Biopelículas alimentadas con codb mediante pastos

Los problemas en la distribución del agua respecto a su calidad se relacionan con el crecimiento de microorganismos sobrevivientes al proceso de potabilización y a su asentamiento en las paredes de las tuberías; estos utilizan como sustrato la materia orgánica que ingresa al medio, y forman asociaciones (también conocidas como biopelículas). Esta investigación busca determinar la influencia de la velocidad de flujo en el comportamiento de las biopelículas a través del tiempo y de su relación con el factor de fricción de Darcy-Weisbach y la subcapa laminar viscosa, para evaluar las características de desprendimiento ante diferentes velocidades. El montaje experimental se realizó bajo condiciones de recirculación para enfatizar las implicaciones hidráulicas de la formación de biopelículas en redes de distribución de agua potable y se realizó con el factor de material PVC.

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UNIVERSIDAD DE LOS ANDES 

FACULTAD DE INGENIERÍA 

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL 

 

 

 

BIOPELÍCULAS ALIMENTADAS CON CODB MEDIANTE PASTOS: DINÁMICA DE 

CRECIMIENTO Y DESPRENDIMIENTO EN SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN DE 

AGUA POTABLE

 

 

PROYECTO DE GRADO

 

 
 
 
 
 

PRESENTADO POR: 

 

TATIANA MELISSA VARGAS CASTILLA 

 

 
 
 
 
 

ASESOR : 

 

JUAN GUILLERMO SALDARRIAGA

 

 

 

BOGOTÁ, D. C, 22 de Junio de 2012 

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Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 

Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados - CIACUA 

Biopelículas alimentadas con CODB mediante pastos: dinámica de crecimiento y 

desprendimiento en sistemas de distribución de agua potable 

 

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Tatiana Vargas Castilla  

Proyecto de grado                                   

 

ii 

 

 

AGRADECIMIENTOS 

 

A Dios por toda la luz, la fuerza y las herramientas que ha puesto en mi camino, por ser mi guía día 

tras día hacia la felicidad y la paz. 

 
 A mis padres Carlos Vargas y Martha Castilla, por todas las enseñanzas y la formación llena de 

valores que me han brindado.  A mi hermana Vanessa Vargas por su apoyo, compañía y motivación, 
por alentarme a luchar por mis sueños y seguir conmigo el camino. 

 
A Juan Saldarriaga por todo su apoyo, enseñanzas y por guiarme en el desarrollo de mi proyecto de 

grado. 
 

A Jhon Calvo le estoy enormemente agradecida por su colaboración, ilustraciones y apoyo 
incondicional. 
 
A mis abuelos por todo el amor, la felicidad y la incondicionalidad con que me han acompañado. 
 
A Vircos por su cariño, comprensión y por ser otra madre para mí.

 

 

 

 

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desprendimiento en sistemas de distribución de agua potable 

 

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iii 

 

 

ÍNDICE DE CONTENIDOS

 

 

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

1.1 Objetivos ...................................................................................................................... 2 

1.2 Contenido del informe .................................................................................................. 3 

2.  ANTECEDENTES ............................................................................................................ 4 

3.  MARCO TEÓRICO ........................................................................................................... 6 

3.1  Definición de biopelícula ............................................................................................. 6 

3.2  Desarrollo y Evolución de la Biopelícula ...................................................................... 6 

3.2.1  Acondicionamiento de superficie .................................................................... 7 
3.2.2  Adsorción y fijación de microorganismos pioneros ......................................... 7 
3.2.3  Maduración .................................................................................................... 7 
3.2.4  Cooperación entre especies ........................................................................... 8 
3.2.5  Desprendimiento y nueva colonización .......................................................... 9 

3.3 Estructura de la Biopelícula dentro de Sistemas de distribución de agua potable ...... 10 

3.3.1  Morfología general  ...................................................................................... 10 
3.3.2  Microorganismos presentes ......................................................................... 10 

3.4 Hidráulica de Tuberías ............................................................................................... 11 

3.4.1  Consideraciones hidráulicas y regímenes de flujo ........................................ 14 

3.5 Factores de Crecimiento de Biopelículas  .................................................................. 15 

3.5.1  Nutrientes..................................................................................................... 16 

3.6 Control en la formación de Biopelículas ..................................................................... 17 

3.7  Desprendimiento de biopelículas .............................................................................. 19 

4.  DESCRIPCIÓN DEL MODELO  ..................................................................................... 21 

4.1 Planta física ............................................................................................................... 21 

4.1.1  Tuberías PVC .............................................................................................. 22 

4.1.1.1 Testigos .................................................................................................. 23 

4.1.1.1.1  Testigos de borde ....................................................................... 23 
4.1.1.1.2  Testigos de centro ...................................................................... 24 

4.1.1.2 Tuberías de vidrio ................................................................................... 24 

4.1.2  Válvulas de control ....................................................................................... 25 

4.1.3  Tanque elevado ........................................................................................... 25 

4.1.4  Sistema de recirculación .............................................................................. 26 

4.1.4.1 Motobomba ............................................................................................. 26 

4.1.5  Tablero piezométrico .................................................................................... 26 

4.1.6  Vertederos ................................................................................................... 26 

5.  METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ................................................................................ 28 

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desprendimiento en sistemas de distribución de agua potable 

 

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Proyecto de grado                                   

 

iv 

 

 

5.1 Fuente de carbono ..................................................................................................... 28 

5.2 Aproximación operacional .......................................................................................... 28 

5.2.1  Cloro residual  .............................................................................................. 29 

5.3 Control cuantitativo a la formación y desarrollo de biopelículas  ................................. 30 

5.3.1  Medición de testigos  ................................................................................... 30 

5.3.1.1 Cuantificación por método de escobillón  ................................................ 32 
5.3.1.2 Velocidad de crecimiento de la biopelícula ............................................. 33 

5.3.2  Aproximaciones hidráulicas de las tuberías en presencia de biopelículas .... 33 

5.3.3  Medidas fisicoquímicas   .............................................................................. 35 

5.4 Control cualitativo a la formación y desarrollo de biopelículas  ................................... 36 

5.4.1  Registro visual  ............................................................................................ 36 
5.4.2  Identificación de microorganismos  .............................................................. 36 

5.5 Comparación con trabajos anteriores ......................................................................... 36 

6.  RESULTADOS  .............................................................................................................. 37 

6.1 Análisis Cuantitativo ................................................................................................... 37 

6.1.1  Unidades formadoras de colonia  ................................................................. 37 

6.1.2  Características en Testigos de Borde ........................................................... 38 

6.1.3  Características en Testigos de Centro ......................................................... 42 

6.1.3.1 Relación entre el espesor de la subcapa laminar viscosa, el espesor de la 

biopelícula y la rugosidad relativa  .......................................................... 47 

6.1.4  Efectos de la biopelícula en las pérdidas por fricción ................................... 51 

6.1.4.1 Diagramas de Moody .............................................................................. 52 

6.1.5  Pruebas fisicoquímicas ................................................................................ 54 

6.2 Análisis Cualitativo ..................................................................................................... 55 

6.2.1  Registro fotográfico ...................................................................................... 56 
6.2.2  Identificación de microorganismos ............................................................... 57 

6.3 Análisis Comparativo con estudios anteriores ............................................................ 58 

6.3.1  Comparación con el trabajo de Trujillo (2011) .............................................. 58 
6.3.2  Comparación de proyectos con fuentes de CODB diferentes a pasto .......... 61 

7.  CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES  ................................................................. 63 
8.  BIBLIOGRAFÍA  ............................................................................................................. 64 
9.  ANEXOS  ....................................................................................................................... 67 

9.1 Anexo procedimiento de recirculación diario .............................................................. 67 
9.2 Anexo cálculos hidráulicos de las tuberías con presencia de biopelículas ................. 68 
9.3 Anexo características relevantes de las tuberías ....................................................... 71 
9.4 Anexo base de datos semanal mediciones ................................................................ 72 

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ÍNDICE DE GRÁFICAS 

 

Gráfica 1. Diagrama de Moody. ................................................................................................14 
Gráfica 2. Comportamiento ante esfuerzo cortante de la biopelícula. ........................................18 
Gráfica 3. Demanda de Cloro 24 horas. Concentración de 57.6 mg/l de (ClO)2Ca (s) ..............30 
Gráfica 4. Recuento en placa para análisis de mesófilos. .........................................................38 
Gráfica 5. Espesor de biopelículas formadas en el montaje. .....................................................41 
Gráfica 6. Velocidad de crecimiento en el montaje según tubería. ............................................42 
Gráfica 7. Espesor de biopelículas desarrolladas en los testigos de centro. .............................46 
Gráfica 8. Espesor biopelícula en testigos de centro segundo ciclo. .........................................46 
Gráfica 9. Relación entre el espesor de la biopelícula, la subcapa laminar viscosa y la rugosidad 
relativa de la tubería 1. ..............................................................................................................47 
Gráfica 10. Relación entre el espesor de la biopelícula, la subcapa laminar viscosa y la 
rugosidad relativa de la tubería 2. .............................................................................................48 
Gráfica 11. Relación entre el espesor de la biopelícula, la subcapa laminar viscosa y la 
rugosidad relativa de la tubería 2. .............................................................................................48 
Gráfica 12. Esquema de caja de bigotes para la tubería con velocidad de 1 m/s ......................49 
Gráfica 13. Esquema de bigotes para la tubería con velocidad de 3 m/s ..................................50 
Gráfica 14. Esquema de bigotes para la tubería con velocidad de 2 m/s ..................................51 
Gráfica 15. Diagrama de Moody para la tubería con velocidad de 1 m/s ...................................52 
Gráfica 16. Diagrama de Moody para la tubería con velocidad de 3 m/s ...................................53 
Gráfica 17. Diagrama de Moody para la tubería con velocidad de 2 m/s ...................................54 
Gráfica 18. Cloro residual en el sistema de recirculación ..........................................................55 
Gráfica 19. Diagrama de Moody continuación datos Trujillo ( v= 1 m/s) ....................................58 
Gráfica 20. Diagrama de Moody continuación datos Trujillo (v= 3 m/s) .....................................59 
Gráfica 21. Continuación datos de Trujillo espesor promedio testigos de centro. ......................60 
Gráfica 22. Espesor biopelículas testigos de borde (Continuación datos Trujillo) ......................60 
Gráfica 23. Diagrama de Moody comparativo por fuente de CODB. .........................................61 
Gráfica 24. Espesor en testigos de Centro, Comparación con proyectos anteriores. ................62 
 

 

 

 

 

 

 

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desprendimiento en sistemas de distribución de agua potable 

 

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vi 

 

 

ÍNDICE DE TABLAS 

 

Tabla  1.  Espesor  y  velocidad  de  crecimiento  de  la  biopelícula  formada  en  la  tubería  con 
velocidad de 1 m/s ....................................................................................................................39 
Tabla 2. Espesor y velocidad de crecimiento de biopelícula formada  en tubería con velocidad 
de 3 m/s ....................................................................................................................................40 
Tabla 3. Espesor y velocidad de crecimiento de biopelícula formada en la tubería con velocidad 
de 2 m/s ....................................................................................................................................41 
Tabla 4. Comportamiento de la biopelícula en testigos de centro (velocidad de flujo 1 m/s) .....43 
Tabla 5. Comportamiento de la biopelícula en testigos de centro (velocidad de flujo 3 m/s) .....44 
Tabla 6. Comportamiento de la biopelícula en testigos de centro (velocidad de flujo 3 m/s) .....45 
Tabla 7. Cloro residual en el sistema de recirculación. ..............................................................55 
Tabla 8. Identificación de microorganismos ..............................................................................57 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Tatiana Vargas Castilla  

Proyecto de grado                                   

 

 

 

1.  INTRODUCCIÓN 

 

El  agua  es  un  bien  necesario  para  la  vida,  pero  también  se  ha  consagrado  como  fuente  de 
enfermedades  y  problemas  de  salud  pública  puesto  que  es  el  habitat  predilecto  de  muchos 
microorganismos  e  insectos.  Con  la  implementación  de  los  procesos  de  potabilización,  se 
mitigaron  los  problemas  de  salud  asociados  con  el  consumo  de  agua;  sin  embargo  se 
identificaron  detrimentos  en  la  calidad  de  la  misma,  y  en  la  operación  de  la  red  durante  el 
proceso  de  distribución  hasta  sus  destinatarios.  Estos  detrimentos  han  persistido  en  muchos 
asentamientos humanos hasta la actualidad; en muchos casos se presenta coloración y cambio 
de las características organolépticas, lo cual genera quejas en los usuarios. 

Los  problemas  en  la  distribución  del  agua  respecto  a  su  calidad  se  relacionan  con  el 
crecimiento  de  microorganismos  sobrevivientes  al  proceso  de  potabilización,  y  a  su 
asentamiento en las paredes de las tuberías; éstos utilizan como sustrato  la materia orgánica 
que  ingresa  al  medio,  y  forman  asociaciones  (también  conocidas  como  biopelículas),  para 
protegerse  de  las  condiciones  hostiles  que  presenta  el  medio  y  tener  más  posibilidades  de 
sobrevivir.  

Las  biopelículas  refugian  microorganismos  de  muchas  especies,  incluyendo  bacterias 
potencialmente  patógenas,  bacterias  ambientales,  protozoos,  cianobacterias,  virus,  hongos  y 
levaduras  de  alto  riesgo  para  la  salud  humana,  y  que  además  proporcionan  olor  y  sabor 
desagradable al agua (Batté, Appenzeller  2003). 

 El  principal  riesgo  de  la  presencia  de  biopelículas  en  redes  de  distribución  de  agua  potable, 
radica  en  que  su  desprendimiento  y  posterior  dispersión  las  transporta  directamente  a  los 
usuarios, generando desde coloración del agua hasta serios problemas de salud. También se 
han reportado alteraciones en el diseño operacional de la red de distribución por la presencia 
de  biopelículas;  incremento  de  las  pérdidas  por  fricción,  reducción  de  la  capacidad  hidráulica 
del  sistema,  y  a  largo  plazo  se  ve  afectado  el  factor  de  fricción  de  Darcy-Weisbach  (Latorre, 
2005). 

El desprendimiento de películas biológicas en redes de distribución tiene una estrecha relación 
con  el  asentamiento  de  la  biopelícula  aguas  abajo,  razón  por  la  cual  debe  estudiarse  los 
factores que promueven y facilitan el desarrollo de las biopelículas, para evitar su propagación 
y formación, interrumpir el ciclo de aspersión en la red, y restituir el comportamiento hidráulico 
de la red (Vargas, 2005). 

En  investigaciones  anteriores  se  ha  descrito  que  el  caso  más  crítico  del  comportamiento 
hidráulico  ante  biopelículas  se  presenta  en  sistemas  recirculados,  en  donde  el  costo 
operacional se incrementa notoriamente. 

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desprendimiento en sistemas de distribución de agua potable 

 

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Tatiana Vargas Castilla  

Proyecto de grado                                   

 

 

 

El presente proyecto experimental se guiará a determinar la relación entre la velocidad de flujo, 
la  frecuencia,  calidad  y  cantidad  de  nutrientes  y  el  crecimiento  de  la  biopelícula,  con  la 
consecuente interpretación del comportamiento hidráulico y de la influencia de la rugosidad de 
la  biopelícula  en  el  interior  de  las  tuberías;  a  fin  de  proponer  condiciones  aptas  para  el 
desprendimiento de las asociaciones microbiológicas, se enfatizará en acercar a la realidad las 
condiciones del modelo de una red de distribución de agua potable, mediante el suministro de 
un  desinfectante  residual  a  las  tuberías  y  alimentando  con  pasto  Kikuyo  en  un  tanque  de 
almacenamiento a manera de simular la materia orgánica presente en las redes de distribución 
de agua potable.  

Las  cantidades  de  nutrientes  y  cloro  residual  se  variarán  a  lo  largo  del  procedimiento 
experimental a fin de determinar los patrones de crecimiento y desprendimiento de la película 
biológica. 

El  montaje  experimental  se  realizará  bajo  condiciones  de  recirculación  para  enfatizar  las 
implicaciones  hidráulicas  de  la  formación  de  biopelículas  en  redes  de  distribución  de  agua 
potable, y se realizará con el factor de material de tubería constante, es decir bajo el material 
de PVC. 

1.1 

OBJETIVOS 

 

1.1.1  OBJETIVO GENERAL 

 

El objetivo general del presente proyecto es determinar la influencia de la velocidad de flujo en 
el  comportamiento  de  las  biopelículas  a  través  del  tiempo  y  de  su  relación  con  el  factor  de 
fricción  de  Darcy-Weisbach,  y  la  subcapa  laminar  viscosa,  para  evaluar  las  características  de 
desprendimiento ante diferentes velocidades. 

1.1.2  OBJETIVOS ESPECÍFICOS 

 

  Determinar la relación entre el espesor y  la  velocidad de crecimiento de la biopelícula 

ante diferentes velocidades de flujo. 

  Realizar  un  paralelo  entre  la  rugosidad  absoluta,  el  espesor  de  la  subcapa  laminar 

viscosa, y el espesor de la biopelícula para diferentes velocidades de flujo. 

  Determinar la influencia de la rugosidad de la biopelícula en factores como las pérdidas 

por  fricción  y  el  número  de  Reynolds,  mediante  la  implementación  del  Diagrama  de 
Moody, ante diferentes velocidades de flujo. 

  Determinar  la  influencia  de  la  frecuencia  y  tipo  de  nutriente  con  el  crecimiento  y 

desprendimiento de la biopelícula. 

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desprendimiento en sistemas de distribución de agua potable 

 

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Tatiana Vargas Castilla  

Proyecto de grado                                   

 

 

 

  Comparar  los  espesores  de  la  biopelícula  de  las  tuberías  en  PVC  y  el  diagrama  de 

Moody del presente proyecto con dos trabajos anteriores que implementaron una fuente 
de  Carbono  Orgánico  Disuelto  Biodegradable  (CODB)  diferente  al  pasto  y  que 
implementaron un montaje similar. 

  Comparar los resultados del presente Proyecto de grado con los de Trujillo (2011). 
  Registrar  el  comportamiento  de  las  biopelículas  mediante  un  recuento  en  placa  por 

método Escobillón y un historial fotográfico de las tuberías. 

  Realizar  una  identificación  de  las  especies  que  se  pueden  encontrar  típicamente  en 

biopelículas de Bogotá, mediante la identificación de las especies del modelo. 

  Evaluar  el  efecto  de  la  velocidad  de  flujo  y  de  los  nutrientes  en  el  desarrollo  y 

desprendimiento de la biopelícula. 

1.2 

CONTENIDO DEL INFORME 

 

Inicialmente se presenta una descripción del montaje y del diseño operacional que se planteó 
para la investigación; el cuál se aproxima a las metodologías implementadas anteriormente en 
la  Universidad  de  los  Andes  por  el  Centro  de  Investigaciones  en  Acueductos  y  Alcantarillado 
(CIACUA).  El  sistema  de  distribución  de  agua  potable  recirculado  cuenta  con  dos  principales 
instrumentos  de medida;  el  primero  consiste  en una  aproximación  cualitativa  y  el  segundo  en 
una cuantificación de los impactos hidráulicos y microbiológicos dentro de las tuberías.  

Las  características  del  montaje  se  preservaron  respecto  al  proyecto  desarrollado  por  María 
Ximena Trujillo (2011) con el fin de complementar sus mediciones desde los 126 hasta los 281 
días de recirculación. Los resultados encontrados en la presente investigación se contrastaron 
con los resultados de Trujillo (2011) e investigaciones que utilizaron fuente de CODB diferentes 
a  pasto  como  Muñoz  (2005) que  utilizó  Fosfato diamónico  (DAP)  y  Donoso  (2009) que  utilizó 
panela (glucosa) para alimentar el sistema, con el fin de concluir de manera global respecto a la 
dinámica de crecimiento y decrecimiento de las biopelículas. 

Los  resultados  de  las  mediciones  de  laboratorio  cuantificables  corresponden  a  las  unidades 
formadoras de colonias dentro de los testigos y  a las características en las zonas centrales  y  
en el borde de las tuberías. De las observaciones encontradas en los testigos se determinó una 
relación  entre  el  espesor  de  la  subcapa  laminar  viscosa  y  el  de  la  biopelícula,  la  cual  se 
interpreta verazmente al contrastarla con la rugosidad relativa dentro de la tubería. Otra de las 
características cuantificables se refiere a las pérdidas por fricción presentadas por efecto de las 
biopelículas  encontradas,  lo  cual  se  representa  mediante  la  diagramación  de  la  gráfica  de 
Moody y de la interpretación de los registros fisicoquímicos. Las mediciones suplementarias se 
obtuvieron mediante el análisis cualitativo de las tuberías de vidrio instaladas en el montaje y la 
identificación  de  los  microorganimos  presentes  en  los  testigos,  con  el  fin  de  soportar  los 
resultados encontrados en el desarrollo de la investigación. 

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Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados - CIACUA 

Biopelículas alimentadas con CODB mediante pastos: dinámica de crecimiento y 

desprendimiento en sistemas de distribución de agua potable 

 

ICIV 201210 58 

 

 

Tatiana Vargas Castilla  

Proyecto de grado                                   

 

 

 

2.  ANTECEDENTES 

 

La  influencia  de  las  biopelículas  en  redes  de  distribución  de  agua  potable  ha  sido  estudiado 
desde la perspectiva hidráulica en muchos estudios como 

“Oscillation Characteristics of Biofilm 

Streamers  in  Turbulent  Flowing  Water  as  related  to  drag  and  pressure  drop”  (Paul  Stoodley, 
Zbigniew Lewandowski, John D. Boyle, Hilary M. Lappin-Scott., 1998)en donde se determinó 
que    las  biopelículas  son  flexibles  y  oscilan  en  el  flujo  de  agua,  y  que  el  desplazamiento 
aumenta como una función de la velocidad de flujo en una curva sinusoidal. 

Otro estudio destacable es “Drinking water biofilm assessment of total and culturable bacteria 
under  different  operating  conditions”  
(L.C.Simoes,  N.Azevedo,  A.Pacheco,  C.W.Keevil  &  M.J. 
Vieira,  2006),  el  cual  determinó  que  los  factores  que  aumentan  la  cantidad  de  biopelícula  en 
términos  de  las  Unidades  formadoras  de  colonias  (UFC),  son  el  uso  de  flujo  turbulento  (Re= 
11000) en lugar de flujo laminar (Re= 2000), y el uso de PVC como material de tubería. 

La Universidad de los Andes también ha realizado investigaciones acerca del efecto hidráulico 
de las biopelículas; “Efecto hidráulico de las biopelículas en tuberías de agua potable” (Latorre, 
2005)quien concluyó que la rugosidad absoluta aumenta al transcurrir los días de recirculación 
por efecto de la biopelícula, también establece que las pérdidas por fricción se incrementan al 
transcurrir  el  tiempo,  y 

“Comportamiento  de  biopelículas  luego  de  lavados  sucesivos    en 

tuberías de agua a presión” (Reyes, 2005)en la que se determinó que ante lavados sucesivos 
se podía obtener un control del crecimiento de las biopelículas. 

El estudio del desprendimiento de las biopelículas en redes de distribución de agua potable ha 
sido  conducido  anteriormente  en  varias  investigaciones,  algunas  por  la  Universidad  de  los 
Andes

; “Deterioro de la calidad del agua por el posible desprendimiento de las biopelículas en 

las  redes  de  distribución  de  agua  potable

.  Estado  del  arte”.  (Gelves,  2005),  en  donde  se 

determinaron  las  metodologías  para  el  control  del  crecimiento  y  el  desarrollo  de  las 
biopelículas; como el suministro de 0.5 mg/l de Cloro, y el incremento en la velocidad hasta un 
punto  en  el  que  se  ejerza  una  fuerza  cortante  significativa  sobre  las  células  fijadas  en  la 
biopelícula,  la  tesis  de  grado 

“Biopelículas:  Mecanismos  y  procesos  para  removerlas  de  los 

sistemas de distribución de agua potable” (Murcia, 2009) en donde se establece que el alto flujo 
del agua altera el crecimiento de la biopelícula, pero no evita que nuevas bacterias se adhieran 
a la superficie de tuberías, ni que las biopelículas sean removidas por completo. 

Las  bases  teóricas  fundamentales  para  el  desarrollo  del  presente  modelo  se  retoman  al 
proyecto  de  grado  “Modelación  de  biopelículas  en  redes  de  distribución  de  agua  potable 
alimentadas  con  Carbono  Orgánico  Disuelto  Biodegradable

”  de  María  Ximena  Trujillo  (2011), 

quien  desarrolló  mediciones  en  las  primeras  etapas  del  proyecto,  y  quién  concluyó  que  las 
propiedades físicas de las biopelículas como la visco-elasticidad le confieren propiedades para 
deformarse  absorbiendo  o  liberando  energía  del  flujo;  también  aseguró  que  la  estructura 
filamentosa aumenta la resistencia que tiene hacia el flujo, también observó que el aumento en 

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desprendimiento en sistemas de distribución de agua potable 

 

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el  coeficiente  de  rugosidad  absoluta  depende  de  la  velocidad  del  flujo  y  de  la  cantidad  de 
sustrato. Así mismo observó que un aumento en la velocidad del flujo aumenta la velocidad de 
crecimiento  de  la  biopelícula  lo  cual  se  sostiene  en  otros  estudios  como  Lehtola  (2006), 
Percival (1999), los que comprobaron que un aumento en la velocidad propicia la transferencia 
de nutrientes entre el medio y la biopelícula. 

Otros proyectos que representan un pilar para el análisis de la dinámica de crecimiento de las 
biopelículas son “Velocidad de desprendimiento de las biopelículas en tuberías de distribución 
de agua potable” de Luis Fernando Muñoz, 2005, y la tesis de grado de Ángela Donoso “Efecto 
de los materiales de las tuberías en la generación de biopelículas en redes de distribución de 
agua potable” del 2009. 

 

 

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desprendimiento en sistemas de distribución de agua potable 

 

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3.  MARCO TEÓRICO 

 

3.1  DEFINICIÓN DE BIOPELÍCULA 

 
Se  refiere  a  biopelículas  cuando  las  bacterias  y  demás  microorganismos  en  la  naturaleza 
tienden  a  asociarse  para  asegurar  su  existencia  y  adaptarse  a  diferentes  medios  ambientes, 
integrando en una matriz extracelular de sustancias poliméricas a diferentes especies (Beyenal, 
2002);  la  matriz  les  confieren  propiedades  de  conexión  e  intercambio  genético  entre 
comunidades.  Esta  transferencia  de  genes  se  realiza  horizontalmente  y  gracias  a  la  cercanía 
de  las  comunidades  pueden  llegar  a  adquirir  características  genéticas  diferentes  a  las 
parentales (Jan Dirk van Elsas, Sarah Turner and Mark J. Bailey, 2002). 

Las  bacterias  coordinan  sus  actividades  en  las  agrupaciones  gracias  a  la  “detección  de 
quórum”,  por  lo  general  se  adhieren  a  alguna  superficie  y  en  algunas  ocasiones  se  unen  a 
partículas bacterianas flotantes.  

Dentro  de  las  películas  biológicas  los  microorganismos  pueden  compartir  nutrientes,  y  actúan 
en  un  ciclo  inteligente  que  opera  de  manera  tal  que  se  aseguran  los  nutrientes  y  se  evita  la 
superpoblación  en  las  capas  más  profundas,  cuando  se  acentúan  en  formas  de  pilares  con 
canales intermedios como se ilustra en la Figura 1. 

 

Figura 1. Estructura de una biopelícula . Fuente: [Base de datos] disponible en: 

http://www.uv.es/casanovm/imagenes/biopelicula%20in%20vivo.jpg 

 

3.2  DESARROLLO Y EVOLUCIÓN DE BIOPELÍCULA 

 
Los  microorganismos  presentes  en  el  agua  de  los  sistemas  de  distribución  empiezan  a 
adherirse a las tuberías en dos fases; primero se adsorbe la materia orgánica a nivel molecular 
para  posteriormente  acoger  a  los  microorganismos  pioneros;  la  segunda  fase  es  la  de 
crecimiento.  

También  se  pueden  observar  cuatro  fases  en  la  evolución  de  las  biopelículas  a  través  del 
tiempo; en la primera no existe limitación de sustrato puesto que el espesor de la biopelícula es 
pequeño y por lo tanto se presenta un crecimiento exponencial; la siguiente fase es de retardo, 
en  donde  aumenta  el  espesor  y  se  presenta  una  limitación  de  nutrientes  en  las  capas  más 
profundas.  En  la  tercera  fase  la  tasa  de  crecimiento  se  reduce  considerablemente  por  la 

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limitación  de  nutrientes.  Al  alcanzarse  un  espesor  igual  a  la  subcapa  laminar  viscosa    se 
presenta  una  cuarta  fase  de  desprendimiento  de  fracciones  de  biopelículas  que  son 
transportadas por el flujo de agua (Picioreanu C, 2001). En los siguientes índices se describirán 
las etapas evolutivas de las biopelículas. 

3.2.1  ACONDICIONAMINETO DE SUPERFICIE  

Los compuestos orgánicos del agua se acumulan en las superficies limpias (en el caso de los 
sistemas  de  distribución  de  agua  potable  se  depositan  en  las  paredes  de  las  tuberías), 
formando  capas  neutralizadoras  que  cambian  las  propiedades  físicas  y  químicas  de  la 
superficie y facilita la aproximación de las primeras células microbianas. La capacidad de unirse 
a  plásticos,  metales  y  cristales  depende  de  las  proteínas  específicas  de  la  cubierta,  y  de  los 
apéndices  motrices  (Piera,  2003).  La  capa  orgánica  le  sirve  como  alimento  a  las  bacterias 
pioneras (Hernández, 2010). 

3.2.2 

ADSORCSIÓN Y FIJACIÓN DE MICROORGANISMOS PIONEROS 

Los microorganismos suspendidos en el agua que se aproximan a las paredes de las tuberías, 
entran en una zona de velocidad de flujo casi nula, en donde la adhesión a la superficie se da 
de  acuerdo  con  la  naturaleza  del  medio  de  soporte,  a  la  carga  de  la  superficie  y  la 
concentración de alimento en la capa orgánica (Benito Chen, Yaging Li, 2002).  

La  colonización  inicial  de  la  superficie  en  las  tuberías  se  presenta  en  las  zonas  en  donde  el 
esfuerzo  cortante  es mínimo  y  con  una rugosidad  adecuada,  la  adhesión  al  sustrato  orgánico 
se  puede  presentar  activamente  (flagelos,  pili,  adhesinas,  cápsula  y  carga  de  superficie),  ó  
pasivamente (por gravedad, difusión, y dinámica de fluidos) (Piera, 2003). 

La  unión  que  se  forma  entre  la  superficie  acondicionada  y  las  bacterias  inicialmente  es 
reversible  y  depende  de  la  carga  eléctrica  de  las  bacterias,  presentando  atracciones 
electrostáticas  ó  hidrofóbicas  y  fuerzas  de  Van der Waals,  con  un movimiento  Browniano,  sin 
embargo al evolucionar en el tiempo se presentan nuevas estructuras químicas y físicas que la 
tornan en una unión irreversible (Piera, 2003). 

Cuando se presenta la unión irreversible los apéndices bacterianos están totalmente fijados y 
se inicia la producción de exopolímeros, toda bacteria que entre a la biopelícula deberá  iniciar 
un proceso de modificación genética para producir nuevas proteínas estructurales y enzimas; lo 
que  le  confiere  propiedades  de  resistencia  a  los  desinfectantes.  Las  proteínas  cambian  a  lo 
largo de las etapas de desarrollo (Singh, 2002). 

3.2.3 

MADURACIÓN 

Se  inician  actividades  de  crecimiento  y  división  celular,  lo  que  permite  la  formación  de 
exopolisacáridos;  los  cuales  son  polímeros  polianiónicos  limosos,  a  fin  de  mantener  la  unión 
intercelular y con la superficie. 

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Los  exopolisacáridos  constan  de  glicoproteínas  de  glucosa,  fructosa,  manosa,  entre  otros 
azúcares, fosfolípidos, ácidos nucléicos, entre otros componentes; que son excretados a través 
de  la  pared  celular  de  las  bacterias,  actuando  como  portador  de  cargas  que  le  permiten 
intercambiar iones, para retener nutrientes, y para proteger a las bacterias (Chmielewski RAN & 
Frank JF, 2003). 

Cuando  los  nutrientes  se  concentran  las  células  pioneras  se  empiezan  a  reproducir,  y  las 
células hijas inician la producción de exopolisacáridos, aumentando la superficie de intercambio 
iónico  y  por  lo  tanto  el  número  de  colonias  y  nutrientes  (Hernández,  2010).  Esto  se  puede 
apreciar en l

Figura 2

. 

 

Figura 2. Biopelícula madura. Fuente: [Base de datos] disponible en Photobucket. 

 
Como se ilustra en la 

Figura 2

 los microorganismos se van organizando en forma de pilares con 

canales intermedios por donde fluye el agua. En una biopelícula madura se pueden encontrar 
que la mayor parte de su volumen está ocupado por la matriz ligeramente organizada (75-95%) 
y algunas bacterias (5-25%) (Geesey, 1994). 
 
3.2.4 

COOPERACIÓN ENTRE ESPECIES 

Gracias  a  las  propiedades  de  captación  física  y  atracción  electrostática  que  posee  el 
exopolisacárido  se  atrapan  nuevos  organismo  microscópicos  y  mediante  simbiosis  los 
organismos inmóviles pueden aprovechar los materiales residuales de las especies pioneras y 
de producir residuos aprovechables para otros microorganismos, a fin de coordinar los recursos 
bioquímicos de la biopelícula. También es posible desarrollar  una biopelícula anaeróbica bajo 
una capa aeróbica (Piera, 2003). 

Gracias  a  los  gradientes  cargados  que  se  movilizan  por  los  canales  de  la  biopelícula,  se 
impulsan los nutrientes, enzimas, oxígeno, y otras sustancias a los sitios que lo requieran, y a 
los alrededores de la biopelícula, donde se encuentran las células factibles, que se reducen con 
la  edad  de  la  biopelícula  (en  una  biopelícula  nueva  se  han  encontrado  alrededor  de  80%  de 
células  factibles  y  en  biopelículas  antiguas  se  han  detectado  solamente  50%)  (Wimpenny, 
2000). 

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Se  han  propuesto  tres  modelos  para  explicar  el  comportamiento  de  la  matriz  dentro  de  la 
biopelícula: El 

primero denominado “canal de agua”, propone una transformación fenotípica de 

las  células  y  una  producción  de  moléculas  estructurales  de  Exopolisacáridos,  después  de  la 
maduración, en donde se soportan las micro-colonias en una biomasa cónica filamentosa, que 
forma  canales  en  su  base.  El  segundo  modelo  es  el  mosaico  heterogéneo,  es  típico  en  los 
sistemas  de  distribución  de  agua  potable,  en  donde  solo  se  tiene  filamentos  que  forman 
canales de agua sin una biomasa cónica. 

El tercero “Modelo de película densa”, es escaso y se 

presenta en raras ocasiones, no tiene canales de agua, componiéndose de muchas colonias de 
la  misma  especie  de  bacterias,  realizando  asociaciones  específicas  con  alguna  organización 
estructural (Hernández, 2010). 

3.2.5 

DESPRENDIMIENTO Y NUEVA COLONIZACIÓN 

Después de la continua división celular, periódicamente algunas células junto con nutrientes, y 
residuos  se  desprenderán  y  repartirán  aguas  abajo  por  el  flujo  de  agua,  para  formar  nuevas 
colonias;  los  nutrientes  y  residuos  liberados  de  la  matriz  pionera  serán  utilizados  para 
acondicionar  la superficie aguas abajo y formar la capa orgánica y así acoger nuevas células 
(Mayette, 1992). 

El  desprendimiento  se  puede  presentar  mediante  cuatro  procesos:  abrasión,  erosión, 
desprendimiento en masa y depredación. (Kwok W.K, Picioreanu C, Ong S.L, Van Loosdrecht 
M  &  Heijnen  J.J.,  1998).    Los  dos  primeros  procesos  se  refieren  a  la  remoción  de  pequeños 
grupos de células de la superficie en la biopelícula; el desprendimiento en masa se refiere a la 
remoción  por  fuerzas  externas  e  intensidad  del  flujo,  de  grandes  fracciones  enteras  de  la 
biopelícula.  La  depredación  hace  referencia  a  la  ausencia  de  nutrientes,  que  conducen  a  un 
canibalismo de las bacterias más fuertes. 

El ciclo de vida de las biopelículas se puede resumir en cinco pasos, que se pueden ver en la 
Figura 3, en donde se puede observar también el aumento en el espesor de la biopelícula con 
el tiempo y que con el desarrollo de la película biológica se incrementan el número de colonias 
presentes.  

 

 

Figura 4. Ciclo de vida Biopelículas. Fuente: [Base de datos] [Consultado el 2 de Abril de 2012]. Disponible en: 

http://knol.google.com/k/-/-/3sktw3ldc86j2/rnscvx/biofilm.png 

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3.3  ESTRUCTURA DE BIOPELÍCULAS EN SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA 

POTABLE 

 

La  estructura  de  la  biopelícula  varía  de  acuerdo  con  la  etapa  y  con  la  forma  en  la  que  se 
encuentre; también depende de las condiciones propias de cada sistema de distribución. 

3.3.1  MORFOLOGÍA GENERAL 

El contenido de cloro altera la composición de las biopelículas, algunas tienden a mantenerse 
en grupos formando celdas, eliminando a los organismos individuales. Los organismos de las 
celdas  pasan  de  presentar  una  forma  alargada  a  una  redondeada.  La  limitación  de  cloro 
provoca  cambios  celulares  en  el  contenido  de  lípidos,  purinas,  cationes,  membrana 
citoplasmáica, ligados a la resistencia en bacterias gran negativas (Momba, Kfir et al 2000). 

También  se  observa  que  la  actividad  en  el  sistema  con  cloro  es  más  baja;  Al  ensayar  una 
mezcla  de  concentración  baja  de  aminoácidos  en  dos  reactores  (el  primero  sin  cloro  y  el 
segundo  con  cloro),  usando  como  fuente  de  carbono  una  sustancia  húmica,  el  60%  de  las 
celdas  en  la  biopelícula  están  respirando  en  el  primer  reactor  mientras  en  el  segundo  sólo  el 
20% lo hacen (Latorre, 2005). 

La  estructura  también  depende  de  la  cantidad  de  nutrientes  disponibles,  y  del  flujo  del  agua; 
ante  flujos  altos,  las  biopelículas  tienden  a  ser  parejas  con  una  superficie  lisa  y  suave,  en 
tuberías de flujo lento, la biopelícula es heterogénea y porosa (Boe-Hansen, 2001). 

La adaptación de la biopelícula a su entorno se puede observar ante altos esfuerzos cortantes, 
en  donde  se  aumenta  la  producción  de  sustancias  poliméricas  extracelulares  debido  al 
aumento en la densidad de la biopelícula (Boe-Hansen, 2001). Alguna de las influencias de los 
factores ambientales también influyen en la morfología; por ejemplo el tipo de microorganismos, 
la matriz extracelular, y la adherencia a una superficie. 

3.3.2  MICROORGANISMOS PRESENTES 

La  presencia  de  organismos  se  encuentra  estrechamente  limitada  por  las  condiciones 
ambientales  de  la  zona  y  por  las  características  regionales,  similarmente  la  composición  de 
microorganismos en el agua fluctúa de un lugar a otro dependiendo del trazo que se le confiera 
a las líneas de distribución de agua potable; sin embargo la calidad del agua se ve alterada en 
todos los casos por el desprendimiento y la presencia de agentes patógenos, las condiciones 
del terreno también representan una variable de contaminación del agua y de los fenómenos de 
infiltración de materia orgánica que propician la diversidad microbiana. 

Se  han  reportado  una  gran  cantidad  de  estudios  relacionados  con  la  caracterización  de  los 
microorganismos  presentes  en  biopelículas  de  redes  de  distribución  de  agua  potable;  una 
recopilación  de  las  publicaciones  más  relevantes  se  llevó  a  cabo  por  el  Centro  de 

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Investigaciones  en  Acueductos  y  Alcantarillados  (CIACUA)  en  el  año  2009,  en  el  que  se 
determinaron  335  microorganismos,  de  los  cuales  la  mayoría  eran  bacterias  ambientales, 
seguidas  por  bacterias  patógenas,  virus,  hongos  y  levaduras  perjudiciales  para  la  salud 
humana,  protozoos  y  una  minoría  de  cianobacterias  (CIACUA,  2009).  Entre  los  principales 
constituyentes  microbiológicos  se  encuentran  las  bacterias  heterótrofas  y  la  mayoría  de 
organismos  que  utilizan  la  materia  orgánica  biodegradable  como  fuente  nutritiva  y  energética 
(Knobelsdorf, 1997). 

Típicamente  se  identifican  patógenos  de  la  familia  Enterobacteriaceae;  organismos  como 
ycobacterium spp., Legionella pneumophila, y P. aeruginosa pueden adaptarse y persistir en la 
biopelícula, pues esta  suministra  entornos nutritivos y también brinda una  oportunidad para el 
uso  de  estrategias  simbióticas  (Hernández,  2010).  Otros  patógenos  como  Salmonella, 
Enterobacter y Helicobacter pylori
 también pueden ser encontrados.  

Las  principales  bacterias  que  se  pueden  localizar  de  acuerdo  con  la  EPA  en  sistemas  de 
distribución  de  agua  son  las  de    pseudomonas  aeruginosa,  legionella  pneumophila, 
mucobacterium avium, klebsiella pneumoniae y Escherichia coli

Entre  los  hongos  más  comunes  se  observan  las  especies  Aspergillus  y  Penicillium  altamente 
riesgosos  para  la  vida  humana;  entre  las  levaduras  más  frecuentes  se  pueden  encontrar  las 
especies  Candida  spp.  y  Cryptococus  spp.  Los virus  y  protozoos  típicamente  corresponden  a 
aquellos provenientes de heces humanas ó animales (EPA, 1988). 

La presencia de microorganismos que no se adaptan  a condiciones de escasos nutrientes en 
sistemas  de  distribución  se  atribuye  a  la  presencia  de  contaminación  temporal que  permite  la 
adaptación  de  Cyptosporidium,  Giardia,  Virus  aún  cuando  se  presenten  largos  periodos  de 
tiempo sin suministros energéticos ni nutrientes (Hernández, 2010).  

Algunos  accesorios  de  los  sistemas  de  distribución  de  agua  potable  pueden  proveer  el 
crecimiento  de  cierto  tipo  de  microorganismos,  por  ejemplo  las  válvulas  cubiertas  de  caucho 
proporcionan  superficies  para  el  desarrollo  de  coliformes.  Se  han  determinado  ciliados, 
amoebas y flagelados, ooquistes de cryptosporidium causante de la criptosporidiosis o diarrea 
en pacientes inmunosuprimidos (Levinson, 2006). 

 

3.4  HIDRÁULICA DE TUBERÍAS 

 
Al  estudiar  el  comportamiento  del  agua  a  través  de  los  sistemas  de  distribución,  se  puede 
abordar mediante las ecuaciones de conservación de masa, energía y momentum basadas en 
la  Física  Clásica  (Saldarriaga,  2007).  Derivándose  las  ecuaciones  básicas  de  la  hidráulica  de 
las  pérdidas  de  energía,  se  describen  los  experimentos  de  Reynolds,  la  ecuación físicamente 
basada  de  Darcy-Weisbach  y  la  ecuación  del  factor  de  fricción  de  Colebrook-White 
(Saldarriaga, 2007). 

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El  experimento  de  Reynolds  consistía  en  aplicarle  tinta  a  tuberías  de  diferentes  diámetros  y 
caudales,  para  los  que  se  observaba  como  se  mezclaba  la  tinta.  Consecutivamente  se 
determinaron tres tipos de flujos (Saldarriaga, 2007): 

Flujo  Laminar:  Se  refiere  al  flujo  en  el  cuál  el  agua  se  mueve  en  capas    sin  que  exista 
intercambio de fracciones de  fluido entre ellas, es decir que la masa de agua se transporta en 
capas unas encima de otras (Saldarriaga, 2007). 

Flujo  en  Transición:  Las  condiciones    del  experimento  son  altamente  decisivas  para 
determinar el caudal para el cual este fenómeno se presenta, si la turbulencia remanente en el 
tanque de entrada es baja, la transición demora en presentarse.  Si el grado de aquietamiento 
inicial  es  alto,  la  transición  puede  presentarse  rápidamente.  Lo  anterior  se  conserva  para 
cualquier condición de caudal (Saldarriaga 2007). 

Flujo  turbulento:  Ante un  movimiento  de  diferentes  velocidades  entre  capas,  se  presenta  un 
intercambio  de  partículas  entre  las  mismas,  por  lo  que  el  vector  de  velocidad  no  está  bien 
definido  para  las  partículas  que  lo  componen.  Comúnmente  se  habla  de  velocidad  promedio 
para este tipo de flujo, debido a que no es permanente (Saldarriaga, 2007). 

Estas postulaciones promovieron la búsqueda de una expresión que describiera los flujos   en 
términos de las fuerzas de presión, las viscosas y las inerciales. Esta expresión se conoce con 
el  nombre  de  número  de  Reynolds,  que  relaciona  la  velocidad,  el  diámetro  de  la  tubería  y  la 
viscosidad cinemática del fluido en tuberías circulares ante un flujo uniforme. 

El número de Reynolds se describe según la

 Ecuación 1; si este número es menor a 2000, las 

fuerzas  viscosas  son  las  que  predominan  y  el flujo  es  laminar.   El  número  de  Reynolds  entre 
2000  y  5000,  implica  un  régimen  de  comportamiento  transicional  y  para  valores  superiores  a 
5000 las fuerzas viscosas no tienen mayor influencia, predominando el flujo turbulento. 

    

     

 

 

Ecuación 1. Número de Reynolds. Fuente: (Saldarriaga, 2007). 

donde,  Re:  Número  de  Reynolds,  d:  Diámetro  de  la  tubería,  v:  Velocidad,

   :  Viscosidad 

cinemática (Saldarriaga, 2007). 

La rugosidad de la superficie tiende a cambiar con el tiempo, modificando los patrones de flujo, 
tiempos de residencia, entre otros. Cuando un fluido se encuentra en movimiento siempre que 
entra en contacto con una pared sólida, según Prandtl, el esfuerzo cortante generado es debido 
a la viscosidad del fluido, este esfuerzo impacta una zona de dicho flujo llamada capa límite.  

La  fuerza  de  presión  causada  por  el  esfuerzo  cortante  explica  las  pérdidas  por  fricción  en 
tuberías mediante la siguiente ecuación: 

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Ecuación 2. Esfuerzo Cortante de Prandlt. Fuente: (Saldarriaga, 2007). 

en donde 

 

 

 es el esfuerzo cortante, d es el diámetro de la tubería,   la densidad del fluido, g la 

gravead,  Hf  es  la  pérdida  de  presión  piezométrica  y  l  es  la  longitud  en  la  que  se  produce  la 
pérdida. 

Cuando un flujo turbulento está en contacto con una superficie sólida, presenta una velocidad 
cercana  a  cero  e  impide  la  mezcla  de  las  capas  de  flujo,  sobresaliendo  las  fuerzas  viscosas 
sobre  las  inerciales,  y  formando  una  zona  laminar  conocida  como  subcapa  laminar  viscosa, 
cuyo espesor se determina por: 

 

 

 

     

 

 

 

Ecuación 3. Espesor subcapa laminar viscosa. Fuente: (Saldarriaga, 2007). 

donde 

 

 

 

es la velocidad de corte y ν es la viscosidad cinemática. El espesor de esta capa en 

relación con la rugosidad caracteriza a los flujos hidráulicamente lisos de los rugosos; cuando 

Ks 

≤ 0,305  

 

 el flujo es turbulento hidráulicamente liso, cuando 0,305 

 

 

 

< Ks ≤ 6,1 

 

 el flujo es 

turbulento  transicional,  y  si  por  el  contrario  Ks 

>  6,1 

 

  el  flujo  es  turbulento  hidráulicamente 

rugoso. 

Darcy y Weisbach observaron que al fluir el agua en una tubería presentaba una resistencia en 
forma de fricción, y compilaron sus análisis en la siguiente ecuación: 

 

 

     

 

 

 

 

 

  

 

Ecuación 4. Pérdidas por fricción. Fuente: (Saldarriaga, 2007). 

en donde f es el factor por fricción, l es la longitud de la tubería, y 

ϑ es la velocidad del flujo. La 

ecuación que describe el factor de fricción es la de Colebrook-White de 1939, se aplica a flujo 
turbulento y se muestra en l

Ecuación 5

. 

 

√ 

          

  

 

  

    

 

    

  √ 

    

Ecuación 5. Ecuación de Colebrook-White. Fuente: (Saldarriaga, 2007). 

en donde ks/d es la rugosidad relativa de la tubería, Re es el número de Reynolds. 

El  diagrama  de  Moody,  se  refiere  al  trabajo  experimental  más  importante    para  estudiar  la 
naturaleza del factor de fricción, desarrollado por el ingeniero norteamericano Lewis F. Moody 

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hacia  1940,  basándose  en  los  resultados  de  Nikuradse  y  C.F.  Colebrook,  investigando  las 
pérdidas por fricción en tuberías con rugosidades reales (Saldarriaga, 2007). 

El diagrama es una representación en escala doblemente logarítmica  del factor de fricción en 
función  del  número  de Reynolds  y  la  rugosidad  relativa  de  la  tubería  para flujo  laminar  (Re < 
2000) hasta flujo turbulento hidráulicamente rugoso, como se muestra en l

Gráfica 1

. 

 

 

Gráfica 1. Diagrama de Moody. Fuente: [Base de datos] Disponible en : 

http://www1.ceit.es/asignaturas/Fluidos1/WEBMF/Mecanica%20de%20Fluidos%20I/FAQMFI/FAQ7.htm. 

3.4.1  CONSIDERACIONES HIDRÁULICAS Y RÉGIMENES DE FLUJO 

De  acuerdo  con  las  condiciones  específicas  de  cada  sistema  de  distribución,  se  puede 
caracterizar la predisposición del mismo a la formación y actividad de la película biológica; en 
estudios anteriores se ha determinado que la incidencia del régimen hidráulico es mucho más 
significativa  que  las  tasas  de  materia  orgánica  presentes  en  el  sistema, para  la  acción  de  las 
biopelículas (Hernández, 2010). Sin embargo no se ha encontrado una expresión que relacione 
concretamente  el  crecimiento  bacteriano  en  las  biopelículas  y  los  factores  hidráulicos 
(Echavarría, 2003). 

Algunas  de  las  características  de  las  tuberías  como  las  pendientes,  la  elevación,  el  tamaño 
entre otras, pueden variar las características de los caudales, y por tanto de las velocidades, lo 
cual tiene una gran incidencia en la caracterización biológica del sistema en cuestión. 

Se  ha  encontrado  que  altas  velocidades  puede  aumentar  la  cantidad  de  nutrientes  y 
desinfectantes  que  hacen  contacto  con  las  biopelículas,  aumentando  también  el  esfuerzo 
cortante,  que  incrementa  la  cantidad  de  desprendimientos,  lo  cual  se  ha  aprovechado 
comúnmente  para  el  control  biológico  y  para  el  lavado  de  tuberías  (Reyes,  2005).  Por  el 
contrario velocidades bajas causan pérdida del desinfectante residual, y propician la aparición 
de biopelículas (Echavarría, 2003). Se encuentran organizaciones estructurales poco densas y 

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altas tasas de difusividad.

 Cuando se habla de velocidades altas se hace referencia a aquellas 

mayores de 28 cm/s, y velocidades bajas comprenden los 0.8 cm/s. 

Se  ha  observado  una  dependencia  entre  el  coeficiente  de  Manning,  el  espesor  de  la 
biopelícula,  y  la  configuración  del  medio  de  soporte,  en  las  superficies rugosas  se  adhieren  y 
desarrollan  más  rápidamente  las  biopelículas  que  en  las  superficies  lisas  (Characklis,  W., 
Picologlou, B. & Zelver, N., 1980) 

 

3.5  FACTORES DE CRECIMIENTO DE LA BIOPELÍCULA 

 
Entre algunos de los factores se encuentran la edad y rugosidad de la tubería, la temperatura 
del agua, las condiciones hidráulicas y el tipo y concentración del desinfectante. A continuación 
se explicarán los más representativos. 

Rugosidad: Las superficies lisas se cubren de microorganismos a una tasa inicial menor 
que  las  superficies  rugosas,  y  después  de  un  determinado  tiempo  la  formación  de 
biopelícula se da inevitablemente (Hernández, 2010). 
 

Temperatura:  Es  el  factor  más  influyente  en  el  crecimiento  de  las  biopelículas  en 
tuberías  de  agua  a  presión,  ya  que  afecta  las  condiciones  físicas  y  químicas  del 
sistema.  Se  ha  reportado  que  a  mayor  temperatura  mayor  desarrollo  y  crecimiento  de 
microorganismos  (LeChevalier, Welch  et  al  1996);  esto  puede  deberse a  que  las  altas 
temperaturas  promueven  las  reacciones  con  los  componentes  del  desinfectante  y 
disminuye el efecto de este. Se ha reportado que cuando un fluido aumenta de 35ºC a 
40ºC, el espesor de la biopelícula aumenta en un 80% (Carvajal L., Gómez Alejandra & 
Ochoa Santiago., 2006). 
 
Las  bacterias  crecen  en  un  rango  de  temperatura  entre  15  y  50  ºC,  y  la  temperatura 
óptima para que los microorganismos realicen sus procesos metabólicos es de 15 ºC.  
 

Condiciones  hidráulicas:  determina  el  espesor  máximo  que  puede  alcanzar  la 
biopelícula, que es el espesor de la subcapa laminar viscosa. Cuando se tiene un flujo 
uniforme se mantiene un espesor de la biopelícula de equilibrio, si la biopelícula alcanza 
un  espesor  mayor  al  de  la  subcapa  laminar  viscosa,  se  inicia  un  desprendimiento  de 
células planctónicas aptas para la colonización (Gómez, 2008). 
 
Ante altas velocidades el crecimiento de las biopelículas se puede ver obstruido pues se 
aumenta el contacto con el desinfectante, pero no influencia su adhesión a la superficie 
de las tuberías,  ni  logra desprenderlas en su totalidad (Cloete T. E., Westaard D., van 
Vuuren  S.J.,  2003).  Las fluctuaciones  en  el flujo  modifican  las  condiciones  hidráulicas, 

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generando  nuevos  esfuerzos  cortantes,  que  causan  así  mismo  desprendimientos 
importantes. 
 
Ante un mayor número de Reynolds, y un régimen turbulento, se tienen menores tasas 
de formación de biopelículas debido a la menor resistencia (menor diferencia entre las 
fuerzas de atracción célula-superficie y el esfuerzo cortante).  
 
Se debe disminuir el tiempo de residencia para que sea considerablemente menor que 
el tiempo de adhesión requerido por las células, con el fin de disminuir la posibilidad de 
adhesión  de  la  biopelícula,  y  la  aparición  de  características  indeseables  en  el  agua 
(Gómez, 2008). 

4.5.1 NUTRIENTES 

Existen diversos factores dentro de las tuberías de distribución que favorecen la  preservación 
de nutrientes y proporcionan las condiciones necesarias para el desarrollo de microorganismos 
(por  ejemplo  la  acumulación  de  material  en  la  superficie  de  las  tuberías);  es  indispensable 
mencionar  la  capacidad  de  las  bacterias  para  adaptarse  fácilmente  a  las  condiciones  de  su 
entorno,  acoplando  sus  necesidades  energéticas  a  la  disponibilidad  del  medio  como  una 
medida de evolución.  

Las  principales  fuentes  de  energía  de  las  biopelículas  en  sistemas  de  distribución  de  agua 
potable son el carbono orgánico y el amonio, el oxígeno es el aceptor final de electrones que 
transforma  aproximadamente  el  50%  del  carbón  absorbido  en  CO2  que  es  una  fuente 
energética  de  las  células,  y  el  50%  restante  es  usado  para  crear  biomasa,  la  síntesis  está  a 
cargo  del  carbono,  el  nitrógeno  y  el  fósforo  en  una  proporción  de  C:N:P  de  100:10:1 
(Hernández, 2010). 

Otro  tipo  de  nutriente  esencial  para  el  desarrollo  y  formación  de  la  biopelícula  es  la  materia 
orgánica  biodegradable,  que  se  divide  a  su  vez  en  Carbono Orgánico  Disuelto  Biodegradable 
(CODB)  que  puede  ser  metabolizado  por  la  bacteria,  y  Carbono  Orgánico  Asimilable  (COA) 
utilizado  para  la  generación  de  biomasa;  estos  regulan  el  potencial  de  recrecimiento  de  los 
microorganismos en la red (Momba, Kfir, 2000 & Hernández, 2010). Este es proveniente de las 
sustancias húmicas que no son muy biodegradables y de los eventos de lluvia que proveen de 
materia orgánica al sistema. 

En  varias  ocasiones  se  ha  comprobado  que  controlando  la  cantidad  de  materia  orgánica 
biodegradable y el carbono orgánico asimilable se puede controlar y restringir el crecimiento de 
las  biopelículas  pero  no  se  puede  eliminar  totalmente  (Vargas,  2004;  Boualam,  2003; 
Falkinham, 2001; LeChevallier, 1996). 

Se  ha  demostrado  que  el  fósforo  no  se  consume  en  la  actividad  bacterial  y  por  tanto  no 
representa  un  factor  limitante  del  crecimiento  de  la  biopelícula;  el  nitrógeno  en  cambio 
representa  uno  de  los  factores  esenciales  para  películas  biológicas  formadas  por  bacterias 

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autotróficas,  y  el  elemento fundamental  para  las  actividades  celulares  es  el  carbono  presente 
en los ácidos húmicos y en polisacáridos (Hallam, N. B., et al., 2001). 

Las  principales  fuentes  de  carbono  orgánico  son  los  solventes  de  la  tubería,  fibra  de  vidrio- 
plástico reforzado, lubricantes de válvulas y bombas y partículas de aire; las principales fuentes 
de  fósforo  son  los  fosfatos  del  agua,  las  del  nitrógeno  son  los  ácidos  húmicos  y  fúlvicos,  los 
nitritos y nitratos del agua, y del azufre son los sulfatos del agua y el ácido sulfúrico. 

Una  de  las  medidas  adaptativas  que  exhiben  las  biopelículas  en  sistemas  de  distribución  de 
agua es la utilización como sustrato de los desechos de colonizadores primarios por parte de 
los  microorganismos  secundarios  que  al  formar  nuevas  colonias  alimentarán  a  los 
microorganismos  incorporados;  esta  es  una  de  las  razones  por  las  cuales  la  escases  de 
nutrientes no elimina la presencia de biopelículas. Otra de las adaptaciones más importantes es 
la asociación para metabolizar nutrientes disponibles en el medio por medio de enzimas.  

El  éxito  en  la  disminución  del  potencial  de  formación  radica  en  la  reducción  de  nutrientes 
esenciales  (Hernández,  2010).  La  escases  de  nutrientes  restringe  la  adhesión  de  los 
microorganimos a la superficie, pero no elimina las células suspendidas en el agua. 

 

3.6   CONTROL EN LA FORMACIÓN DE BIOPELÍCULA 

 

Las  biopelículas  se  pueden  controlar  con  tratamiento  físico,  químico  y  mecánicos  (Mittelman, 
Octubre 1985). 

Se  ha  determinado  experimentalmente  que  las  biopelículas  cuentan  con  la  propiedad  de 
aumentar su densidad aún bajo presión, presentando alta resistencia al esfuerzo cortante; sin 
embargo  dicha resistencia  se  puede  interferir  al revertir  el  sentido  del flujo  de  agua,  debido  a 
que  la  biopelícula  se  estructura  de  manera  que  resista  el  flujo  en  un  solo  sentido  (CIACUA, 
2009). 

Por debajo del esfuerzo cortante de fluencia, la biopelícula se comporta como un sólido visco-
elástico; al aumentar el esfuerzo cortante el comportamiento pasa a ser un fluido visco-elástico 
y  se  deforma  permanentemente.  La  biopelícula  sufre  deformaciones  (formación  de  cuellos), 
hasta llegar a acumular 20% de deformaciones antes de llegar a la falla (Stoodley P, Wilson S, 
Cargo R, Piscitteli C, Rupp CJ, 2001). 

El  comportamiento  de  una  biopelícula  se  puede  asimilar  al  de  cualquier  material,  en  donde 
existe  un  punto  en  el  cual  no  resiste  más  esfuerzos  de  cortante,  no  se  presenta  ninguna 
adhesión  a  la  superficie  de  la tubería,  y  se  inicia  el  proceso  de  desprendimiento  de  la  matriz; 
esto se puede observar en la Gráfica 2. 

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Gráfica 2. Comportamiento ante esfuerzo cortante de la biopelícula. Fuente: (Stoodley P, Wilson S, Cargo R, Piscitteli C, Rupp 

CJ, 2001). 

Para  evitar  el  crecimiento  de  las  biopelículas  se  deben  considerar  alternativas  de  tratamiento 
como  filtración  y  ozonización  de  acuerdo  al  contenido  de  Carbono  Orgánico  Disuelto 
Biodegradable  (CODB),  así  como  el  tipo  de  desinfectante  más  propicio;  entre  los  que  se 
encuentran el ozono y la luz ultravioleta, aunque Lund y Ormerod en 1995 aseguraron que se 
producen mayores niveles de biomasa con luz ultravioleta. 

Con  el  uso  adecuado  de  un  desinfectante  residual  en  los  sistemas  de  distribución  de  agua 
potable,  no  se  produce  una  relación  entre  la  calidad  físico-química  del  agua  y  la  formación  ó 
recrecimiento de la biopelícula (MNB Momba, N Makala, Abril 2004). 

Un  mecanismo  de  control  para  la  formación  de  biopelículas  es  evitar  los  sitios  de 
estancamiento  a  lo  largo  del  sistema  de  distribución  (MNB  Momba,  N  Makala,  Abril  2004). 
También se debe evitar mantener el material de las tuberías a una edad muy avanzada puesto 
que esto ocasiona un decaimiento significante del desinfectante residual.  

Un  método  efectivo  para  desinfectar  el  agua  es  un  biocida,  que  consiste  en  la  circulación  del 
agua  por  dos  electrodos  fijos  (aleaciones  de  cobre  y  plata)  con  diferencia  de  potencial, 
actuando como un ionizador. 

Meckes,  Haught,  Dosani,  Clark  y  Sivaganesan  (2000),  sustentaron que con  el  incremento  del 
pH  del  agua  se  puede  controlar  la  formación  de  biopelículas;  después  de  24  horas  de 
modificado  el  pH,  no  se  aprecia  el  efecto,  la  reducción  considerable  en  la  densidad  de  la 
biopelícula  se  muestra  con  pH  =  5.0,  y  al  disminuir  el  pH  se  disminuyen  en  mayor  medida  la 
cantidad de microorganismos. 

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Se  ha  reportado  que  el  control  de  las  biopelículas,  debe  consistir  en  un  método  integrado 
combinando  diferentes  tipos;  como  un  cambio  en  el  régimen  de  la  dosis  de  desinfectante 
(LeChevallier et al 1990), y una reducción en materia orgánica (van der Kooji et al. 1995). 

 

3.7   DESPRENDIMIENTO DE BIOPELÍCULA 

 
Referente a la desagregación de la matriz de microorganismos y exopolímeros que produce la 
liberación de un fragmento  de masa; esto se puede realizar mediante mecanismos biológicos, 
como  la  presencia  de  enzimas  que  degradan  la  matriz,  burbujas  de  gas  al  interior  de  la 
biopelícula (disminuyen la fuerza interna), reducción de la tasa de crecimiento, disponibilidad de 
cationes  y  falta  de  comunicación  entre  células  (Hunt,    Werner,  Huang,  Hamilton  &  Stewart, 
2004). 

Cuando  se  presenta  escases  de  nutrientes  y  mucha  competencia  dentro  de  la  biopelícula  el 
desprendimiento es una opción favorable para colonizar otras secciones de la tubería en la que 
no exista sobrepoblación (Paula Watnick and Roberto Kolter, 2011). 

La redundancia en los sistemas de distribución de agua potable causa cambios en la dirección 
del  flujo,  generando  desprendimientos  del  material  adherido.  Las  altas  velocidades  también 
ocasionan  esfuerzos cortantes adicionales sobre las biopelículas generando desprendimientos. 
(Gelves, "Deterioro de la calidad del agua por el posible desprendimiento de las biopelículas en 
redes de distribución de agua potable estado del arte", 2005). 

A  mayores  fuerzas  de  desprendimiento  se  forman  estructuras  de  biopelículas  lisas  y  más 
densas, con una mayor posibilidad de desarrollar estructuras mecánicamente estables y con la 
matriz  de  exopolisacáridos  comprimida  (Rochex,  A.,  Godon,  J.J.,  Bernet,  N.,  Escudié,  R., 
2008). 

Si  se  presentan  desprendimientos  en  masa  pequeños,  los  efectos  de  cortante  sobre  la 
biopelícula,  al  igual  que  la  hidrodinámica  del  sistema  cambia,  y  la  biopelícula  se  torna  más 
heterogénea y pueden causar  más desprendimientos

 (Telgman, Horn y Morgenroth, 2004). El 

desinfectante  residual  no  tiene  tantos  efectos  en  los  desprendimientos  en  masa  como  en  los 
desprendimientos de células individuales. 

Para desprender una biopelícula el efecto de cortante aplicado debe ser el doble del efecto de 
cortante  inicial  (Stoodley  P,  Wilson  S,  Cargo  R,  Piscitteli  C,  Rupp  CJ,  2001).  Clasificar  la 
velocidad de desprendimiento de acuerdo a la velocidad de crecimiento; cuando crecen a 0,03 
m/s,  se  presenta  el  desprendimiento  cuando  la  velocidad  es  de  1.0  m/s,  en  otros  casos  para 
velocidades de crecimiento  iguales a 1 m/s; el desprendimiento se presentaba a 2.5 m/s, y la 
cantidad  de  biopelícula  desprendida  era  considerablemente  menor  que  para  biopelículas  que 
crecen a velocidades menores (Klapper, I., Rupp, C.J., Cargo, R., Purvedorj, B. and Stoodley, 
P., 2002). Otros estudios afirman que la velocidad de desprendimiento depende del material de 

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la  tubería  siendo  para  tuberías  muy  lisas  igual  a  0.9  m/s  y  para  tuberías  rugosas  de  1.5  m/s 
(Friedman, 2001). 

Se han reportado velocidades para desprender depósitos disueltos y cohesivos entre 0.6 y 0.9 
m/s  y  para  remover  tubérculos  de  las  tuberías  velocidades  mayores  a  1.4  m/s  (Carriére, 
Gauthier,  Desjardins,  y  Barbeau,  2005;  Vreeburg  y  Boxall,  2007;  Carvajal,  Gómez,  y  Ochoa, 
2007). A mayores velocidades se genera menor adhesión de células, y una menor relación de 
células sésiles (que se encuentran en la biopelícula)  a células suspendidas. 

 

 

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4.  DESCRIPCIÓN DEL MODELO 

 
 

De  acuerdo  con  las  características  físicas  presentes  en  las  redes  de  distribución  de  agua 
potable y con el objetivo de comparar la incidencia de las biopelículas en las mismas, se optó 
por seguir los modelos propuestos en investigaciones anteriores conducidas por la Universidad 
de  los  Andes;  de  acuerdo  con  los  resultados  encontrados  en  tesis  previas,  se  dispuso  del 
modelo propuesto por Ángela Donoso en su tesis “Efecto de los materiales de las tuberías en la 
generación  de  biopelícula  en  redes  de  distribución  de  agua  potable

”;  adecuado  en  el 

Laboratorio de Hidráulica de la Universidad de los Andes. 

 

El  montaje  fue  modificado  recientemente  por  María  Ximena  Trujillo  en  su  tesis  “Modelación 

física  de  biopelículas  en  redes  de  distribución  de  agua  potable  alimentadas  con  carbono 
orgánico disuelto

”, a fin de ampliar los resultados encontrados por Trujillo; se pretende abordar 

el  mismo modelo de su tesis, que se describirá en la presente sección. 

 

5.1 PLANTA FÍSICA 

 
 
El  modelo  modificado  por  María  Ximena  Trujillo  está  constituido  por  un  tanque  elevado 
conectado  a  tres  tuberías  en  PVC  de  4  pulgadas  de  diámetro;  las  tuberías  de  los  extremos 
tienen  un  tanque  de  vidrio  de  2  pulgadas  de  diámetro  nominal,  conectado  lateralmente 
mediante dos Tees con reducción de diámetro; esto se describe detalladamente en la Sección 
5.1.1.2 del presente proyecto. 

Las  tuberías  de  PVC  llegan  a  unos  vertederos  que  conducen  el  agua  a  un  tanque  de 
almacenamiento, a este último  se conectó una tubería de bombeo  en PVC de 4 pulgadas de 
diámetro que llega al tanque elevado; de esté último sale una tubería de rebose de 6 pulgadas 
de diámetro nominal que llega hasta el tanque de almacenamiento. 

La información descrita anteriormente se puede detallar en la vista en planta del modelo en la 
Figura 5 y en la vista de perfil del modelo de recirculación de la Figura 6. 

 

 

 

 

 

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Figura 5. Vista en planta del modelo experimental 

Rebose Ø6"

Bombeo Ø4"

Ø4"

Ø4"

Nivel 0

Nivel 0

Tubería en PVC

Ø2"

Ø4"

Tubería de vidrio

Ø2"

piezómetros

Testigos

VISTA EN PLANTA DEL PROYECTO DE

GRADO BIOPELÍCULAS

válvula auxiliar

Tubería en PVC

Tubería en PVC

Tablero piezométrico

Tubería de vidrio

 

Figura 6. Vista de perfil del modelo experimental. 

Vertedero en PVC

Tanque en PVC 54"

Piezómetros

VISTA DE PERFIL DEL MODELO

EXPERIMENTAL

 

4.1.1  Tuberías de PVC 

Se  estableció  una  longitud  libre  de  accesorios  desde  el  tanque  elevado  igual  a  3.97  metros 
lineales;  fue  precisamente  en  dicho  punto  en  el  cuál  se  instalaron  los  últimos  4  piezómetros 
para  cada  tubería,  a  fin  de  registrar  las  pérdidas  por  fricción  aguas  abajo.  Los  4  piezómetros 
para registrar las pérdidas por fricción aguas arriba, se ubicaron a 1.2 metros lineales del codo 
conector  entre  la  tubería  y  el  tanque  elevado.  Estas  medidas  fueron  establecidas  a  fin  de 
cumplir  con  la  distancia  mínima  para  que  el  flujo  se  estabilice  (10  veces  el  diámetro  de  la 
tubería) como se ilustra en la Figura 5. 

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La  disposición  espacial  de  los  cuatro  piezómetros  dentro  de  la  tubería  en  cada  uno  de  los 
puntos mencionados anteriormente del montaje, se esboza en la Figura 7. 

 

 

Figura 7. Disposición espacial de los piezómetros en la tubería de PVC. 

Como se observa en la Figura 7 se dispusieron los piezómetros de tal manera que el  primero 
quedase  en  la  parte  superior  del  tubo,  el  segundo  en  orden  ascendente  al  lado  derecho,  el 
tercero en la parte inferior de la tubería y el cuarto al lado izquierdo. Esta numeración se repite 
aguas  abajo,  por  tanto  en  la  tubería  de  PVC  identificada  con  el  número  1  (ver  Figura  8)  se 
tienen  los  primeros  4  números  para  los  8  piezómetros;  en  la  tubería  número  2  se  tienen  los 
piezómetros  del  número  5  al  No.8,  y  en  la  tubería  número  3  se  tienen  los  piezómetros  del 
número 9 al No. 12.  

 

Figura 8. Tuberías de PVC en el montaje. 

4.1.1.1  Testigos 

Son secciones extraídas de la tubería que permanecen en contacto con el agua por el diámetro 
interno, mientras que por el externo se adhieren a una tapa y se sujetan a la tubería con una 
abrazadera  por  cuestiones  de  seguridad.  Basado  en  la  metodología  de  (Trujillo,  2011)  se 
conservó la ubicación de los testigos extraíbles aguas abajo de las tuberías, como se ilustra en 
la Figura 5 

4.1.1.1.1 

Testigos de borde 

Es  el  testigo  que  se  encuentra  aguas  abajo  que  tiene  una  mayor  área  y  se  encuentra  de 
manera individual , sus dimensiones comprenden 4 centímetros  de ancho y 10 centímetros de 
largo, como se puede apreciar en la Figura 9. 

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Figura 9. Testigos de borde y de centro. 

4.1.1.1.2 

Testigos de Centro  

Se  refiere  a  los  testigos  de  menor  área  que  se  encuentran  ubicados  en  parejas,  tienen  4 
centímetros de ancho y 7 centímetros de largo, se dispuso de un espaciamiento entre testigos 
de  1  centímetro  tanto  transversal  como  longitudinalmente.  En  cada  una  de  las  tuberías  se 
instalaron 24 testigos los cuales se pueden observar en la Figura 11 y en la Figura 9. 

4.1.1.2  Tubería de vidrio 

Se encuentran ubicadas aguas abajo de las tuberías en PVC de los extremos; cada tubería en 
vidrio  se  conectó  por  medio  de  dos  Tees  con  reducción  de  4  a  2  pulgadas  y  dos  codos  de  2 
pulgadas,  unidos  por  un  niple  a  una  tubería  de  vidrio  de  1.34  metros  de  longitud,  como  se 
observa en la Figura 10. 

 

Figura 10. Conexión de los tubos de vidrio a la tubería de PVC. 

Las tuberías de vidrio cumplen con el objetivo de caracterizar cualitativamente el crecimiento y 
el espesor de las biopelículas en el interior de las tuberías de vidrio aunque no necesariamente 
represente una caracterización del crecimiento de las biopelículas en el sistema, debido a que 
se  prevén  cambios  de  la  dirección  del  flujo;  la  presencia  de  reducciones  y  uniones,  generan 
cambios en las condiciones hidráulicas. La disposición de estos dispositivos se muestra en  la 
Figura 5 y en la Figura 11.  

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25 

 

 

 

Figura 11. Testigos de centro y tubos de vidrio en el montaje. 

4.1.2  Válvulas de control 

Cumplen con la función de establecer un caudal para recirculación y variarlo para la toma de 
medidas de pérdidas por fricción; el caudal que se fluctúa debe limitarse a un flujo turbulento, 
con  números  de  Reynolds  entre  2000  y  80000,  que  garantiza  una  ubicación  deseable  en  el 
diagrama de Moody.  

El detalle de las válvulas en el modelo se ilustra en la Figura 5, en esta se puede ver que cada 
válvula se encuentra a 0.18 metros del codo que conecta a el tanque elevado con la tubería de 
PVC. 

Las válvulas se encontraron a una apertura diferente en recirculación normal para cada tubería; 
en la identificada con el número 1 y en la número 3, se dispuso una apertura de 5 vueltas es 
decir están a un 16% abierta, y la identificada con el número 2 se encuentra abierta 31 vueltas, 
es decir se encuentra a un 100% abierta.  

La apertura de la válvula tres se mantuvo de la manera indicada anteriormente hasta el 28 de 
Febrero de 2012, cuando en la tubería 3 se modificó la velocidad de flujo mediante la medición 
del  caudal  con  un  sensor  Ultraflux  UF801-P,  hasta  establecer  una  velocidad  de  2  metros  por 
segundo; esto se obtuvo con una apertura de la válvula de 6 vueltas que se fijo hasta el último 
día de recirculación del sistema el 15 de Junio de 2012. 

4.1.3  Tanque elevado 

Su función principal es el de caracterizar una altura piezométrica satisfactoria, para obtener las 
velocidades necesarias para tomar las pruebas piezométricas y para la recirculación diaria del 
sistema.  En  este  se  dispone  un  costal  de  pasto  Kikuyo,  como  fuente  de  carbono  como  se 
puede observar en la Figura 12. 

 

Figura 12. Tanque elevado del montaje. 

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4.1.4  Sistema de recirculación 

Desde  el  tanque  de  almacenamiento  se  dispuso  una  bocatoma  para  que  el  agua  sea 
bombeada hasta el tanque elevado como se muestra en la Figura 6; a continuación se explica 
el principal componente del sistema de recirculación. 

4.1.4.1  Motobomba 

Cumple con la función de redirigir la dirección del flujo para recircular el agua en el sistema, el 
equipo instalado en el sistema fue el mismo utilizado para la tesis de  María Ximena Trujillo, la 
referencia que se proporcionó al sistema se puede observar en la Figura 13. 

 

Figura 13. Bomba del sistema de recirculación. 

4.1.5  Tablero piezométrico 

Se dispuso al lado de las tuberías de PVC, a una distancia suficiente para la conexión de los 
piezómetros,    a  fin  de  determinar  las  pérdidas  por  fricción  causadas  por  la  biopelícula.  Se 
realizaron  medidas  una  vez  por  semana;  a  fin  de  realizar  comparaciones  con  trabajos 
anteriores,  se  efectuaron  10  pruebas  en cada medición,  para  cada  tubería  variando  el  caudal   
(Trujillo, 2011; Hernández, 2010; Donoso, 2009). El dispositivo se puede observar en la Figura 
14.
 

 

Figura 14. Tablero piezométrico para la toma de pérdidas por fricción. 

4.1.6  Vertederos 

De acuerdo con la normativa colombiana RAS 2000, y a la disposición de redes de acueducto 
que  pasan  de  un  ducto  a  presión  por  bombeo  a  un  ducto  a  presión  por  gravedad,  se  debe 

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garantizar  el  perfecto  funcionamiento  mediante  un  tanque  para  el  quiebre  de  la  presión;  este 
debe  tener  un  vertedero  y  un  conducto  para  el  agua  vertida.  Adicionalmente  el  vertedero  se 
utiliza para realizar aforos de caudales.  

En  el  sistema  se  instalaron  tres  vertederos  triangulares  pues  son  más  precisos,  con  un 
limnímetro  mecánico  para  la  toma  de  la  altura  de  la  lámina  de  agua,  como  se  observa  en  la 
Figura 15. 

 

Figura 15. Vertederos con limnímetro. 

Ya que el modelo utilizado fue el mismo  realizado por María Ximena Trujillo, y las tuberías se 
mantuvieron constantes, las curvas de calibración de vertederos determinadas en su proyecto 
de  grado  son  aplicables  a  las  condiciones  utilizadas  en  el  presente  proyecto  de  grado.  Los 
resultados determinados con las curvas se muestran en el 

Cuadro 1. 

Cuadro 1. Ecuación de caudal por vertedero. 

 

VERTEDERO 

 

 

 

 

(cm) 

ECUACIÓN 

10,78 

 (   

⁄ )           

 

   

 

 

    

 

10,61 

 

(   

⁄ )           

 

   

 

 

 

   

 

10,07 

 

(   

⁄ )         

 

   

 

 

 

   

 

 
en  donde  Ho  es  la  altura  inicial  del  vertedero  cuando  la  bomba  se  encuentra  apagada;  este 
valor varía debido a que el nivel del agua no es constante, pues se pueden presentar fugas y 
también la temperatura fluctúa influyendo en los fenómenos de evaporación. Por tanto el valor 
de  Ho  no  es  una  constante  y  debe  medirse  en  cada  fecha  de  pruebas  piezométricas,  para 
determinar  la  velocidad  del  flujo  en  cada  ocasión.  Los  valores  de  velocidad  enunciados 
anteriormente solo corresponden a una velocidad promedio determinada con el sensor. 

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5.  METODOLOGÍA EXPERIMENTAL 

 
 
A fin de comparar los resultados del presente proyecto con trabajos anteriores se seguirán los 
diseños  experimentales  establecidos  por  (Trujillo,  2011;  Hernández,  2010;  Donoso,  2009); 
respecto  a  la  determinación  de  la  demanda  de  cloro  y  fuente  de  carbono,  con  las 
modificaciones pertinentes que se esbozan a continuación. 

 

5.1 Fuente de Carbono 

 
De acuerdo con las condiciones que se presentan en las fuentes de agua, y a la factibilidad de 
que  se  incorporen  materiales  exógenos  provenientes  del  ambiente,  la  fuente  de  carbono  con 
mayor  probabilidad  de  entrar  en  la  red  de  distribución  es  Pennisetum  clandestinum  (Pasto 
Kikuyo), comúnmente encontrado en regiones ecuatoriales como Colombia. 

De acuerdo con investigaciones anteriores, una aproximación a la realidad se puede presentar 
al colocar dos costales con  Pennisetum clandestinum  en los dos tanques de almacenamiento 
del modelo (Trujillo, 2011; Hernández, 2010; Donoso, 2009); para dichos proyectos el pasto se 
suministró cada 15 días, puesto que la demanda de carbono en el periodo inicial de crecimiento 
de las biopelículas es menor (Vergara, F and Cox, G, 2002). El pasto suministrado en una de 
las medidas del presente montaje se puede apreciar en la Figura 16.  

 

Figura 16. Pasto kikuyu. Pennisetum clandestinum 

Mientras  que  al  inicio  del  presente  proyecto  las  biopelículas  tenían  una  edad  de  4  meses 
aproximadamente, la demanda de carbono se incrementó puesto que aumentó la biomasa de 
la  misma  hacia  mediados  de  Febrero  del  2012,  siendo  necesario  suministrar  dos  costales  de 
pasto Kikuyo cada 8 días. 

5.2   Aproximación Operacional 

 

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29 

 

 

Para que el modelo se aproxime a la realidad, se adoptó un tiempo de recirculación de 8 horas 
diarias.  A  fin  de  evaluar  el  impacto  de  la  velocidad  de  las  tuberías  en  la  formación  de  las 
biopelículas,  se  estableció  una  apertura  de  la  primera  válvula  de  5  vueltas  para  obtener  una 
velocidad de 1 m/s, en la segunda válvula una apertura máxima para abordar una velocidad de 
3 m/s, y en la última válvula una apertura de 5 vueltas para una velocidad de 1.5 m/s. El 28 de 
Febrero  de  2012  se  aumentó  la  velocidad  de  la  última  válvula  en  1  vuelta  para  sostener  una 
velocidad de 2 m/s dentro de la tubería número 3. El procedimiento de recirculación  diario se 
muestra en el Anexo 10.1. 

En  el  Anexo  10.1  se  puede  ver  que  las  pérdidas  de  agua  por  fugas  se  evitan  al  revisar  el 
sistema  antes  de  encenderlo  todos  los  días,  a  fin  de  no  alterar  los  resultados  del  proyecto  y 
evadir  posibles  irregularidades  en  las  velocidades  y  la  altura  del  nivel  de  agua.  También  se 
esboza de manera muy general el procedimiento de medición de testigos y piezómetros en lo 
relacionado  con  la  operación  del  sistema,  es  decir  en  la  variación  del  caudal  y  el  régimen  de 
flujo que se influencia por la realización de medidas. 

5.2.1   Cloro Residual 

 
Para preservar las condiciones que se presentan en un sistema de distribución de agua potable 
fue  necesario  conservar  la  concentración  de  cloro  mínima  en  el  modelo;  según  la  Resolución 
2115  de  2007  del  Ministerio  de  la  Protección  Social    y  el  Ministerio  de  Ambiente,  Vivienda  y 
Desarrollo  Territorial  (  la  concentración  de  cloro residual  libre  dentro  de  cualquier  punto  de  la 
red  se  debe  mantener  entre  0.3  y  2  mg/L),  para  que  este  modelo  sea  comparable  con 
resultados anteriores se estableció la concentración de cloro residual en 0.5 mg/L, para tal fin 
se hiso uso de hipoclorito de calcio HTH granular, desde el 15 de Diciembre de 2011.   

Para determinar la cantidad de cloro que debe ser  introducida al sistema,  se debe considerar 
que el agua en el modelo es recirculada 8 horas diarias y que el cloro residual se ve disminuido 
a  través  del  tiempo,  tomando  como  referencia  las  curvas  de  cloro  residual  del  modelo,  se 
determinó que la concentración de  

    

 

      inicial es de 20.5 g (Trujillo Gómez, 2011). 

Sin  embargo  la  demanda  de  cloro  aumenta  a  través  del  tiempo  y  es  necesario  monitorear  la 
concentración  de  cloro;  se  determinó  el  13  de  Enero  de  2012  que  la  concentración  de  cloro 
residual estaba por debajo de 0.5 mg/L, con un suministro de 20.5 g de  

    

 

     . Por tanto 

fue  necesario  recalcular    la  cantidad  de   

    

 

       a  suministrar  mediante  curvas  de  cloro 

residual    como  la  esbozada  en  la  Gráfica  3,  en  donde  se  determinó  que  la  concentración  a 
suministrar debía ser de 47.6 g  

    

 

      para mantener una concentración de cloro residual 

en el modelo igual a 0.5 mg/L. Sin embargo la concentración de cloro residual siguió fluctuando 
y fue necesario realizar una segunda curva de calibración de cloro el 27 de Abril de 2012 en la 
que se estableció una cantidad de  

    

 

      igual a 37.2 gramos. 

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30 

 

 

 

Gráfica 3. Demanda de Cloro 24 horas. Concentración de 57.6 mg/l de (ClO)2Ca (s). 

Como  se  ilustra  en  la  gráfica  anterior  la  concentración  de  cloro  residual  se  mantiene  por  12 
horas  en  0.5  mg/L,  y  por  tanto  es  necesario  suministrar  hipoclorito  de  calcio  cada  12  horas, 
para que no llegue a cero. 

5.3  Control Cuantitativo a la formación y el desarrollo de biopelículas. 

 
Los testigos trazados en la tubería son un instrumento para medir la biomasa de la biopelícula, 
el  espesor  y  la  velocidad  de  crecimiento  de  la  misma;  esto  se  diseñó  mediante  dos 
mecanismos diferentes; el primero corresponde a los testigos de centro y los testigos de borde, 
que  operan  de  la  misma  manera  pero  cada  uno  determina  características  de  crecimiento  en 
locaciones diferentes dentro de la tubería. El segundo instrumento utilizado para cuantificar el 
comportamiento de las biopelículas es la medición de pérdidas por fricción en los piezómetros y 
las características hidráulicas que se ven influenciada por la formación de películas biológicas 
en sistemas de distribución de agua potable. 

5.3.1  Medición de Testigos 

 
El procedimiento utilizado para extraer los testigos de borde y de centro es el mismo; este se 
realizó  una  vez  a  la  semana  desde  el  18  de  Enero  de  2012  hasta  el  8  de  junio  de  2012.  El 
diagrama de flujo del procedimiento se muestra en el Diagrama 1. 

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0

500

1000

1500

2000

Con

ce

n

tr

aci

ón

 Cl

 (m

g/L)

 

Tiempo(min) 

Demanda de Cloro 24 horas 

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31 

 

 

Inicio

Apagar bomba

Vertederos 

vaciados

Esperar 5 minutos 

hasta que los 

vertederos estén 

llenos y las tuberías 

desocupadas

Vaciar los tres 

vertederos con la bomba 

auxiliar y llevar el agua 

al tanque de 

almacenamiento

Retirar testigos de 

cada tubería (de 

borde y de centro)

Esperar 3 minutos 

para que los 

testigos se drenen

No

Si

Balanza digital 

calibrada?

Pesar cada testigo 

de borde y 

registrar datos

Pesar cada testigo 

de centro y 

registrar datos

Si

Calibrar

No

Instalar testigos 

en la tubería 

correspondiente

Asegurar con 

agarraderas y 

verificar que no 

hallan fugas

Fin

 

Diagrama 1. Procedimiento de extracción de testigos. 

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32 

 

 

El 

Diagrama  1  muestra  que  una  vez  que  se  extraen  los  testigos,  es  necesario  dejarlos  secar 

para  que  el  exceso  de  agua  no  altere  el  pesaje  de  los  mismos;  este  tiempo  se  mantuvo 
constante en todas las mediciones y para todos los testigos, aproximadamente 5 minutos. 
 
El  pesaje  de  los  testigos  se  realizó  en  una  balanza  digital  previamente  calibrada,  luego  de 
registrar  los  datos  se  colocan  los  testigos  en  su  lugar  dentro  de  la  tubería  y  son  atornillados 
mediante abrazaderas. El peso obtenido en los testigos de borde es acumulado, por tanto debe 
restársele el peso de la fecha inicial para determinar el espesor de la biopelícula.  
 
A  diferencia  de  los  testigos  de  borde,  el  peso  de  los  testigos  de  centro es  el  registrado  en  la 
fecha  de  medición,  y  por  ende  el  espesor  de  las  biopelículas  se  calcula  de  manera  diferente 
para cada tipo de testigos, como se muestra en el Cuadro 2. 
 

Cuadro 2. Fórmulas espesor de biopelículas según tipo de testigo. 

 

El peso sin biopelícula de los testigos de centro se refiere al peso del testigo inicial, registrado 
en la construcción del montaje, por María Ximena Trujillo.  

5.3.1.1  Cuantificación por Método de Escobillón 

 
Mediante la selección de algunos testigos de centro, se pretendía calcular más exactamente la 
magnitud  de  la  biopelícula,    y  de  sus  colonias;  El  procedimiento  escogido fue  un recuento  en 
placa  por  método  escobillón,  para  la  determinación  de  las  Unidades  Formadoras  de  Colonias 
en  área  (UFC/cm2)  desarrollado  por  el  Laboratorio  de  Ecología  y  Microbiología  Ambiental 
(LEMA)  de  la  Universidad  de  los  Andes.  Este  procedimiento  se  desarrolló  en  estudios 
anteriores y se decidió conservar con el fin de obtener resultados más precisos (Trujillo Gómez, 
2011). 

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desprendimiento en sistemas de distribución de agua potable 

 

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Proyecto de grado                                   

 

33 

 

 

5.3.1.2  Velocidad crecimiento de biopelículas 

 
La  velocidad  inicial  se  refiere  a  la  tasa  en  la  cual  se  desarrolló  la  biopelícula  en  el  primer 
testigo, después de los 206 días de recirculación del sistema, hasta el primer día de pesaje del 
testigo  en  cada  tubería;  esta  se  expresa  en  micrómetros  por  día  y  se  determina  según  la 
Ecuación 6. 

 

Ecuación 6. Velocidad de crecimiento de la biopelícula en los testigos. 

Otro  tipo  de  evaluación  del  crecimiento  de  las  biopelículas  en  las  tuberías  es  la  velocidad  de 
regeneración  de  la  misma;  la  cual  solamente  se  toma  en  los  testigos  de  centro  después  de 
haber sido limpiados por completo y colocados nuevamente en recirculación por un periodo de 
tiempo determinado; la expresión utilizada es la de la Ecuación 7. 

 

Ecuación 7. Velocidad de regeneración de las biopelículas en testigos de centro. 

5.3.2  Aproximaciones Hidráulicas de las tuberías en presencia de biopelículas 

 
Una de las principales implicaciones de las biopelículas en el comportamiento hidráulico de las 
tuberías  se  presenta  en  las  pérdidas  por  fricción;  por  tal  motivo  es  necesario  realizar 
mediciones  para  cuantificar  sus  implicaciones  mediante  el  registro  con  piezómetros.  En  el 
presente  proyecto  se  utilizó  un  procedimiento  experimental  comparable  con  montajes 
anteriores;  este  se    muestra  en  el  Diagrama  2  en  donde  se  describe  la  rutina  de  trabajo 
semanal.  

También  es  posible  calcular  la  subcapa  laminar  viscosa  como  indicativo  del  comportamiento 
hidráulico de los microorganismos dentro de las tuberías; estas mediciones se hicieron con el 
fin  de  registrar  los  resultados  en  un  diagrama  de  Moody,  y  complementar  los  resultados 
obtenidos por María Ximena Trujillo en el 2011. 

Para  el  cálculo  de  las  pérdidas  por fricción  y  la  subcapa  laminar  viscosa  es  necesario  aplicar 
las ecuaciones del número de Reynolds con la velocidad determinada de la siguiente manera: 

        

En  donde  el  caudal  se  determina  de  la  calibración  de  los  vertederos  y  el  área  corresponde  a 

   

 

 

 

. Otra de las ecuaciones que se implementan es la de Darcy-Weisbach para el factor de 

fricción y la ecuación de Colebrook-White para determinar la rugosidad absoluta. 

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34 

 

 

Inicio

Registrar 

temperatura y 

medida del 

limnímetro

Tuberia < 3?

Registrar medidas de los 

piezómetros P1, P2 y P3 de aguas 

arriba y aguas abajo

Cerrar válvula para 

disminuir caudal

I < 10?

Si

Tubería = tuberia+1

Cerrar válvulas de tubería 2 y 

tubería 3

Cerrar válvula 

completamente

No

Medir el pH y el cloro 

residual con el 

colorímetro por 

comparación de color 

No

Abrir la primera 

válvula 5 vueltas, 

abrir la segunda 

válvula 30 vueltas y 

la tercera válvula 6 

vueltas

Purgar testigos de la 

tubería para eliminar el 

aire presente.

Si

Fin

Apagar la bomba y esperar unos minutos hasta 

que se estabilice el sistema, para registrar la 

altura de los 3 vertederos

Encender la bomba

 

Diagrama 2. Procedimiento para el registro de las pérdidas por fricción en el montaje. 

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35 

 

 

El  orden  en  el  que  se  calcularon  los  parámetros  hidráulicos  para  cada  medición  y  las 
ecuaciones que se utilizaron se muestra en el Cuadro 3, este es el procedimiento que se debe 
seguir para todas las tuberías, las características de cada una se muestran en el Anexo 10.3. 

Cuadro 3. Procedimiento iterativo para la determinación hidráulica. 

 

El  procedimiento  para  el  cálculo  de  los  componentes  hidráulicos  dentro  de  las  tuberías  se 
ilustra con un ejemplo en el Anexo 10.2 y en el Anexo 10.4 se puede encontrar los registros de 
los cálculos realizados para el presente proyecto. 

5.3.3  Medidas fisicoquímicas 

 
Se realizó un registro diario del nivel de cloro y del pH, del montaje, con un colorímetro para 
cloro libre por comparación de color, como se muestra en la Figura 17. 

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36 

 

 

 

Figura 17. Colorímetro por comparación de color para cloro libre. 

5.4  Control Cualitativo a la formación y el desarrollo de biopelículas. 

Para  tener  un  registro  completo  del  crecimiento,  desarrollo  y  desprendimiento  de  las 
biopelículas,  se  mantuvo  un  seguimiento  visual,  y  de  la  composición  de  la  comunidad  de  los 
microorganismos. 

5.4.1  Registro Visual 

Con  la  instalación  de  dos  tubos  de  vidrio  en  los  extremos  de  las  tuberías,  se  realizó  un 
seguimiento  fotográfico  de  la  formación  y  el  crecimiento  de  la  biopelícula  en  las  tuberías  de 
vidrio, y una aproximación a la formación en las tuberías de PVC, pero se debe aclarar que las 
condiciones  de rugosidad, reducción de diámetro y el cambio de sentido del flujo pueden diferir 
altamente los resultados. 

5.4.2  Identificación de Microorganismos 

 
Mediante  una  identificación  por  Método  Tradicional/  Kit  de  Diagnóstico  realizado  por  el 
Laboratorio  de  Ecología  y  Microbiología  Ambiental  (LEMA)  de  la  Universidad  de  los  Andes, 
para caracterizar la composición de las biopelículas y su estructura funcional. 

5.5  Comparación con trabajos anteriores 

La  comparación  consta  de  dos  partes;  en  la  primera  serán  contrastados  los  resultados  del 
presente proyecto con el de María Ximena Trujillo, y la segunda parte compara los resultados 
recopilados  de  los  dos  proyectos  de  grado  mencionados  anteriormente  con  los  resultados 
obtenidos  por  dos  tesis  de  grado  que  utilizaron  una  fuente  de  CODB  diferente  a  pasto.  Por 
disponibilidad de información solo pudieron ser recopilados dos bases de datos: el informe final 
de  Luis  Fernando  Muñoz  en  el  2005  “Velocidad  de  desprendimiento  de  las  biopelículas  en 
tuberías de distribución de agua potable” que utilizó Fosfáto Diámonico (DAP) como fuente de 
fósforo y nitrógeno y una mínima cantidad de glucosa (panela) como compuesto orgánico, y la 
tesis de grado de Ángela Donoso 

“Efecto de los materiales de las tuberías en la generación de 

biopelículas en redes de distribución de agua potabl

e” del 2009 que utilizó panela como fuente 

de CODB. 

Los  resultados  que  se  van  a  comparan  son  la  velocidad  de  crecimiento  y  el  espesor  de  las 
biopelículas,  los  diagramas  de  Moody  y  la  influencia  de  las  biopelículas  en  la  tubería  de 
acuerdo a la fuente de CODB. 

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37 

 

 

6.  RESULTADOS 

 

Para  una  comprensión  global  acerca  del  comportamiento  de  las  biopelículas  en  sistemas  de 
distribución  de  agua  potable  es  necesario  reconocer  externa  e  internamente  las  afecciones 
generadas, por lo cual se abordan dos parámetros principales, uno cuantitativo y otro cualitativo 
del  crecimiento  y  desprendimiento  de  las  películas  biológicas.  Para  un  análisis  aplicable  a 
casos  generales  es  necesario  tener  en  cuenta  resultados  reportados  con  anterioridad  y 
compararlos  con  la  presente  investigación;  en  primer  orden  se  delimitarán  los  resultados 
encontrados  en  la  experimentación  para  posteriormente  compararse  con  los  enunciados  por 
Trujillo en el 2011, Donoso en el 2009 y Muñoz en 2005. 

 

6.1  ANÁLISIS CUANTITATIVO 

 

Los  resultados  expuestos  a  continuación  se  registraron  desde  los  126  días  de  recirculación 
hasta los 309 días, esto comprenden los días del 15 de Diciembre de 2011 hasta el 15 de Junio 
de  2012,  es  decir  que  el  estudio  abarca  6  meses  de  mediciones.  Se  iniciará  con  una 
descripción de los parámetros microbiológicos cuantificables para finalizar en las características 
hidráulicas de estudio y en la correspondiente relación. 

 

7.1.1 UNIDADES FORMADORAS DE COLONIAS 

A  lo  largo  de  los  seis  meses  de  recirculación  se  tomaron  tres  recuentos  mediante  método 
escobillón, el primero el 27 de Enero de 2012, el segundo el 17 de Febrero del mismo año y el 
último el 14 de Marzo de 2012. Estas pruebas fueron tomadas en uno de los testigos de centro 
para  cada  tubería,  los  testigos  fueron  elegidos  de  acuerdo  con  la  agenda  que  se  elaboró  al 
inicio del proyecto para la extracción de los testigos. 

El  27  de  Enero  se  muestrearon  los  testigos  de  centro  número  22,  El  17  de  febrero  se 
muestrearon los testigos de centro número 15, y el 14 de Marzo se muestrearon los testigos de 
centro número 10. Estos testigos de centro fueron los que presentaron visualmente un mayor 
número de microorganismos entre los extraídos para dicho día. 

Los  resultados  del  recuento  se  reportan  en  unidades  formadoras  de  colonias  por  área  de 
testigo, los recuentos son comparables puesto que todas las áreas son iguales. En la Gráfica 4 
se muestran los resultados obtenidos en las mediciones. 

 

 

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38 

 

 

Gráfica 4. Recuento en placa para análisis de mesófilos. 

 

En la Gráfica 4 se evidencia un decrecimiento en la población bacteriana a lo largo del tiempo 
en las tres tuberías; precisamente en dichas fechas se suministró pasto cada 15 días y no cada 
8 días. Paradójicamente la tubería número 3 es la que presenta un mayor número de bacterias 
y  se  recirculó  con  una  velocidad  media,  la  tubería  1  en  cambio  presenta  la  menor  carga 
bacteriana  y  es  la  que  se  recirculo  a  menor  velocidad.  La  tubería  2  (de  mayor  velocidad) 
presentó una carga microbiana baja casi similar a la tubería uno. 

7.1.2 CARACTERÍSTICAS EN TESTIGOS DE BORDE  

La extracción de los testigos de borde se realizó semanalmente y  por ende  la magnitud de los 
errores  debidos  al  procedimiento  de  manipulación  es  mayor  en  estos  elementos  en  contraste 
con  los  testigos  de  centro,  los  cuales  representan  un  parámetro  más  confiable  para  la 
realización de análisis y la evaluación del comportamiento. 

El  procedimiento  inicial  para  la  determinación  del  espesor  de  la  biopelícula  fue  realizado 
mediante  pesajes  con  un  nivel  de  precisión  de  cuatro  cifras  decimales,  el  error  asociado  al 
cálculo se disminuyó con la calibración de los instrumentos y el establecimiento de un tiempo 
para la remoción del exceso de agua con el fin de evitar la alteración de los resultados debido a 

169,00

190,00

218,00

Tubería 1

3,20E+05

1,70E+05

1,20E+05

Tubería 2

5,10E+05

2,10E+05

2,80E+05

Tubería 3

5,40E+06

2,50E+06

6,00E+04

0,00E+00

1,00E+06

2,00E+06

3,00E+06

4,00E+06

5,00E+06

6,00E+06

UF

C/

28cm

2

 

Días de recirulación 

Recuento en placa para análisis de mesófilos 

Tubería 1

Tubería 2

Tubería 3

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39 

 

 

la rata de evaporación presentada. Los espesores de la biopelícula variaron considerablemente 
en función a la velocidad de la tubería como se ilustra en las Tabla 1, 2 y 3. 

Tabla 1. Espesor y velocidad de crecimiento de la biopelícula formada en la tubería con velocidad de 1 m/s 

TUBERIA 

Peso inicial 

(g) 

69,4591 

  

Fecha 

Días 

ρ 

Peso  

Biomasa 

Espesor 

Velocidad crecimiento 

(dd/mes) 

(-) 

(kg/m³) 

(g) 

(g) 

(μm) 

(μm/día) 

18-ene 

160 

997,5233  71,2756 

1,8165 

455,2525 

2,845328275 

27-ene 

169 

997,4248  71,2541 

1,795 

449,9086 

-0,59376881 

03-feb 

176 

997,6555  71,2153 

1,7562 

440,0818 

-1,403833275 

10-feb 

183 

997,4222  71,3114 

1,8523 

464,2718 

3,455718305 

24-feb 

197 

997,836 

71,28 

1,8209 

456,2122 

-0,041641925 

02-mar 

204 

997,5985  71,2986 

1,8395 

460,982 

0,681400728 

16-mar 

218 

997,6685  71,3005 

1,8414 

461,4258 

0,031697564 

23-mar 

225 

998,052 

71,2665 

1,8074 

452,7319 

-1,241984643 

30-mar 

232 

997,2304  71,3019 

1,8428 

461,9795 

1,321082376 

13-abr 

246 

997,29 

71,2933 

1,8342 

459,796 

-0,155962376 

20-abr 

253 

997,308 

71,2805 

1,8214 

456,5791 

-0,45955917 

27-abr 

260 

997,316 

71,239 

1,7799 

446,1725 

-1,486652798 

04-may 

267 

997,908 

71,2784 

1,8193 

455,7785 

1,372278174 

11-may 

274 

997,4040 

71,28 

1,8209 

456,4098 

0,090193049 

18-may 

281 

997,8600  71,2802 

1,8211 

456,2514 

-0,022637428 

 
Según l

Tabla 1 a los 169, 176,197, 225,246, 260 y 281 días se presentaron decrecimientos en 

la velocidad de formación de las biopelículas para la tubería 1, lo cual induce una disminución 
del espesor de la misma. La frecuencia y calidad de los nutrientes puede influir en la dinámica 
del  crecimiento  y  desprendimiento  de  la  película  biológica,  lo  que  podría  explicar  el 
decrecimiento paulatino que se puede apreciar en la 

Tabla 1.  

A  este  punto  es  necesario  aclarar  que  el  suministro  de  nutrientes  en  el  periodo  de  desarrollo 
central  no  se  realizóde  manera  constante,  motivo  por  el  cual  el  espesor  de  la  biopelícula  se 
mantuvo  relativamente  constante  y  hasta  cierto  punto  decreciente  en  las  tres  tuberías  de 
estudio. La 

Tabla 2 muestra un decrecimiento en la formación de la biomasa exactamente en los 

días mencionados para la tubería 1 lo que fundamenta la estrecha relación que existe entre la 
velocidad de crecimiento de la película biológica y la cantidad y calidad del nutriente presente 
en el agua. 

 

 

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Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados - CIACUA 

Biopelículas alimentadas con CODB mediante pastos: dinámica de crecimiento y 

desprendimiento en sistemas de distribución de agua potable 

 

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Tatiana Vargas Castilla  

Proyecto de grado                                   

 

40 

 

 

Tabla 2. Espesor y velocidad de crecimiento de biopelícula formada  en tubería con velocidad de 3 m/s 

TUBERIA 

Peso inicial 
(g) 

67,8272 

  

Fecha 

Días 

ρ 

Peso  

Biomasa 

Espesor 

Velocidad crecimiento 

(dd/mes) 

(-) 

(kg/m³) 

(g) 

(g) 

(μm) 

(μm/día) 

18-ene 

160  997,5233  68,8272 

1  250,6207 

1,566379452 

27-ene 

169  997,4248  68,7991 

0,9719  243,6023 

-0,779820846 

03-feb 

176  997,6555  68,6902 

0,863 

216,257 

-3,906472877 

10-feb 

183  997,4222  68,7104 

0,8832  221,3706 

0,730519241 

24-feb 

197 

997,836 

68,819 

0,9918  248,4877 

0,13816248 

02-mar 

204  997,5985  68,9707 

1,1435  286,5632 

5,439350577 

16-mar 

218  997,6685  68,9664 

1,1392  285,4656 

-0,078401323 

23-mar 

225 

998,052  68,7991 

0,9719  243,4492 

-6,002331977 

30-mar 

232  997,2304  68,7252 

0,898  225,1235 

-2,617962438 

13-abr 

246 

997,29  68,8532 

1,026 

257,197 

2,290963532 

20-abr 

253 

997,308  68,6898 

0,8626  216,2321 

-5,852127814 

27-abr 

260 

997,316  68,8819 

1,0547  264,3846 

6,878931424 

04-may 

267 

997,908  68,7901 

0,9629  241,2297 

-3,307852048 

11-may 

274  997,4040  68,9723 

1,1451  287,0201 

6,541493108 

18-may 

281  997,8600 

69,027 

1,1998  300,5933 

1,939023629 

 

Se espera que el comportamiento de la tercera tubería sea similar a las dos anteriores, y que 
en los días señalados  se presente una alteración en el desarrollo tradicional de la biopelícula 
establecida en la tubería con velocidad de 2 metros por segundo. Si el ciclo de crecimiento en 
las tres tuberías presenta un patrón similar  bajo diferentes velocidades de flujo, se entendería 
que  los  nutrientes  representan  un  factor  más  influyente  que  los  regímenes  de  flujo  para  la 
formación  y  el  desprendimiento  de  estas,  pues  su  nivel  de  sensibilidad  es  mayor  bajo  cortos 
lapsos de tiempo. Los datos de la tercera tubería indican una velocidad de crecimiento negativa 
para  los  mismos  días  que  la  primera  tubería  lo  cual  se  puede  apreciar  en  la 

Tabla  3;  el 

comportamiento global del sistema se evidencia con más claridad en l

Gráfica 5 para la cual se 

tiene  un  mayor  espesor  a  menores  velocidades  de  flujo  y  por  tanto  el  desarrollo  es  más 
favorable.  

A pesar de que hay una gran diferencia entre las velocidades de la tubería 2 y 3 (de 3 m/s a 2 
m/s) los espesores de las biopelículas en esas tuberías presentan una mayor cercanía que el 
presentado por las tuberías 1 y 2.  

 

 

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Proyecto de grado                                   

 

41 

 

 

Tabla 3. Espesor y velocidad de crecimiento de biopelícula formada en la tubería con velocidad de 2 m/s 

TUBERIA 

Peso inicial 
(g) 

67,426 

  

Fecha 

Días 

ρ 

Peso  

Biomasa 

Espesor 

Velocidad crecimiento 

(dd/mes) 

(-) 

(kg/m³) 

(g) 

(g) 

(μm) 

(μm/día) 

18-ene 

160  997,5233  68,6515 

1,2255  307,1357 

1,919598018 

27-ene 

169  997,4248  68,6308 

1,2048  301,9777 

-0,573114455 

03-feb 

176  997,6555  68,6283 

1,2023  301,2814 

-0,099471245 

10-feb 

183  997,4222  68,7104 

1,2844  321,9299 

2,949788098 

24-feb 

197 

997,836  68,6356 

1,2096  303,0558 

-0,097263785 

02-mar 

204  997,5985  68,6781 

1,2521  313,7785 

1,531818055 

16-mar 

218  997,6685  68,6555 

1,2295  308,0933 

-0,406087113 

23-mar 

225 

998,052  68,6252 

1,1992  300,3852 

-1,101167043 

30-mar 

232  997,2304  68,6272 

1,2012 

301,134 

0,106981502 

13-abr 

246 

997,29  68,7322 

1,3062  327,4373 

1,878808478 

20-abr 

253 

997,308  68,5981 

1,1721 

293,816 

-4,803055276 

27-abr 

260 

997,316  68,6195 

1,1935 

299,178 

0,766007256 

04-may 

267 

997,908 

68,585 

1,159  290,3574 

-1,260082228 

11-may 

274  997,4040  68,7109 

1,2849  322,0611 

4,529091829 

18-may 

281  997,8600  68,6821 

1,2561  314,6985 

-1,051802264 

 

Gráfica 5. Espesor de biopelículas formadas en el montaje. 

 

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

155

205

255

305

Esp

e

sor

 (μ

m

 

Días 

Espesor de la biopelicula en testigos de borde  

TUBERÍA 1

TUBERÍA 2

TUBERÍA 3

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/b7103e9e088606c36c62191f97f41e31/index-html.html
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Proyecto de grado                                   

 

42 

 

 

En la 

Gráfica 6 se evidencia que la dinámica de crecimiento de la biopelícula es mayor para la 

tubería 2 en donde se tiene una velocidad de flujo mayor, la tubería que circula a una velocidad 
de  1  metro  por  segundo  sin  embargo  no  es  la  que  presenta  una  menor  velocidad  de 
crecimiento,  lo  que  indica  que  la  velocidad  de  flujo  no  actúa  de  manera  directamente 
proporcional con la velocidad del flujo. 

Gráfica 6. Velocidad de crecimiento en el montaje según tubería. 

 

7.1.2 CARACTERÍSTICAS EN TESTIGOS DE CENTRO  

Como se mencionó previamente los testigos de centro fueron retirados por pares cada semana 
desde el número 24 hasta llegar al número uno; el día 27 de abril fue necesario reiniciar el ciclo 
de mediciones de dichos testigos para evaluar el desprendimiento y el ciclo de crecimiento de 
la biopelícula dentro de la tubería. 

Los testigos de centro adicionalmente de representar un buen indicativo para la  cuantificación 
del  crecimiento  de  las  biopelículas,  caracterizan  la  influencia  de  la  película  biológica  en  el 
medio y en el comportamiento hidráulico del sistema de abastecimiento. Las características de 
la subcapa laminar  viscosa se determinan de acuerdo con el  coeficiente de rugosidad que se 
perturba por la presencia de los microorganismos en la red.  

La geometría de los testigos de centro fue determinada por Trujillo, teniéndose una longitud de 
7  centímetros  y  ancho  de  4  centímetros,  el  comportamiento  en  un  punto  dentro  de  la  tubería 

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

155

175

195

215

235

255

275

295

Veloc

id

ad

 (μ

m

/d

ía)

 

Días 

Velocidad de crecimiento biopeliculas en testigos de 

borde 

TUBERÍA 1

TUBERÍA 2

TUBERÍA 3

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Proyecto de grado                                   

 

43 

 

 

está  determinado  por  el  promedio  de  las  medidas  laterales.  Los  resultados  del  espesor  de  la 
biopelícula, la subcapa laminar viscosa y la rugosidad en la primera tubería se muestran en la 
Tabla 4. 

Tabla 4. Comportamiento de la biopelícula en testigos de centro (velocidad de flujo 1 m/s) 

 

Como se observa en l

Tabla 4 el segundo ciclo de medición se inició con los testigos cuatro y 

tres para llegar hasta el 10 y el número nueve. En los días 160, 176 y 183 se tienen valores del 
espesor promedio mayores al espesor de la subcapa laminar viscosa los cuales coinciden con 
los  eventos  de  disminución  en  el  espesor  global  de  la  biopelícula,  lo  cual  puede  estar 
fundamentado en los eventos de desprendimiento que se producen en las tuberías. 

En l

Tabla 4 también se observa que los testigos que se encuentran aguas arriba del montaje 

presentan  un  mayor  espesor  de  la  biopelícula  y  por  ende  la  formación  primaria  de  las 
biopelículas  se  formó  en  los  testigos  número  24  y  23,  incluso  cuando  los  testigos  de  aguas 

1

Fecha Días

ρ

Número 

de 

Testigo

Peso sin 

biopelícula

Peso con 

biopelícula

Biomasa Espesor

Espesor 

promedio

δ'

0.305δ' 6.1δ'

ks

Re

(dd/mes) (-)

(kg/m

³)

(-)

(g)

(g)

(g)

(μm)

(μm)

(μm)

(μm) (μm)

(μm)

(-)

997,523

24

57,699

58,7555

1,0565

378,258

997,523

23

57,783

58,4891

0,7061

252,805

997,425

22

57,1725

57,5876

0,4151

148,633

997,425

21

56,4381

56,8615

0,4234

151,605

997,656

20

55,1489

55,6834

0,5345

191,341

997,656

19

55,4029

56,0324

0,6295

225,35

997,422

18

55,2987

55,889

0,5903

211,366

997,422

17

56,5137

57,42

0,9063

324,515

997,836

14

57,9492

58,2572

0,308

110,239

997,836

13

57,7721

58,2009

0,4288

153,475

997,599

12

57,1081

57,4494

0,3413

122,186

997,599

11

55,29

55,8963

0,6063

217,057

997,669

10

56,9798

57,5069

0,5271

188,69

997,669

9

56,7023

57,0207

0,3184

113,98

998,052

8

57,4472

57,7333

0,2861

102,378

998,052

7

55,8428

56,4225

0,5797

207,44

997,23

6

56,6923

57,2081

0,5158

184,726

997,23

5

57,151

57,4258

0,2748

98,4154

997,308

2

55,6662

55,932

0,2658

95,1848

997,308

1

56,3831

56,7032

0,3201

114,63

997,316

4

56,0702

56,4437

0,3735

133,752

997,316

3

57,2116

57,5178

0,3062

109,651

997,908

6

56,6923

57,1862

0,4939

176,763

997,908

5

57,151

57,4747

0,3237

115,85

997,404

8

57,4472

57,7031

0,2559

91,6307

997,404

7

55,8428

56,4383

0,5955

213,232

997,860

10

56,9798

57,4785

0,4987

178,489

997,860

9

56,7023

57,0439

0,3416

122,262

18-ene 160

27-ene 169

10-feb 183

11-may

24-feb

23-mar

20-abr

02-mar

274

03-feb

204

16-mar 218

225

30-mar 232

176

208,346 170,8

52,1

1042

197

8,50E+08 109857,39

131,857 192,5

154,909 185,3

7,49E+08

281

253

27-abr

260

04-may 267

5,45E+08 107894,23

169,622 185,6

56,6

1132

141,571

103148,97

56,52 1130 7,40E+08 103351,92

151,335 185,6 56,61 1132

102471,05

4,10E+08 111832,83

267,941 248,5 75,78 1516 5,64E+08 79842,973

315,531

150,119

219,3

186,1

66,87 1337

56,75 1135

2,08E+08

1181 5,52E+08

58,73 1175 6,95E+08 100370,55

193,7 59,07

103012,44

152,431 407,2 124,2 2484 2,77E+09 37262,382

146,306 345,7 105,4 2109 1,35E+10 30072,532

121,702 281,3 85,81 1716 5,24E+08 71058,078

104,907 290,7 88,67 1773 1,27E+08 79980,966

velocidad (m/s)

TUBERÍA 1

150,375 205,8 62,77 1255 4,97E+08 98399,297

18-may

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/b7103e9e088606c36c62191f97f41e31/index-html.html
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desprendimiento en sistemas de distribución de agua potable 

 

ICIV 201210 58 

 

 

Tatiana Vargas Castilla  

Proyecto de grado                                   

 

44 

 

 

abajo se encuentren a mayor tiempo de recirculación, lo que indica que estos últimos presentan 
formaciones jóvenes. 

El comportamiento establecido por las biopelículas en los testigos de centro para la tubería de 
PVC a 3 metros por segundo se muestra en l

Tabla 5. 

Tabla 5.

 

Comportamiento de la biopelícula en testigos de centro (velocidad de flujo 3 m/s)

 

 

Las anomalías en cuanto al espesor de la biopelícula en la tubería dos se presentan en los días 
225 y 232 para los cuales el espesor es mayor que la longitud de la subcapa laminar viscosa, a 
diferencia de la primera tubería la velocidad de 3 metros por segundo propicia un desarrollo y 
mejores  condiciones  para  la  formación  de  películas  biológicas,  pues  como  se  observa  en  la 
Tabla 5 los espesores a groso modo son mayores a los determinados en la Tabla 4. 

El  comportamiento  de  la  tercera  tubería  es  diferente  a  las  dos  anteriores  a  medida  que  la 
subcapa  laminar  viscosa  siempre  excede  el  espesor  de  la  biopelícula  desarrollada;  este 
comportamiento particular sugiere que la velocidad de estabilización evita desprendimientos de 

3

Fecha Días

ρ

No. de 

Testigo

Peso sin 

biopelícula

Peso con 

biopelícula Biomasa Espesor

Espesor 

promedio

δ'

0.305δ'

6.1δ'

ks

Re

(dd/mes) (-)

(kg/m

³)

(-)

(g)

(g)

(g)

(μm)

(μm)

(μm)

(μm)

(μm)

(μm)

(-)

997,52

24

33,5052

33,9536

0,4484

160,54

997,52

23

34,4732

34,7722

0,299

107,051

997,42

22

56,3214

56,6467

0,3253 116,479

997,42

21

57,3456

57,9346

0,589

210,9

997,66

20

55,6143

55,8972

0,2829 101,273

997,66

19

55,9935

56,4225

0,429

153,574

997,42

18

56,4153

56,8721

0,4568 163,564

997,42

17

55,7616

56,2953

0,5337

191,1

997,84

14

53,2824

53,8436

0,5612 200,863

997,84

13

55,4694

55,9892

0,5198 186,045

997,6

12

56,8296

57,3709

0,5413 193,787

997,6

11

56,0524

56,2865

0,2341 83,8084

997,67

10

55,5659

55,9615

0,3956 141,616

997,67

9

54,0566

54,398

0,3414 122,214

998,05

8

53,895

54,4644

0,5694 203,754

998,05

7

53,0272

53,4977

0,4705 168,364

997,23

6

55,745

56,5122

0,7672 274,761

997,23

5

54,1467

54,6231

0,4764 170,615

997,31

2

56,595

56,9958

0,4008 143,529

997,31

1

56,3989

56,6426

0,2437 87,2706

997,32

4

55,8847

56,4364

0,5517 197,566

997,32

3

55,4906

55,9885

0,4979

178,3

997,91

6

55,745

56,4682

0,7232 258,827

997,91

5

54,1467

54,5187

0,372

133,136

997,404

8

53,895

54,4574

0,5624

201,38

997,404

7

53,0272

53,471

0,4438 158,913

997,860

10

55,5659

55,9897

0,4238 151,682

997,860

9

54,0566

54,2318

0,1752 62,7056

TUBERÍA 2

velocidad (m/s)

1,75E+02 101517,5

1,68E+02 109964,9

03-feb 176

10-feb 183

197

02-mar 204

127,424

58,893 1177,86

18-ene 160

27-ene 169

18-may 281

20-abr 253

27-abr 260

16-mar 218

23-mar 225

30-mar 232

04-may 267

11-may 274

24-feb

75,741 1514,82 6,31E+02

2,95E+03

78646,33

131,915 188,32 57,437 1148,75

193,454

5,78E+02 102771,4

1,45E+03

187,933 513,98

3135,26

68359,04

3,17E+02 114520,6

4,72E+03 26723,93

1,73E+03 42028,73

104391,2

6,19E+02 102928,6

6,03E+02

29102,88

195,981 507,71 154,85 3097,01

156,76

250,89 76,521 1530,42

186,059

184,4

56,241 1124,82

3,56E+02 105220,3

4,55E+02 101553,7

201,13 61,345 1226,91

201,86 61,567 1231,33

177,332 248,33

107,194 473,81 144,51 2890,22

222,688 193,09

133,796 225,05 68,641

180,146 394,02 120,18 2403,53

1372,81

163,689 209,15 63,792 1275,84

138,798 187,74 57,261 1145,23

2,19E+03 33434,19

115,4

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Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 

Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados - CIACUA 

Biopelículas alimentadas con CODB mediante pastos: dinámica de crecimiento y 

desprendimiento en sistemas de distribución de agua potable 

 

ICIV 201210 58 

 

 

Tatiana Vargas Castilla  

Proyecto de grado                                   

 

45 

 

 

mayor magnitud ocasionados por las fuerzas cortantes de la tubería y para el presente montaje 
la velocidad de estabilización fluctúa entre 1.5 y 2 metros por segundo, como se observa en la 
Tabla 6. 

Tabla 6.

 

Comportamiento de la biopelícula en testigos de centro (velocidad de flujo 3 m/s)

 

 

En  la 

Tabla  6  se  observa  un  periodo  de  crecimiento  en  los  testigos  de  aguas  arriba  y 

progresivamente  se  va  disminuyendo  el  espesor  de  la  biopelícula  en  sentido  del  flujo;  se 
observa  también  que  los  valores  de  la  subcapa  laminar  viscosa  hacia  los  últimos  días  de 
medición  es  considerablemente  grande  en  comparación  con  los  datos  registrados 
anteriormente, lo cual puede deberse a la frecuencia y calidad de los nutrientes suministrados 
así  como  a  la  manipulación  en  la  realización  de  las  pruebas  que  corresponden  a  errores 
aleatorios presentes en todos los procedimientos experimentales. 

En  la 

Gráfica  7  se  observa  el  comportamiento  global  del  espesor  de  la  biopelícula  en 

comparación con la velocidad de flujo presentada en las tuberías; se tiene un comportamiento 
similar para las tres velocidades, los espesores fluctúan relativamente bajo los mismos rangos.  

Fecha Días

ρ

No. de 

Testigo

Peso sin 

biopelícula

Peso con 

biopelícula

Biomasa Espesor

Espesor 

promedio

δ'

0.305δ'

6.1δ'

ks

Re

(dd/mes) (-)

(kg/m

³)

(-)

(g)

(g)

(g)

(μm)

(μm)

(μm)

(μm)

(μm)

(μm)

(-)

997,52

24

56,7767

57,0345

0,2578

92,3

997,52

23

54,6893

55,326

0,6367

227,957

997,42

22

55,3457

55,9934

0,6477

231,919

997,42

21

56,9582

57,2055

0,2473

88,5495

997,66

20

55,8284

56,2644

0,436

156,08

997,66

19

55,9861

56,3625

0,3764

134,744

997,42

18

57,6691

58,1069

0,4378

156,761

997,42

17

53,7138

54,0302

0,3164

113,292

997,84

14

56,1631

56,4809

0,3178

113,746

997,84

13

56,5726

56,7175

0,1449

51,8622

997,6

12

55,0391

55,4229

0,3838

137,401

997,6

11

54,5905

54,848

0,2575

92,1857

997,67

10

58,6277

58,9096

0,2819

100,914

997,67

9

53,3024

53,6322

0,3298

118,061

998,05

8

58,2322

58,5123

0,2801

100,231

998,05

7

54,9183

55,3343

0,416

148,861

997,23

6

56,9114

57,0798

0,1684

60,3099

997,23

5

53,5038

53,7364

0,2326

83,3021

997,31

2

57,4503

57,8477

0,3974

142,312

997,31

1

54,9532

55,2851

0,3319

118,856

997,32

4

57,9324

58,2937

0,3613

129,383

997,32

3

55,7404

55,9652

0,2248

80,5018

997,91

6

56,9114

57,082

0,1706

61,0563

997,91

5

53,5038

53,7353

0,2315

82,8519

997,404

8

58,2322

58,4982

0,266

95,2473

997,404

7

54,9183

55,2506

0,3323

118,987

997,860

10

58,6277

58,9221

0,2944

105,368

997,860

9

53,3024

53,6497

0,3473

124,302

velocidad (m/s)

1.5 - 2 m/s

TUBERÍA 3

1464,74 6,28E+01 102861

240,1

73,24

160,129

260

204

02-mar

24-feb

11-may 274

16-mar 218

23-mar 225

30-mar 232

20-abr

253

27-abr

04-may

03-feb

176

10-feb

183

197

3,16E+02 104008

160,234

238,9

72,88 1457,53 3,96E+02 87059,7

145,412

206,3

62,93 1258,54

4,48E+02 99577,3

135,027

251

76,54 1530,83 4,97E+02 80415,4

82,8042

206,2

62,89 1257,85

4,20E+02 110586

114,794

173,9

53,03 1060,67 3,64E+02 121688

109,487

187,6

57,21 1144,17

3,24E+02 85549,4

249

75,94

1261,31 3,79E+02 101470

124,546

193,3

58,96

1179,3 4,37E+02 106662

71,806

206,8

63,07

130,584

1518,85

3179,91 1,94E+03 31010,5

104,942

396,9

121,1 2421,03 1,20E+04 27106,3

71,9541

521,3

159

2095,67 1,97E+03 47167,8

107,117

459,8

140,2 2804,71 9,22E+02 39757,8

343,6

104,8

114,835

267

18-ene 160

27-ene 169

18-may 281

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desprendimiento en sistemas de distribución de agua potable 

 

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Tatiana Vargas Castilla  

Proyecto de grado                                   

 

46 

 

 

Gráfica 7. Espesor de biopelículas desarrolladas en los testigos de centro. 

 

En  la 

Gráfica  7  que  corresponde  al  primer  ciclo  de  medición  de  los  testigos  también  se 

desarrolla una comparación entre la tubería de mayor velocidad y la de menor velocidad, para 
lo cual se observa que el espesor de la biopelícula no tiene ninguna relación con la velocidad 
de flujo, pues la película biológica presente en la tubería uno presenta un mayor espesor que la 
tubería de más alta velocidad hacia los inicios del proyecto.

  

El segundo ciclo de medición de los testigos que comprende desde el día 260 de recirculación 
hasta el 281, muestra un comportamiento similar al de los testigos de borde en el que se tiene 
un decrecimiento para la tubería 2 y un crecimiento para las otras dos tuberías como se ilustra 
en l

Gráfica 8. 

Gráfica 8. Espesor biopelícula en testigos de centro segundo ciclo. 

 

 

0

50

100

150

200

250

300

350

160

169

176

183

197

204

218

225

232

253

Esp

e

sor

 p

ro

m

e

d

io

 (

m)

 

Días 

Espesor biopelículas testigos de centro 

Tubería 1

Tubería 2

Tubería 3

0

50

100

150

200

250

160

169

176

183

Esp

e

sor

 p

ro

m

e

d

io

 (

m)

 

Días 

Espesor biopelículas testigos de centro 

Tubería 1

Tubería 2

Tubería 3

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desprendimiento en sistemas de distribución de agua potable 

 

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Tatiana Vargas Castilla  

Proyecto de grado                                   

 

47 

 

 

En  la 

Gráfica  8  se  observa  que  el  comportamiento  de  los  testigos  aguas  abajo  presenta  la 

misma relación que la encontrada en la 

Gráfica 7. 

7.1.3.1  Relación  entre  el  espesor  de  la  subcapa  laminar  viscosa,  el  espesor  de  la 
biopelícula y la rugosidad
 relativa 

Como  se  mencionó  en  las  secciones  anteriores los  testigos  de  centro fueron  manipulados  en 
menor  medida  y  por  ende  el  error  aleatorio  asociado  es  mínimo;  lo  anterior  propicia  la 
realización de un análisis más exacto acerca de la influencia del espesor de la biopelícula en la 
rugosidad relativa de la tubería y de la consecuente influencia en la hidráulica del sistema. 

Según las Tablas 4, 5 y 6 la representación gráfica de la rugosidad relativa en las tuberías  es 
mayor  a  la  subcapa  laminar  viscosa  en  un  orden  de  magnitud  de 

      

 

.  La  magnitud  de  la 

rugosidad relativa se encuentra fuertemente influenciada por la velocidad de flujo, lo cual no se 
produce con el espesor de la biopelícula y con el de la subcapa laminar viscosa; esto se puede 
observar  en  l

Gráfica  9  para  la  cual  en  el  día  267  la  tubería  presentó  una  rugosidad  relativa 

elevada, al igual que la tubería con velocidad de 3 metros por segundo como se muestra en la 
Gráfica 10. 

Gráfica 9. Relación entre el espesor de la biopelícula, la subcapa laminar viscosa y la rugosidad relativa de la tubería 1. 

 

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

162 169 176 183 197 204 211 218 225 232 253 260 267 274 281

m)

 

Días de circulación 

δ' 

0.305δ' 

ks

Eprom

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desprendimiento en sistemas de distribución de agua potable 

 

ICIV 201210 58 

 

 

Tatiana Vargas Castilla  

Proyecto de grado                                   

 

48 

 

 

Gráfica 10. Relación entre el espesor de la biopelícula, la subcapa laminar viscosa y la rugosidad relativa de la tubería 2. 

 

En el día 267 se presentó un aumento en la subcapa laminar viscosa que pudo ser ocasionado 
por  cambios  en  los  regímenes  de  flujo,  lo  cual  también  altera  el  desarrollo  de  la  biopelícula 
dentro de la tubería. Este comportamiento se evidencia para la tubería número 3 en el día 260 
como se observa en l

Gráfica 11. 

Gráfica 11.

 

Relación entre el espesor de la biopelícula, la subcapa laminar viscosa y la rugosidad relativa de la tubería 2.

  

 

0,00E+00

2,00E+02

4,00E+02

6,00E+02

8,00E+02

1,00E+03

1,20E+03

1,40E+03

1,60E+03

162169176183197204211218225232239253260267274281

m

Días de recirculación 

Eprom vs. δ' para tubería v= 3 m/s  

ks

0,305δ' 

δ' 

Eprom

0,00E+00

1,00E+02

2,00E+02

3,00E+02

4,00E+02

5,00E+02

6,00E+02

7,00E+02

8,00E+02

9,00E+02

1,00E+03

162169176183197204211218225232253260267274281

m)

 

Días de recirculación 

Eprom. Vs δ' para tubería de v= 1.5 m/s 

0,305δ' 

ks

δ' 

Eprom

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49 

 

 

Para las tres tuberías se observa que la rugosidad excede a la subcapa laminar viscosa que a 
la vez supera al espesor promedio de la tubería para todos los casos, por lo cual se infiere que 
los desprendimientos masivos producidos en las tuberías se presentaron en fechas específicas. 
Es importante aclarar que los desprendimientos se presentan infaliblemente en las tuberías sin 
embargo a menor intensidad que cuando superan el espesor de la subcapa laminar viscosa. 

Para  tener  una  comprensión  global  acerca  del  comportamiento  de  la  rugosidad  relativa  en  la 
tubería se realizó un análisis de caja de bigotes para analizar la distribución probabilística que 
se presenta en el montaje para cada tubería; los datos representan los percentiles 0.25 y 0.75 
muestreados.  El  esquema  de  bigotes  para  la  primera  tubería  con  una  velocidad  de  un  metro 
por  segundo  se  muestra  en  l

Gráfica  15;  la  gráfica  correspondiente  a  la  tubería  2  con  una 

velocidad máxima de tres metros por segundo se muestra en la 

Gráfica 13. 

Los días considerados en las gráficas corresponden a los días de mediciones hidráulicas en el 
sistema de recirculación.  

Gráfica 12. Esquema de caja de bigotes para la tubería con velocidad de 1 m/s 

 

Los  asteriscos  rojos  representan  máximos  atípicos  y  los  asteriscos  morados  representan 
mínimos  atípicos;  como se  observa  en  l

Gráfica 12  se presentan  en  los días de  recirculación 

218 y 274 unos máximos que dejan un sesgo bastante grande con respecto a los demás datos, 
a diferencia de los mínimos que representan valores dentro de la media de los datos. 

 

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50 

 

 

Gráfica 13. Esquema de bigotes para la tubería con velocidad de 3 m/s 

 

Como  se  aprecia  en  l

Gráfica  12  y  en  la  Gráfica  13  los  valores  máximos  oscilan  entre  0.001 

metros  y  0.0015  metros,  en  la  primera  gráfica  se  considera  una  fluctuación  de 

 

 

  constante, 

mientras que para la segunda gráfica se tienen altas variaciones a partir de los días 148, 183, 
218 y 260, debido a los problemas mencionados en las secciones anteriores con la frecuencia, 
calidad y cantidad de los nutrientes presentes en forma de materia orgánica. 

Los  valores  del  día  281  de  recirculación  se  encuentran  por  fuera  de  la  media  y  el  mínimo 
atípico  representa  cualquiera  de  los  máximos  de  los  datos  adicionales  en  la  muestra  de  las 
pruebas. En l

Gráfica 13 se encuentran valores de la rugosidad más altos que los encontrados 

para los percentiles de menor velocidad, así mismo se encuentran más amplios rangos de los 
datos y mayor diversidad. 

El  comportamiento  de  la  tubería  tres  respecto  a  la  rugosidad  relativa  presenta  un  resalto 
sobresaliente como se muestra en l

Gráfica 14, con motivo de la modificación en la velocidad 

de flujo de la tubería hacia el día 155, cuando se modifico el régimen de flujo. 

 

 

 

Distribución ks v= 3 m/s 

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Gráfica 14. Esquema de bigotes para la tubería con velocidad de 2 m/s 

 

7.1.3  EFECTOS  DE  LA  BIOPELÍCULA  EN  LAS  PÉRDIDAS  POR  FRICCIÓN  DE  LAS 
TUBERÍAS 

La determinación hidráulica se realizó desde el 15 de Diciembre de 2011 hasta el 8 de Junio de 
2012; los registros por fecha se ilustran en Anexo 10.3,  y como se ilustró en la Sección 5.3.2 
del presente documento las pérdidas por ficción permiten determinar todas las características 
hidráulicas  necesarias  para  establecer  el  régimen  de  flujo  que  se  presenta  en  el  sistema  de 
distribución. Al determinarse el caudal, las lecturas en los piezómetros, la altura del vertedero, y 
la  temperatura  de  los  puntos  se  puede  establecer  las  pérdidas  por  fricción  mediante  el 
procedimiento  que  se  ilustra  en  el  Anexo  10.2  al  final  del  documento.  Una  vez  se  tienen  las 
pérdidas  por  fricción  se  procede  a  calcular  el  factor  de  fricción  en  la  tubería  y  el  número  de 
Reynolds al dividir el producto del área por la velocidad entre la viscosidad del agua. El factor 
de  fricción  y  el  número  de  Reynolds  se  grafican  en  el  diagrama  de  Moody  con  el  objetivo  de 
identificar la influencia de las biopelículas en el comportamiento regular de la rugosidad relativa 
en las tuberías representadas por las líneas de Moody. 

Además de los parámetros ya mencionados se pueden determinar los esfuerzos de cortante en 
las tuberías, la velocidad de corte, la subcapa laminar viscosa y el tipo de flujo presente, lo cual 
es  de  mucha  utilidad  para  evaluar  los  parámetros  influenciados  por  acción  del  espesor  de 
biomasa, determinados en las medidas semanales. 

 

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52 

 

 

7.1.3.1 Diagrama de Moody 

Los resultados para el diagrama de Moody de la primera tubería con una velocidad de un metro 
por segundo se ilustran en l

Gráfica 15, que contiene todos los datos de medición tomados en 

el presente proyecto y que comprenden desde los 126 días de recirculación hasta los 281 días 
de recirculación; esta gráfica de igual forma se planteó para las tuberías 2 y 3 que recircularon 
con  velocidades  de  tres  metros  por  segundo  (3  m/s)  y  dos  metros  por  segundo  (2  m/s) 
respectivamente. Los diagramas de Moody correspondientes a la segunda y tercera tubería se 
muestran en l

Gráfica 15 y en la Gráfica 16 correspondientemente. 

Gráfica 15. Diagrama de Moody para la tubería con velocidad de 1 m/s 

 

En  la 

Gráfica  15  se  observa  un  comportamiento  flexible  en  los  factores  de  fricción  y  en  la 

rugosidad relativa de la tubería por efecto de la biopelícula; se advierte que se producen saltos 
significativos en las curvas de Moody y que a menor número de Reynolds se tiene una mayor 
flexibilidad  alcanzándose  factores  de  fricción  muy  altos  y  límites  superiores.  También  se 
observa  que  el  cociente  de  la  rugosidad  relativa  sobre  el  diámetro  mínimo  presentado  en  el 
proyecto fue de 0.001 hasta alcanzarse valores de 0.05. 

 

 

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53 

 

 

Gráfica 16. Diagrama de Moody para la tubería con velocidad de 3 m/s 

 

 

En  l

Gráfica  16  se  observa  una  mayor  flexibilidad  del  factor  de  fricción  como  producto  de  la 

presencia  de  biopelículas,  sugiriendo  que  a  mayores  velocidades  se  pueden  cubrir  rangos 
hidráulicos  mayores,  de  la  misma  forma  se  observa  que  al  presentarse  número  de  Reynolds 
altos  se  disminuye  casi  proporcionalmente  el  factor  de  fricción.  Por  último  se  infiere  que  la 
relación entre el tiempo y el factor de fricción es proporcional a medida que con el transcurso 
de  los  días  de  recirculación  se  obtienen  factores  de  fricción  más  altos,  como  también  se 
asciende en las curvas representadas por el cociente de rugosidad  y diámetro de la tubería. 

Una  relación  similar  a  las  encontradas  en  las  gráficas  anteriores  se  puede  observar  para  la 
última  tubería  que  presenta  una  velocidad  intermedia  de  2  metros  por  segundo  y  que 
inicialmente  contaba  con  una  velocidad  media  de  1.5  metros  por  segundo;  sin  embargo  la 
modificación en la velocidad de flujo no interfirió con la tendencia de la gráfica inmediatamente 
como se observa en l

Gráfica 17. 

 

 

 

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54 

 

 

Gráfica 17. Diagrama de Moody para la tubería con velocidad de 2 m/s 

 

7.1.5 PRUEBAS FISICO-QUÍMICAS 

Los  parámetros  de  pH  y  cloro  residual  fueron  registrados  semanalmente  en  el  montaje  para 
verificar  las  condiciones  que  se  presentan  en  un  sistema  de  distribución  de  agua  potable 
convencional y para asegurar y controlar que los resultados puedan ser extrapolados a casos 
reales; los resultados de los análisis para pH se mantuvieron constante en 8.2. Sin embargo el 
valor  del  pH  para  el  día  260  disminuyó  hasta  7.5,  los  resultados  para  la  medición  del  cloro 
residual sin embargo tuvieron más fluctuaciones, lo cual se debió en primera instancia a que en 
el  mes  de  enero  hacia  los  225  días  de  recirculación  el  suministro  de  cloro  se  detuvo  y  se 
reanudo a las dos semanas, debido a problemas con la distribución del hipoclorito de calcio. 

Estos resultados se pueden apreciar mejor en la 

Tabla 7 y en la Gráfica 18, la cual muestra un 

salto abrupto y un incremento en la concentración de cloro para el día de recirculación 225; es 
de  suma  importancia  determinar  los  parámetros  fisicoquímicos  del  montaje  para  controlar  el 
crecimiento y la calidad del agua, evitando la proliferación y persistencia de organismos que se 
desarrollan a pH ácido ó básico. 

 

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Tabla 7. Cloro residual en el sistema de recirculación. 

 

Gráfica 18. Cloro residual en el sistema de recirculación 

 

6.2  ANÁLISIS CUALITATIVO 

 
Las  propiedades  organolépticas  son  un  buen  indicativo  para  determinar  la  calidad  del  agua  y 
han  sido  utilizadas  a  lo  largo  de  la  historia  en  las  normativas  para  controlar  el  estado  del 
recurso.  Las  características  externas  que  presente  una  fuente  de  suministro  de  agua  son 
fundamentales para determinar la eficiencia del servicio y es necesario que presente un color, 

Cl

Día

Días Recirculación

0,2

22-dic

126

0,5

06-ene

133

0,1

13-ene

148

0,2

20-ene

155

0,5

27-ene

162

0,5

02-feb

169

0,5

08-feb

176

0,3

24-feb

190

0,2

02-mar

197

0,2

09-mar

204

0,1

16-mar

211

0,1

23-mar

218

1

30-mar

225

0,5

20-abr

232

0,5

27-abr

253

0,5

04-may

260

0,5

11-may

267

0,5

18-may

274

0,5

25-may

281

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

126133148155162169176190197204211218225232253260267274281

Cl

  (m

g  

/L)

 

Días de recirculación 

Cl residual en el sistema 

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56 

 

 

olor, turbiedad y apariencias deseables para evitar reclamos por parte de los usuarios. Por todo 
lo  anterior  se  consideró  necesario  evaluar  las  características  aparentes  del  agua  y  de  las 
biopelículas mediante tubos de vidrio, y mediante la identificación de los organismos presentes 
en las tuberías para respaldar las observaciones físicas. 

7.2.1 REGISTRO FOTOGRÁFICO 

 

18 Enero de 2012 

•160 días de recirculación 
•Velocidad 1 m/s 

27 Enero de 2012 

•169 días 
•V= 1.5 m/s 

3 Febrero de 2012 

•176 días 
•v= 1.5 m/s 

10 Febrero de 2012 

•183 días 
•v = 1 m/s 

24 Febrero de 2012 

•197 días 
• v= 1 m/s 

2 Marzo de 2012 

 - 204 días 

- v= 2 m/s 

16 Marzo de 2012 

- 218 días 

- v= 1 m/s 

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57 

 

 

 

En  el  registro  fotográfico  se  mostraron  las  imágenes  de  los  tubos  que  mostraron  mayores 
anomalidades para el día registrado; se observa que el tubo que más aparece en el registro es 
el  de  la  tubería  que  cuenta  con  una  velocidad  de  flujo  igual  a  1  metro  por  segundo.  Sin 
embargo  las  características  físicas  de  la  tubería  de  vidrio  no  se  vieron  significativamente 
alteradas  por  la  presencia  de  las  biopelículas;  los  días  en  que  se  observaron  mayores 
coloraciones y presencia de biopelícula fueron en los 160, 225 y 274 días de recirculación.  

7.2.2 IDENTIFICACIÓN DE MICROORGANISMOS 

La prueba realizada por el LEMA mediante aislamiento e identificación de una bacteria a partir 
de cultivo no puro por técnica Crystal Gram Positivos arrojo los resultados que se ilustran en la 
Tabla 8. 

Tabla 8. Identificación de microorganismos 

Tubo  

Testigo 

Detección 

Confiabilidad 

15 

Corynebacterium aquaticum 

95% 

15 

Bacillus licheniformis 

92% 

15 

Corynebacterium aquaticum 

99% 

 
Los organismos Bacillus licheniformis fueron reportados con anterioridad en el montaje y en es 
frecuente que se encuentren en sistemas de distribución de agua potable; son organismos que 
se infiltran al organismo humano por medio de la ingestión  de alimentos ó agua contaminada. 
Son organismos aeróbios que forman esporas y representan un riesgo para la salud humana. 
 
Los  Corynebacterium  aquaticum  son  bacterias  inmóviles  anaerobias  facultativas  que  por  lo 
general  no  causan  enfermedades  y  se  encuentran  comúnmente  en  la  piel  humana;  algunas 

23 Marzo de 2012 

•225 días 
•v=  2 m/s 

30 Marzo de 2012 

•232 días 
•v= 1 m/s 

13 Abril de 2012 

• 246 días 
• v= 1 m/s 

11 Mayo de 2012 

• 274 días 
• v= 1 m/s 

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Biopelículas alimentadas con CODB mediante pastos: dinámica de crecimiento y 

desprendimiento en sistemas de distribución de agua potable 

 

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bacterias  de  dicho  género  son  patógenos,    que  causan  afecciones  tales  como  faringitis, 
infecciones en la piel, neumonitis entre otras. 
 

6.3  ANÁLISIS COMPARATIVO CON ESTUDIOS ANTERIORES 

 
Los  resultados  del  presente  proyecto  se  realizaron  a  fin  de  elaborar  una  comparación  y 
contribución  al  proyecto desarrollado  por Trujillo  en  el  2011;  paralelamente  en  la  dinámica  de 
crecimiento de las biopelículas se anticipó la influencia de los nutrientes en el desarrollo de los 
microorganismos. Para fundamentar el estudio del crecimiento y desprendimiento articulado  en 
secciones  anteriores  es  indispensable  profundizar  el  tema  para  casos  de  estudio  a  base  de 
diversas  fuentes  de  CODB;  es  por  esto  que  se  eligieron  proyectos  de  grado  y  tesis  de 
semestres  anteriores  y  las  dos  únicas  bases  de  datos  con  información  disponible  fueron  las 
realizadas por Muñoz en el 2005 y por Ángela Donoso

 en el 2009.  

7.3.1 COMPARACIÓN CON EL TRABAJO DE TRUJILLO DEL 2011 

El  diagrama  de  Moody  y  el  crecimiento  tanto  en  los  testigos  de  centro como  en  los  de  borde 
siguen la misma tendencia para el proyecto iniciado por Trujillo  y el continuado por la autora, 
como  se  muestra  en  la 

Gráfica  19  que  corresponde  al  diagrama  de  Moody  para  la  primera 

tubería  y  l

Gráfica 20 que  corresponde  a  la segunda tubería;  solamente  se pueden  comparar 

las tuberías mencionadas puesto que la velocidad de la tercera tubería sufrió una variación de 
0.5 m/s en su velocidad y esto podría alterar los resultados severamente. 

Gráfica 19. Diagrama de Moody continuación datos Trujillo ( v= 1 m/s) 

 

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La 

Gráfica  19  muestra  el  diagrama  de  Moody  completo  con  todos  los  datos,  en  el  cual  las 

mediciones  realizadas  por  Trujillo  se  muestran  en  colores  rojo  y  naranja,  mientras  que  las 
mediciones que se realizaron en el 2012 se muestran en tonos azules y púrpuras. Se infiere de 
la  gráfica  que  el  factor  de  fricción  aumenta  con  el  tiempo  de  recirculación;  por  otro  lado  la 
flexibilidad que le confiere la biopelícula tiene un rango de acción similar en ambas mediciones, 
que  es  significativamente  menor  al  encontrado  en  los  diagramas  correspondientes  a 
velocidades superiores, como el esbozado en l

Gráfica 20 para la tubería con velocidad de tres 

metros por segundo.  

Gráfica 20.

 

Diagrama de Moody continuación datos Trujillo (v= 3 m/s) 

 

En  l

Gráfica  20  se  muestran  los  datos  registrados  por  Trujillo  en  tonos  verdosos  y  amarillos, 

mientras que los registrados en el 2012 se muestran en tonos azules y rojos, se observa una 
alta flexibilidad en el factor de fricción ante cambios en el número de Reynolds minúsculos. 

La tendencia de crecimiento de las biopelículas se mantiene constante para las dos mediciones 
tanto para los testigos de centro como para los de borde como se muestra en l

Gráfica 21 y en 

la 

Gráfica  22  respectivamente.  La  tasa  de  crecimiento  de  las  biopelículas  se  mantuvo 

relativamente constante como se puede observar en las Gráficas 20 y 21 que corresponde a la 
velocidad de crecimiento de las biopelículas. 

En  la 

Gráfica  22  se  observa  un  salto  en  el  espesor  de  las  biopelículas  que  corresponde  al 

cambio del orden de los testigos de borde, que como se abordó en las secciones anteriores, los 

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testigos  de  borde  de  aguas  abajo  tienen  un  espesor  menor  a  los  testigos  de  borde  aguas 
arriba,  y  las  mediciones  iniciadas  el  día  160  correspondieron  a  los  testigos  24  y  23  (aguas 
arriba  en  las  tuberías).  Sin  embargo  se  observa  que  la  tasa  de  cambio  del  espesor  de  la 
biopelícula  en  las  demás  secciones  de  la  gráfica  se  mantiene  constante  lo  que  indica  que  la 
tendencia en ambos casos es similar. 

Estas analogías se pueden atribuir al hecho de que las mediciones se realizaron en el mismo 
montaje y bajo las mismas condiciones de operación y mantenimiento. 

Gráfica 21. Continuación datos de Trujillo espesor promedio testigos de centro. 

 

Gráfica 22. Espesor biopelículas testigos de borde (Continuación datos Trujillo). 

 

0

50

100

150

200

250

300

350

27

48

62

76

90

104 169 183 204 225 253 267 281

Esp

e

sor

 Pr

o

m

e

d

io

 (

μ

m)

 

Días de recirculación 

Testigos de centro Espesor promedio 

Tubería 1m/s

Tubería 3 m/s

Tubería 1.5 m/s

0

100

200

300

400

500

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

e

sp

e

sor

 (

μ

m)

 

Días 

Evolución espesor biopelícula testigos de borde 

v= 1 m/s

v= 2 m/s

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7.3.2  COMPARACIÓN  DE  PROYECTOS  CON  FUENTES  DE  CODB  DIFERENTES  A 
PASTOS 

El comportamiento presentado de las biopelículas alimentadas con pasto en comparación a las 
alimentadas  con  fosfáto  diamónico  (DAP)  y  panela  (glucosa),  presenta  una  amplia  diferencia 
tanto  en  las  pérdidas  por  fricción  como  en  el  correspondiente  factor  de  fricción,  lo  cual  se 
evidencia  en  la 

Gráfica  23  que  representa  los  diagramas  de  Moody  encontrados  por  cuatro 

autores en seis días de recirculación (21 días, 35 días, 69 días, 125 días, 148 días y 155 días). 

Gráfica 23. Diagrama de Moody comparativo por fuente de CODB. 

 

Las mediciones realizadas a tuberías con biopelículas expuestas a DAP se ilustran en l

Gráfica 

23 en color rojo, las mediciones realizadas a biopelículas expuestas a glucosa se muestran en 
color  azul  y  finalmente  las  biopelículas  expuestas  a  pastos  se  muestran  en  color  verde.  El 
diagrama  de  Moody  se  trazó  para  tuberías  en  PVC  de  4  pulgadas  de  diámetro  y  con  una 
velocidad de flujo cercana a 1 metro por segundo. 

En  la 

Gráfica  23  se    obtienen  los  factores  de  fricción  más  altos  utilizando  como  fuente  de 

nutrientes pasto, la glucosa presenta menores factores de fricción y se mantiene en cocientes 
de  rugosidad  sobre  diámetro  de  la  tubería  menores.  El  DAP  puede  producir  valores  del 
coeficiente de fricción cercanos a los encontrados con pasto, pero bajos números de Reynolds 

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menores,  y  por  tanto  es  posible  que  al  disminuir  el  número  de  Reynolds  en  las  tuberías  que 
utilizan nutrientes mediante pastos se obtengan factores de fricción mayores. 

Otra  de  las  relaciones  que  se  pudieron  determinar  se  refiere  únicamente  a  los  testigos  de 
centro, pues Muñoz en  su proyecto no utilizó testigos de borde; esto se observa en l

Gráfica 

24,  en  la  cual  se  observa  que  los  mayores  espesores  se  encuentran  en  las  biopelículas 
alimentadas  con  pastos  desde  los  orígenes  de  la  recirculación.  Sin  embargo  los  pronósticos 
para  las  biopelículas  alimentadas  con  DAP  sugieren  un  aumento  abrupto  del  espesor  de  las 
biopelículas  ante  más  días  de  circulación,  estos  datos  no  han  sido  reportados  por  el  autor  ni 
otros tesistas. 

Gráfica 24. Espesor en testigos de Centro, Comparación con proyectos anteriores. 

 

 

 

 

 

 

0

50

100

150

200

250

300

350

0

50

100

150

200

250

300

Esp

e

sor

 Pr

o

m

e

d

io

 (

μ

m)

 

Días de recirculación 

Testigos de centro Espesor promedio 

Trujillo (2011) y Vargas (2012)

Muñoz (2005)

Donoso (2009)

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7.  CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 

 

Entre los factores que más influencian la dinámica de crecimiento y desprendimiento de 
las biopelículas en sistemas de distribución de agua se encuentran el tipo de nutrientes 
y la frecuencia de suministro de materia orgánica. 

 

 

El tiempo necesario para que se presentara un desprendimiento de las biopelículas bajo 
las  condiciones  del  modelo,  fue  de  una  semana  sin  nutrientes  y  de  casi  un  mes  ante 
deficientes cantidades de cloro.

 

 

La carencia de nutrientes produce un decrecimiento en el factor de fricción de la tubería 
y una disminución considerable del espesor de la biopelícula.

 

 

En  los  eventos  en  los  cuales  el  espesor  de  la  subcapa  laminar  viscosa  es  menor  al 
espesor de la biopelícula  se presenta un decrecimiento en la velocidad de formación de 
la biopelícula y se presenta una reducción paulatina en el espesor de la biopelícula, que 
podría ser inducido por el desprendimiento de la misma. 
 

Los testigos que se encuentran aguas arriba en la tubería y por tanto esas secciones de 
la tubería está más propensa a sufrir colonizaciones de biopelículas y a ser pioneras de 
las bacterias que se acomodarán aguas abajo, cuyo espesor será menor. 
 

El pasto es el tipo de nutriente que produce un mayor crecimiento de la biopelícula pues 
su espesor es considerablemente más amplio que los encontrados con otras fuentes de 
materia orgánica, también se encuentra que los factores de fricción y las características 
hidráulicas se alteran ampliamente en presencia de pastos. 
 

La  panela  es  el  tipo  de  nutriente  más  estable  pues  no  se  producen  mayores 
fluctuaciones  ni  se  presenta  una  flexibilidad  considerable  en  el  factor  de  fricción,  ante 
números de Reynolds menores.  
 

La magnitud  y el espesor desprendido de la biopelícula es directamente proporcional a 
la velocidad de flujo y a los esfuerzos de cortante producidos interiormente en la tubería. 
 

Se  recomienda  implementar  un  sistema  para  el  control  cualitativo  de  las  biopelículas 
diferente al registro fotográfico puesto que no se observan cambios  destacables en las 
características  de  los  tubos  de  vidrio;  se  podrían  obtener  mejores  resultados  si  se 
utilizan otros materiales para las tuberías laterales que tenga una mejor predisposición 
para  la  adhesión  de  películas  biológicas  como  el  hierro  y  se  observe  la  biomasa  por 
medio de cámaras de inspección.

 

 

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Paula Watnick and Roberto Kolter. (2011). Biofilms: The Hypertextbook. Recuperado el 8 de Abril de 
2012, de http://www.hypertextbookshop.com/biofilmbook/v004/r003/index.html 

Picioreanu C, V. L. (2001). Two-Dimensional Model of Biofilm Detachment Caused by Internal Stress 
from Liquid Flow. Biotechnology and Bioengineering , 205-218. 

Piera, G. (2003). ESTUDIO DEL BIOFILM: Formación y Consecuencias. Barcelona: Escola de prevenció i 
Seguretat Integral. 

Reyes, P. (2005). “Comportamiento de biopelículas luego de lavados sucesivos en tuberías de agua a 
presión”.
 Bogotá, D.C.: Universidad de los Andes. 

Rochex, A., Godon, J.J., Bernet, N., Escudié, R. (2008). Role of shear stress on composition, diversity and 
dynamics of biofilm bacterial communities. Water Research, 42(20) , 4915-4922. 

Saldarriaga, J. G. (2007). Hidráulica de tuberías. Abastecimiento de aguas, redes, riegos. Bogotá, D.C.: 
Alfaomega. 

Singh, P. (2002). A component of innate immunity prevents bacterial biofilm development. Nature. 

Stoodley P, Wilson S, Cargo R, Piscitteli C, Rupp CJ. (2001). "Detachment and other dynamic processes in 
bacterial biofilms". Surfaces in Biomaterials Foundation , 189-192. 

Trujillo Gómez, M. X. (2011). Modelación física de biopelículas en redes de distribución de agua potable 
alimentadas con carbono orgánico disuelto.
 Bogotá: Universidad de los Andes. 

Vargas Gamarra, A. (2005). Influencia de los materiales de las tuberías en el crecimiento de biopelículas 
en las redes de distribución de agua a presión.
 Bogotá, Colombia.: Universidad de los Andes. 

Vergara, F and Cox, G. (2002). Controlled Biomass formation and kinetics of toluene degradiation in a 
bioscrubber and in a reactor Airlift. En F. C., Biotechnology and bioengineering. (págs. pp 686-693). 
Vol.55 (4). 

Wimpenny, J. (2000). Heterogeneity in biofilms. FEMS Microbiol , 661-671. 

 

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9.  ANEXOS 

 
9.1 ANEXO PROCEDIMIENTO DE RECIRCULACIÓN DIARIO 

Inicio

Adicionar la 
cantidad de 

cloruro de calcio 

correspondiente

Problema 

detectado?

Apagar Bomba

Revisar el estado del 

modelo en cuanto a 
fugas y condiciones 

de los equipos.

Reparar

Encender 

bomba

Medir pH y cloro 

residual en el 

agua

Se van a tomar 

medidas ?

Registro de 

temperatura del 

agua

Medidas 

piezométricas?

Variar apertura de 

válvulas por 

tubería a registrar

Abrir válvula auxiliar 

para evitar que la 

bomba pase aire y 

se dañe

Nivel del agua en 

tanque bajo < al nivel 

de bomba?

Si

No

Si

Si

Medidas 

microbiológicas?

Apagar bomba, 

esperar a que se 

desocupen las 

tuberías

Vaciar los tres 

vertederos con bomba 

auxiliar y pasar agua al 

tanque de abajo

Extraer testigos y 

registrar peso para 

volverlos a instalar en el 

modelo asegurándolo 

con abrazaderas 

Correctamente 

asegurado ?

No

Si

Asegurar

No

Registrar 

temperatura, 

limnímetros y 

piezómetros en cada 

medición

Cerrar todas las válvulas 

del modelo y abrir la 
primera 5 vueltas, la 

segunda 30 vueltas y la 

última 6 vueltas.

Válvulas abiertas 

correctamente?

No

Recircular 8 horas 

el modelo

Si

Si

Si

Fin

No

 

 

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Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados - CIACUA 

Biopelículas alimentadas con CODB mediante pastos: dinámica de crecimiento y 

desprendimiento en sistemas de distribución de agua potable 

 

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68 

 

 

10.2 ANEXO CÁLCULOS HIDRÁULICOS DE LAS TUBERÍAS CON PRESENCIA DE BIOPELÍCULAS 

Antes de encender el sistema se registra la altura inicial 

  

 

  de cada uno de los vertederos con el limnímetro, 

en este ejemplo se aborda el cálculo para el primer vertedero, es decir para la tubería 1. 

La  temperatura  del  agua  es  registrada  para  cada  medida  piezométrica  que  se  vaya  a  realizar;  con  dichos 
datos  se  puede  calcular  la  viscosidad  cinemática  del  agua  y  la  densidad  de  la  misma  al  interpolar  con  los 
datos encontrados en la literatura que se ilustran en el cuadro a continuación: 

Cuadro 4. Cambio de la viscosidad y densidad del agua con la temperatura 

 

Fuente: [Base de datos]. [Consultado el 29 de Mayo de 2012]. 

<Disponible en>: http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/qui/denh2o.pdf 

 

Tomando  los  datos  del  22  de  Diciembre  de  2011,  se  tienen  las  temperaturas  para  la  tubería  número  1 
mostradas en el 

Cuadro 5. 

Cuadro 5. Datos registrados de temperatura por medición. 

 

μ

ρ

(ºC)

(kg/ms)

(kg/m³)

20

0,001003

998,29

21

0,000979

998,09

22

0,000911

997,38

23

0,000933

997,62

24

0,000911

997,38

25

0,000891

997,13

26

0,000871

996,86

27

0,000852

996,59

28

0,000833

996,31

29

0,000815

996,02

30

0,000798

995,71

Medición

(-)

(ºC)

1

25,1

2

25,1

3

25,2

4

25,2

5

25,3

6

25,3

7

25,3

8

25,3

9

25,4

10

25,4

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69 

 

 

Se encuentra entonces que la temperatura fluctúa entre 25 y 26ºC, la ecuación que se utiliza para realizar la 
interpolación se muestra en l

Ecuación 8: 

 

 

   

        

   

 

 

   

   

      

 

   

   

   

    

        

   

   

        

   

  

Ecuación 8. Interpolación de la viscosidad según la temperatura medida. 

en donde 

 

 

 es la viscosidad en la temperatura medida,  

        

   

 es la viscosidad que se encuentra en el 

Cuadro  4  para  el  límite  máximo  en  el  que  fluctúa  la  temperatura  medida  en  la  tubería  dentro  de  las  10 
mediciones. 

 

   

  y 

 

   

  son  los  límites  máximo  y  mínimo  respectivamente  para  la  temperatura  en  la  que 

fluctúa la medición en las mediciones y finalmente 

 

        

   

 es la viscosidad que se encuentra en el 

Cuadro 

4  para  el  límite  mínimo  en  el  que  fluctúa  la  temperatura  medida  en  la  tubería  dentro  de  las  10  mediciones. 
Para el presente ejemplo entonces se tiene: 

 

 

           

      

      

       

                      

La 

Ecuación  8  también  puede  ser  utilizada  para  determinar  la  densidad  en  la  temperatura  medida  y 

reemplazando  en  los  datos  del 

Cuadro  5,  se  obtiene  la  densidad  para  cada  temperatura.  La  viscosidad 

cinemática se determina dividiendo  la viscosidad entre la densidad, los resultados se muestran en el 

Cuadro 6. 

Cuadro 6. Resultados de viscosidad, densidad y viscosidad cinemática para ejemplo. 

 

En  cada  una  de  las  10  mediciones  del  ejemplo  se  tomaron  las  temperaturas  y  la  altura  del  vertedero 
simultáneamente,  con  dichos  datos  se  puede  calcular  la  velocidad  de  flujo  haciendo  uso  de  la  ecuación  de 
calibración para el primer vertedero esbozado en el 

Cuadro 1. La fórmula se retoma en la Ecuación 9. Tomando 

la  altura  para  la  medición  1,  se tiene que 

 

 

           y si la altura inicial del vertedero uno fue 11.15 cm 

entonces: 

            

 

   

 

 

    

                       

    

       

 

 

 

  

 

     

           

 

   

Ecuación 9.Cálculo del caudal para cada tubería. 

Medición

μ

ρ

ν

(-)

(ºC)

(kg/ms)

(kg/m³)

(m

2

/s)

1

25,07

8,88E-04 997,1242 8,90E-07

2

25,13

8,86E-04 997,1086 8,89E-07

3

25,17

8,85E-04 997,0982 8,88E-07

4

25,23

8,84E-04 997,0853 8,87E-07

5

25,26

8,83E-04 997,0775 8,86E-07

6

25,29

8,83E-04 997,0697 8,85E-07

7

25,33

8,82E-04 997,0620 8,84E-07

8

25,35

8,81E-04 997,0568 8,84E-07

9

25,37

8,81E-04 997,0516 8,84E-07

10

25,39

8,80E-04 997,0464 8,83E-07

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70 

 

 

La velocidad entonces se calcula como

:        

 

   

 

 

         

 

 

 

 

       

 

           esto es posible gracias 

a que el diámetro interno de las tuberías es conocido por las mediciones realizadas por Trujillo. 

Luego  puede  ser  posible  calcular  el  número  de  Reynolds  haciendo  uso  de  la  ¡Error!  No  se  encuentra  el 
rigen de la referencia.
 como sigue: 

    

             

        

  

         

Las  pérdidas  por  fricción  se  calculan  con  los  registros  de  la  altura  piezométrica  aguas  arriba  y  aguas  abajo 
para cada tubería, esta altura debe promediarse para el punto de aguas arriba

  

     

  y aguas abajo  

     

  

así la pérdida de la altura piezométrica 

  

 

  es la diferencia de   

     

  y   

     

 . Ahora si se puede aplicar 

la ecuación de Darcy-Weisbach que se muestra a continuación: 

     

 

 

 

 

 

  

 

 

 

Los datos de las alturas piezométricas se pueden observar en el anexo 10.4, 

 

 

 es igual a 0.048 m, entonces 

reemplazando los valores se tiene:  

           

      

     

     

    

 

 

 

(    

 

  )

 

        

La rugosidad absoluta ahora se calcula con l

Ecuación 5

, resolviendo para ks, entonces se tiene: 

 

√ 

          

  

(

 

 

    

 

    

  √ 

)    

 

  (  

     √ 

 

    

     √ 

)   (  

     √     

 

    

         √     

)               

 El esfuerzo cortante se debe calcular para determinar el espesor de la subcapa laminar viscosa, como se 
muestra a continuación: 

 

 

 

 
 

      

 

 

 

 

      

 

          

  

 

 

      

 

 

 

 

      

    

      

  

  

 

 

Ahora se debe determinar: 

 

 

  √

 

 

 

    √

    

  

   

       

  

  

       

 

 

 para finalmente calcular el espesor de la subcapa 

laminar viscosa: 

 

 

        

 

 

 

 

        

         

  

  

  

      

 

           

  

 

 

                       

 

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71 

 

 

 

10.3 ANEXO CARACTERÍSTICAS RELEVANTES DE LAS TUBERÍAS 

La determinacion de los parámetros más relevantes fueron definitivos en la fase de construcción del proyecto, 
esto fue realizado por María Ximena Trujillo en el año 2011 y los resultados para la tubería 1, para la tubería 2 
y para la tubería 3 se muestran en el 

Cuadro 7. 

Cuadro 7. Parámetros relevantes para el cálculo hidráulico. 

 

Se puede observar que los parámetros encontrados son los mismos debido a que todas las tuberías son del 
mismo material y tienen el mismo tamaño. En el 

Cuadro 7   es el diámetro de la tubería, A es el área, L es la 

longitud entre piezómetros de aguas arriba y aguas abajo, Q es el caudal y v es la velocidad de flujo.  

A  continuación  se  muestran  las  características  de  flujo  que  son  influenciadas  por  las  biopelículas  para  las 
tuberías 1 y 2. Estos factores comprenden el número de Reynolds, la subcapa laminar viscosa y el factor de 
fricción. 

                   

 

10.4 ANEXO BASE DE DATOS SEMANAL, MEDICIONES: 

C

(-)

0,008551

n

(-)

2,460025

φ

(m)

0,108

A

(m

2

)

0,009

L

(m)

2,765

Q

(L/s)

7,7658

Q

(m

3

/s)

0,0078

v

(m/s)

0,8477

Días

Re

δ'

ks

ks

0,305δ'

(-)

(-)

(μm)

(m)

(μm)

(μm)

162

102471

219,2612 2,08E-04 2,08E+02 6,69E+01

169

111832,8 186,053 4,10E-04 4,10E+02 5,67E+01

176

109857,4 170,8355 8,50E-04 8,50E+02 5,21E+01

183

79842,97 248,4732 5,64E-04 5,64E+02 7,58E+01

197

100370,5 192,5419 6,95E-04 6,95E+02 5,87E+01

204

107894,2 185,5649 5,45E-04 5,45E+02 5,66E+01

211

107999,6 184,5894 5,62E-04 5,62E+02 5,63E+01

218

103012,4 185,5977 7,49E-04 7,49E+02 5,66E+01

225

103351,9 185,3069 7,40E-04 7,40E+02 5,65E+01

232

103149

193,6734 5,52E-04 5,52E+02 5,91E+01

246

79980,97 290,7295 1,27E-04 1,27E+02 8,87E+01

253

71058,08 281,3454 5,24E-04 5,24E+02 8,58E+01

260

30072,53 345,7195 1,35E-02 1,35E+04 1,05E+02

267

37262,38 407,1883 2,77E-03 2,77E+03 1,24E+02

TUBERÍA 1

Días

Re

δ'

ks

ks

0,305δ'

(-)

(-)

(μm)

(m)

(μm)

(μm)

162

101517,5 225,0516 1,75E-04 1,75E+02 6,86E+01

169

109964,9 209,1546 1,68E-04 1,68E+02 6,38E+01

176

105220,3 201,1325 3,56E-04 3,56E+02 6,13E+01

183

78646,33 248,3316 6,31E-04 6,31E+02 7,57E+01

197

101553,7 201,858 4,55E-04 4,55E+02 6,16E+01

204

114520,6 187,7426 3,17E-04 3,17E+02 5,73E+01

211

102928,6 184,5489 7,82E-04 7,82E+02 5,63E+01

218

104391,2 188,3196 6,19E-04 6,19E+02 5,74E+01

225

107046,7 184,3967 6,03E-04 6,03E+02 5,62E+01

232

102771,4 193,0914 5,78E-04 5,78E+02 5,89E+01

246

68359,04 250,8878 1,45E-03 1,45E+03 7,65E+01

253

29102,88 513,9777 2,95E-03 2,95E+03 1,57E+02

260

26723,93 507,706 4,72E-03 4,72E+03 1,55E+02

267

42028,73 394,0217 1,73E-03 1,73E+03 1,20E+02

TUBERÍA 2

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72 

 

 

 

P2

P3 P4 Pprom P2

P3

P4 Pprom

(m) (-) (m) (kg/ms) (kg/m³) (m²/s)

(m

3

/s) (m/s)

(-)

(m) (m) (m)

(m)

(m) (m) (m) (m)

(m)

(m)

(m)

(m)

(-)

(m)

(kg/m

s

2

)

(m/s)

(μm)

(-)

11,47

1 31,59 9,13E-04 997,40 9,15E-07 0,014 1,50 1,77E+05 0,84 0,84 0,84

0,84 0,76 0,77 0,77

0,77 0,08 0,07

0,07

0,07 0,025 2,25E-04

6,94

0,083

127,26 FTHL

11,47

2 31,42 9,12E-04 997,40 9,15E-07 0,013 1,47

173801 0,83 0,83 0,83

0,83 0,76 0,77 0,76

0,76 0,07 0,06

0,06

0,07 0,023 1,71E-04

6,27

0,079 133,8073265 FTHL

11,47

3 30,82 9,12E-04 997,39 9,14E-07 0,013 1,37

161348 0,81 0,81 0,81

0,81 0,74 0,76 0,75

0,75 0,07 0,05

0,06

0,06 0,024 2,00E-04

5,61

0,075 141,4557726 FTHL

11,47

4 30,59 9,11E-04 997,38 9,14E-07 0,012 1,33 156751,9 0,80 0,80 0,80

0,80 0,74 0,75 0,75

0,74 0,06 0,05

0,05

0,05 0,023 1,58E-04

5,03

0,071 149,2190668 FTHL

11,47

5 30,01 9,10E-04 997,37 9,13E-07 0,011 1,23 145462,4 0,79 0,79 0,79

0,79 0,73 0,74 0,74

0,74 0,06 0,05

0,05

0,05 0,026 2,75E-04

4,90

0,070 150,9884952 FTHL

11,47

6 29,64 9,10E-04 997,37 9,13E-07 0,011 1,17 138460,5 0,77 0,78 0,78

0,77 0,72 0,73 0,73

0,73 0,05 0,04

0,04

0,05 0,025 2,45E-04

4,33

0,066 160,6284718 FTHL

11,47

7 29,19 9,09E-04 997,36 9,11E-07 0,010 1,10 130345,2 0,76 0,77 0,77

0,76 0,72 0,73 0,72

0,72 0,04 0,04

0,04

0,04 0,026 2,77E-04

3,95

0,063

168,00 FTHL

11,47

8 28,71 9,08E-04 997,35 9,11E-07 0,009 1,03 121893,5 0,75 0,75 0,75

0,75 0,71 0,72 0,71

0,71 0,04 0,03

0,04

0,04 0,025 2,39E-04

3,34

0,058 182,4781439 FTHL

11,47

9 28,22 9,08E-04 997,34 9,10E-07 0,009 0,96 113635,1 0,74 0,74 0,74

0,74 0,70 0,71 0,71

0,71 0,03 0,03

0,03

0,03 0,026 2,46E-04

2,93

0,054 194,7933308 FTHL

11,47 10 27,24 9,07E-04 997,34 9,09E-07 0,008 0,83 98048,07 0,73 0,73 0,73

0,73 0,69 0,70 0,70

0,70 0,03 0,03

0,03

0,03 0,034 7,01E-04

2,87

0,054 196,7926925 FTHL

11,23

1 29,71 9,05E-04 997,32 9,08E-07 0,011 1,22 145094,4 0,77 0,76 0,75

0,76 0,71 0,71 0,71

0,71 0,06 0,05

0,03

0,04 0,023 1,57E-04

4,27

0,065 160,9861961 FTHL

11,23

2 29,22 9,05E-04 997,31 9,07E-07 0,010 1,14 135883,3 0,75 0,74 0,74

0,74 0,71 0,71 0,70

0,70 0,05 0,04

0,04

0,04 0,024 1,86E-04

3,89

0,062 168,6302066 FTHL

11,23

3 28,62 9,04E-04 997,31 9,07E-07 0,010 1,05 125069,6 0,74 0,73 0,73

0,73 0,70 0,70 0,69

0,70 0,04 0,04

0,04

0,04 0,025 2,44E-04

3,50

0,059 177,497841 FTHL

11,23

4 28,06 9,04E-04 997,31 9,07E-07 0,009 0,97 115423,6 0,72 0,72 0,71

0,72 0,69 0,69 0,69

0,69 0,03 0,03

0,02

0,03 0,023 1,30E-04

2,64

0,051 204,2854291 FTHL

11,23

5 27,31 9,04E-04 997,30 9,06E-07 0,008 0,87 103205,7 0,71 0,70 0,70

0,70 0,68 0,68 0,68

0,68 0,03 0,02

0,02

0,02 0,025 2,22E-04

2,36

0,049 216,2955416 FTHL

11,23

6 26,72 9,03E-04 997,30 9,06E-07 0,007 0,79 94187,29 0,70 0,70 0,69

0,70 0,68 0,68 0,67

0,67 0,03 0,02

0,02

0,02 0,029 4,26E-04

2,29

0,048 219,1649341 FTHL

11,23

7 26,42 9,03E-04 997,30 9,06E-07 0,007 0,75 89786,45 0,69 0,69 0,69

0,69 0,67 0,67 0,67

0,67 0,02 0,02

0,02

0,02 0,026 2,33E-04

1,82

0,043 246,2559823 FTHL

11,23

8 25,91 9,03E-04 997,29 9,05E-07 0,006 0,69

82572,9 0,69 0,69 0,68

0,69 0,67 0,67 0,66

0,66 0,02 0,02

0,02

0,02 0,033 6,43E-04

1,97

0,044 236,0561082 FTHL

11,23

9 25,55 9,03E-04 997,29 9,05E-07 0,006 0,65 77734,17 0,69 0,68 0,67

0,68 0,66 0,66 0,66

0,66 0,02 0,02

0,02

0,02 0,033 6,44E-04

1,75

0,042 250,4974979 FTHL

11,23 10 25,52 9,02E-04 997,28 9,05E-07 0,006 0,65 77341,04 0,68 0,68 0,67

0,67 0,66 0,66 0,66

0,66 0,02 0,02

0,01

0,01 0,027 2,72E-04

1,40

0,037 279,9917136 FTHL

10,51

1 30,76 9,01E-04 997,27 9,04E-07 0,014 1,53 182512,8 0,83 0,83 0,81

0,82 0,77 0,77 0,77

0,77 0,06 0,07

0,04

0,05 0,018 3,12E-05

5,19

0,072 145,3197132 FTHL

10,51

2 30,56 8,99E-04 997,25 9,02E-07 0,014 1,49 178482,9 0,83 0,83 0,80

0,82 0,77 0,77 0,77

0,77 0,06 0,06

0,03

0,05 0,018 3,41E-05

5,00

0,071 147,7612966 FTHL

10,51

3 30,27 8,99E-04 997,25 9,01E-07 0,013 1,44 172289,3 0,82 0,82 0,79

0,81 0,76 0,76 0,76

0,76 0,06 0,06

0,04

0,05 0,019 6,23E-05

5,02

0,071 147,4493914 FTHL

10,51

4 29,92 8,98E-04 997,24 9,00E-07 0,013 1,38 165094,9 0,80 0,80 0,78

0,79 0,75 0,75 0,75

0,75 0,05 0,05

0,03

0,04 0,018 2,85E-05

4,24

0,065 160,2465804 FTHL

10,51

5 29,37 8,97E-04 997,23 9,00E-07 0,012 1,28 153944,7 0,79 0,79 0,77

0,78 0,74 0,74 0,74

0,74 0,05 0,05

0,03

0,04 0,019 4,94E-05

3,92

0,063 166,5023883 FTHL

10,51

6 28,91 8,97E-04 997,22 8,99E-07 0,011 1,21 144947,8 0,77 0,77 0,76

0,77 0,73 0,73 0,73

0,73 0,04 0,05

0,03

0,04 0,020 6,75E-05

3,63

0,060 172,8592933 FTHL

10,51

7 28,41 8,96E-04 997,21 8,98E-07 0,010 1,13 135556,4 0,76 0,76 0,75

0,75 0,72 0,72 0,72

0,72 0,04 0,04

0,03

0,03 0,020 7,42E-05

3,23

0,057 183,0501598 FTHL

10,51

8 27,81 8,95E-04 997,20 8,97E-07 0,009 1,04 124781,7 0,74 0,74 0,73

0,73 0,71 0,71 0,71

0,71 0,03 0,03

0,02

0,03 0,020 5,56E-05

2,66

0,052 201,6059912 FTHL

10,51

9 27,19 9,09E-04 997,36 9,11E-07 0,009 0,95 112324,8 0,72 0,72 0,71

0,72 0,70 0,70 0,70

0,70 0,02 0,03

0,02

0,02 0,019 2,74E-05

2,12

0,046 229,4137996 FTHL

10,51 10 26,41 8,95E-04 997,20 8,97E-07 0,008 0,84 101416,3 0,71 0,71 0,70

0,70 0,69 0,68 0,68

0,68 0,02 0,03

0,02

0,02 0,022 1,08E-04

1,96

0,044 234,8523564 FTHL

FECH

A

Día

Tubo 

PVC

1

5

/1

2

/2

0

1

1

126

AGUAS ARRIBA

AGUAS ABAJO

μ

ρ

ν

τ

0

v*

δ'

Tipo 

de 

Flujo

h

f_P2 

h

f_P3

h

f_P4

h

f_prome

dio

fprom

ks

H

L

v

Re

Q

To

ma

H

0

1

2

3

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/b7103e9e088606c36c62191f97f41e31/index-html.html
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Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 

Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados - CIACUA 

Biopelículas alimentadas con CODB mediante pastos: dinámica de crecimiento y 

desprendimiento en sistemas de distribución de agua potable 

 

ICIV 201210 58 

 

 

Tatiana Vargas Castilla  

Proyecto de grado                                   

 

73 

 

 

 

 

11,15

1 30,01 8,88E-04 997,12 8,90E-07 0,012 1,28

155577 0,78 0,78 0,78 0,78 0,73 0,74 0,74 0,73 0,05 0,04 0,05 0,05 0,022 1,33E-04 4,55 0,068

152,8 FTHL

11,15

2 29,51 8,86E-04 997,11 8,89E-07 0,011 1,20 145858,1 0,77 0,78 0,78 0,77 0,73 0,74 0,73 0,73 0,04 0,04 0,04 0,04 0,022 1,23E-04 3,95 0,063 163,83 FTHL

11,15

3 29,11 8,85E-04 997,10 8,88E-07 0,010 1,14 138311,6 0,76 0,76 0,76 0,76 0,72 0,72 0,72 0,72 0,05 0,04 0,04 0,04 0,024 2,05E-04 3,93 0,063 163,99 FTHL

11,15

4 28,77 8,84E-04 997,09 8,87E-07 0,010 1,08 132134,8 0,75 0,75 0,75 0,75 0,71 0,71 0,71 0,71 0,04 0,03 0,03 0,03 0,023 1,41E-04 3,33 0,058 178,03 FTHL

11,15

5 28,03 8,83E-04 997,08 8,86E-07 0,009 0,98 118994,1 0,74 0,74 0,74 0,74 0,70 0,71 0,71 0,71 0,04 0,03 0,03 0,03 0,027 3,11E-04 3,21 0,057 181,22 FTHL

11,15

6 27,51 8,83E-04 997,07 8,85E-07 0,008 0,90 110266,3 0,72 0,72 0,72 0,72 0,69 0,69 0,69 0,69 0,03 0,03 0,03 0,03 0,026 2,80E-04 2,69 0,052 197,67 FTHL

11,15

7 26,85 8,82E-04 997,06 8,84E-07 0,007 0,82

99723,2 0,70 0,70 0,70 0,70 0,68 0,68 0,68 0,68 0,02 0,02 0,02 0,02 0,025 2,02E-04 2,06 0,045 225,72 FTHL

11,15

8 26,05 8,81E-04 997,06 8,84E-07 0,007 0,72 87730,89 0,69 0,69 0,69 0,69 0,67 0,67 0,67 0,67 0,02 0,02 0,02 0,02 0,027 2,69E-04 1,70 0,041 248,09 FTHL

11,15

9 25,22 8,81E-04 997,05 8,84E-07 0,006 0,62 76234,08 0,68 0,68 0,68 0,68 0,66 0,66 0,66 0,66 0,02 0,01 0,01 0,01 0,029 3,98E-04 1,42 0,038 271,88 FTHL

11,15 10 24,43 8,80E-04 997,05 8,83E-07 0,005 0,54 66167,45 0,65 0,65 0,65 0,65 0,64 0,64 0,64 0,64 0,01 0,01 0,01 0,01 0,028 3,16E-04 1,02 0,032 320,44 FTHL
10,79

1 30,01 8,77E-04 997,01 8,79E-07 0,012 1,34 164952,6 0,77 0,76 0,75 0,76 0,71 0,71 0,70 0,71 0,06 0,04 0,05 0,05 0,021 9,07E-05 4,65 0,068 149,42 FTHL

10,79

2 29,89 8,75E-04 996,99 8,78E-07 0,012 1,32 162736,3 0,77 0,76 0,75 0,76 0,71 0,71 0,70 0,71 0,06 0,04 0,05 0,05 0,021 9,98E-05 4,58 0,068 150,17 FTHL

10,79

3 29,55 8,74E-04 996,98 8,77E-07 0,012 1,27 155869,9 0,76 0,75 0,74 0,75 0,71 0,71 0,69 0,70 0,05 0,04 0,05 0,05 0,022 1,37E-04 4,46 0,067 152,14 FTHL

10,79

4 28,72 8,73E-04 996,97 8,76E-07 0,010 1,13 139599,7 0,74 0,74 0,73 0,74 0,70 0,70 0,69 0,70 0,04 0,04 0,04 0,04 0,024 1,94E-04 3,85 0,062 163,47 FTHL

10,79

5 27,91 8,72E-04 996,96 8,75E-07 0,009 1,01 124761,7 0,72 0,71 0,71 0,72 0,69 0,69 0,68 0,69 0,03 0,03 0,03 0,03 0,022 1,16E-04 2,80 0,053 191,43 FTHL

10,79

6 27,51 8,71E-04 996,94 8,74E-07 0,009 0,95 117871,6 0,72 0,71 0,71 0,71 0,69 0,68 0,68 0,68 0,03 0,03 0,03 0,03 0,024 1,94E-04 2,75 0,053 192,82 FTHL

10,79

7 27,38 8,70E-04 996,94 8,73E-07 0,009 0,94 115692,4 0,71 0,71 0,70 0,71 0,68 0,68 0,68 0,68 0,03 0,02 0,02 0,03 0,023 1,47E-04 2,51 0,050 201,65 FTHL

10,79

8 26,61 8,70E-04 996,93 8,72E-07 0,008 0,83 103010,8 0,70 0,70 0,69 0,69 0,67 0,67 0,67 0,67 0,02 0,02 0,02 0,02 0,024 1,87E-04 2,10 0,046 220,44 FTHL

10,79

9 25,82 8,69E-04 996,92 8,72E-07 0,007 0,73 90863,25 0,69 0,68 0,68 0,68 0,67 0,67 0,66 0,67 0,02 0,02 0,02 0,02 0,027 2,75E-04 1,78 0,042 239,19 FTHL

10,79 10 24,62 8,69E-04 996,92 8,71E-07 0,005 0,60 74084,29 0,67 0,67 0,66 0,67 0,65 0,65 0,65 0,65 0,02 0,02 0,01 0,01 0,031 4,85E-04 1,37 0,037 272,81 FTHL
11,31

1 30,01 8,67E-04 996,90 8,70E-07 0,012 1,26 155947,8 0,81 0,81 0,78 0,80 0,76 0,75 0,75 0,75 0,06 0,06 0,03 0,05 0,023 1,60E-04 4,52 0,067

149,8 FTHL

11,31

2 29,61 8,66E-04 996,89 8,69E-07 0,011 1,19 147949,8 0,79 0,79 0,77 0,78 0,74 0,74 0,74 0,74 0,05 0,05 0,03 0,04 0,023 1,41E-04 3,98 0,063 159,58 FTHL

11,31

3 28,71 8,66E-04 996,89 8,69E-07 0,010 1,05 130758,9 0,77 0,77 0,76 0,77 0,73 0,74 0,74 0,73 0,04 0,04 0,02 0,03 0,024 1,71E-04 3,25 0,057 176,56 FTHL

11,31

4 28,51 8,65E-04 996,88 8,68E-07 0,009 1,02 127230,8 0,77 0,77 0,75 0,76 0,72 0,72 0,72 0,72 0,05 0,05 0,02 0,04 0,028 3,70E-04 3,66 0,061

166,1 FTHL

11,31

5 28,01 8,65E-04 996,87 8,67E-07 0,009 0,95 118388,9 0,74 0,74 0,73 0,74 0,71 0,71 0,71 0,71 0,03 0,03 0,02 0,03 0,023 1,57E-04 2,63 0,051

196 FTHL

11,31

6 27,42 8,64E-04 996,87 8,67E-07 0,008 0,87 108422,5 0,73 0,73 0,73 0,73 0,70 0,69 0,70 0,70 0,03 0,04 0,03 0,03 0,031 5,49E-04 2,96 0,054

184,5 FTHL

11,31

7 26,61 8,64E-04 996,86 8,66E-07 0,007 0,77

95552,4 0,71 0,71 0,71 0,71 0,69 0,69 0,69 0,69 0,02 0,02 0,02 0,02 0,026 2,37E-04 1,88 0,043 231,51 FTHL

11,31

8 25,93 8,63E-04 996,86 8,66E-07 0,006 0,69 85465,16 0,70 0,70 0,69 0,70 0,68 0,68 0,68 0,68 0,02 0,02 0,01 0,02 0,034 6,93E-04 1,97 0,044 225,78 FTHL

11,31

9 25,32 8,63E-04 996,86 8,66E-07 0,006 0,62 76979,37 0,69 0,69 0,69 0,69 0,67 0,67 0,67 0,67 0,02 0,02 0,02 0,02 0,047 1,91E-03 2,23 0,047 212,43 FTHL

11,31 10 24,22 8,63E-04 996,86 8,66E-07 0,005 0,50 62952,68 0,67 0,67 0,66 0,67 0,66 0,65 0,65 0,65 0,01 0,01 0,01 0,01 0,035 7,34E-04 1,10 0,033 302,59 FTHL

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