El modelado hidráulico de redes de agua, tanto redes de distribución de agua potable como redes de alcantarillado sanitario y pluvial, es una tarea fundamental en ingeniería civil e hidráulica. Utilizar software especializado permite a los ingenieros simular el comportamiento de estas redes bajo diversas condiciones, optimizar diseños y tomar decisiones informadas para garantizar un suministro confiable y un saneamiento eficiente.

Dentro de los multiples programas disponibles, hay cuatro herramientas destacadas por su uso extendido en este campo: EPANET, SWMM, WaterGEMS y SewerGEMS. Cada una abarca distintos alcances y presenta fortalezas y debilidades particulares.

En esta entrada, se describe en detalle cada programa – incluyendo su marco teórico, capacidades y funcionalidades – y se presenta una comparativa resumida de sus características, ventajas y limitaciones.

EPANET – Modelado de Redes de Abastecimiento (Agua Potable)

Figura 1: Interfaz de EPANET

EPANET (Environmental Protection Agency Network Evaluation Tool) es un software público y gratuito desarrollado por la Agencia de Protección Ambiental de EE.UU. (EPA) enfocado en el modelado de redes de distribución de agua a presión.

Su objetivo principal es simular en período extendido el comportamiento hidráulico (caudales, presiones, niveles en tanques) y la calidad del agua (por ejemplo, concentración de cloro, edad del agua, trazado de fuentes) en redes de tuberías presurizadas. EPANET fue concebido originalmente como una herramienta de investigación, y desde su primera versión en 1993 se ha convertido en un estándar de la industria para el análisis de acueductos.

Marco teórico: EPANET realiza un análisis hidráulico resolviendo las ecuaciones de conservación de masa (continuidad en nodos) y energía (pérdida de carga en tuberías) en estado estacionario o cuasi-estacionario a lo largo del tiempo. Emplea un motor de cálculo robusto (método de Newton-Raphson/gradiente) capaz de manejar redes de cualquier tamaño, calculando el reparto de caudales y cargas en la red. Permite elegir fórmulas de pérdida de carga como Hazen-Williams, Darcy-Weisbach o Manning, e incorpora elementos como bombas (con curvas altura-caudal), válvulas reguladoras (PRV, PSV, etc.), válvulas de control de flujo, y emisores (simulación de fugas o rociadores con demanda dependiente de presión).

Para simulaciones en período extendido, EPANET modela la operación de bombas y válvulas a lo largo del tiempo, admite patrones de demanda horarios, control lógico por niveles de tanque o tiempos, y no impone un límite fijo en el número de elementos de la red. En cuanto al modelado de calidad del agua, resuelve el transporte por advección-dispersión del trazador o contaminante a través de las tuberías, considerando reacciones de decaimiento (por ejemplo, desinfección con cloro) tanto en el flujo principal como en las paredes de la tubería. Puede simular tanques como mezclado completo, flujo pistón o incluso modelos compartimentados, y rastrear la procedencia del agua en cada punto de la red.

Características y funcionalidades: La interfaz gráfica de EPANET es sencilla pero efectiva: permite dibujar la red de forma georreferenciada (importando un mapa de fondo como referencia), asignar propiedades a cada elemento (diámetros, longitudes, cotas, coeficientes de rugosidad, demandas en nodos, curvas de bomba, etc.) y luego ejecutar simulaciones hidráulicas con solo unos clics. Incluye herramientas de visualización como mapas temáticos codificados por colores (por ejemplo, para ver zonas de presión alta/baja), gráficos de series temporales en nodos o tuberías, gráficos de perfil longitudinal, tablas de resultados y resúmenes de balance de energía (consumo eléctrico de bombeo) y volúmenes suministrados. EPANET también permite modelar múltiples escenarios variando parámetros (por ejemplo, diferentes configuraciones de válvulas o demandas) aunque de forma manual (no cuenta con un gestor de escenarios sofisticado integrado, por lo que el usuario suele duplicar archivos para comparar alternativas). Aun con esa limitación, EPANET es extremadamente útil para diseño inicial, análisis de operación, detección de problemas (como insuficiencia de presión o sectores con agua de mayor edad) y ha sido ampliamente validado por la comunidad académica y profesional.

Fortalezas: La gran ventaja de EPANET es que es gratuito, de dominio público y abierto. Esto ha propiciado que miles de usuarios, universidades y consultoras en el mundo (incluyendo España y Latinoamérica) lo utilicen y que se desarrollen extensiones y complementos externos. Por ejemplo, existen plugins GIS (QGIS Red, Giswater) que integran EPANET con sistemas de información geográfica, utilidades para vincular con AutoCAD (herramientas como EPA2CAD o extensiones básicas), y versiones modificadas para optimizaciones (como el módulo Toolkit para programadores o variaciones con algoritmos de diseño óptimo). EPANET es ligero, fácil de instalar en cualquier PC Windows, y suficientemente intuitivo para comenzar a modelar pequeñas redes con una curva de aprendizaje relativamente baja. Además, al usar el mismo motor de cálculo que muchas herramientas comerciales, sus resultados sirven de referencia y formato de intercambio: el archivo .inp de EPANET se ha convertido en un estándar soportado por múltiples programas (se puede exportar/importar modelos EPANET en WaterGEMS, InfoWater, etc.).

Limitaciones: Por otro lado, EPANET presenta limitaciones importantes comparado con soluciones comerciales modernas. La interfaz, si bien es clara, es básica y no ofrece integración directa con plataformas CAD o GIS (se debe importar/exportar datos manualmente, lo que en redes grandes puede ser engorroso). No incluye herramientas automáticas de calibración de modelo (ajuste de parámetros para que las simulaciones concuerden con mediciones reales) ni optimización de diseño de tuberías – tareas que deben hacerse “a mano” o con código externo. Tampoco modela fenómenos de aguas transitorias (golpe de ariete) – eso es dominio de software especializado como Bentley HAMMER o Allievi.

En resumen, EPANET es excelente para análisis hidráulico estático y de calidad en redes de agua, pero carece de las comodidades, automatizaciones y soporte técnico dedicado que ofrecen los paquetes comerciales. Es ideal para proyectos de pequeña y mediana escala, estudios académicos y como punto de partida para modelos más complejos.

SWMM – Modelado de Redes de Alcantarillado Pluvial/Sanitario

Figura 2: Interfaz de EPA SWMM 5

El SWMM (Storm Water Management Model) de la EPA es el equivalente de EPANET para el modelado de redes de drenaje urbano: se utiliza para simular el comportamiento de alcantarillados sanitarios, redes de aguas lluvias y sistemas combinados (unitarios) de alcantarillado. SWMM es también un software gratuito, abierto y público muy difundido globalmente para la planificación, análisis y diseño de sistemas de drenaje pluvial, manejo de tormentas e incluso evaluación de calidad del agua en escorrentía. Desarrollado inicialmente en los años 1970 y con versiones modernas (SWMM5.x), ha sido continuamente mantenido por la EPA con colaboración de consultores (CDM Smith) y es considerado el motor de cálculo estándar para redes de alcantarillado en muchas aplicaciones.

Marco teórico: A diferencia de las redes de agua potable (presurizadas), las redes de alcantarillado operan principalmente con flujo a superficie libre regido por la gravedad, y están sujetas a variaciones fuertes durante eventos de lluvia. SWMM implementa un modelo hidrológico-hidráulico integrado: combina la simulación de la generación de escorrentía en áreas de aportación (subcuencas) con el enrutamiento hidráulico del flujo a través de conductos, canales, estructuras de control y almacenamientos.

En la parte hidrológica, SWMM permite usar diversos métodos para calcular el runoff (escorrentía) a partir de la lluvia: por ejemplo, considera la lluvia variable espacial y temporalmente, la infiltración en el suelo (modelos como Horton, Green-Ampt u SCS), almacenamiento en depresiones, evaporación, contribución de flujo subterráneo, etc. Cada subcuenca puede tener áreas impermeables/permeables con distinta acumulación de contaminantes y procesos de lavado de contaminantes (washoff).

En la parte hidráulica, SWMM resuelve las ecuaciones dinámicas de Saint-Venant (continuidad y cantidad de movimiento) a lo largo de la red de conducciones, pudiendo con ello modelar fenómenos de flujo variado no permanente: efectos de retardo, contracorriente, remanso, sifonamiento en tuberías a carga plena, inversión de flujo, surcharge (sobrepresión cuando las tuberías llenan y pasan a flujo bajo presión), e incluso flujo por insuficiencia que causa inundación superficial (SWMM puede contabilizar el agua desbordada y su reentrada). Ofrece dos esquemas de resolución: el método de onda cinemática (simplificado, apropiado solo para casos sin contracorriente ni inundaciones) y el método de onda dinámica completa (resolviendo todas las aceleraciones, adecuado para alcantarillados complejos con irregularidades).

Por defecto, SWMM usa un método numérico explícito (paso de tiempo corto controlado por estabilidad de Courant), aunque versiones recientes incorporan mejoras de estabilidad; algunos programas derivados implementan soluciones implícitas para mayor robustez. En suma, el motor de SWMM permite simular eventos de lluvia individuales o largas series de tiempo (años), rastreando cómo el sistema de alcantarillado responde ante distintas intensidades de precipitación.

Características y funcionalidades: SWMM ofrece una interfaz gráfica donde el usuario construye el modelo dibujando las subcuencas de aporte, sus características (área, pendientes, coeficientes de escorrentía, parámetros de infiltración, etc.) y la red de conducciones: nodos (sumideros, pozos de registro), tramos de alcantarilla (tuberías, canales abiertos), salidas (vertederos a ríos o plantas de tratamiento), estructuras de control de flujo (vertederos, orificios, compuertas) y unidades de almacenamiento (tanques, estanques de tormenta). El software facilita la introducción de datos de lluvia (hietogramas de diseño o registros pluviográficos históricos) y permite introducir caudales externos (por ejemplo, aportes base de aguas residuales o infiltración en tiempo seco). Al correr la simulación, SWMM produce resultados como hidrogramas de caudal en cada tramo, niveles de agua en nodos, volúmenes inundados, y estadísticas acumuladas (volúmenes captados, vertidos, desbordes ocurridos, etc.). Cuenta con herramientas de visualización: mapas de la red con elementos color-code según profundidad o carga, gráficos de perfiles longitudinales dinámicos (ver cómo avanza una onda de flujo por la alcantarilla), gráficos de series temporales de lluvia, caudal, nivel, etc., y análisis de frecuencia estadística (útil cuando se simulan largas series sintéticas o múltiples tormentas). También incorpora un módulo para evaluar calidad del agua en la escorrentía urbana: se pueden definir contaminantes (p.ej., DBO, nitrógeno, sólidos suspendidos) con ciertos procesos de acumulación en superficie y lavado durante lluvias, y SWMM simulará el transporte y posible tratamiento al pasar por unidades de almacenamiento, permitiendo evaluar la carga contaminante que llega al punto de salida.

Un aspecto destacado de SWMM5 es la inclusión de controles lógicos y LID (Low Impact Development). Permite modelar medidas de drenaje urbano sostenible como bioretención, pavimentos permeables, trincheras de infiltración, cubiertas verdes, tanques de tormenta (cisternas), jardines de lluvia, desconexión de bajantes, zanjas de filtración, etc., evaluando su efecto en la reducción del caudal pico y volumen de escorrentía. Estas prácticas de LID se configuran con parámetros propios (capacidad de infiltración, almacenamiento, etc.) y se integran en las subcuencas para simular cómo mitigan la escorrentía de la lluvia.

Fortalezas: Al igual que EPANET, SWMM es gratuito y muy potente dentro de su ámbito. Es posiblemente la herramienta más utilizada en el mundo para diseño de alcantarillados pluviales y combinados, en parte porque incluye tanto la parte hidrológica como hidráulica en un solo paquete. Su motor de cálculo es suficientemente flexible para abordar desde pequeñas redes sanitarias hasta cuencas urbanas extensas con cientos de kilómetros de conducciones (aunque los tiempos de simulación aumentarán con la escala y detalle). La comunidad de usuarios de SWMM es amplia: existen foros (como OpenSWMM), manuales y cursos abundantes, y variantes comerciales que usan su motor – por ejemplo, PCSWMM (versión con GUI mejorada y herramientas avanzadas) e InfoSWMM (Integración con GIS de Innovyze) – lo que facilita el intercambio de modelos y conocimiento. SWMM es particularmente valorado por municipios y consultoras para estudios de drenaje: dimensionamiento de colectores pluviales, diseño de estanques de detención, análisis de CSOs (desbordes de alcantarillado combinado), planes maestros de drenaje urbano, etc. El hecho de que pueda simular calidad del agua y evaluar soluciones verdes (LID) le agrega valor en proyectos ambientales. Además, las nuevas versiones han incorporado capacidad de análisis 1D-2D acoplado (vía extensiones como SWMM5+ o cuando se combina con otras herramientas), permitiendo modelar la inundación superficial en las calles cuando el alcantarillado rebasa, algo crítico en análisis de inundaciones urbanas.

Limitaciones: Su interfaz, si bien más compleja que EPANET por la naturaleza del problema, no ofrece ayudas gráficas avanzadas para construir redes grandes (mucho es introducido manualmente, aunque se puede recurrir a SIG externamente para preprocesar datos). No tiene un gestor de escenarios sofisticado: para comparar diferentes soluciones (por ejemplo, distintas combinaciones de tanques pluviales), generalmente se crean versiones separadas del archivo. Tampoco cuenta con módulos internos de optimización o calibración automática – la calibración de modelos de lluvia/infiltración es un proceso manual y complejo. En redes muy extensas o con pasos de tiempo muy pequeños, los tiempos de cómputo pueden ser largos, ya que el algoritmo explícito debe respetar estabilidad; además, encontrar un paso de tiempo que balancee precisión/estabilidad es a veces un arte. Por ser un software público, el soporte depende de la comunidad y la documentación técnica, sin atención al usuario personalizada (salvo usando interfaces comerciales de terceros). Finalmente, cabe señalar que SWMM está orientado a drenaje – no modela flujo a presión pura en acueductos ni considera aspectos como bombeo de estaciones en redes sanitarias (aunque se pueden modelar bombas, su control es simplificado). En resumen, EPA SWMM es una solución de referencia para alcantarillado, poderosa y gratuita, con ciertas barreras de usabilidad y rendimiento en casos complejos, pero indispensable para ingeniería de drenaje urbano.

WaterGEMS – Modelado Hidráulico Avanzado de Redes de Agua Potable

WaterGEMS (parte de la suite Bentley OpenFlows) es un software comercial de alto nivel diseñado para la planificación, análisis y operación de redes de distribución de agua a presión. Es esencialmente la evolución profesional de lo que EPANET ofrece, incorporando numerosas herramientas avanzadas que facilitan el trabajo de modeladores en proyectos complejos. WaterGEMS está desarrollado por Bentley Systems y es ampliamente utilizado por empresas de aguas, consultoras e instituciones en España, Latinoamérica y globalmente para proyectos que van desde diseño de nuevas redes, optimización de redes existentes, análisis de expansión, reducción de pérdidas, hasta creación de “gemelos digitales” del sistema de agua potable.

Marco teórico y motor de cálculo: En su núcleo, WaterGEMS resuelve las mismas ecuaciones fundamentales de flujo en redes a presión que EPANET, y de hecho su motor de cálculo hidráulico es compatible con EPANET (usa las mismas fórmulas de pérdida de carga, equilibrio de nodos, etc.). De hecho, WaterGEMS puede importar y exportar archivos EPANET, y para garantizar confiabilidad Bentley ha mantenido la concordancia con el motor de EPANET en resultados hidráulicos básicos. Sin embargo, WaterGEMS amplía el marco teórico incorporando modelos adicionales: por ejemplo, permite simular demanda dependiente de presión (útil para análisis de caudal en bocas de incendio o situaciones de baja presión), modela control avanzado de bombas (curvas de velocidad variable, lógicas de operación personalizables), y añade análisis específicos como balance energético (cálculo detallado del consumo eléctrico y coste de energía de cada bomba durante el período simulado) y análisis de criticidad (evaluar qué tuberías o válvulas son críticas si fallan, para planes de sectorización). No aborda transitorios rápidos (eso es rol de Bentley HAMMER), pero en el régimen cuasi-estacionario WaterGEMS tiene todas las capacidades hidráulicas de EPANET y más.

Características y entorno de trabajo: Una gran fortaleza de WaterGEMS es su entorno multiplataforma e integración con otras herramientas. El software puede ejecutarse de forma independiente (stand-alone) con su interfaz gráfica propia muy intuitiva, pero además se integra completamente como extensión dentro de ArcGIS (entorno GIS), dentro de AutoCAD y también en MicroStation (plataforma CAD/BIM de Bentley). Esto significa que un modelo único de WaterGEMS puede ser editado y visualizado en cualquiera de esos entornos, compartiendo la misma base de datos. Por ejemplo, en ArcGIS un ingeniero puede aprovechar la cartografía, ortofotos y bases de datos geoespaciales para construir el modelo (importando tuberías y nodos desde el GIS) y luego correr WaterGEMS sin salir de ArcMap; o en AutoCAD, puede cargar el modelo con las utilidades de dibujo de CAD, manteniendo capas y referencias. Esta interoperabilidad es extremadamente útil en organizaciones donde los datos del sistema residen en GIS corporativos – WaterGEMS garantiza un único conjunto de datos coherente entre GIS y el modelo hidráulico.

WaterGEMS ofrece un amplio conjunto de herramientas avanzadas que agilizan y optimizan el proceso de modelado que, de otro modo, sería manual en EPANET. Entre ellas destacan:

• Gestor de escenarios y alternativas: WaterGEMS permite crear infinitos escenarios dentro de un mismo archivo, variando condiciones (demanda, operaciones, infraestructuras) y compararlos fácilmente. Por ejemplo, un mismo modelo puede tener escenarios de “Demanda actual”, “Demanda 2040”, “Bomba X fuera de servicio”, etc., y el usuario alterna entre ellos para ver resultados, pudiendo generar comparativas automáticas. Esto es valioso para planificación a futuro y análisis de contingencias.
• Módulos Darwin de optimización basados en algoritmos genéticos: Incluye Darwin Calibrator (calibración automática del modelo ajustando rugosidades de tuberías, demandas no contabilizadas, estado de válvulas, etc. para que el modelo reproduzca mediciones de campo), Darwin Designer (optimización de diseño de redes proponiendo diámetros de tuberías óptimos para minimizar coste cumpliendo requisitos de presión) y Darwin Scheduler (optimización de la operación de bombas y tanques para minimizar costos energéticos manteniendo servicio). Estos módulos reducen drásticamente el tiempo y esfuerzo para lograr modelos calibrados y diseños costo-eficientes.
• Skelebrator™ (simplificador de redes): Herramienta que reduce la complejidad de modelos muy grandes eliminando tuberías o nodos redundantes (por ejemplo, tuberías cortas en serie, bucles menores) manteniendo la equivalencia hidráulica. Esto permite generar “modelos simplificados” para ciertos análisis (p.ej., un sector aislado) sin tener que depurar manualmente cientos de elementos.
• Integración con datos SCADA (SCADAConnect): WaterGEMS puede vincularse con sistemas de telemetría en tiempo real de una compañía de aguas. Por ejemplo, se pueden importar lecturas de caudalímetros, niveles de tanque y presiones desde la SCADA al modelo para comparar en vivo y calibrar, o incluso para ejecutar simulaciones en tiempo real (predicción a partir del estado actual). Esto abre la puerta a usos operativos – creando un “gemelo digital” de la red que refleja condiciones en tiempo real y permite probar virtualmente maniobras.
• Análisis de sectorización y reducción de pérdidas: Incluye herramientas para diseñar y analizar Distritos de Medición y Control (DMA), verificando balances de masa en sectores, identificando pérdidas de agua (agua no contabilizada) comparando consumos teóricos vs medidos, y priorizando sectores con mayores fugas potenciales.
• Cálculo de fuego y análisis de servicio contra incendios: Permite evaluar simultáneamente múltiples puntos de hidrantes calculando el caudal disponible de incendio en cada uno bajo presiones mínimas, generando mapas de color que muestran qué áreas cumplen o no con normas de protección contra incendios. Esto es muy útil para planeamiento urbano y para los bomberos.
• Herramientas de diseño y GIS: WaterGEMS posee utilidades como LoadBuilder, que asigna demandas automáticamente a los nodos tomando datos de clientes (por ejemplo, conectando con una capa GIS de acometidas o consumos por zona). También TRex asigna cotas de terreno a nodos automáticamente a partir de modelos digitales del terreno. Todo esto evita errores manuales y acelera la construcción del modelo.

En la interfaz de WaterGEMS, el usuario cuenta con paneles detallados de resultados, vista de perfil dinámico (para tuberías seleccionadas), generación de informes personalizables, y posibilidad de grabar animaciones de la operación de la red a lo largo del tiempo. Por ejemplo, se puede crear un video de 24 horas mostrando cómo suben y bajan los niveles en distintos tanques y cómo cambian las presiones, útil para presentaciones.

Fortalezas: WaterGEMS sobresale por ser una solución integral y profesional. Sus principales fortalezas incluyen la facilidad para construir modelos de gran tamaño (importando desde GIS/CAD), el ahorro de tiempo en calibración y optimización gracias a sus algoritmos incorporados, y la centralización de todo en una misma plataforma con soporte técnico especializado. Además, al ser un superconjunto de WaterCAD, ofrece compatibilidad total: usuarios con WaterCAD (versión más básica, limitada a entornos específicos) pueden migrar a WaterGEMS sin rehacer modelos. WaterGEMS tiene también amplia documentación, cursos y soporte (Bentley ofrece capacitación y hay una comunidad activa en foros). Para empresas de agua, la inversión en WaterGEMS se ve compensada con mejores diseños (más económicos y seguros), operación optimizada (ahorros energéticos y reducción de roturas) y la capacidad de integrar el modelo hidráulico en su flujo de trabajo diario (por ejemplo, analizar rápidamente el impacto de sacar una tubería de servicio para mantenimiento). En resumen, WaterGEMS está orientado a maximizar la productividad y confiabilidad en el modelado de acueductos de cualquier escala.

Debilidades: La principal desventaja de WaterGEMS frente a EPANET es, naturalmente, el coste. Es un software comercial de licencia no económica (el precio anual puede ser significativo, y suele variar según el número de “pipes” permitidas en la licencia, teniendo ediciones desde unas 1000 tuberías hasta ilimitadas). Esto hace que no esté al alcance de todos los profesionales independientes o pequeñas empresas, quienes en muchos casos seguirán usando EPANET por presupuesto. Otra consideración es que, por su amplitud de funciones, WaterGEMS es más complejo de dominar completamente – requiere tiempo aprender el uso de todos sus módulos y aprovecharlos al máximo. No obstante, para un uso básico (simulación hidráulica similar a EPANET) el salto no es difícil; es en las herramientas avanzadas donde se necesita capacitación específica. En cuanto a capacidades técnicas, WaterGEMS no modela alcantarillado (Bentley ofrece SewerGEMS para eso, separado) ni flujos transitorios (se complementa con HAMMER). Por último, al ser una herramienta cerrada, el usuario depende del soporte Bentley para corrección de bugs o solicitudes de funcionalidades (aunque Bentley evoluciona constantemente el producto, incorporando por ejemplo integración con nubes de datos, cálculos en la nube, etc.). En balance, las debilidades de WaterGEMS son pocas frente a sus numerosas ventajas, siempre que la escala del proyecto justifique su uso. Para proyectos muy pequeños o estáticos, EPANET podría ser suficiente sin incurrir en costos, pero a medida que crece la complejidad, WaterGEMS brinda robustez y eficiencia profesional.

SewerGEMS – Modelado Hidráulico Avanzado de Alcantarillado

SewerGEMS es el equivalente de WaterGEMS para el saneamiento, parte de la línea OpenFlows de Bentley. Se trata de un software de ingeniería avanzada para analizar, diseñar y operar sistemas de alcantarillado – tanto redes sanitarias (residuales) como pluviales e incluso sistemas combinados. SewerGEMS integra en un solo entorno varias capacidades que antes estaban divididas entre productos de Bentley (es un superset que incluye lo que ofrecen SewerCAD, StormCAD, CivilStorm, etc.), proporcionando una solución completa para el ciclo del agua residual desde la lluvia que cae hasta su conducción y eventual tratamiento. En España y Latinoamérica, SewerGEMS es utilizado por empresas de servicios de alcantarillado, consultoras de drenaje urbano y entes municipales que requieren un análisis más sofisticado que el que ofrece solo SWMM, especialmente en entornos donde se valora la integración con GIS/CAD y las simulaciones 1D/2D.

Marco teórico y motor de cálculo: SewerGEMS soporta múltiples motores de cálculo hidráulico para adaptarse al tipo de análisis. En esencia, incluye el motor original de SWMM 5 (denominado solver explícito EPA-SWMM) y además un solver dinámico implícito desarrollado por Bentley para mejorar estabilidad y rapidez en ciertos casos. También incorpora el modo de cálculo gradualmente variado estacionario (propio de SewerCAD) para diseño sanitario en flujo en media llena usando método racional e incrementos de aportación. Esta versatilidad significa que con SewerGEMS uno puede, por ejemplo, dimensionar un alcantarillado sanitario en condiciones de caudal pico mediante métodos tradicionales (flujo uniforme con fórmulas de Manning, aportaciones unitarias, etc.) o realizar un análisis dinámico no permanente de una tormenta en un sistema pluvial con compuertas y embalses utilizando el solver de ondas dinámicas. El motor SWMM explícito que trae SewerGEMS es totalmente compatible con EPA SWMM (Bentley lo mantiene actualizado e incluso añade mejoras), mientras que el motor implícito (llamado “Dynamic Wave Implicit” en SewerGEMS) resuelve las ecuaciones de Saint-Venant mediante un método de Newton-Raphson implícito, permitiendo pasos de tiempo más grandes y simulaciones más estables en escenarios complejos (con alta capacidad de manejo de sobrecargas e inundaciones). Además, SewerGEMS tiene un motor simplificado Euleriano (EPA StormCAD) para cálculos rápidos de alcantarillado pluvial con método racional. En definitiva, el marco teórico es muy amplio: SewerGEMS puede abarcar desde diseño en régimen permanente hasta simulaciones transitorias prolongadas, incorporando hidrología (métodos de lluvia-escorrentía como el racional, SCS, etc.) y hidráulica unificada.

Características y funcionalidades: Al igual que WaterGEMS, SewerGEMS ofrece un entorno multiplataforma. Se puede usar de forma autónoma en Windows con su interfaz gráfica, o bien dentro de ArcGIS (como extensión para trabajar directamente sobre mapas GIS), dentro de MicroStation/OpenRoads (para integración con diseños de infraestructuras de transporte) e incluso dentro de AutoCAD. Esta flexibilidad es muy valiosa, por ejemplo, en proyectos de carreteras o urbanizaciones donde el diseño del alcantarillado debe integrarse con planos CAD: el ingeniero puede trabajar todo en SewerGEMS dentro de AutoCAD Civil 3D, diseñando los perfiles longitudinales y obteniendo planos directamente. La capacidad de usar la misma fuente de datos en distintas plataformas evita errores de doble entrada y facilita que equipos multidisciplinarios colaboren (cada quien en su entorno preferido, sea GIS o CAD).

SewerGEMS cuenta con un amplio rango de funcionalidades avanzadas para ahorrar tiempo y mejorar la precisión del modelado de alcantarillado:

• Diseño automático de alcantarillado (modo SewerCAD): Dado un trazado de red propuesto, SewerGEMS puede dimensionar automáticamente los diámetros de tuberías y pendientes necesarias para transportar un caudal determinado cumpliendo criterios (p. ej., velocidades mínimas para autolimpieza, no superar cierto grado de llenado). Esto es muy útil en fase de anteproyecto para obtener un diseño inicial óptimo.
• Modelos de hidrología integrados: Permite asignar a cada cuenca de aportación un método de lluvia-escorrentía (Racional, SCS Unit Hydrograph, EPA runoff, entre otros) y calcular los hidrogramas de aportación que alimentan la red. Se pueden modelar cuencas urbanas con múltiples subcuencas aportando a diferentes pozos, considerando incluso infiltración en tiempo seco (II) y entradas parasitarias.
• Controles operacionales y escenarios: SewerGEMS facilita implementar reglas de control complejas (por ejemplo, una compuerta que abre cuando el nivel en un tanque supera X, bombas que arrancan según horario o nivel, etc.) y probar distintos escenarios operacionales. El gestor de escenarios permite crear variantes como “Tormenta 10 años con compuerta abierta” vs “Tormenta 10 años con compuerta cerrada”, etc., y comparar los efectos.
• Simulación 1D/2D combinada: En versiones recientes, SewerGEMS ha incorporado la posibilidad de acoplar el modelo 1D de tuberías con flujo 2D superficial en caso de inundaciones. Esto se realiza integrando elementos de celosía 2D (o vinculando con la herramienta Bentley OpenFlows FLOOD). De esta forma, si el alcantarillado desborda agua en la superficie, SewerGEMS puede calcular la lámina de inundación resultante, su extensión, velocidades y tiempos de anegamiento en las calles. Esta característica es fundamental para estudios de inundabilidad urbana avanzados, evitando tener que exportar a otro software para la parte 2D.
• Herramientas GIS y de entrada de datos: Similar a WaterGEMS, cuenta con utilidades de importación masiva de datos: por ejemplo, se puede importar un archivo LandXML con superficies topográficas para asignar elevaciones a nodos, o cargar redes desde shapefiles GIS. También tiene herramientas de asignación de caudales base a partir de datos poblacionales o consumos (reparte automáticamente las cargas sanitarias).
• Análisis de resultados y reportes: SewerGEMS proporciona perfiles longitudinales interactivos (con solo seleccionar un camino de flujo se grafica su perfil, mostrando altura de agua vs cota de terreno y perfil de tubería), mapas de calor en planta (por ejemplo, zonas donde se producen inundaciones marcadas en color), e indicadores globales (volumen total captado, volumen inundado, tiempo de concentración, etc.). Se pueden generar informes detallados para cada tramo (incluyendo tiempos de viaje, carga, factor de capacidad utilizado) e informes ejecutivos con resúmenes de dónde ocurren deficiencias. Una función útil es identificar rápidamente puntos críticos: tramos sobredimensionados o subdimensionados, nodos donde la profundidad excede cierto porcentaje, o simular el colapso de una bomba o cierre de una compuerta para ver efectos en el sistema.

Fortalezas: SewerGEMS aporta al mundo del saneamiento las mismas ventajas que WaterGEMS al del agua potable: ahorro de tiempo, integración total y análisis avanzado. Sus usuarios pueden lograr en horas análisis que con herramientas básicas llevarían días, gracias a la automatización de tareas rutinarias (por ejemplo, recalcular cientos de conducciones tras ajustar un parámetro de diseño). La integración con entornos de ingeniería (GIS/CAD) es crucial para que los modelos sean precisos geoespacialmente y fácilmente actualizables conforme se dispone de nueva información. Otra fortaleza es que SewerGEMS permite abordar toda clase de redes con un solo software: desde un pequeño sistema sanitario en una urbanización hasta una gran cuenca de 100 km² con múltiples cuencas pluviales, estaciones de bombeo, estanques de tormenta y hasta conexiones a ríos – todo puede modelarse dentro del mismo proyecto. Esto evita la fragmentación (por ejemplo, no se necesita usar SWMM por un lado para pluvial y otro software para sanitario; SewerGEMS cubre ambos). Asimismo, Bentley brinda soporte y actualizaciones constantes, incorporando por ejemplo nuevos estándares (capacidades BIM, integración con ProjectWise, etc.). Para empresas de agua, SewerGEMS se convierte en el repositorio unificado del modelo de alcantarillado, que puede alimentar decisiones de mantenimiento, inversiones y respuesta ante emergencias (p. ej., evaluar inundaciones por lluvias extremas). La fiabilidad de sus cálculos y la presentación clara de resultados ayudan a comunicar hallazgos a autoridades y público (mapas de inundación, etc. generados directamente). En definitiva, SewerGEMS destaca por su robustez técnica y versatilidad para cualquier problema de drenaje urbano o sanitario.

Debilidades: El costo es nuevamente la principal barrera: SewerGEMS es una herramienta premium con un precio acorde a su alto valor, por lo que solo organizaciones con recursos suficientes suelen adquirirla. Para estudiantes o profesionales independientes, SWMM sigue siendo la alternativa accesible (Bentley ofrece licencias académicas o versiones de tiempo limitado mediante su canal Virtuosity, pero la versión comercial plena requiere inversión). Otra debilidad potencial es la complejidad: con tantas opciones de motores y parámetros, el usuario debe entender bien la hidráulica de alcantarillado para configurar adecuadamente las simulaciones (por ejemplo, elegir pasos de tiempo, criterios de convergencia del solver implícito, etc.). Un modelo mal configurado en SewerGEMS podría dar resultados erróneos igual que en SWMM – la herramienta no suple el conocimiento del ingeniero, más bien lo potencia, pero exige capacitarse. También, al igual que WaterGEMS, SewerGEMS no simula fenómenos transitorios rápidos (golpe de ariete en estaciones de bombeo, eso se hace con Bentley HAMMER Sewer opcional) ni incluye explicitamente procesos de tratamiento (se enfoca en la red colección). Por último, algunas funcionalidades avanzadas requieren hardware potente: por ejemplo, las simulaciones 2D pueden ser demandantes computacionalmente y no conviene hacerlas en equipos muy básicos. Sin embargo, en general las “debilidades” de SewerGEMS son relativas al usuario y los recursos, pues técnicamente es completo. Para muchos organismos, la decisión entre usar SWMM o SewerGEMS dependerá de recursos vs necesidades: cuando se justifica la inversión, SewerGEMS ofrece productividad y profundidad de análisis muy superiores, mientras que SWMM sigue siendo útil para tareas más acotadas.

¿Cuándo usar cada uno?

A continuación se presenta una tabla comparativa que resume las principales características, fortalezas y debilidades de EPANET, SWMM, WaterGEMS y SewerGEMS. Esta comparativa permite apreciar de un vistazo en qué ámbitos cada herramienta destaca y en cuáles presenta limitaciones, ayudando a elegir la opción más adecuada según las necesidades del proyecto:

Aspecto	EPANET	SWMM	WaterGEMS	SewerGEMS
Tipo de red	Distribución presurizada de agua potable.	Drenaje urbano: alcantarillado pluvial, sanitario o combinado (flujo gravedad).	Distribución presurizada de agua potable (modelos hidráulicos y calidad).	Alcantarillado sanitario, pluvial y combinado (flujo en gravedad; opción presión en sobrecarga).
Licencia y costo	Software gratuito (dominio público).	Software gratuito (dominio público).	Software comercial (licencia Bentley; costoso, con diferentes niveles según tamaño de red).	Software comercial (licencia Bentley; costoso, niveles según tamaño de red).
Plataformas	Solo Windows stand-alone.	Windows stand-alone (código abierto; existen front-ends adicionales).	Multiplataforma: Stand-alone y plugins para ArcGIS, AutoCAD, MicroStation.	Multiplataforma: Stand-alone y plugins para ArcGIS, AutoCAD/MicroStation, OpenRoads, etc.
Escalabilidad (tamaño de modelo)	Sin límite explícito de tamaño; soporta redes grandes pero manejo manual.	Sin límite explícito; soporta grandes cuencas, pero desempeño puede verse afectado en simulaciones largas.	Soporta modelos muy grandes (decenas de miles de elementos) con herramientas de simplificación y gestión de escenarios.	Soporta modelos muy complejos de ciudad completa, con múltiples subcuencas, bombas, estanques; ofrece manejo eficiente de grandes datasets.
Motor de cálculo principal	Estacionario/EPS (simulación extendida en régimen cuasi-estacionario; algoritmo gradiente iterativo).	Dinámico hidrológico-hidráulico (onda cinemática o completa; método explícito de resolución de Saint-Venant).	Igual que EPANET para hidráulica (estacionario/EPS), con extensiones (PDD, VSP, etc.); integración de algoritmos genéticos para optimización.	Varios: dinámico implícito de Saint-Venant, dinámico explícito (EPA SWMM), gradualmente variado estacionario (racional); integra hidrología + hidráulica.
Capacidades de calidad del agua	Sí – advectivo-reactivo en red (trazadores, cloro, edad del agua, mezcla en tanques).	Sí – calidad de agua en escorrentía (contaminantes en lluvia, lavado, tratamiento en depósitos).	Sí – igual que EPANET (edad, trazadores) + análisis avanzados (mezcla en tanques, orígenes múltiples).	Limitado – puede rastrear calidad similar a SWMM (contaminantes) en dinámica, pero enfoque principal es hidráulica (no modela procesos de tratamiento).
Interfaz y facilidad de uso	Interfaz sencilla y ligera; herramientas gráficas básicas. Ideal para iniciación y redes simples.	Interfaz más compleja (por naturaleza del drenaje); requiere conocimiento hidrológico para uso correcto.	Interfaz moderna e intuitiva; curva de aprendizaje moderada. Muchas funciones avanzadas integradas en menús y asistentes.	Interfaz moderna; más compleja debido a opciones múltiples. Incluye asistentes para diseño; perfiles interactivos facilitan comprensión de resultados.
Gestión de escenarios	Limitada – se debe duplicar modelos para probar variantes (no hay gestor interno robusto).	Limitada – sin gestor interno, cambios de escenario manuales o por ficheros distintos.	Completa – gestor de escenarios y alternativas, comparación automatizada de resultados entre escenarios en un mismo modelo.	Completa – gestor de escenarios (p.ej. diferentes tormentas, configuraciones de red) dentro del mismo archivo, facilita análisis comparativo.
Integración con GIS/CAD	No nativa – requiere exportar/importar (plugins externos disponibles como Giswater).	No nativa – modelos se pueden integrar vía terceros (InfoSWMM para GIS) o importaciones puntuales.	Sí – integración directa con ArcGIS (mantiene geodatabase), AutoCAD y MicroStation; usa datos GIS para demandas, longitudes, cotas.	Sí – integración directa con ArcGIS, AutoCAD Civil 3D / MicroStation; permite usar superficies de terreno, planos CAD, etc. en el modelo.
Herramientas avanzadas	Básicas – simulación hidráulica y de calidad del agua puras. Sin optimización ni cálculos automáticos de diseño.	Básicas – simulación hidráulica e hidrológica. Permite controles lógicos simples y LID, pero optimizaciones manuales.	Muchas: optimización de calibración, diseño y bombeo (Darwin); sectorización DMA; reducción de agua no contabilizada; SCADAConnect; Skelebrator; análisis de criticidad; etc.	Muchas: dimensionamiento automático de tuberías; múltiples métodos hidrológicos; simulación 1D/2D; controles complejos; integración con diseño de vías (OpenRoads); detección de cuellos de botella; etc.
Soporte y comunidad	Comunidad amplia, foros, manuales públicos. Sin soporte oficial dedicado (no hay “atención al cliente” formal).	Comunidad amplia (OpenSWMM, etc.), manuales EPA. Sin soporte oficial (a menos que se use versión comercial PCSWMM).	Soporte técnico formal de Bentley (tickets, asistencia). Comunidad de usuarios activa (Bentley Communities). Documentación extensa, cursos oficiales.	Soporte técnico Bentley. Comunidad de usuarios (especialistas en drenaje). Manuales, cursos (Bentley y otros). Actualizaciones frecuentes con nuevas funciones.
Fortalezas Resumidas	Gratuito y estándar. Fiable para análisis estático de redes de agua. Fácil de usar en problemas pequeños. Formato compatible universalmente.	Gratuito y completo en dinámica. Indispensable para drenaje urbano; combina lluvia y alcantarillado en un solo modelo. Amplia validación académica.	Productividad y potencia. Ahorra tiempo en calibrar y optimizar. Maneja grandes redes con facilidad. Integración multiplataforma; decisiones informadas (costos, energía, incendios).	Análisis integral de saneamiento. Resuelve desde diseño básico hasta inundaciones complejas en una plataforma. Integración con herramientas de ingeniería. Permite optimizar redes de forma holística.
Debilidades Resumidas	Limitado. No asistencias para diseño ni calibración. Interfaz anticuada. Manejo manual propenso a errores en redes grandes.	Esfuerzo computacional. Configuración cuidadosa; sin optimización automática. Interfaz no integrada a GIS. Para proyectos muy grandes puede requerir segmentación.	Costo. Requiere inversión importante. Necesita capacitación para aprovechar funciones avanzadas. No simula transientes rápidos (herramienta separada).	Costo. Elevada inversión. Complejidad en opciones puede abrumar inicialmente. Simulaciones 2D requieren buen hardware. No sustituye conocimiento experto (configuración incorrecta produce malos resultados).

Conclusiones

En el campo del modelado de redes de agua, cada software de los presentados cumple un rol específico y se adapta a distintos escenarios de uso:

• EPANET se destaca como la herramienta de entrada al análisis de redes de agua potable: gratuita, simple y confiable en sus resultados hidráulicos, apropiada para estudios con recursos limitados o etapas preliminares de diseño. Sigue siendo la columna vertebral educativa y un estándar para intercambio de modelos, aunque muestra sus limitaciones cuando las redes crecen en tamaño o se requieren evaluaciones más sofisticadas (optimización, integraciones con sistemas corporativos).
• SWMM, de forma similar en el ámbito de alcantarillado, provee una plataforma completa de simulación hidrológica e hidráulica para drenaje urbano sin coste. Permite a ingenieros analizar desde el llenado de una alcantarilla hasta inundaciones en superficie y calidad de aguas pluviales. Es indispensable para estudiar tormentas de diseño, dimensionar sistemas pluviales y evaluar estrategias de control de inundaciones. No obstante, proyectos muy complejos pueden beneficiarse de interfaces comerciales que complementan su motor para ahorrar tiempo.
• WaterGEMS representa la solución profesional integral para acueductos: cuando una entidad gestora de agua busca eficiencia operativa, reducción de pérdidas y planificación a futuro con rigor, WaterGEMS ofrece las herramientas para lograrlo en un entorno amigable. Su capacidad de integrarse con datos reales (GIS/SCADA) lo hace ideal para crear gemelos digitales de redes, habilitando la gestión proactiva y simulación de escenarios “¿qué pasa si…?” con facilidad. Si el presupuesto lo permite, la inversión en WaterGEMS se traduce en mejores decisiones y ahorros a largo plazo en la gestión del agua potable.
• SewerGEMS, por su parte, es la contraparte de alta gama para el saneamiento. Donde SWMM llega, SewerGEMS va más allá: facilita el diseño optimizado de alcantarillados, la evaluación de soluciones ante eventos extremos y la integración de la modelación con el proceso de diseño civil. Para ciudades que enfrentan desafíos de inundaciones urbanas, crecimiento poblacional y mantenimiento de redes envejecidas, SewerGEMS provee una plataforma unificada para analizar soluciones con profundidad técnica y respaldar las inversiones necesarias con información robusta.

En resumen, EPANET y SWMM ofrecen los fundamentos gratuitos necesarios para iniciarse y resolver muchas situaciones comunes, mientras que WaterGEMS y SewerGEMS aportan funcionalidades avanzadas y automatización que resultan cruciales en proyectos de gran escala o cuando se busca optimización y eficiencia en el ciclo de vida de las infraestructuras. La elección del software dependerá de factores como el tipo de proyecto, su complejidad, los recursos disponibles y los objetivos planteados. En muchos casos, ambas categorías se complementan: un ingeniero puede prototipar una solución en EPANET o SWMM, y luego refinarla y validar múltiples escenarios con las herramientas Bentley. Lo importante es conocer las capacidades de cada herramienta y utilizarla estratégicamente para obtener modelos confiables y útiles que conduzcan a mejores sistemas de agua para la comunidad.