Scientia et Technica Año XXVIII, Vol. 31, No. 03, julio septiembre de 2025. Universidad Tecnológica de Pereira. ISSN 0122-1701 y ISSN-e: 2344-7214
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Optimización automatizada del suministro de agua en
propiedades horizontales: Un enfoque experimental
en Ibagué
Automated optimization of water supply in horizontal properties: An experimental approach in Ibagué
O. L. Leyton-Mendieta ; Y. A Garces-Pulido ; I. A. Quintero-Castaño
DOI: https://doi.org/10.22517/23447214.25829
Scientific and technological research paper
Abstract— This article addresses the problem of water scarcity
and instability in the water supply of apartment buildings in
Ibagué, Colombia, through the design, development, and
experimental validation of an automated (electronic and
hydraulic) water reserve and supply prototype. The solution,
based on control technologies, computer-aided design (CAD), and
microcontroller-based monitoring devices, optimizes space
utilization and ensures efficient operation during prolonged
outages. A quantitative-descriptive and experimental
methodology was employed, grounded in needs assessment, CAD
modeling, and validation in a real and controlled environment
within the UNAD research facilities, which served as a
representative sample for evaluating the system's functionality.
The results show that the prototype achieves stable pressure
levels of 17.4 ± 2 psi at low and medium hydraulic points,
regardless of the tank level (1–100%) and distances of up to 12
meters. However, at higher elevations, adjustments to the
pressurizer activation are required, as its performance is limited
when the tank level falls below 50% or the distance exceeds 3
meters. The system, classified at TRL level 4, represents a
significant contribution to the sustainable management of water
resources and can be replicated in other similar urban contexts.
Keywords: Computer simulation, Remote monitoring, Storage
automation, Sustainable development, System validation.
Resumen— En este artículo se aborda la problemática de la
escasez y la inestabilidad en el suministro de agua en edificios de
propiedad horizontal en Ibagué, mediante el diseño, desarrollo y
validación experimental de un prototipo automatizado
(electrónico e hidráulico) de reserva y abastecimiento. La
solución, basada en tecnologías de control, modelado asistido por
computador (CAD) y dispositivos de monitoreo con
microcontroladores, permite optimizar el uso del espacio y
garantizar un funcionamiento eficiente durante cortes
prolongados. Se empleó una metodología cuantitativo-descriptiva
y experimental, fundamentada en la identificación de
necesidades, el modelado CAD y la validación en un entorno real y
controlado dentro de las instalaciones de investigación de la
cacarro
Este manuscrito fue enviado el 14 de Abril de 2025. Aceptado el 20 de
Septiembre de 2025, y publicado el 29 de Septiembre de 2025.
Este trabajo fue financiado por la Universidad Nacional Abierta y a
Distancia (UNAD) , mediante el semillero de investigación Smart Home
(Grupo GIDESTEC) y ADTRAMORTE (Grupo CANANGUCHALES).
que sirvió como muestra representativa para evaluar la
funcionalidad del sistema. Los resultados muestran que el
prototipo alcanza niveles de presión estables de 17.4 ± 2 psi en
puntos hidráulicos bajos y medios, con independencia del nivel
del tanque (1–100%) y distancias de hasta 12 metros. No obstante,
en puntos altos se requieren ajustes en la activación del
presurizador, ya que su rendimiento se ve limitado cuando el nivel
del tanque está por debajo del 50% o la distancia supera los 3
metros. El sistema, clasificado en el nivel TRL4, representa una
contribución relevante para la gestión sostenible del recurso
hídrico y puede replicarse en otros contextos urbanos similares.
Palabras clave: Automatización del almacenamiento;
Desarrollo sostenible; Monitorización remota; Simulación
informática; Validación de sistemas.
I.
INTRODUCCIÓN
a sostenibilidad del suministro hídrico urbano enfrenta
desafíos crecientes ante la combinación de demandas
poblacionales en expansión, patrones climáticos variables
y limitaciones estructurales en la infraestructura de distribución
[1]. Este escenario es particularmente crítico en ciudades
intermedias como Ibagué, Colombia, donde la dinámica de
crecimiento urbano ha superado la capacidad de adaptación de
los sistemas de abastecimiento existentes [2], [3]. Con una
población cercana a los 540.000 habitantes [4], la ciudad
registra recurrentes interrupciones en el servicio, especialmente
en edificaciones verticales de propiedad horizontal, donde las
restricciones arquitectónicas impiden la instalación de tanques de
almacenamiento convencionales [5], [6].
Aunque estudios previos han documentado la emergencia hídrica
en Ibagué desde 2020, afectando aproximadamente al 10% de su
población según fuentes periodísticas [7], persiste una carencia
crítica de datos cuantitativos oficiales sobre la frecuencia, duración
y cobertura espacial de estas interrupciones. Esta ausencia de
Proyecto: "Optimización Automatizada del Suministro de Agua en Propiedades
Horizontales: Un Enfoque Experimental en Ibagué".
Correo de los autores: omar.leyton@unad.edu.co; yesid.garces@unad.edu.co;
ivan.alveiro.quintero@correounivalle.edu.co
L
134
Scientia et Technica Año XXVIII, Vol. 30, No. 03 julio septiembre de 2025. Universidad Tecnológica de Pereira
métricas operativas —como horas promedio de corte por
semana o variabilidad estacional—no atenúa la urgencia del
problema, sino que, por el contrario, subraya la necesidad de
investigaciones empíricas que no dependan exclusivamente de
indicadores institucionales, sino que validen soluciones
técnicas bajo condiciones controladas que replican la realidad
urbana [8], [9]. Es precisamente esta brecha metodológica lo
que motiva el presente estudio: avanzar en la propuesta de
alternativas tecnológicas cuando la información de entrada es,
por su naturaleza, cualitativa o fragmentaria.
Figura 1. Zonas y comunas de la ciudad de Ibagué. Adaptado de [7].
En este contexto, zonas específicas de la comuna 9, como “La
Samaria” y “Arboleda Campestre”, se han convertido en
epicentros de inestabilidad hídrica, evidenciando un deterioro
progresivo en la calidad del servicio [Figura 1, adaptado de 7].
Estas áreas, con densidades poblacionales estimadas entre
5.000 y 15.000 habitantes respectivamente [10], [11],
representan un caso de estudio paradigmático, donde la falta de
planificación urbana, el crecimiento no regulado y la
deficiencia en mantenimiento de redes generan un entorno de
alta vulnerabilidad [7]. La gestión del recurso hídrico en estos
contextos requiere estrategias innovadoras que vayan más allá
de la mera reacción a fallos, hacia una optimización activa del
sistema [12], [13], [14].
El diseño de un sistema automatizado basado en control
electrónico, monitoreo en tiempo real y optimización espacial
emerge como una estrategia viable para garantizar la
continuidad del servicio en contextos de alta densidad y baja
disponibilidad [6], [15], [16]. Este trabajo no pretende
reemplazar la gestión macro del recurso, sino complementarla
mediante una solución técnica escalable, desarrollada y
validada experimentalmente en un entorno controlado que
simula fielmente las condiciones de operación en propiedad
horizontal. El artículo sustenta su contribución en la
implementación de un prototipo funcional a escala real,
sometido a pruebas experimentales rigurosas que permiten
evaluar su desempeño hidráulico, térmico y energético,
independientemente de la disponibilidad de datos agregados del
servicio público [17], [18].
II.
MATERIALES Y MÉTODOS
El desarrollo del prototipo se fundamenta en un enfoque
metodológico que integra simulación asistida por computador
(CAD), sistemas de control basados en microcontroladores y
dispositivos de monitoreo para la medición de variables
hidráulicas y térmicas [19]. Este diseño multidisciplinario
permite no solo optimizar el uso del espacio en propiedades
horizontales, sino también anticipar fallos funcionales y evaluar
el comportamiento del sistema antes de su implementación
física [20], [21]. El modelo tridimensional, elaborado mediante
software CAD (Figura 3), facilita la predicción precisa de
parámetros críticos como caudal y presión en función de la
geometría del tanque, lo cual sustenta las hipótesis y el diseño
experimental correspondiente [22]. Esta integración entre
simulación y validación empírica garantiza la coherencia del
proceso investigativo y fortalece la validez de los resultados, tal
como lo respaldan estudios previos en modelado hidráulico
aplicado [2], [3].
2.1
DISEÑO Y MODELADO
El sistema opera bajo un esquema de control ON–OFF Fig.2,
diseñado para gestionar de forma autónoma la conmutación
entre el suministro directo de la red pública y el abastecimiento
desde un tanque de almacenamiento.
Fig. 2. Modelo Visual del Sistema que representa el abastecimiento de agua de
baja altura de manera conceptual. Adaptado de [2]. Fuente: Elaboración propia.
Cuando la presión de la red supera un umbral mínimo, el flujo
alimenta directamente los puntos hidráulicos mientras se rellena
el tanque a través de una válvula de retención unidireccional.
En condiciones de interrupción, un sensor de caudal detecta la
ausencia de flujo principal y activa el motor presurizador, cuya
carcasa incorpora una electroválvula de aislamiento que evita la
recirculación hacia el tanque, mejorando así la eficiencia
hidráulica.
La lógica de operación fue programada en un microcontrolador
Arduino, al cual se acopló un sensor ultrasónico de nivel
ubicado en la parte superior del tanque. Este dispositivo permite
Scientia et Technica Año XXVIII, Vol. 30, No. 03, julio septiembre de 2025. Universidad Tecnológica de Pereira.
135
monitorear continuamente la disponibilidad de agua,
información que se despliega en una pantalla LCD integrada,
asegurando supervisión local sin necesidad de instrumental
adicional. El tanque tiene una capacidad de 250 litros,
dimensionada para ofrecer hasta 8 horas de autonomía durante
cortes prolongados [23]. Se utilizó una bomba centrífuga
residencial de 0.2 HP (≈150 W), capaz de generar caudales
cercanos a 15 L/min, suficientes para mantener la presión
mínima requerida en redes internas. Para evaluar el rendimiento
en condiciones reales, se definieron tres puntos de consumo:
bajo (~0.2 m), medio (~0.6 m) y alto (~2.2 m). Esta
especificación técnica asegura la reproducibilidad del
experimento en escenarios equivalentes.
El modelado CAD permitió simular el comportamiento del
sistema en espacios confinados típicos de edificaciones
verticales Fig.3, facilitando el análisis cuantitativo y cualitativo
de la estructura. Esta herramienta no solo mejora la fase de
diseño, sino que también posibilita la formulación de hipótesis
verificables y el diseño de experimentos controlados, elementos
esenciales para una validación científica robusta [2].
Fig. 3. Modelado del sistema CAD. (a) determinación de dimensiones
aproximadas reales de instalación. (b) y (c), diseño estructura base prototipo
simulación CAD. Fuente: Elaboración propia.
2.2
DESARROLLO DEL PROTOTIPO
El prototipo fue construido utilizando componentes
convencionales e integrando tecnologías de información y
control. Se empleó un sistema basado en Arduino para
monitorear en tiempo real el nivel de agua y gestionar la
activación automática del presurizador [20], [25],
complementado con sensores de presión y temperatura para
evaluar el rendimiento bajo condiciones operativas reales [26],
[27]. La Tabla I presenta los resultados experimentales de
presión de salida en diferentes puntos hidráulicos, mostrando
un funcionamiento estable en puntos bajos y medios (17.4 ± 2
psi), con independencia del nivel del tanque (1–100%) y
distancias de hasta 12 metros. Sin embargo, en puntos altos se
observaron limitaciones cuando el nivel del tanque cae por
debajo del 50% o la distancia supera los 3 metros, lo que indica
la necesidad de ajustar el circuito de control para mejorar la
respuesta en condiciones de baja carga.
TABLA I.
RESULTADOS EXPERIMENTALES DE PRESIÓN Y
NIVELES DE AGUA
Condición
Operativa
Nivel
del
Tanque
(%)
Distancia
sistema a
punto
hidráulico
(m)
Presión
de
Salida
(psi)
Comentarios
Punto
Hidráulico
Bajo
(sanitarios)
1 - 100
0 - 12
17.4 ±
2
Funcionamiento
estable
Punto
Hidráulico
Medio
(lavamanos)
1 - 100
0 - 12
17.4 ±
2
Funcionamiento
estable
Punto
Hidráulico
Alto
(duchas)
> 50
0 - 3
14.5 ±
2
Limitaciones en
condiciones
reales
La Fig.4 ilustra la implementación del prototipo en un entorno
real y controlado, evidenciando la integración exitosa de los
componentes electrónicos e hidráulicos. Esta visualización
refuerza la escalabilidad del sistema y demuestra su factibilidad
técnica más allá del ámbito teórico. El prototipo alcanza el nivel
TRL4 (tecnología validada en laboratorio), lo que implica su
transición desde una etapa de concepto a un sistema funcional
probado en condiciones representativas [2]. Aunque aún no se
encuentra en entornos operativos plenos (TRL 6-7), esta etapa
constituye un hito fundamental que sienta las bases para futuras
iteraciones orientadas a la optimización del control y la
escalabilidad.
Fig. 4. Implementación del prototipo por pasos en un entorno real y controlado
(a), (b), (c), (d) y (e). Fuente: Elaboración propia
136
Scientia et Technica Año XXVIII, Vol. 30, No. 03 julio septiembre de 2025. Universidad Tecnológica de Pereira
Fig. 5. Selección del dispositivo de control mecánico para maximizar el nivel
de agua dentro del tanque. Se muestran (a), (b), (c) y (d) las diferentes opciones
de mecanismos de control evaluadas, conforme a la oferta del mercado y
criterios de tamaño y costo. Se elige el sistema de la figura (d.) por tamaño y
eficiencia. Fuente: Elaboración propia.
Fig.6. Selección del motor presurizador de acuerdo con la oferta del mercado.
En (a), (b), (c), (d), (e) y (f) se ilustran los tipos de motor considerados,
comparando sus características técnicas (dimensiones, nivel de ruido, consumo
energético) relevantes para la aplicación. Se elige el sistema de la figura (a.) por
tamaño, costo y nivel de ruido. Fuente: Elaboración propia.
2.3
METODOLOGÍA EXPERIMENTAL
Las pruebas experimentales se realizaron en un prototipo
funcional a escala real, diseñado y construido específicamente
para este estudio. El sistema fue montado y validado en un
entorno controlado dentro de las instalaciones de investigación
de la Universidad Nacional Abierta y a Distancia (UNAD). Este
escenario permitió simular fielmente las condiciones típicas de
presión, altura y demanda encontradas en edificios de propiedad
horizontal en Ibagué, sirviendo así como una muestra
representativa para evaluar la funcionalidad, eficiencia y
escalabilidad del sistema automatizado propuesto.
La validación experimental combinó pruebas en laboratorio y
campo, evaluando variables clave como presión de salida,
temperatura del motor, consumo energético y distancia a puntos
hidráulicos. Se implementó un análisis de regresión lineal para
correlacionar el tiempo de operación con el incremento de
temperatura del motor, lo que permitió establecer tiempos
máximos de funcionamiento continuo y pausas necesarias para
evitar el sobrecalentamiento. Los resultados (Figura 9)
muestran una tasa de calentamiento de 1.24 °C/min y
enfriamiento de −0.59 °C/min, valores que se ajustan a modelos
teóricos de transferencia térmica en sistemas electromecánicos
residenciales [19].
A partir de estos datos, se simuló el uso de ducha en múltiples
sesiones (Figura 10): cinco usos de 10 minutos con descansos
de 5 minutos alcanzan una temperatura máxima de 69.3 °C,
bien por debajo del umbral crítico de 90 °C establecido por el
fabricante. Esta simulación respalda empíricamente la
viabilidad del sistema bajo patrones de uso realistas,
considerando duraciones promedio según recomendaciones de
la OMS.
Para fortalecer la credibilidad del protocolo y responder a las
exigencias de rigor metodológico, el estudio adopta marcos
reconocidos internacionalmente. Se utiliza la escala de
Technology Readiness Levels (TRL), estandarizada por la ISO
16290:2013 [20] y adoptada por organismos como la NASA y
la Comisión Europea [28], para contextualizar objetivamente el
grado de madurez del sistema (actualmente TRL4). Además, el
diseño experimental sigue principios de buenas prácticas en
ingeniería aplicada, inspirados en las normas IEEE Std 1012-
2016 [3] y ISO/IEC 15288:2023, que establecen procesos
estructurados de verificación y validación.
Fig.7. Gráficas 3D, Nivel del tanque Vs Distancia a punto hidráulico Vs Presión
de salida. (a) Gráfica de resultados para puntos bajos y medios, el
comportamiento es óptimo. (b) Gráfica de resultados para puntos altos, el
comportamiento es óptimo sólo cuando el tanque está en niveles de llenado
superiores al 50% y cuando la distancia al presurizador es menor a 3m.
Adaptado de [27]. Fuente: Elaboración propia.
La relación entre el desempeño hidráulico del sistema y sus
condiciones operativas se analizó mediante gráficos
tridimensionales (Figura 7), donde se correlacionan el nivel del
tanque, la distancia al punto de consumo y la presión de salida.
Estos gráficos permiten visualizar claramente que el sistema
opera con estabilidad en puntos bajos y medios (Figura 7a),
manteniendo presiones adecuadas (>17 psi) incluso con niveles
de llenado bajos y distancias largas. En contraste, en puntos
altos (Figura 7b), la presión cae significativamente cuando el
nivel del tanque está por debajo del 50% o la distancia al
presurizador supera los 3 metros, lo que identifica de forma
precisa las limitaciones actuales del diseño.
La instrumentación y ejecución de las pruebas se documentan
en la Figura 8, que muestra el montaje experimental: (a)
medición de presión con manómetro análogo, (b) monitoreo del
sistema en funcionamiento, (c) variación de la distancia al
punto de consumo mediante manguera particionada, y (d) vista
general del prototipo instalado. Esta secuencia ilustra el
protocolo estandarizado seguido durante las pruebas, desde la
configuración inicial hasta la toma de datos, asegurando
consistencia y trazabilidad en cada medición.
Si bien la replicación independiente por terceros aún no se ha
llevado a cabo, todos los códigos fuente, modelos CAD,
procedimientos experimentales y datos primarios han sido
documentados exhaustivamente y están disponibles en el
repositorio institucional de la UNAD [2]. Este compromiso con
la ciencia abierta y la transparencia metodológica facilita
futuras validaciones externas, promueve la reproducibilidad y
posiciona el estudio dentro de estándares de investigación de
alta calidad. Se espera que esta documentación sirva como base
para colaboraciones académicas futuras, incluyendo posibles
validaciones con instituciones como la Universidad del Valle,
en línea con estrategias de consolidación tecnológica regional.
En conjunto, este protocolo —aunque preliminar— supera las
limitaciones de estudios meramente descriptivos al incorporar
análisis estadísticos, simulaciones basadas en datos empíricos y
una estructura metodológica alineada con estándares
Scientia et Technica Año XXVIII, Vol. 30, No. 03, julio septiembre de 2025. Universidad Tecnológica de Pereira.
137
internacionales. Los resultados, si bien derivan de un contexto
específico, constituyen una evidencia cuantificable que puede
ser refinada en futuras investigaciones con diseños más
complejos y controles rigurosos.
III.
RESULTADOS Y ANÁLISIS
Los ensayos experimentales, ilustrados en la Figura 8, reflejan
que el prototipo, en la etapa de producción, presenta un
desempeño adecuado en puntos hidráulicos bajos y medios. La
presión de salida en estos espacios se mantiene dentro de los
rangos esperados [22]; sin embargo, en puntos altos —es decir,
en la prueba de duchas— se evidencian restricciones que
justifican la necesidad de optimizar el circuito de activación del
presurizador [5], [3], [29], [20], [22].
Fig. 8. La implementación del prototipo fue sometido a pruebas experimentales
para la evaluación tanto de la presión de salida como la respuesta del sistema
ante variaciones de distancia. (a) medición de presión del sistema con
manómetro análogo. (b) Implementación y monitoreo del sistema. (c) Cambio
de distancia al equipo de presión mediante manguera particionada. (d) prototipo
del sistema de reserva y suministro. Fuente: Elaboración propia.
La información experimental se asoció con simulaciones y se
resumen en tablas, gráficos y premisas que describen los límites
operativos seguros del prototipo y su modo de utilización. Se
evidencia una eficiencia superior al 70% en condiciones
controladas para los diferentes casos de uso, según los informes
generados. La eficiencia hidráulica del sistema 𝜂 se evaluó
comparando la presión obtenida por el sistema con el valor
mínimo funcional de 20 psi, considerado como umbral
operativo para garantizar un funcionamiento adecuado de
artefactos sanitarios residenciales [35], mediante la ecuación
(1):
temperatura de 24.8°C y finaliza con 63°C. Luego se pasa a la
etapa de enfriamiento desde los 63°C, disminuyendo a 28°C en
60 minutos. Durante el período de funcionamiento continuo se
observa un comportamiento de aproximación lineal de la
temperatura con pendiente de 1.24 °C/min [20], la segunda
parte de la figura complementa el análisis, se observa la curva
de enfriamiento del motor en modo de suspensión, donde la
pendiente es aproximadamente -0.59°C/min. Aunque esta
información resulta esencial para comprender la relación entre
el calentamiento y el proceso de compensación en frío, es
fundamental considerar también la duración durante la cual el
sistema permanece fuera de condiciones controladas.
Dentro de un funcionamiento real del sistema, se pone de
manifiesto la necesidad de agregar períodos intermedios de
descanso en función de la temperatura para evitar que ésta
supere los 90°C que es el umbral crítico permitido por el
fabricante. Por último, la inclusión de estas diapositivas
respalda empíricamente la elección de protocolos operativos
destinados a preservar la integridad del sistema, corroborando
así la solidez experimental, la validez y la confiabilidad de este
estudio.El perfil térmico mostrado en la Figura 9 fue validado
mediante un análisis de regresión lineal. Para el período de
calentamiento, la regresión arrojó un coeficiente de
determinación 𝑅
2
= 0.987, indicando un ajuste muy fuerte
entre el tiempo y el incremento de temperatura. La pendiente
calculada fue de 1.24 ± 0.08 °C/min (media ± desviación
estándar de tres repeticiones).
Durante el enfriamiento, la pendiente fue de −0.59 ± 0.05
°C/min con 𝑅
2
= 0.973. Estos resultados demuestran la
reproducibilidad del experimento y permiten predecir con
precisión el comportamiento térmico del sistema bajo
condiciones operativas reales, fundamentando así los
protocolos de uso y descanso propuestos.
𝜂 =
𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎
𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑎 𝑓𝑢𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙
∗ 100% (1)
Para puntos bajos y medios (17.4 ± 2 psi), la eficiencia oscila
entre 87% y 97%. Para puntos altos (14.5 ± 2 psi), la eficiencia
varía entre 72.5% y 82.5%, lo que indica un rendimiento
aceptable pero cercano al límite operativo, justificando ajustes
en el control del presurizador.
Por otro lado, fundamentado en lo mostrado en la Figura 9,
donde se evidencia el comportamiento experimental del
prototipo, se procede a analizar en detalle las simulaciones de
uso y respuesta térmica del motor.
En la Figura 9 se registra el comportamiento térmico
experimental del motor, durante 30 minutos se hace funcionar
de forma continua, dentro de ese lapso, inicia con una
Fig. 9. Registro térmico experimental del motor durante ciclos de (a) operación
y (b) descanso. Fuente: Elaboración propia.
Superponiendo de forma alternada los resultados de las dos
regresiones lineales obtenidas en la figura 9, se realiza una
simulación de uso de la ducha en varias sesiones de 15 minutos
con descansos de motor de 10 minutos como se observa en
Figura 10, la simulación muestra que se lograrían 5 sesiones o
usos de la ducha sin sobrepasar la temperatura máxima de motor
(90°C) en un tiempo máximo de 110 minutos alcanzando una
138
Scientia et Technica Año XXVIII, Vol. 30, No. 03 julio septiembre de 2025. Universidad Tecnológica de Pereira
temperatura de 88.2°C. Una segunda simulación considera
lapsos de uso más cortos con sesiones de 10 minutos y
descansos de 5 minutos, logrando 5 sesiones o usos de ducha
alcanzando una temperatura máxima de motor de 69.3°C en 70
minutos. Los tiempos usados en las simulaciones son
considerados con base en la duración de una ducha promedio
según la OMS de 10 minutos, sin tener en cuenta la exigencia
de ahorro que deben tener las personas en un momento de
escasez de agua.
Figura 10. Simulación de la variación de temperatura del motor por sesiones
continuas y descansos intermedios. (a) 5 sesiones de 15 minutos con descanso
de motor de 10 min. (b) 5 sesiones de 10 minutos con descanso de motor de 5
min. Fuente: Elaboración propia.
Dentro del análisis de consumo energético, se calcula el valor
de la potencia total y el consumo aproximado de energía del
sistema para diferentes tiempos y sesiones de uso (1, 5, 10 y 15
minutos), se agregan algunos estimados de costo o valor
energético, asumiendo un valor medio de 1100 pesos/Kwh para
el departamento del Tolima Colombia en 2025. En la Tabla 2
se resumen los estimados, se identifica que el consumo de
energía en estado de reposo o espera del sistema es de 2W, con
un costo aproximado por mes de 1440 pesos, que corresponde
al 0.1% del salario mínimo mensual legal vigente para
Colombia en 2025 (1 milésima del salario mínimo). Para los
momentos de funcionamiento total del sistema, la potencia es
de 140W aproximadamente, que, para una sesión de uso del
sistema de 10 minutos, por ejemplo, el tiempo de ducha de una
persona, por 30 días, tiene un costo de 720 pesos, que equivale
al 0.051% del salario mínimo del país (una dos milava parte del
salario), tal como se muestra en la fila 5 de la Tabla 2. Dichos
resultados evidencian la factibilidad del sistema en términos de
bajo consumo energético y valor económico [23].
TABLA II.
CONSUMO ENERGÉTICO DEL SISTEMA PARA
DIFERENTES TIEMPOS.
El análisis integrado de los resultados obtenidos en el diseño del
prototipo, los resultados experimentales, el consumo energético
y las figuras simuladas ofrece una visión integral del sistema,
evidenciando la viabilidad técnica al permitir que el documento
avance bajo recomendaciones fundamentadas en evidencia
cuantificable. Por consiguiente, estas figuras deben
incorporarse como parte adicional de la contribución de
resultados, a fin de garantizar el nivel de detalle y rigor
requeridos en una aportación de alto impacto.
VI. DISCUSIÓN
La discusión presentada en el estudio se respalda en un análisis
detallado de datos cuantitativos y cualitativos que confirman la
replicabilidad tecnológica del prototipo TRL4. Por ejemplo, la
comparación entre los datos de las condiciones simuladas y los
resultados experimentales, ilustrada en la Tabla 1 y la Figura 8,
permitió asociar directamente el rendimiento observado en los
puntos hidráulicos bajos y medios con las deficiencias
registradas en los puntos altos. Además, un análisis de regresión
lineal del perfil térmico del motor reveló una tasa de incremento
de temperatura de aproximadamente 1.24 °C por minuto, y la
forma de la curva se ajustó a los patrones teóricos, lo que no
solo confirma la precisión del modelo predictivo, sino que
también define los umbrales críticos para la activación del
presurizador [2]. En consecuencia, la evidencia cuantitativa
aporta un fundamento sólido y explícito, eliminando la
ambigüedad contextual y dotando al estudio de una
comprensión significativa en términos de control y operación
segura [2], [5], [3], [29].
De igual modo, el compendio gráfico de la curva de
enfriamiento del motor, mostrado en la figura 8-2, junto con los
resultados simulados en la figura 9, robustecen el marco
metodológico del estudio. Durante el proceso de enfriamiento,
se registró una tasa de cambio promedio de -0.59 °C/min, lo que
proporciona una visión precisa de la dinámica térmica del
[min
]
[H
or
as
]
En
repo
so
1
2
0.0020
2
720
1440
0.100%
1
0.
02
140
0.0028
3
30
90
0.006%
5
0.
08
140
0.0112
11
30
330
0.023%
10
0.
17
140
0.0238
24
30
720
0.051%
15
0.
25
140
0.0350
35
30
1050
0.074%
Tie
mpo
de
uso
Ti
e
m
po
Potenci
a total
[Vatios
]
Consumo
de
energía
[Kwh]
Costo
energía
[pesos]
Sesio
nes
mes
Costo
energía
mes
[pesos]
Relación con
SMLV
Colombia
2025
Scientia et Technica Año XXVIII, Vol. 30, No. 03, julio septiembre de 2025. Universidad Tecnológica de Pereira.
139
sistema y fundamenta las recomendaciones operativas basadas
en datos empíricos. Además, la discusión se apoya en la
validación experimental de parámetros críticos, como la presión
de salida y el nivel del tanque, estableciendo una base
argumentativa sólida que refuerza la viabilidad técnica
demostrada del prototipo. En consecuencia, esta sección se
erige como el pilar central del informe.
V. CONCLUSIONES
El presente estudio permitió confirmar la factibilidad técnica y
operativa de un sistema automatizado de reserva y suministro
de agua urbana para edificios de propiedad horizontal en
Ibagué. La combinación innovadora de técnicas de simulación
CAD, sistemas de control programados en Arduino y la
contribución adicional del presurizador como elemento clave en
la consolidación de la TRL4 —implementada por primera vez
en condiciones experimentales— ha engendrado un prototipo
que optimiza el uso del recurso hídrico, asegura la máxima
eficiencia energética y garantiza la confiabilidad necesaria en
situaciones reales. Asimismo, el uso del método de ajuste de
mínimos cuadrados para correlacionar y confirmar la influencia
térmica in situ, junto con la validación de parámetros críticos
como la presión de salida y el nivel del tanque, ilustra la
robustez del diseño, aunque también identificó áreas de mejora,
como la activación del presurizador en los puntos altos [5], [30],
[22]. Además, desde la perspectiva de la erradicación de fallas,
este enfoque multidisciplinario, fundamentado en un sólido
marco metodológico y respaldado por evidencia empírica,
representa una contribución significativa a la ingeniería
hidráulica urbana, consolidando la replicabilidad y
escalabilidad del sistema en otros entornos urbanos [2], [3],
[31], [32], [33]. Entre los trabajos a futuro se puede mencionar
el refinamiento del circuito de activación del presurizador,
especialmente en situaciones de alta demanda y en cabeceras,
mediante la incorporación de protocolos predictivos y técnicas
de inteligencia artificial [20]. Asimismo, se propone la
implementación de redes de sensores adicionales para el
monitoreo en tiempo real de otras variables críticas [34], [14].
Los resultados obtenidos en este estudio confirman y extienden
hallazgos previos sobre sistemas automatizados de suministro
de agua [2], [3], particularmente en contextos urbanos con
limitaciones espaciales. Si bien la necesidad de optimizar la
activación del presurizador en puntos altos ha sido observada
antes [5], nuestra propuesta ofrece una solución experimental
validada en campo que aborda esta limitación mediante un
diseño integrado de control y monitoreo.
AGRADECIMIENTOS
El desarrollo del proyecto “Optimización Automatizada del
Suministro de Agua en Propiedades Horizontales: Un Enfoque
Experimental en Ibagué” fue posible gracias a la articulación
activa de diversos grupos de interés institucionales. Se expresa
un especial reconocimiento a la Universidad Nacional Abierta
y a Distancia (UNAD), al semillero de investigación Smart
Home, vinculado al grupo GIDESTEC, y al semillero
ADTRAMORTE del grupo de investigación
CANANGUCHALES, cuyos integrantes aportaron
sustancialmente al enfoque territorial y ciudadano del proyecto.
Asimismo, se agradece a la comunidad interviniente y a los
investigadores de la misma institución que acompañaron los
procesos de validación y transferencia. De igual manera, se
resalta la participación de investigadores externos,
especialmente del profesor Iván Albeiro Quintero de la
Universidad del Valle, por facilitar el acceso a laboratorios
analíticos orientados a soluciones innovadoras de bajo costo,
enriqueciendo significativamente la perspectiva experimental
del presente estudio.
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BIOGRAFÍAS
Omar Leonardo Leyton Mendieta, es Ingeniero Electrónico,
Especialista en Gestión de Redes y Datos de la Universidad
Nacional de Colombia, Colombia. Actualmente es docente e
investigador en la Universidad Nacional Abierta y a Distancia
(UNAD), donde lidera proyectos en automatización residencial
y seguridad hídrica. Sus líneas de investigación incluyen
sistemas embebidos, Internet de las Cosas (IoT) y energías
renovables. https://orcid.org/0000-0003-4438-4643
Yesid Alexander Garces Pulido, es Administrador de
Empresas, Especialista y Magister en Gerencia del Talento
Humano, PhD en Administración Gerencial. Actualmente es
docente e investigador en la Universidad Nacional Abierta y a
Distancia (UNAD). Su experiencia se centra en estudios del
trabajo y desarrollo endógeno con perspectiva del marxismo
analítico. https://orcid.org/0000-0001-9563-5698
Iván Alveiro Quintero Castaño, es Licenciado en Física y
Magíster en Ciencias de la Educación de la Universidad
Distrital, Colombia. Actualmente es docente e investigador
adscrito a la Secretaria de Educación. Su labor investigativa se
enfoca en estudios del trabajo y pedagogías críticas.
https://orcid.org/0000-0003-4622-0239