación  al  valor  encontrado  para  el  modelo 
original; esto es causado por un mayor número de  nudos y tuberías, lo que  hace  que  la red sea 
más dispersa respecto al modelo original.  

En  cuando  a  los  dos  indicadores  restantes,  el  Diámetro  de  la  Red  se  define  como  la  máxima 
distancia  entre  un  par  de  vértices,  mientras  que,  el  grado  promedio  de  separación  de  la  red  se 
define como la mínima distancia entre un par de vértices. Como se puede ver los valores de estos 
indicadores son mayores en el caso de la red virtual, a pesar de que la diferencia es mínima, esto 
se traduce en una red más grande pero igual de eficiente.  

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4.2  Caso de estudio 2: Sector 1 Bugalagrande, Valle del Cauca 

4.2.1  Modelo Hidráulico Sector 1 Bugalagrande  

 

Figura 18. Modelo Hidráulico Real del Sector 1 de Bugalagrande 

4.2.2  Propiedades de la Red 

Tabla 12. Propiedades de la Red Sector 1 Bugalagrande 

Número Total de Nudos 

124 

Número Total de Tuberías 

144 

Número de Fuentes de Suministro 

Longitud [Km] 

6.607 

 

Tabla 13. Demanda asociada a la Red Bugalagrande 

Demanda mínima (l/s) 

0.00 

Demanda media (l/s) 

0.05 

Demanda máxima (l/s) 

0.58 

Demanda total (l/s) 

29.29 

Demanda total (m

3

/s) 

0.0293 

Demanda modelar (m3/s) 

0.038 

Demanda modelar (l/s) 

38.082 

4.2.3  Generación de la Topología  

Al  igual  que  lo  realizado  para  la  generación  de  la  topología  en  el  Sector  de  Mamatoco,  se 
realizaron  diferentes  pruebas  que  tuvieron  diferentes  valores  de  los  parámetros  ya  antes 
mencionados,  esto  se  hizo  con  el  fin  de  encontrar  los  parámetros  que  mejor  se  ajustaban  al 

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presente  caso  de  estudio.  Inicialmente,  solo  se  cambiaron  los  criterios  de  Distribución  de  la 
Demanda, Trazado de la Red e Indicador de Ciclo; después de obtener los resultados de todas las 
pruebas  realizadas,  se  seleccionó  la  iteración  que  tuviera  mejores  resultados  para  luego  poder 
encontrar el valor del Offset de la Tubería Principal (MPO). Las pruebas realizadas en este caso de 
estudio y los parámetros utilizados en cada una de estas se presentan a continuación:  

Tabla 14. Parámetros utilizados en cada iteración realizada de la Red Bugalagrande 

Prueba 

Total Demand 

(L/s) 

Demand Distribution 

Graph Layout 

Cycle Indicator (%) 

MPO (m) 

39 

Uniform 

Max 

50 

100 

39 

Normal 

Max 

50 

100 

39 

Uniform 

Min 

50 

100 

39 

Normal 

Min 

50 

100 

39 

Uniform 

Random 

50 

100 

39 

Uniform 

Max 

10 

100 

39 

Uniform 

Max 

20 

100 

39 

Uniform 

Max 

30 

100 

39 

Uniform 

Min 

40 

100 

10 

39 

Uniform 

Min 

10 

100 

11 

39 

Uniform 

Min 

20 

100 

4.2.4  Resultados y Comparación  

Como  se  mencionó  anteriormente,  se  compararon  cada  una  de  las  pruebas  respecto  al  modelo 
original,  identificando  el  número  de  segmentos  reales  que  estaban  siendo  representados  en  el 
modelo  virtual.  En  la  Ilustración  3,  se  pueden ver  los  resultados  obtenidos  para  cada  una  de  las 
pruebas realizadas.   

 

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Ilustración 3. Tuberías correspondientes por prueba Red Bugalagrande – Sector 1 

Después  de  analizar  cada  una  de  las  pruebas  realizadas,  los  parámetros  utilizados  en  la  prueba 
siete, fueron los que permitieron tener un mayor porcentaje de correcta asignación en el modelo 
virtual, pues como se ve en la Ilustración 3, es la iteración permitió obtener un mayor porcentaje 
de correcta asignación en el modelo virtual.  

 

Figura 19. Comparación Red Real vs Red Virtual – Séptima Iteración 

Como se  puede  ver en la  Figura 19, la prueba número siete,  permitió obtener una red bastante 
similar al modelo real de Bugalagrande Sector 1, esto también se podrá observar en la Figura 20, 

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donde se muestran las tuberías que fueron correspondientes con un error asociado menor al 15%. 
Es importante mencionar, que las tuberías que se presentan en color rojo son los segmentos que 
no fueron por representados por el modelo virtual con un error menor al 15%. 

 

Figura 20. Comparación Tubería a Tubería – Séptima Iteración 

En la Figura 20 se presentan las tuberías originales que fueron representadas en el modelo virtual 
con un error menor o igual a 15%, en total son 68 tuberías que cumplen con esta condición. En la  
Tabla 15 se presentan las cifras correspondientes de tuberías asignadas y tuberías no asignadas.  

Tabla 15. Porcentaje de Tuberías Representadas por el Modelo Virtual – Prueba 7 

Tuberías  

Prueba 7 

Tuberías No Correspondientes 

53 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 5% (Longitud) 

50 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 10% (Longitud) 

12 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 15% (Longitud) 

Porcentaje de Correcta Representación 

47,22% 

 
Ya definidos los parámetros que permitieron obtener una red virtual más similar al modelo real, se 
procede  a  obtener  el  valor  del  MPO.  Para  calcular  este  offset  se  plantearon  tres  diferentes 
escenarios, su diferencia radica en el número de puntos en el perímetro que fueron tomados para 
determinar la distancia. Estos escenarios se presentan a continuación.  

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30 

 

 

 

 

Escenario 1: 10 puntos analizados 

Escenario 2: 100 puntos analizados 

Escenario 3: 500 puntos analizados 

Figura 21. Obtención parámetro MPO - Red Bugalagrande Sector 1 

Cada  uno  de  estos escenarios  siguió  la metodología planteada  en  numerales  anteriores  (Cálculo 
del  Offset  de  las  Tuberías  Principales).  Los  resultados  de  cada  uno  de  estos  escenarios,  se 
presentan en la Tabla 16.  

Tabla 16. Obtención parámetros MPO - Red Bugalagrande Sector 1 

MPO – Red Bugalagrande Sector 1 (m) 

Escenario 1: 10 Puntos 

Escenario 2: 100 Puntos 

Escenario 3: 500 Puntos 

Buga 

239.74 

239.31 

 
El  valor  que  fue  definido  como  el  MPO  de  la  Red  de  Bugalagrande  Sector  1,  fue  el  encontrado 
mediante el escenario 3, pues al analizar 500 puntos se puede obtener una buena aproximación a 
este  parámetro.  Con  el  valor  del  MPO,  se  genera  una  red  virtual  final  con  los  parámetros 
encontrados al realizar la comparación de pruebas. 

4.2.4.1  Generación de la Red Virtual Final 

En la Tabla 17  , se presentan los parámetros utilizados para la generación de la red virtual final. 
Estos parámetros fueron los utilizados en la prueba siete y el valor del MPO encontrado mediante 
la metodología propuesta en esta investigación.  

Tabla 17. Parámetros DynaVIBe-Web utilizados en Prueba Virtual Final - Red Bugalagrande Sector 1 

Parámetros DynaVIBe - Web 

Total Demand (L/s) 

39.0 

Demand Distribution 

Uniform 

Graph Layout 

Use Maximum Possible Graph 

Cycle Indicator (%) 

20 

MPO (m) 

239.31 

 
 

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31 

 

Ya habiendo generado la red virtual final, se procedió a seguir el proceso de comparación respecto 
al  modelo  original,  los  resultados  se  presentarán  a  continuación  mediante  diferentes  figuras, 
ilustraciones y tablas.   

En la Tabla 18, se presenta una comparación de algunas características de la red, como lo son el 
número de nudos, el número de tuberías, fuentes de abastecimiento y longitud total de la red.  

Tabla 18. Comparación de Características Red Real y Red Virtual - Bugalagrande Sector 1 

Red Bugalagrande Sector 1, Valle del Cauca  

Características 

Red Real  Red Virtual 

Número de Nodos 

124 

96 

Número de Tuberías  

144 

129 

Número de Fuentes de Abastecimiento  

Longitud (Km) 

6.607 

5.949 

 
Como  se  puede  ver  en  la  Tabla  18,  la  red  virtual  tiene  un  menor  número  de  tuberías  y  nudos 
respecto al modelo original, sin embargo, la longitud total del modelo artificial es bastante cercano 
al modelo original. Al igual que en el caso de estudio anterior, se puedo identificar que múltiples 
tuberías virtuales pueden estar representando una tubería real. En la Figura 22, se presentan los 
segmentos  de  la  red  que  fueron  representados  por  el  modelo  virtual  con  un  error  menor  a  la 
tolerancia establecida de 15%. 

 

Figura 22. Tuberías representadas por la Red Virtual Final – Bugalagrande Sector 1 

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32 

 

En la Tabla 19 se presentan las cifras detalladas de tuberías asignadas y tuberías no asignadas.  

Tabla 19. Porcentaje de Tuberías Representadas por el Modelo Virtual – Prueba Final 

Red Bugalagrande Sector 1, Santa Marta  

Prueba Final 

Tuberías No Correspondientes 

40 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 5% (Longitud) 

89 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 10% (Longitud) 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 15% (Longitud) 

Porcentaje de Correcta Representación 

70.13% 

 
Se puede evidenciar la mejora en el resultado final del modelo virtual, pues como se puede ver, la 
representación  del  modelo  real  mejoró  al  encontrar  una  mejor  aproximación  del  MPO  del  área 
analizada.  

Posterior  a  realizar  esta  comparación,  se  realizó  el  diseño  de  la  red  virtual,  teniendo  en  cuenta 
como  algunas  restricciones  la  presión  mínima  (15  m.c.a)  y  el  diámetro  mínimo  (75  mm).  A 
continuación, se presenta la Ilustración 4 en la que se podrá observar la distribución de diámetros 
en el modelo real y en el modelo virtual, para más adelante comparar los resultados.  

 

Ilustración 4. Distribución de Diámetros - Red Bugalagrande Sector 1 

Como se puede ver en la Ilustración 4, la mayoría de las tuberías en el modelo virtual cuentan con 
un  diámetro  de  75  mm,  mientras  que,  en  el  modelo  original,  la  mayoría  de  los  segmentos  se 
caracterizan por un diámetro de 84 mm. Adicionalmente, se puede ver que mientras que en la red 
virtual el diámetro máximo es de 150 mm, en la red real es de 160 mm. Esto último puede deberse 

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33 

 

al  diseño  optimizado  al  que  se  somete  la  red  virtual  lo  cual  permite  evitar 
sobredimensionamientos en la red. De las 101 tuberías virtuales que representan el modelo real, 
100  tienen  un  diámetro  virtual  menor  al  diámetro  real  y  1  coincide  con  los  diámetros  reales  y 
virtuales.  

Las  diferencias  encontradas  en  la  distribución  de  diámetros,  también  se  pueden  traducir  en 
diferencias medidas en algunos nudos de la red. Por ejemplo, en el caso de la red virtual diseñada 
con  un  algoritmo  de  optimización, se  está  aprovechando  mejor  la energía  disponible  dentro  del 
sistema. Con el fin de  comparar la presión en la red, se tomaron cuatro diferentes nudos con la 
misma  ubicación espacial en  el modelo  real y virtual,  los  resultados  y  ubicación  de  los  nudos  se 
presentan a continuación.  

Tabla 20. Mediciones de Presión Red Real vs Red Virtual 

Red Bugalagrande Sector 1, Valle del Cauca 

Red Real 

Red Virtual 

Nudo 

Presión (m) 

Nudo 

Presión (m) 

4144 

35.32 

58 

21.72 

9065 

34.92 

34 

21.47 

9396 

34.79 

61 

20.98 

4151 

34.87 

51 

19.92 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 23. Ubicación de las mediciones de presión – Red 

Real - Bugalagrande Sector 1 

Figura 24. Ubicación de las mediciones de presión – Red 

Virtual - Bugalagrande Sector 1 

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34 

 

Como  se  puede  ver  en  la  Tabla  20,  los  valores  de  presión  de  la  red  real  y  red  virtual  no  son  lo 
suficientemente  cercanos,  sin  embargo,  tanto  en  el  modelo  real  como  en  el  modelo  virtual,  las 
presiones  en  los  nudos  cumplen  con  la  restricción  de  presión  mínima.  Las  alturas  de  presiones 
menores  en  el  modelo  virtual  se  deben  a  que  en  el  modelo  virtual  las  tuberías  cuentan  con  un 
menor diámetro respecto al modelo real.   

Posterior  a  esta  comparación,  se  calcularon  los  índices  hidráulicos  mencionados  anteriormente 
(Comparación  Índices  Hidráulicos),  con  el  fin  de  evaluar  el  comportamiento  hidráulico  y  poder 
concluir al respecto. Los valores obtenidos se presentan en la Tabla 21. 

Tabla 21. Índices Hidráulicos - Red Bugalagrande Sector 1 

Red Bugalagrande Sector 1, Valle del Cauca 

Índice Hidráulico 

Red Real 

Red Virtual 

Resilience Index 

0.960 

0.963 

Mean Pressure Surplus  

19.678 

10.862 

Mean Pressure Defficit  

 
Como se puede ver, el valor asociado al Índice de Resiliencia en la red virtual disminuyó levemente 
respecto al valor registrado en el modelo original. Los resultados encontrados son aceptables y se 
puede  decir  que  el  modelo  virtual  tiene  energía  disponible  y  redundante  para  situaciones 
normales y críticas.  

Por último y con el fin de comparar la topología de la red real y de la red virtual, se calcularon tres 
diferentes índices de teoría de grafos, que permiten determinar qué tan compacta o dispersa es 
una red respecto a otra o cuán grande es en cuanto al número de vértices y ejes. Los indicadores 
se presentan a continuación: 

Tabla 22. Comparación Topología - Red Bugalagrande Sector 1  

Red Bugalagrande Sector 1, Valle del Cauca 

Indicador 

Red Real  Red Virtual 

Densidad de la Red  

0.011 

0.028 

Diámetro de la Red  

26 

27 

Grado promedio de separación  

9.032 

8,787 

 
El indicador de Densidad de la Red se define como la relación entre el número total de ejes de la 
red y el número posible de ejes que se pueden presentar en la red. Como se puede ver en la Tabla 
22la  densidad  de  la  red  virtual  es  mayor  en  comparación  al  valor  encontrado  para  el  modelo 
original; esto es causado por un menor número de nudos y tuberías, lo que hace que la red sea 
menos dispersa respecto al modelo original.  

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USO  DE  TÉCNICAS  AUTOMÁTICAS  DE  GENERACIÓN  DE  RDAP  PARA 
COMPLETAR  MODELOS  HIDRÁULICOS  Y  DE  CATASTRO  EN  REDES 
EXISTENTES

 

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Laura Sofía Martínez Pérez 

 

35 

 

En  cuando  a  los  dos  indicadores  restantes,  el  Diámetro  de  la  Red  se  define  como  la  máxima 
distancia  entre  un  par  de  vértices,  mientras  que,  el  grado  promedio  de  separación  de  la  red  se 
define  como  la  mínima  distancia  entre  un  par  de  vértices.  Como  se  puede  ver  el  indicador  de 
diámetro de la red es mayor en el modelo virtual, lo que indica una red más espaciada respecto a 
la  original,  sin  embargo,  al  tener  mínimas  diferencias  en  los  últimos  dos  indicadores,  se  puede 
decir que tanto la red real como la virtual, son igual de eficientes.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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36 

 

4.3  Caso de estudio 3: Sector 2 Bugalagrande, Valle del Cauca  

4.3.1  Modelo Hidráulico Sector 2 Bugalagrande  

 

Figura 25. Modelo Hidráulico Real del Sector 2 de Bugalagrande 

4.3.2  Propiedades de la Red 

Tabla 23. Propiedades de la Red Sector 2 Bugalagrande 

Número Total de Nudos 

119 

Número Total de Tuberías 

138 

Número de Fuentes de Suministro 

Longitud [Km] 

5.601 

 

Tabla 24. Demanda asociada a la Red Bugalagrande 

Demanda mínima (l/s) 

0.00 

Demanda media (l/s) 

0.05 

Demanda máxima (l/s) 

0.58 

Demanda total (l/s) 

29.29 

Demanda total (m

3

/s) 

0.0293 

Demanda modelar (m3/s) 

0.038 

Demanda modelar (l/s) 

38.082 

 

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37 

 

4.3.3  Generación de la Topología 

Al igual que lo realizado para la generación de la topología en los casos de estudio anteriores, en el 
Sector 2 de Bugalagrande se realizaron diferentes pruebas que tuvieron diferentes valores de los 
parámetros ya antes mencionados, esto se hizo con el fin de encontrar los parámetros que mejor 
se  ajustaban  al  presente  caso  de  estudio.  Inicialmente,  solo  se  cambiaron  los  criterios  de 
Distribución  de  la  Demanda,  Trazado  de  la  Red  e  Indicador  de  Ciclo;  después  de  obtener  los 
resultados  de  todas  las  pruebas  realizadas,  se  seleccionó  la  iteración  que  tuviera  mejores 
resultados  para  luego  poder  encontrar  el  valor  del  Offset  de  la  Tubería  Principal  (MPO).  Las 
pruebas realizadas para este caso de estudio y los parámetros utilizados en cada una de estas se 
presentan a continuación:  

Tabla 25. Parámetros utilizados en cada iteración realizada de la Red Bugalagrande 

Prueba 

Total Demand 

(L/s) 

Demand Distribution 

Graph Layout 

Cycle Indicator (%) 

MPO (m) 

39 

Uniform 

Max 

50 

100 

39 

Normal 

Max 

50 

100 

39 

Uniform 

Min 

50 

100 

39 

Normal 

Min 

50 

100 

39 

Uniform 

Random 

50 

100 

39 

Normal 

Random 

50 

100 

39 

Uniform 

Max 

10 

100 

39 

Uniform 

Max 

20 

100 

39 

Uniform 

Max 

30 

100 

10 

39 

Uniform 

Max 

40 

100 

11 

39 

Uniform 

Min 

10 

100 

12 

39 

Uniform 

Min 

20 

100 

 

4.3.4  Resultados y Comparación  

Como  se  mencionó  anteriormente,  se  compararon  cada  una  de  las  pruebas  respecto  al  modelo 
original,  identificando  el  número  de  segmentos  reales  que  estaban  siendo  representados  en  el 
modelo  virtual.  En  la  Ilustración  5,  se  pueden ver  los  resultados  obtenidos  para  cada  una  de  las 
pruebas realizadas.   

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38 

 

 

Ilustración 5. Tuberías correspondientes por prueba Red Bugalagrande – Sector 2 

Después  de  analizar  cada  una  de  las  pruebas  realizadas,  los  parámetros  utilizados  en  la  prueba 
ocho,  son  los  que  permitieron  tener  un  mayor  porcentaje  de  correcta  asignación  en  el  modelo 
virtual,  pues  como  se  ve  en  la  Ilustración  5,  es  la  iteración  que  permitió  obtener  un  mayor 
porcentaje de correcta asignación en el modelo virtual.  

 

Figura 26. Comparación Red Real vs Red Virtual – Octava Iteración 

Como se  puede ver en la Figura 26, la prueba número ocho, permitió obtener una red bastante 
similar al modelo real de Bugalagrande Sector 2, esto también se podrá observar en la siguiente 
figura, donde se muestran las tuberías que fueron correspondientes con un error asociado menor 
al  15%.  Es  importante  mencionar,  que  las  tuberías  que  se  presentan  en  color  rojo  son  los 
segmentos que no fueron por representados por el modelo virtual con un error menor al 15%. 

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39 

 

 

Figura 27. Comparación Tubería a Tubería – Octava Iteración 

En  la  Tabla  26  se  presentan  cifras  más  detalladas  correspondientes  a  las  tuberías  asignadas  y 
tuberías no asignadas.  

Tabla 26. Porcentaje de Tuberías Representadas por el Modelo Virtual – Prueba 8 

Tuberías  

Prueba 8 

Tuberías No Correspondientes 

17 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 5% (Longitud) 

96 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 10% (Longitud) 

13 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 15% (Longitud) 

Porcentaje de Correcta Representación 

84,06% 

 
Con los parámetros definidos que permitieron obtener una red virtual más similar al modelo real, 
se  procede  a  obtener  el  valor  del  MPO.  Para  calcular  este  offset  se  plantearon  tres  diferentes 
escenarios, su diferencia radica en el número de puntos en el perímetro que fueron tomados para 
determinar la distancia. Estos escenarios se presentan a continuación.  

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Laura Sofía Martínez Pérez 

 

40 

 

 

 

 

Escenario 1: 10 puntos analizados 

Escenario 2: 100 puntos analizados 

Escenario 3: 500 puntos analizados 

Figura 28. Obtención parámetro MPO - Red Bugalagrande Sector 2 

Cada  uno  de  estos escenarios  siguió  la metodología planteada  en  numerales  anteriores  (Cálculo 
del Offset de las Tuberías Principales). Los resultados de cada uno de estos escenarios, se presenta 
a continuación:  

Tabla 27. Obtención parámetro MPO - Red Bugalagrande Sector 2 

MPO – Red Bugalagrande Sector 2 (m) 

Escenario 1: 10 Puntos 

Escenario 2: 100 Puntos 

Escenario 3: 500 Puntos 

253.64 

258.56 

258.53 

 
El  valor  que  fue  definido  como  el  MPO  de  la  Red  de  Bugalagrande  Sector  2,  fue  el  encontrado 
mediante el escenario 3, pues al analizar 500 puntos se puede obtener una buena aproximación a 
este  parámetro.  Con  el  valor  del  MPO,  se  genera  una  red  virtual  final  con  los  parámetros 
encontrados al realizar la comparación de pruebas. 

4.3.4.1  Generación de la Red Virtual Final  

En  la  Tabla  28,  se  presentan  los  parámetros  utilizados  para  la  generación  de  la  red  virtual  final. 
Estos parámetros fueron los utilizados en la prueba ocho y el valor del MPO encontrado mediante 
la metodología propuesta en esta investigación.  

Tabla 28. Parámetros DynaVIBe-Web utilizados en Prueba Virtual Final - Red Bugalagrande Sector 2 

Parámetros DynaVIBe - Web 

Total Demand (L/s) 

38.08 

Demand Distribution 

Uniform 

Graph Layout 

Use Maximum Possible Graph 

Cycle Indicator (%) 

30 

MPO (m) 

257.53 

 

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Laura Sofía Martínez Pérez 

 

41 

 

Con  la  red  virtual  final  generada,  se  procedió  a  seguir  el  proceso  de  comparación  respecto  al 
modelo  original,  los  resultados  se  presentarán  a  continuación  mediante  figuras,  ilustraciones  y 
tablas.  

En la Tabla 29, se presenta una comparación de algunas características de la red, como lo son el 
número de nudos, el número de tuberías, fuentes de abastecimiento y longitud total de la red.  

Tabla 29. Comparación de Características Red Real y Red Virtual - Bugalagrande Sector 2 

Red Bugalagrande Sector 2, Valle del Cauca  

Características 

Red Real  Red Virtual 

Número de Nodos 

119 

74 

Número de Tuberías  

138 

102 

Número de Fuentes de Abastecimiento  

Longitud (Km) 

5.601 

5.904 

 
La  red  virtual  tiene  un  menor  número  de  tuberías  y  nudos  respecto  al  modelo  original,  sin 
embargo, la longitud total del modelo artificial es mayor y bastante cercano al modelo original. Al 
igual  que  en  el  caso  de  estudio  anterior,  se  puedo  identificar  que  múltiples  tuberías  virtuales 
pueden estar representando una tubería real. En la siguiente figura, se presentan los segmentos 
de  la  red  que  fueron  representados  por  el  modelo  virtual  con  un  error  menor  a  la  tolerancia 
establecida de 15%. 

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42 

 

 

Figura 29. Tuberías representadas por la Red Virtual Final – Bugalagrande Sector 2 

En la Tabla 30 se presentan las cifras detalladas de tuberías asignadas y tuberías no asignadas.  

Tabla 30. Porcentaje de Tuberías Representadas por el Modelo Virtual – Prueba Final 

Red Bugalagrande Sector 2, Santa Marta  

Prueba Final 

Tuberías No Correspondientes 

16 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 5% (Longitud) 

110 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 10% (Longitud) 

10 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 15% (Longitud) 

Porcentaje de Correcta Representación 

88.41% 

 
Se puede evidenciar la mejora en el resultado final del modelo virtual, pues como se puede ver, la 
representación  del  modelo  real  mejoró  al  encontrar  una  mejor  aproximación  del  MPO  del  área 
analizada.  

Posterior  a  realizar  esta  comparación,  se  realizó  el  diseño  de  la  red  virtual,  teniendo  en  cuenta 
como  algunas  restricciones  la  presión  mínima  (15  m.c.a)  y  el  diámetro  mínimo  (75  mm).  A 
continuación, se presenta la Ilustración 6 en la que se podrá observar la distribución de diámetros 
en el modelo real y en el modelo virtual, para más adelante comparar los resultados.  

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Laura Sofía Martínez Pérez 

 

43 

 

 

Ilustración 6. Distribución de Diámetros - Red Bugalagrande Sector 2 

Como se puede ver en la Ilustración 6, la mayoría de las tuberías en el modelo virtual cuentan con 
un  diámetro  de  75  mm,  mientras  que,  en  el  modelo  original,  la  mayoría  de  las  tuberías  se 
caracterizan por un diámetro de 84 mm. Adicionalmente, se puede ver que mientras que en la red 
virtual el diámetro máximo es de 100 mm, en la red real es de 250 mm. Esto último puede deberse 
al  diseño  optimizado  al  que  se  somete  la  red  virtual  lo  cual  permite  evitar 
sobredimensionamientos en la red. También es importante mencionar que algunas de las tuberías 
del modelo real no cumplen con la restricción de diámetro mínimo de 75 mm, esto se puede deber 
a que el modelo original al que se tiene acceso es bastante antiguo y en el momento del diseño no 
se contaba con la restricción de diámetro mínimo. De las 122 tuberías virtuales que representan el 
modelo real, 120 tienen un diámetro virtual menor al diámetro real y 2 tienen un diámetro mayor 
respecto a las tuberías originales.   

Las  diferencias  encontradas  en  la  distribución  de  diámetros,  también  se  pueden  traducir  en 
diferencias medidas en algunos nudos de  la red. Con el fin de  comparar la presión en la red, se 
tomaron cuatro diferentes nudos con la misma ubicación espacial en el modelo real y virtual, los 
resultados y ubicación de los nudos se presentan a continuación.  

Tabla 31. Mediciones de Presión Red Real vs Red Virtual 

Red Bugalagrande Sector 2, Valle del Cauca 

Red Real 

Red Virtual 

Nudo 

Presión (m) 

Nudo 

Presión (m) 

52 

36.22 

24 

30.69 

205 

35.54 

71 

23.11 

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44 

 

275 

38.75 

21.62 

304 

36.42 

27 

20.99 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Como se puede ver en la Tabla 31, los valores de presión de la red real y red virtual cumplen con la 
restricción de presión mínima, sin embargo, la red virtual registra alturas de presión menores. Esto 
último se da al tener una distribución de diámetros de menor tamaño respecto a la red real.  

Posterior  a  esta  comparación,  se  calcularon  los  índices  hidráulicos  mencionados  anteriormente 
(Comparación  Índices  Hidráulicos),  con  el  fin  de  evaluar  el  comportamiento  hidráulico  y  poder 
concluir al respecto. Los valores obtenidos se presentan en la Tabla 32.  

Tabla 32. Índices Hidráulicos - Red Bugalagrande Sector 2 

Red Bugalagrande Sector 2, Valle del Cauca 

Índice Hidráulico 

Red Real 

Red Virtual 

Resilience Index 

0.960 

0.985 

Mean Pressure Surplus  

19.678 

7.922 

Mean Pressure Defficit  

 
Como se puede ver, el valor asociado al Índice de Resiliencia en la red virtual es levemente mayor 
respecto al valor registrado en el modelo original. Los resultados encontrados son aceptables y se 
puede  decir  que  el  modelo  virtual  tiene  energía  disponible  y  redundante  para  situaciones 
normales y críticas.  

Figura 31. Ubicación de las mediciones de 

presión – Red Real - Bugalagrande Sector 2 

Figura 30. Ubicación de las mediciones de 

presión – Red Virtual - Bugalagrande Sector 2 

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45 

 

Por último y con el fin de comparar la topología de la red real y de la red virtual, se calcularon tres 
diferentes índices de teoría de grafos, que permiten determinar qué tan compacta o dispersa es 
una red respecto a otra o cuán grande es en cuanto al número de vértices y ejes. Los indicadores 
se presentan a continuación: 

Tabla 33. Comparación Topología - Red Bugalagrande Sector 2  

Red Bugalagrande Sector 2, Valle del Cauca 

Indicador 

Red Real  Red Virtual 

Densidad de la Red  

0.011 

0.037 

Diámetro de la Red  

26 

15 

Grado promedio de separación  

9.032 

5.867 

 
El indicador de Densidad de la Red se define como la relación entre el número total de ejes de la 
red y el número posible de ejes que se pueden presentar en la red. Como se puede ver en la tabla 
anterior,  la  densidad  de  la  red  virtual  es  mayor  en  comparación  al  valor  encontrado  para  el 
modelo original; esto es causado por un menor número de nudos y tuberías, lo que hace que la 
red sea menos dispersa respecto al modelo original.  

En  cuando  a  los  dos  indicadores  restantes,  el  Diámetro  de  la  Red  se  define  como  la  máxima 
distancia  entre  un  par  de  vértices,  mientras  que,  el  grado  promedio  de  separación  de  la  red  se 
define  como  la  mínima  distancia  entre  un  par  de  vértices.  Como  se  puede  ver  en  la  Tabla  33, 
ambos indicadores de la red virtual son menores en comparación a los del modelo original. Esto se 
traduce en una red virtual menos dispersa, por lo tanto, en una red más eficiente. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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46 

 

4.4  Caso de estudio 4: Andalucía Alta, Valle del Cauca 

4.4.1  Modelo Hidráulico Real Andalucía Alta  

 

Figura 32. Modelo Hidráulico Real Andalucía Alta 

4.4.2  Propiedades de la Red 

Tabla 34. Propiedades de la Red Andalucía Alta 

Número Total de Nudos 

557 

Número Total de Tuberías 

359 

Número de Fuentes de Suministro 

Longitud [Km] 

24.817 

 

Tabla 35. Demanda asociada a la Red Andalucía Alta 

Demanda mínima (l/s) 

0.00 

Demanda media (l/s) 

0.04 

Demanda máxima (l/s) 

0.299 

Demanda total (l/s) 

12.28 

Demanda total (m

3

/s) 

0.0122 

Demanda modelar (m3/s) 

0.0159 

Demanda modelar (l/s) 

15.968 

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47 

 

4.4.3  Generación de la Topología  

Al igual que lo realizado para la generación de la topología en los casos de estudio anteriores, se 
realizaron  diferentes  pruebas  que  tuvieron  diferentes  valores  de  los  parámetros  ya  antes 
mencionados,  esto  se  hizo  con  el  fin  de  encontrar  los  parámetros  que  mejor  se  ajustaban  al 
presente  caso  de  estudio.  Inicialmente,  solo  se  cambiaron  los  criterios  de  Distribución  de  la 
Demanda, Trazado de la Red e Indicador de Ciclo; después de obtener los resultados de todas las 
pruebas  realizadas,  se  seleccionó  la  iteración  que  tuviera  mejores  resultados  para  luego  poder 
encontrar el valor del Offset de la Tubería Principal (MPO). Las pruebas realizadas para este caso 
de estudio y los parámetros utilizados en cada una de estas se presentan a continuación:  

Tabla 36. Parámetros utilizados en cada iteración realizada de la Red Andalucía Alta 

Prueba 

Total Demand 

(L/s) 

Demand Distribution 

Graph Layout 

Cycle Indicator (%) 

MPO (m) 

15.968 

Uniform 

Max 

50 

100 

15.968 

Normal 

Max 

50 

100 

15.968 

Uniform 

Min 

50 

100 

15.968 

Normal 

Min 

50 

100 

15.968 

Uniform 

Random 

50 

100 

15.968 

Normal 

Random 

50 

100 

15.968 

Uniform 

Max 

10 

100 

15.968 

Uniform 

Max 

20 

100 

15.968 

Uniform 

Max 

30 

100 

10 

15.968 

Uniform 

Max 

40 

100 

11 

15.968 

Uniform 

Min 

10 

100 

12 

15.968 

Uniform 

Min 

20 

100 

 

4.4.4  Resultados y Comparación  

Como  se  mencionó en  los  casos anteriores,  se  compararon  cada  una  de  las  pruebas  respecto al 
modelo original, identificando el número de segmentos reales que estaban siendo representados 
en el modelo virtual. En la Ilustración 7, se pueden ver los resultados obtenidos para cada una de 
las pruebas realizadas.   

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48 

 

 

Ilustración 7. Tuberías correspondientes por prueba Red Andalucía Alta 

Después  de  analizar  cada  una  de  las  pruebas  realizadas,  los  parámetros  utilizados  en  la  prueba 
ocho,  son  los  que  permitieron  tener  un  mayor  porcentaje  de  correcta  asignación  en  el  modelo 
virtual,  pues  como  se  ve  en  la  Ilustración  5,  es  la  iteración  que  permitió  obtener  un  mayor 
porcentaje de correcta asignación en el modelo virtual.  

 

Figura 33. Comparación Red Real vs Red Virtual – Octava Iteración 

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49 

 

Como se  puede ver en la Figura 33, la prueba número ocho, permitió obtener una red bastante 
similar  al  modelo  real  de  Andalucía  Alta,  también  se  puede  observar  que  la  red  virtual  tiene 
muchas más tuberías respecto al modelo real lo cual se puede deber al crecimiento de la red en 
los últimos años. En la siguiente figura se pueden observar las tuberías que fueron representadas 
por  el  modelo  virtual  con  un  error  asociado  menor  al  15%.  Es  importante  mencionar,  que  las 
tuberías que se presentan en color rojo son los segmentos que no fueron por representados por el 
modelo virtual con un error menor al 15%. 

 

Figura 34. Comparación Tubería a Tubería – Octava Iteración 

En  la  Tabla  37  se  presentan  cifras  más  detalladas  correspondientes  a  las  tuberías  asignadas  y 
tuberías no asignadas.  

Tabla 37. Porcentaje de Tuberías Representadas por el Modelo Virtual – Prueba 8 

Tuberías  

Prueba 8 

Tuberías No Correspondientes 

135 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 5% (Longitud) 

199 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 10% (Longitud) 

16 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 15% (Longitud) 

Porcentaje de Correcta Representación 

62.40% 

 

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50 

 

Ya definidos los parámetros que permitieron obtener una red virtual más similar al modelo real, se 
procede  a  obtener  el  valor  del  MPO.  Para  calcular  este  offset  se  plantearon  tres  diferentes 
escenarios, su diferencia radica en el número de puntos en el perímetro que fueron tomados para 
determinar la distancia. Estos escenarios se presentan a continuación.  

 

 

 

Escenario 1: 10 puntos analizados 

Escenario 2: 100 puntos analizados 

Escenario 3: 500 puntos analizados 

Figura 35. Obtención parámetro MPO - Red Andalucía Alta 

Cada  uno  de  estos escenarios  siguió  la metodología planteada  en  numerales  anteriores  (Cálculo 
del Offset de las Tuberías Principales). Los resultados de cada uno de estos escenarios, se presenta 
a continuación:  

Tabla 38. Obtención parámetro MPO - Red Andalucía Alta 

MPO – Red Andalucía Alta (m) 

Escenario 1: 10 Puntos 

Escenario 2: 100 Puntos 

Escenario 3: 500 Puntos 

537.79 

512.08 

510.46 

 
El valor que fue definido como el MPO de la Red de Andalucía Alta, fue el encontrado mediante el 
escenario  3,  pues  al  analizar  500  puntos  se  puede  obtener  una  buena  aproximación  a  este 
parámetro. Con el valor del MPO, se genera una red virtual final con los parámetros encontrados 
al realizar la comparación de pruebas. 

4.4.4.1  Generación de la Red Virtual Final 

En  la  Tabla  39,  se  presentan  los  parámetros  utilizados  para  la  generación  de  la  red  virtual  final. 
Estos parámetros fueron los utilizados en la prueba ocho y el valor del MPO encontrado mediante 
la metodología propuesta en esta investigación.   

 

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51 

 

Tabla 39. Parámetros DynaVIBe-Web utilizados en Prueba Virtual Final - Red Andalucía Alta 

Parámetros DynaVIBe - Web 

Total Demand (L/s) 

16.0 

Demand Distribution 

Uniform 

Graph Layout 

Use Maximum Possible Graph 

Cycle Indicator (%) 

20 

MPO (m) 

510.46 

 
Con  la  red  virtual  final  generada,  se  procedió  a  seguir  el  proceso  de  comparación  respecto  al 
modelo  original,  los  resultados  se  presentarán  a  continuación  mediante  figuras,  ilustraciones  y 
tablas.  

En la Tabla 40, se presenta una comparación de algunas características de la red, como lo son el 
número de nudos, el número de tuberías, fuentes de abastecimiento y longitud total de la red.   

Tabla 40. Comparación de Características Red Real y Red Virtual - Andalucía Alta 

Red Andalucía Alta, Valle del Cauca  

Características 

Red Real  Red Virtual 

Número de Nodos 

557 

567 

Número de Tuberías  

359 

630 

Número de Fuentes de Abastecimiento  

Longitud (Km) 

24.817 

21.997 

 
Como  se  puede  ver  en  la  Tabla  40,  la  red  virtual  tiene  un  mayor  número  de  tuberías  y  nudos 
respecto  al  modelo  original.  Sin  embargo  y  al  igual  que  en  los  casos  de  estudio  anteriores,  se 
identificó  que  múltiples  tuberías  virtuales  pueden  estar  representando  una  tubería  real.  En  la 
siguiente  figura,  se  presentan  los  segmentos  de  la  red  que  fueron  representados  por  el modelo 
virtual con un error menor a la tolerancia establecida de 15%. 

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52 

 

 

Figura 36. Tuberías representadas por la Red Virtual Final – Andalucía Alta 

En la Tabla 41 se presentan las cifras detalladas de tuberías asignadas y tuberías no asignadas.  

Tabla 41. Porcentaje de Tuberías Representadas por el Modelo Virtual – Prueba Final 

Red Andalucía Alta, Valle del Cauca  

Prueba Final 

Tuberías No Correspondientes 

131 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 5% (Longitud) 

205 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 10% (Longitud) 

15 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 15% (Longitud) 

Porcentaje de Correcta Representación 

64% 

 
Se puede evidenciar la mejora en el resultado final del modelo virtual, pues como se puede ver, la 
representación  del  modelo  real  mejoró  al  encontrar  una  mejor  aproximación  del  MPO  del  área 
analizada.  

Posterior  a  realizar  esta  comparación,  se  realizó  el  diseño  de  la  red  virtual,  teniendo  en  cuenta 
como  algunas  restricciones  la  presión  mínima  (15  m.c.a)  y  el  diámetro  mínimo  (75  mm).  A 
continuación, se presenta la Ilustración 8 en la que se podrá observar la distribución de diámetros 
en el modelo real y en el modelo virtual, para más adelante comparar los resultados.  

 

 

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53 

 

 

Ilustración 8. Distribución de Diámetros - Red Andalucía Alta 

Como se puede ver en la Ilustración 8, la mayoría de las tuberías en el modelo virtual cuentan con 
un  diámetro  de  75  mm  al  igual  que  en  el  modelo  original.  Adicionalmente,  se  puede  ver  que 
mientras que en la red virtual el diámetro máximo es de 150 mm, en la red real es de 254 mm. 
Esto  último  puede  deberse  al  diseño  optimizado  al  que  se  somete  la  red  virtual  lo  cual  permite 
evitar  sobredimensionamientos  en  la  red.  También es  importante  mencionar que  algunas  de  las 
tuberías  del  modelo  real  no  cumplen  con  la  restricción  de  diámetro  mínimo  de  75  mm,  esto  se 
puede deber a que el modelo original al que se tiene acceso es bastante antiguo y en el momento 
del diseño no se contaba con la restricción de diámetro mínimo. De las 228 tuberías virtuales que 
representan el modelo real, 188 tienen un diámetro virtual menor al diámetro real y 40 tienen un 
diámetro mayor respecto a las tuberías originales.   

Las  diferencias  encontradas  en  la  distribución  de  diámetros,  también  se  pueden  traducir  en 
diferencias medidas en algunos nudos de  la red. Con el fin de  comparar la presión en la red, se 
tomaron cuatro diferentes nudos con la misma ubicación espacial en el modelo real y virtual, los 
resultados y ubicación de los nudos se presentan a continuación. 

 

 

 

 

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54 

 

Tabla 42. Mediciones de Presión Red Real vs Red Virtual 

Andalucía Alta, Valle del Cauca 

Red Real 

Red Virtual 

Nudo 

Presión (m) 

Nudo 

Presión (m) 

270 

28.08 

81 

27.10 

53 

31.40 

512 

32.39 

300 

40.42 

328 

40.64 

129 

36.91 

121 

41.28 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Como se puede ver en la Tabla 42, los valores de presión de la red real y red virtual son bastante 
cercanos. Por otro lado, tanto en el modelo real como en el modelo virtual, las presiones en los 
nudos cumplen con la restricción de presión mínima. Adicionalmente, se encontró que, en algunos 
nudos, las alturas de presiones son menores en el modelo virtual, lo cual se debe a tener una red 
en la que  la mayoría de  las tuberías cuentan  con  diámetros de menor tamaño respecto a la red 
real.  

Posterior  a  esta  comparación,  se  calcularon  los  índices  hidráulicos  mencionados  anteriormente 
(Comparación  Índices  Hidráulicos),  con  el  fin  de  evaluar  el  comportamiento  hidráulico  y  poder 
concluir al respecto. Los valores obtenidos se presentan en la Tabla 43. 

 

 

Figura 37. Ubicación de las mediciones de 

presión – Red Real - Andalucía Alta 

Figura 38. Ubicación de las mediciones de 

presión – Red Virtual - Andalucía Alta 

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COMPLETAR  MODELOS  HIDRÁULICOS  Y  DE  CATASTRO  EN  REDES 
EXISTENTES

 

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Tabla 43. Índices Hidráulicos - Red Andalucía Alta 

Red Andalucía Alta, Valle del Cauca 

Índice Hidráulico 

Red Real 

Red Virtual 

Resilience Index 

0.997 

0.994 

Mean Pressure Surplus  

20.107 

38.526 

Mean Pressure Defficit  

 
Como se puede ver, el valor asociado al Índice de Resiliencia en la red virtual es bastante similar al 
valor registrado para la red real. Ambos resultados encontrados son aceptables y se puede decir 
que el modelo virtual tiene energía disponible y redundante para situaciones normales y críticas.  

Por último y con el fin de comparar la topología de la red real y de la red virtual, se calcularon tres 
diferentes índices de teoría de grafos, que permiten determinar qué tan compacta o dispersa es 
una red respecto a otra o cuán grande es en cuanto al número de vértices y ejes. Los indicadores 
se presentan a continuación: 

Tabla 44. Comparación Topología - Red Andalucía Alta 

Red Andalucía Alta, Valle del Cauca 

Indicador 

Red Real  Red Virtual 

Densidad de la Red  

0.006 

0.004 

Diámetro de la Red  

43 

45 

Grado promedio de separación  

29.33 

30.26 

 
El indicador de Densidad de la Red se define como la relación entre el número total de ejes de la 
red y el número posible de ejes que se pueden presentar en la red. Como se puede ver en la tabla 
anterior,  la  densidad  de  la  red  virtual  es  menor  en  comparación  al  valor  encontrado  para  el 
modelo original; esto es causado por un mayor número de nudos y tuberías.  

En  cuando  a  los  dos  indicadores  restantes,  el  Diámetro  de  la  Red  se  define  como  la  máxima 
distancia  entre  un  par  de  vértices,  mientras  que,  el  grado  promedio  de  separación  de  la  red  se 
define  como  la  mínima  distancia  entre  un  par  de  vértices.  Como  se  puede  ver  en  la  Tabla  33, 
ambos  indicadores  de  la  red  virtual  son  mayores  en  comparación  a  los  del  modelo  original,  sin 
embargo,  los  valores  registrados  son  similares,  por  lo  que  se  puede  suponer  que  son  igual  de 
eficientes.  

  

 

 

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4.5  Caso de estudio 5: Candelaria, Valle del Cauca 

4.5.1  Modelo Hidráulico Red Real Candelaria  

 

Figura 39. Modelo Hidráulico Real Candelaria 

4.5.2  Propiedades de la Red 

Tabla 45. Propiedades de la Red Candelaria 

Número Total de Nudos 

467 

Número Total de Tuberías 

567 

Número de Fuentes de Suministro 

Longitud [Km] 

23.102 

 

Tabla 46. Demanda asociada a la Red Candelaria 

Demanda mínima (l/s) 

0.00 

Demanda media (l/s) 

0.11 

Demanda máxima (l/s) 

1.080 

Demanda total (l/s) 

49.53 

Demanda total (m

3

/s) 

0.049 

Demanda modelar (m3/s) 

0.064 

Demanda modelar (l/s) 

64.386 

 

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4.5.3  Generación de la Topología 

Para  generar  el  trazado  de  la  red  en  la  herramienta  DynaVIBe  –  Web,  se  realizaron  diferentes 
modificando cada uno de los parámetros antes mencionados, esto se hizo con el fin de encontrar 
los  parámetros  que  mejor  se  ajustaban  a  cada  caso  de  estudio  para  luego,  poder  determinar  el 
Offset de la Tubería Principal (MPO). A continuación, se presentan cada uno de los parámetros que 
fueron tenidos en cuenta para cada iteración.  

Tabla 47. Parámetros utilizados en cada iteración realizada de la Red Candelaria 

Prueba 

Total Demand 

(L/s) 

Demand Distribution 

Graph Layout 

Cycle Indicator (%) 

MPO (m) 

15 

Uniform 

Max 

50 

100 

15 

Normal 

Max 

50 

100 

15 

Uniform 

Min 

50 

100 

15 

Normal 

Min 

50 

100 

15 

Uniform 

Random 

50 

100 

15 

Normal 

Random 

50 

100 

15 

Uniform 

Max 

10 

100 

15 

Uniform 

Max 

20 

100 

15 

Uniform 

Max 

30 

100 

10 

15 

Uniform 

Max 

40 

100 

11 

15 

Uniform 

Min 

10 

100 

12 

15 

Uniform 

Min 

20 

100 

4.5.4  Resultados y Comparación  

Como  se  mencionó  anteriormente,  se  compararon  cada  una  de  las  pruebas  respecto  al  modelo 
original,  identificando  el  número  de  segmentos  reales  que  estaban  siendo  representados  en  el 
modelo  virtual.  En  la  Ilustración  9,  se  pueden ver  los  resultados  obtenidos  para  cada  una  de  las 
pruebas realizadas.   

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Ilustración 9. Tuberías correspondientes por prueba Red Candelaria 

Después  de  analizar  cada  una  de  las  pruebas  realizadas,  los  parámetros  utilizados  en  la  prueba 
nueve,  son  los  que  permitieron  tener  un  mayor  porcentaje  de  correcta asignación en el modelo 
virtual,  pues  como  se  ve  en  la  Ilustración  9,  es  la  iteración  que  permitió  obtener  un  mayor 
porcentaje de correcta asignación en el modelo virtual. 

 

Figura 40. Comparación Red Real vs Red Virtual – Novena Iteración 

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Como se puede ver en la Figura 40, la prueba número nueve, permitió obtener una red bastante 
similar  al  modelo  real  de  Andalucía  Alta,  también  se  puede  observar  que  la  red  virtual  tiene 
muchas más tuberías respecto al modelo real lo cual se puede deber al crecimiento de la red en 
los últimos años. En la siguiente figura se pueden observar las tuberías que fueron representadas 
por  el  modelo  virtual  con  un  error  asociado  menor  al  15%.  Es  importante  mencionar,  que  las 
tuberías que se presentan en color rojo son los segmentos que no fueron por representados por el 
modelo virtual con un error menor al 15%. 

 

Figura 41. Comparación Tubería a Tubería – Novena Iteración 

En  la  Tabla  48  se  presentan  cifras  más  detalladas  correspondientes  a  las  tuberías  asignadas  y 
tuberías no asignadas.  

Tabla 48. Porcentaje de Tuberías Representadas por el Modelo Virtual – Prueba 9 

Tuberías  

Prueba 9 

Tuberías No Correspondientes 

108 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 5% (Longitud) 

431 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 10% (Longitud) 

17 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 15% (Longitud) 

Porcentaje de Correcta Representación 

80.95% 

 
Ya definidos los parámetros que permitieron obtener una red virtual más similar al modelo real, se 
procede  a  obtener  el  valor  del  MPO.  Para  calcular  este  offset  se  plantearon  tres  diferentes 
escenarios, su diferencia radica en el número de puntos en el perímetro que fueron tomados para 
determinar la distancia. Estos escenarios se presentan a continuación.  

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Escenario 1: 10 puntos analizados 

Escenario 2: 100 puntos analizados 

Escenario 3: 500 puntos analizados 

Figura 42. Obtención parámetro MPO - Red Candelaria 

Cada  uno  de  estos escenarios  siguió  la metodología planteada  en  numerales  anteriores  (Cálculo 
del Offset de las Tuberías Principales). Los resultados de cada uno de estos escenarios, se presenta 
a continuación:  

Tabla 49. Obtención parámetro MPO - Red Candelaria 

MPO – Red Candelaria (m) 

Escenario 1: 10 Puntos 

Escenario 2: 100 Puntos 

Escenario 3: 500 Puntos 

577.75 

537.31 

537.21 

 
El valor que fue definido como el MPO de la Red de Andalucía Alta, fue el encontrado mediante el 
escenario 3 pues a pesar de  ser bastante  al segundo escenario, al analizar 500 puntos se  puede 
obtener  una  buena  aproximación  a  este  parámetro.  Con  el  valor  del  MPO,  se  genera  una  red 
virtual final con los parámetros encontrados al realizar la comparación de pruebas. 

4.5.4.1  Generación de la Red Virtual Final  

En  la  Tabla  50,  se  presentan  los  parámetros  utilizados  para  la  generación  de  la  red  virtual  final. 
Estos parámetros fueron los utilizados en la prueba ocho y el valor del MPO encontrado mediante 
la metodología propuesta en esta investigación.   

Tabla 50. Parámetros DynaVIBe-Web utilizados en Prueba Virtual Final - Red Canderlaria 

Parámetros DynaVIBe - Web 

Total Demand (L/s) 

64.386 

Demand Distribution 

Uniform 

Graph Layout 

Use Maximum Possible Graph 

Cycle Indicator (%) 

30 

MPO (m) 

537.21 

 
 

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Con  la  red  virtual  final  generada,  se  procedió  a  seguir  el  proceso  de  comparación  respecto  al 
modelo  original,  los  resultados  se  presentarán  a  continuación  mediante  figuras,  ilustraciones  y 
tablas.  

En la Tabla 51, se presenta una comparación de algunas características de la red, como lo son el 
número de nudos, el número de tuberías, fuentes de abastecimiento y longitud total de la red.   

Tabla 51. Comparación de Características Red Real y Red Virtual - Candelaria 

 Red Candelaria, Valle del Cauca  

Características 

Red Real  Red Virtual 

Número de Nodos 

467 

306 

Número de Tuberías  

567 

441 

Número de Fuentes de Abastecimiento  

Longitud (Km) 

23.102 

23.373 

 
En  este  caso,  la  red  virtual  tiene  un  menor  número  de  tuberías  y  nudos  respecto  al  modelo 
original, sin embargo, la longitud total del modelo artificial es mayor en comparación al modelo 
original;  esto  se  da,  ya  que  el  modelo  virtual  además  de  representar  el  modelo  real,  está 
representando tuberías adicionales que corresponden al crecimiento de la red hasta el día de hoy. 
Al  igual  que  en  los  casos  de  estudio  anteriores,  se  identificó  que  múltiples  tuberías  virtuales 
pueden estar representando una tubería real. En la siguiente figura, se presentan los segmentos 
de  la  red  que  fueron  representados  por  el  modelo  virtual  con  un  error  menor  a  la  tolerancia 
establecida de 15%. 

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Figura 43. Tuberías representadas por la Red Virtual Final – Candelaria 

En la Tabla 52 se presentan las cifras detalladas de tuberías asignadas y tuberías no asignadas.   

Tabla 52. Porcentaje de Tuberías Representadas por el Modelo Virtual – Prueba Final 

Red Candelaria, Valle del Cauca  

Prueba Final 

Tuberías No Correspondientes 

102 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 5% (Longitud) 

440 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 10% (Longitud) 

13 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 15% (Longitud) 

12 

Porcentaje de Correcta Representación 

82.01% 

 
Se puede evidenciar la mejora en el resultado final del modelo virtual, pues como se puede ver, la 
representación  del  modelo  real  mejoró  al  encontrar  una  mejor  aproximación  del  MPO  del  área 
analizada.  

Posterior  a  realizar  esta  comparación,  se  realizó  el  diseño  de  la  red  virtual,  teniendo  en  cuenta 
como  algunas  restricciones  la  presión  mínima  (15  m.c.a)  y  el  diámetro  mínimo  (75  mm).  A 
continuación,  se  presenta  la  Ilustración  10  en  la  que  se  podrá  observar  la  distribución  de 
diámetros en el modelo real y en el modelo virtual, para más adelante comparar los resultados.  

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Ilustración 10. Distribución de Diámetros - Red Candelaria 

Como se  puede ver en la  Ilustración 10,  la mayoría  de  las tuberías en el modelo virtual cuentan 
con  un  diámetro  de  75  mm,  al  igual  que  en  el  modelo  original.  Sin  embargo,  se  puede  ver  que 
mientras que en la red virtual el diámetro máximo es de  150 mm, en la red real es de 260 mm. 
Esto  último  puede  deberse  al  diseño  optimizado  al  que  se  somete  la  red  virtual  lo  cual  permite 
evitar  sobredimensionamientos  en  la  red.  También es  importante  mencionar que  algunas  de  las 
tuberías  del  modelo  real  no  cumplen  con  la  restricción  de  diámetro  mínimo  de  75  mm,  esto  se 
puede deber a que el modelo original al que se tiene acceso es bastante antiguo y en el momento 
del diseño no se contaba con la restricción de diámetro mínimo. De las 465 tuberías virtuales que 
representan el modelo real, 259 tienen un diámetro virtual menor al diámetro real y 206 tienen un 
diámetro mayor respecto a las tuberías originales.   

Las  diferencias  encontradas  en  la  distribución  de  diámetros,  también  se  pueden  traducir  en 
diferencias medidas en algunos nudos de  la red. Con el fin de  comparar la presión en la red, se 
tomaron cuatro diferentes nudos con la misma ubicación espacial en el modelo real y virtual, los 
resultados y ubicación de los nudos se presentan a continuación.  

Tabla 53. Mediciones de Presión Red Real vs Red Virtual 

Candelaria, Valle del Cauca 

Red Real 

Red Virtual 

Nudo 

Presión (m) 

Nudo 

Presión (m) 

219 

29,99 

74 

25.98 

73 

26,96 

44 

22.45 

437 

26,88 

128 

23.22 

137 

29,12 

76 

23.14 

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Como se puede ver en la Tabla 53, los valores de presión de la red real y red virtual son bastante 
cercanos, adicional a esto, tanto en el modelo real como en el modelo virtual, las presiones en los 
nudos  cumplen  con  la  restricción  de  presión  mínima.  Las  alturas  de  presiones  menores  en  el 
modelo  virtual  pueden  deberse  a  tener  una  red  con  una  distribución  de  diámetros  de  menor 
tamaño respecto a la red real. 

Posterior  a  esta  comparación,  se  calcularon  los  índices  hidráulicos  mencionados  anteriormente 
(Comparación  Índices  Hidráulicos),  con  el  fin  de  evaluar  el  comportamiento  hidráulico  y  poder 
concluir al respecto. Los valores obtenidos se presentan en la Tabla 54. 

Tabla 54. Índices Hidráulicos - Red Candelaria 

Red Candelaria, Valle del Cauca 

Índice Hidráulico 

Red Real 

Red Virtual 

Resilience Index 

0.971 

0.965 

Mean Pressure Surplus  

6.037 

32.830 

Mean Pressure Defficit  

 
Como se puede ver, el valor asociado al Índice de Resiliencia en la red virtual es bastante similar al 
valor registrado para la red real. Ambos resultados encontrados son aceptables y se puede decir 
que el modelo virtual tiene energía disponible y redundante para situaciones normales y críticas.  

Por último y con el fin de comparar la topología de la red real y de la red virtual, se calcularon tres 
diferentes índices de teoría de grafos, que permiten determinar qué tan compacta o dispersa es 

Figura 45. Ubicación de las mediciones de 

presión – Red Real - Candelaria 

Figura 44. Ubicación de las mediciones 

de presión – Red Virtual - Candelaria 

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COMPLETAR  MODELOS  HIDRÁULICOS  Y  DE  CATASTRO  EN  REDES 
EXISTENTES

 

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65 

 

una red respecto a otra o cuán grande es en cuanto al número de vértices y ejes. Los indicadores 
se presentan a continuación: 

Tabla 55. Comparación Topología - Red Candelaria 

Red Candelaria, Valle del Cauca 

Indicador 

Red Real  Red Virtual 

Densidad de la Red  

0.005 

0.009 

Diámetro de la Red  

49 

39 

Grado promedio de separación  

17.181 

11.891 

 
El indicador de Densidad de la Red se define como la relación entre el número total de ejes de la 
red y el número posible de ejes que se pueden presentar en la red. Como se puede ver en la tabla 
anterior,  la  densidad  de  la  red  virtual  es  mayor  en  comparación  al  valor  encontrado  para  el 
modelo original; esto es causado por un menor número de nudos y tuberías.  

En  cuando  a  los  dos  indicadores  restantes,  el  Diámetro  de  la  Red  se  define  como  la  máxima 
distancia  entre  un  par  de  vértices,  mientras  que,  el  grado  promedio  de  separación  de  la  red  se 
define  como  la  mínima  distancia  entre  un  par  de  vértices.  Como  se  puede  ver  en  la  Tabla  55, 
ambos  indicadores  de  la  red  virtual  son  menores  en  comparación  a  los  del  modelo  original;  al 
tener diferencias notables en estos últimos indicadores, se puede decir que la red virtual es más 
eficiente que la red real al ser más compacta.  

 

 

 

 

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66 

 

4.6  Caso de estudio 6: Troncal del Caribe, Santa Marta 

4.6.1  Modelo Hidráulico Troncal del Caribe 

 

Figura 46. Modelo Hidráulico Real de Troncal del Caribe 

4.6.2  Propiedades de la Red 

Tabla 56. Propiedades de la Red Troncal del Caribe 

Número Total de Nudos 

245 

Número Total de Tuberías 

310 

Número de Fuentes de Suministro 

Longitud [Km] 

17,023 

 

Tabla 57. Demanda asociada a la Red Troncal del Caribe 

Demanda mínima (l/s) 

0.00 

Demanda media (l/s) 

0.073 

Demanda máxima (l/s) 

1.63 

Demanda total (l/s) 

18.05 

Demanda total (m

3

/s) 

0,018 

Demanda modelar (m3/s) 

0,023 

Demanda modelar (l/s) 

23.465 

 

4.6.3  Generación de la Topología 

Al igual que lo realizado para la generación de la topología en los casos de estudio anteriores, se 
realizaron  diferentes  pruebas  que  tuvieron  diferentes  valores  de  los  parámetros  ya  antes 
mencionados,  esto  se  hizo  con  el  fin  de  encontrar  los  parámetros  que  mejor  se  ajustaban  al 
presente  caso  de  estudio.  Inicialmente,  solo  se  cambiaron  los  criterios  de  Distribución  de  la 
Demanda, Trazado de la Red e Indicador de Ciclo; después de obtener los resultados de todas las 
pruebas  realizadas,  se  seleccionó  la  iteración  que  tuviera  mejores  resultados  para  luego  poder 

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encontrar el valor del Offset de la Tubería Principal (MPO). Las pruebas realizadas para este caso 
de estudio y los parámetros utilizados en cada una de estas se presentan a continuación:  

Tabla 58. Parámetros utilizados en cada iteración realizada de la Red Candelaria 

Prueba 

Total Demand 

(L/s) 

Demand Distribution 

Graph Layout 

Cycle Indicator (%) 

MPO (m) 

15.968 

Uniform 

Max 

50 

100 

15.968 

Normal 

Max 

50 

100 

15.968 

Uniform 

Min 

50 

100 

15.968 

Normal 

Min 

50 

100 

15.968 

Uniform 

Random 

50 

100 

15.968 

Normal 

Random 

50 

100 

15.968 

Uniform 

Max 

10 

100 

15.968 

Uniform 

Max 

20 

100 

15.968 

Uniform 

Max 

30 

100 

10 

15.968 

Uniform 

Max 

40 

100 

11 

15.968 

Uniform 

Min 

10 

100 

12 

15.968 

Uniform 

Min 

20 

100 

4.6.4  Resultados y Comparación  

Como  se  mencionó  anteriormente,  se  compararon  cada  una  de  las  pruebas  respecto  al  modelo 
original,  identificando  el  número  de  segmentos  reales  que  estaban  siendo  representados  en  el 
modelo virtual. En la Ilustración 11, se pueden ver los resultados obtenidos para cada una de las 
pruebas realizadas.   

 

Ilustración 11. Tuberías correspondientes por prueba Red Troncal del Caribe 

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Después  de  analizar  cada  una  de  las  pruebas  realizadas,  los  parámetros  utilizados  en  la  prueba 
nueve,  son  los  que  permitieron  tener  un  mayor  porcentaje  de  correcta  asignación en el modelo 
virtual,  pues  como  se  ve  en  la  Ilustración  11,  es  la  iteración  que  permitió  obtener  un  mayor 
porcentaje de correcta asignación en el modelo virtual. 

 

Figura 47. Comparación Red Real vs Red Virtual – Novena Iteración 

Como se puede ver en la Figura 47, la prueba número nueve, permitió obtener una red bastante 
similar al modelo real de Troncal del Caribe. En la siguiente figura se pueden observar las tuberías 
que fueron representadas por el modelo virtual con un error asociado aceptable menor al 15% y 
las tuberías que no fueron representadas en el modelo. Es importante mencionar, que las tuberías 
que se presentan en color rojo son los segmentos que no fueron por representados por el modelo 
virtual con un error menor al 15%. 

 

Figura 48. Comparación Tubería a Tubería – Novena Iteración 

En  la  Tabla  59  se  presentan  cifras  más  detalladas  correspondientes  a  las  tuberías  asignadas  y 
tuberías no asignadas.  

 

 

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69 

 

Tabla 59. Porcentaje de Tuberías Representadas por el Modelo Virtual – Prueba 9 

Red Troncal del Caribe, Santa Marta   

Prueba 9 

Tuberías No Correspondientes 

75 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 5% (Longitud) 

225 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 10% (Longitud) 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 15% (Longitud) 

Porcentaje de Correcta Representación 

75.81% 

 
Ya definidos los parámetros que permitieron obtener una red virtual más similar al modelo real, se 
procede  a  obtener  el  valor  del  MPO.  Para  calcular  este  offset  se  plantearon  tres  diferentes 
escenarios, su diferencia radica en el número de puntos en el perímetro que fueron tomados para 
determinar la distancia. Estos escenarios se presentan a continuación.  

 

 

 

Escenario 1: 10 puntos analizados 

Escenario 2: 100 puntos analizados 

Escenario 3: 500 puntos analizados 

Figura 49. Obtención parámetro MPO - Red Troncal del Caribe 

Cada  uno  de  estos escenarios  siguió  la metodología planteada  en  numerales  anteriores  (Cálculo 
del Offset de las Tuberías Principales). Los resultados de cada uno de estos escenarios, se presenta 
a continuación:  

Tabla 60. Obtención parámetro MPO - Red Troncal del Caribe 

MPO – Red Troncal del Caribe (m) 

Escenario 1: 10 Puntos 

Escenario 2: 100 Puntos 

Escenario 3: 500 Puntos 

323.109 

323.574 

323.839 

 
El valor que fue definido como el MPO de la Red de Andalucía Alta, fue el encontrado mediante el 
escenario 3 pues a pesar de  ser bastante  al  segundo escenario, al analizar 500 puntos se  puede 
obtener  una  buena  aproximación  a  este  parámetro.  Con  el  valor  del  MPO,  se  genera  una  red 
virtual final con los parámetros encontrados al realizar la comparación de pruebas. 

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70 

 

4.6.4.1  Generación de la Red Virtual Final 

En  la  Tabla  61,  se  presentan  los  parámetros  utilizados  para  la  generación  de  la  red  virtual  final. 
Estos parámetros fueron los utilizados en la prueba ocho y el valor del MPO encontrado mediante 
la metodología propuesta en esta investigación.   

Tabla 61. Parámetros DynaVIBe-Web utilizados en Prueba Virtual Final - Red Troncal del Caribe 

Parámetros DynaVIBe - Web 

Total Demand (L/s) 

23.465 

Demand Distribution 

Uniform 

Graph Layout 

Use Maximum Possible Graph 

Cycle Indicator (%) 

30 

MPO (m) 

323.839 

 
Con  la  red  virtual  final  generada,  se  procedió  a  seguir  el  proceso  de  comparación  respecto  al 
modelo  original,  los  resultados  se  presentarán  a  continuación  mediante  figuras,  ilustraciones  y 
tablas. 

En la Tabla 62, se presenta una comparación de algunas características de la red, como lo son el 
número de nudos, el número de tuberías, fuentes de abastecimiento y longitud total de la red.   

Tabla 62. Comparación de Características Red Real y Red Virtual - Troncal del Caribe 

Red Troncal del Caribe, Santa Marta  

Características 

Red Real  Red Virtual 

Número de Nodos 

245 

354 

Número de Tuberías  

310 

453 

Número de Fuentes de Abastecimiento  

Longitud (Km) 

17.023 

19.337 

 
Como  se  puede  ver  en  la  Tabla  62,  la  red  virtual  tiene  un  mayor  número  de  tuberías  y  nudos 
respecto al modelo original, por lo que resulta en un modelo con mayor longitud respecto a la red 
real. Al igual que en los casos de estudio anteriores, se identificó que múltiples tuberías virtuales 
pueden estar representando una tubería real. En la siguiente figura, se presentan los segmentos 
de  la  red  que  fueron  representados  por  el  modelo  virtual  con  un  error  menor  a  la  tolerancia 
establecida de 15%. 

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71 

 

 

Figura 50. Tuberías representadas por la Red Virtual Final – Troncal del Caribe 

En la Tabla 63 se presentan las cifras detalladas de tuberías asignadas y tuberías no asignadas.   

Tabla 63. Porcentaje de Tuberías Representadas por el Modelo Virtual – Prueba Final 

Troncal del Caribe, Santa Marta  

Prueba Final 

Tuberías No Correspondientes 

67 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 5% (Longitud) 

233 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 10% (Longitud) 

Tuberías Correspondientes con error asociado menor al 15% (Longitud) 

Porcentaje de Correcta Representación 

78.38% 

 
Se puede evidenciar la mejora en el resultado final del modelo virtual, pues como se puede ver, la 
representación  del  modelo  real  mejoró  al  encontrar  una  mejor  aproximación  del  MPO  del  área 
analizada.  

Posterior  a  realizar  esta  comparación,  se  realizó  el  diseño  de  la  red  virtual,  teniendo  en  cuenta 
como  algunas  restricciones  la  presión  mínima  (15  m.c.a)  y  el  diámetro  mínimo  (75  mm).  A 
continuación, se presenta una gráfica en la que se podrá observar la distribución de diámetros en 
el modelo real y en el modelo virtual, para más adelante comparar los resultados.  

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72 

 

 

Ilustración 12. Distribución de Diámetros - Red Troncal del Caribe 

Como se  puede ver en la  Ilustración 12, la mayoría de  las tuberías en el modelo virtual cuentan 
con un diámetro de 75 mm; en el modelo original, la mayoría de las tuberías también cuentan con 
un  diámetro  de  75  mm.  Adicionalmente,  se  puede  ver  que  mientras  que  en  la  red  virtual  el 
diámetro  máximo  es  de  150  mm,  en  la  red  real  es  de  500  mm.  La  existencia  de  tuberías  con 
diámetros mayores a 300 mm hace suponer que parte de esta red fue utilizada como parte de la 
red  matriz  de  toda  la  ciudad  de  Santa  Marta.  De  las  243  tuberías  virtuales  que  representan  el 
modelo real, 135 tienen un diámetro virtual menor al diámetro real, 108 tienen el diámetro igual 
en  comparación  a  las  tuberías  reales  y  2  tienen  un  diámetro  mayor  respecto  a  las  tuberías 
originales.   

Las  diferencias  encontradas  en  la  distribución  de  diámetros,  también  se  pueden  traducir  en 
diferencias medidas en algunos nudos de  la red. Con el fin de  comparar la presión en la  red, se 
tomaron cuatro diferentes nudos con la misma ubicación espacial en el modelo real y virtual, los 
resultados y ubicación de los nudos se presentan a continuación.  

Tabla 64. Mediciones de Presión Red Real vs Red Virtual 

Troncal del Caribe, Santa Marta 

Red Real 

Red Virtual 

Nudo 

Presión (m) 

Nudo 

Presión (m) 

2792 

39,23 

59 

20,13 

5000 

39,51 

131 

23,16 

2734 

37,50 

64 

17,38 

2768 

38,17 

118 

19,09 

 

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73 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

 
Como  se  puede  ver  en  la  Tabla  64,  los  valores  de  presión  de  la  red  real  y  red  virtual  no  son  lo 
suficientemente  cercanos,  sin  embargo,  tanto  en  el  modelo  real  como  en  el  modelo  virtual,  las 
presiones  en  los  nudos  cumplen  con  la  restricción  de  presión  mínima.  Las  alturas  de  presiones 
menores  en  el  modelo  virtual  se  deben  a  que  en  la  red  virtual  se  tienen  tuberías  de  menor 
tamaño.  

Posterior  a  esta  comparación,  se  calcularon  los  índices  hidráulicos  mencionados  anteriormente 
(Comparación  Índices  Hidráulicos),  con  el  fin  de  evaluar  el  comportamiento  hidráulico  y  poder 
concluir al respecto. Los valores obtenidos se presentan en la Tabla 65. 

Tabla 65. Índices Hidráulicos - Red Troncal del Caribe 

Troncal del Caribe, Santa Marta 

Índice Hidráulico 

Red Real 

Red Virtual 

Resilience Index 

0.991 

0.5041 

Mean Pressure Surplus  

23.167 

9.843 

Mean Pressure Defficit  

 
Como  se  puede  ver  en  la  Tabla  65,  el  valor  asociado  al  Índice  de  Resiliencia  en  la  red  virtual 
disminuyó respecto al valor registrado en el modelo original, esto se debe a las grandes diferencias 
encontradas  en  la  distribución  de  diámetros.  A  pesar  de  esto,  los  resultados  encontrados  son 
aceptables  y  se  puede  decir  que  el  modelo  virtual  tiene  energía  disponible  y  redundante  para 
situaciones normales y críticas.  

Figura 52. Ubicación de las mediciones de 

presión – Red Real - Troncal del Caribe 

Figura 51. Ubicación de las mediciones de 

presión – Red Virtual - Troncal del Caribe 

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74 

 

Por último y con el fin de comparar la topología de la red real y de la red virtual, se calcularon tres 
diferentes índices de teoría de grafos, que permiten determinar qué tan compacta o dispersa es 
una red respecto a otra o cuán grande es en cuanto al número de vértices y ejes. Los indicadores 
se presentan a continuación: 

Tabla 66. Comparación Topología - Red Troncal del Caribe, Santa Marta 

Red Troncal del Caribe, Santa Marta 

Indicador 

Red Real  Red Virtual 

Densidad de la Red  

0.01 

0.007 

Diámetro de la Red  

53 

74 

Grado promedio de separación  

17.658 

23.965 

 
El indicador de Densidad de la Red se define como la relación entre el número total de ejes de la 
red y el número posible de ejes que se pueden presentar en la red. Como se puede ver en la tabla 
anterior,  la  densidad  de  la  red  virtual  es  menor  en  comparación  al  valor  encontrado  para  el 
modelo original; esto es causado por un mayor número de nudos y tuberías.  

En  cuando  a  los  dos  indicadores  restantes,  el  Diámetro  de  la  Red  se  define  como  la  máxima 
distancia  entre  un  par  de  vértices,  mientras  que,  el  grado  promedio  de  separación  de  la  red  se 
define  como  la  mínima  distancia  entre  un  par  de  vértices.  Como  se  puede  ver  en  la  Tabla  66, 
ambos  indicadores  de  la  red  virtual  son  mayores  en  comparación  a  los  del  modelo  original;  al 
tener  diferencias  notables  en  estos  últimos  indicadores,  se  puede  decir  que  la  red  real  es  más 
eficiente que la red virtual al ser más compacta.  

 

 

 

 

 

 

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5  CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 

Después de  aplicar cada uno de  los pasos de  las metodologías planteadas para los seis casos de 
estudio  analizados,  se  obtuvieron  modelos  sintéticos  que  muestran  una  buena  aproximación  en 
cuanto a desempeño hidráulico en contraste con la red real. Esto, se debe principalmente a que el 
algoritmo de DynaVIBe – Web, que permite la generación de la topología de cada una de las redes 
demuestra  una  vez  más  que,  con  la  correcta  selección  de  los  parámetros  requeridos,  tiene  la 
capacidad de representar apropiadamente el modelo de una red original.  

Adicionalmente, se pudo identificar que al utilizar este software de generación de redes virtuales 
en conjunto con un algoritmo de diseño que tenga en cuenta las limitaciones que aplican a cada 
caso  de  estudio,  se  pueden  obtener  modelos  sintéticos  con  un  comportamiento  y  eficiencia 
energética similar a la encontrada en los modelos originales.  

El método de análisis propuesto pretendió determinar los parámetros que tenían mejor impacto 
en cada uno de los casos analizados para luego obtener el valor del MPO en cada caso de estudio. 
Al comparar cada una de las pruebas realizadas por modelo original estudiado, se logró identificar 
las dependencias del resultado frente a estos criterios y el comportamiento hidráulico y topológico 
de cada red. Dentro de los principales hallazgos se destaca:  

•  El algoritmo de DynaVIBe – Web, que permite la generación de la topología de cada una 

de  las  redes  demuestra  una  vez  más  que,  con  la  correcta  selección  de  los  parámetros 
requeridos,  tiene  la  capacidad  de  representar  apropiadamente  el  modelo  de  una  red 
original.  

•  Al encontrar una mejor aproximación al valor del MPO en cada red, se logró obtener una 

red virtual aún más similar al modelo original en cuanto al trazado de la red y al tamaño de 
las tuberías.  

•  Al  utilizar  la  metodología  de  OPUS  para  diseñar  la  red  virtual,  se  obtiene  una  mejor 

aproximación  de  los  diámetros  de  las  tuberías.  Esto  se  debe  a  que  se  pueden  definir 
restricciones que apliquen al caso colombiano, como presión mínima, diámetro mínimo y 
catálogo comercial de diámetros.  

•  En  cada  caso  de  estudio  existió  un  conjunto  de  parámetros  que  permitió  una  buena 

coincidencia  en  relación  con  la  localización  de  las  tuberías;  aunque  presentaron 
variaciones  dependiendo  del  caso  de  estudio,  los  criterios  que  se  tuvieron  en  común 
fueron la distribución uniforme de la demanda y máximo trazado de la red.  

•  A pesar del poco impacto que tiene el parámetro indicador de ciclo al tener un máximo 

trazado de la red, este tuvo variaciones dependiendo del caso de estudio que se analizó.  

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•  Al  igual  que  la  metodología  desarrollada  por  (Rojas,  D.,  2020),  se  puede  decir  que  el 

procedimiento  propuesto  en  esta  investigación  permite  encontrar  redes  virtuales  lo 
suficientemente  similares  a  las  reales,  lo  cual  permitiría  completar  modelos  de  catastro 
con información faltante.  

•  En algunos de los casos de estudio analizados, se pudo identificar que el diseño realizado 

por la herramienta DynaVIBe-Web no siempre permite un buen funcionamiento de la red. 
Esto  se  debe  a  que  subestima  el  diámetro  de  algunas  tuberías  lo  cual  hace  que  se 
presenten presiones negativas en la red o que no cumplan con la presión mínima definida 
de 15 m.  

•  Al utilizar la metodología de OPUS para diseñar la red virtual, se pueden generar cambios 

en  la  resiliencia  de  las  redes.  Esto  se  debe  a  la  asignación  de  un  diámetro  óptimo  para 
cada tubería. Sin embargo, los valores de índice de resiliencia encontrados en cada caso de 
estudio son aceptables.  

•  Las redes virtuales demostraron tener un comportamiento similar en cuanto a desempeño 

y  resiliencia,  esto  se  puede  entender  mediante  cada  uno  de  los  índices  de  resiliencia 
calculados;  incluso  en  algunos  casos,  las  redes  virtuales  presentan  mayor  energía 
excedente disponible en casos donde se presenten situaciones críticas. 

•  No se encontraron nudos con presiones negativas o menores a la mínima establecida (15 

m.c.a),  sin  embargo,  al  comparar  las  presiones  registradas  en  los  nudos  con  la  misma 
ubicación  espacial,  se  pudo  identificar  que  los  modelos  virtuales  registraron  menores 
presiones debido a la presencia de tuberías diámetros menores en comparación al modelo 
real.  

•  El índice de resiliencia utilizado fue la métrica que permitió definir de una mejor manera el 

comportamiento de las redes virtuales y las redes reales, para luego poder comparar los 
valores y encontrar diferencias respecto al uso de la energía en la red. 

•  El  trazado  de  la  red  que  se  genera  en  el  programa  DynaVIBe-Web  logra  ser  bastante 

similar  al  trazado  de  la  red  real,  sin  embargo,  la  red  virtual  puede  ser  más  dispersa  o 
compacta  en  comparación  al  modelo  original;  esto  se  debe  principalmente  al 
espaciamiento  entre  vértices  de  cada  red  y  es  medido  mediante  índices  de  teoría  de 
grafos como lo son el diámetro de la red y el grado promedio de separación. Estos últimos 
dos índices tienen relación con el número de nudos y tuberías presentes en una red, pues 
en la mayoría de los casos donde se obtuvo un mayor número de ejes y vértices, se pudo 
determinar  que  la  red  presentaba  mayor  espaciamiento  entre  vértices  por  lo  que 
resultaba en un modelo más disperso, mientras que, al tener modelos virtuales con menos 
tuberías y nudos, se encuentra una red más compacta frente al modelo original.  

Es importante continuar con este proceso investigativo, aplicando lo propuesto en diferentes 
casos  de  estudio  que  permitan  verificar  la  mejora  en  los  resultados;  estos  casos  de  estudio 
pueden ser redes de mayor tamaño y con diferentes geometrías, las cuales deben contar con 

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modelos ya calibrados y con el mínimo de información requerida por la herramienta DynaVIBe 
–  Web.  Con  el  fin  de  dar  continuidad  a  esta  línea  investigación,  se  proponen  las  siguientes 
actividades a desarrollar en los futuros trabajos de grado:  

•  La  metodología  del  MPO  puede  ser  mejorada  al  tener  en  cuenta  la  verdadera 

ubicación de las tuberías principales y que en algunos casos son múltiples grupos de 
tuberías principales dentro de una misma área de servicio. 

•  Acceder  a  redes  reales  más  actualizadas,  ya  que  como  se  vio  en  algunos  casos  de 

estudio, la red virtual no solo representaba la red original de unos años atrás, sino que 
también representaba tuberías adicionales que pueden estar asociadas al crecimiento 
de la red.  

•  Utilizar datos conocidos del modelo real, permitiría calibrar los datos de la red virtual, 

lo  puede  resultar  en  un  modelo  artificial  con  un  comportamiento  hidráulico  más 
similar respecto al modelo real.  

•  Diseñar  las  redes  virtuales  mediante  la  metodología  de  OPUS,  teniendo  en  cuenta 

diferentes  restricciones  en  cuanto  a  presión  y  tamaño  de  las  tuberías.  En  cuanto  al 
valor de presión mínima, se pueden diseñar redes virtuales teniendo en cuenta valores 
mínimos registrados dentro de la red real, con el fin de verificar el impacto que este 
parámetro tiene sobre la asignación del tamaño de las tuberías y las presiones en los 
nudos.  

•  Mediante  mapas  que  representen  la  malla  vial  asociada  a  la  red  real  con  la  que  se 

cuenta, realizar una comparación respecto al crecimiento de la red y así verificar si la 
red  virtual  describe  un  modelo  más  actualizado  de  la  red  de  distribución  de  agua 
potable hoy en día.  

•  Teniendo claro el funcionamiento de una herramienta como DynaVIBe-Web, se puede 

proyectar  la  realización  de  un  algoritmo  de  generación  de  redes  de  distribución  de 
agua  potable,  teniendo  en  cuenta  el  cálculo  de  un  MPO  dentro  del  programa,  la 
definición de restricciones de acuerdo con una norma local y la definición de catálogo 
de  diámetros  teniendo  en  cuenta  no  solo  tamaño,  sino  también  material  de  las 
tuberías. 

 

 

 

 

 

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6  BIBLIOGRAFÍA 

522  municipios  están  atrasados  en  su  actualización  catastral:  IGAC.  (24  de  Agosto  de  2019). 

Obtenido  de  El  Nuevo  Siglo:  https://elnuevosiglo.com.co/articulos/08-2019-522-
municipios-estan-atrasados-en-su-actualizacion-catastral-igac

 

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80 

 

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ASCE

 

 

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