Determinación experimental del crecimiento de biopelículas, bajo condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable

Encontrar patrones de manera experimental que permitan entender el comportamiento y el crecimiento de las biopelículas bajo condiciones de flujo a altas velocidades en un modelo físico que simule el comportamiento de las tuberías de una red de distribución de agua potable.

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FACULTAD DE INGENIERÍA 

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL Y AMBIENTAL  

PROYECTO DE GRADO INGENIERÍA CIVIL 

 

 

 

Presentado por: 

JUAN CAMILO BARRERA TRIVIÑO 

 

DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DEL CRECIMIENTO DE BIOPELÍCULAS, 

BAJO CONDICIONES DE ALTA VELOCIDAD EN TUBERÍAS DE DISTRIBUCIÓN 

DE AGUA POTABLE 

 

 

Asesor: 

JUAN GUILLERMO SALDARRIAGA 

         

 

 

 

 9 de Junio de 2014 

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Universidad de los Andes 
Facultad de Ingeniería 
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones de Acueducto y Alcantarillado - CIACUA 
Determinación experimental del crecimiento de biopelículas bajo 
condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 

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ii 

 

ICIV 201410  

AGRADECIMIENTOS 

 

Quiero agradecerle a Dios por las oportunidades que me ha brindado.  A mi  Papá y mi 
Mamá por todo el esfuerzo que realizaron para que yo pudiera llegar a este punto y por 
apoyarme siempre en cada decisión que tomé. A mis tíos por todo el apoyo que desde 
distintos ámbitos me brindaron para poder estudiar en la Universidad de los Andes. A  Juan 
Guillermo Saldarriaga por compartir su conocimiento conmigo y asesorarme en este 
trabajo. A Jhon Calvo por su paciencia y colaboración. A Carolina Piamonte  por su 
inmensa colaboración en el desarrollo de este proyecto y a mis amigos que siempre me 
acompañaron en este proceso y nunca me dejaron bajar los brazos. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 

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ICIV 201410  

Contenido 
Índice De Figuras ................................................................................................................... v

 

Índice de Tablas ..................................................................................................................... vi

 

Índice de Gráficas ................................................................................................................. vii

 

Índice Diagramas De Flujo .................................................................................................. viii

 

1.

 

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

 

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

 

1.2.1 Objetivo General ........................................................................................................ 2

 

1.2.2 Objetivos específicos ................................................................................................. 2

 

2.

 

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

 

3.

 

Marco Teórico ................................................................................................................. 8

 

3.1 Aspectos Microbiológicos ............................................................................................ 8

 

3.1.1 Definición Biopelículas. ......................................................................................... 8

 

3.1.2 Formación  en redes de distribución de agua potable. ........................................... 8

 

3.1.3  Ciclo de vida Biopelículas .................................................................................... 9

 

3.1.4 Disponibilidad de nutrientes ................................................................................ 11

 

3.1.5 Comportamiento de las biopelículas   con respecto a sustancias desinfectantes . 13

 

3.1.6  Características de los materiales en una red de distribución de agua potable y su 
relación con la formación de biopelículas ..................................................................... 13

 

3.2  Aspectos Hidráulicos ................................................................................................. 16

 

3.2.1 Propiedades del agua ............................................................................................ 16

 

3.2.2 Régimen de Flujo y Número de Reynolds ........................................................... 20

 

3.2.3 Teoría de la subcapa laminar viscosa ................................................................... 21

 

3.2.4  Pérdidas por fricción ........................................................................................... 22

 

3.2.5 Factor de fricción y ecuación de Colebrook-White ............................................. 23

 

3.2.6 Diagrama de Moody ............................................................................................. 25

 

4.

 

Modelo Físico ................................................................................................................ 27

 

4.1  Modelos Existentes. ................................................................................................... 27

 

4.2  Selección del modelo físico a partir de los modelos existentes ................................. 29

 

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ICIV 201410  

4.3  Construcción del modelo ........................................................................................... 30

 

4.4  Componentes del modelo ........................................................................................... 39

 

5.

 

Procedimiento Experimental ......................................................................................... 42

 

5.1 Calibración de vertederos ........................................................................................ 42

 

5.2  Proceso de recirculación ............................................................................................ 43

 

5.3 Determinación del volumen de agua presente en el modelo ....................................... 43

 

5.4 Determinación de Cloro Residual ............................................................................... 46

 

5.4.1 Dosis de Cloro requerida ...................................................................................... 46

 

5.4.2 Decaimiento de Cloro Residual en el sistema ...................................................... 47

 

5.5 Comportamiento de la temperatura del sistema. ......................................................... 50

 

5.6 Fuente de carbono suministrada al sistema ................................................................. 51

 

5.7 Proceso de recolección de datos ................................................................................. 52

 

5.7.1 Recolección de datos hidráulicos ......................................................................... 53

 

5.7.2 Recolección de datos biológicos .......................................................................... 54

 

5.8 Cálculos y manipulación de datos............................................................................... 56

 

5.8.1 Cálculos Hidráulicos ............................................................................................ 56

 

5.8.2 Análisis Microbiológicos ......................................................................................... 57

 

6.

 

Resultados y discusión .................................................................................................. 60

 

6.1 Resultados Hidráulicos ............................................................................................... 60

 

6.1.1 Tubería de PVC .................................................................................................... 61

 

6.1.2 Tubería de Polietileno .......................................................................................... 64

 

6.1.3 Tubería de Hierro Galvanizado ............................................................................ 67

 

6.2 Resultados Biológicos ................................................................................................. 72

 

6.2.1 Resultados de análisis de testigos ........................................................................ 73

 

6.2.2 Resultados Análisis Microbiológico .................................................................... 89

 

7.

 

Conclusiones ................................................................................................................. 91

 

8.

 

Recomendaciones .......................................................................................................... 93

 

9.

 

Bibliografía ................................................................................................................... 94

 

10.

 

Anexos ....................................................................................................................... 96

 

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ICIV 201410  

a.

 

Cálculo hidráulico tipo .............................................................................................. 96

 

b.

 

Tabla propiedades del Agua ...................................................................................... 98

 

c.

 

Tabla de Cálculos Hidráulicos definitivos ................................................................ 99

 

d.

 

Tabla de cálculos realizados con los testigos .......................................................... 106

 

e.

 

Mediciones realizadas de temperatura ..................................................................... 112

 

 

Índice De Figuras 
figura  1 "Porcentajes De Daños En Las Tuberías Según Su Material" (Ávila & Clavijo) .... 9 
Figura  2" Esquema De La Formación De Eps En Un Una Tubería" (Echavarría, 2003) ... 10 
Figura  3  "Ciclo De Vida De Una Biopelícula En Una Tubería" (Hernández, 2010) ......... 11 
Figura  4"Biomas Presente En Los Materiales Más Comunes En El Diseño De Tuberías De 

Redes De Distribución De Agua Potable" (Niquette Patrick, 2000) ............................ 15 

Figura  5 "Diagrama De Moody" (Duque, 2014) ................................................................. 15 
Figura  6 “Montaje De Biopelículas  De Medición De Velocidades Con Tuberías De Pvc 

De 6" ” .......................................................................................................................... 28 

Figura  7 “ "Montaje Biopelículas Tuberías De Materiales Diferentes Y Diámetro De 4" ”

 ...................................................................................................................................... 29 

Figura  9 " Testigos Retirados Tubería De Polietileno" ....................................................... 30 
Figura  8"Testigos Retirados De Todas Las Tuberías" ........................................................ 30 
Figura  10" Testigos De Polietileno Lavados" ..................................................................... 30 
Figura  11 "Desmonte Tubería De Pvc" ............................................................................... 31 
Figura  12 "Desmonte Tubería De Polietileno" .................................................................... 31 
Figura  13"Procedimiento De Limpieza De La Tubería De Hg" ......................................... 32 
Figura  14"Procedimeinto De Limpieza De La Tubería De Polietileno" ............................. 32 
Figura  15 "Proceso De Desmonte Y Corte De Las Tuberías De Pvc De 6 Pulgadas" ........ 33 
Figura  16"Proceso De Transporte De La Tubería De Hierro Galvanizado" ....................... 33 
Figura  17 "Reducciones De 6 A 4 Pulgadas" ...................................................................... 34 
Figura  18 "Tuberías Complementarias De Pvc" .................................................................. 34 
Figura  19 "Tuberías Recién Instaladas" .............................................................................. 35 
Figura  20 "Ubicación De Testigos En La Nueva Tubería" ................................................. 35 
Figura  21"Proceso De Elaboración De Testigos" ................................................................ 36 
Figura  22 "Cierre Hermético De Testigos" ......................................................................... 37 
Figura  23" Nuevo Modelo Terminado" ............................................................................... 38 
Figura  24 "Válvulas Reguladoras De Caudal" .................................................................... 39 
Figura26 "Tanque De Almacenamiento Ubicado Después De Los    Vertederos" .............. 40 

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 

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ICIV 201410  

Figura  25 " Tanque De Almacenamiento Cilíndrico" ......................................................... 40 
Figura  27 "Vertederos En El Modelo" ................................................................................ 40 
Figura  28 "Testigos Y Correas" ........................................................................................... 41 
Figura  29"Tablero Piezométrica" ........................................................................................ 41 
Figura  30 "Sección Transversal Con Piezómetros" ............................................................. 41 
Figura  31 "Curva De Calibración Del Vertedero Número 3" (Trujillo, 2011) .................... 42 
Figura  32"Medicíon Del Diámetro Interno De Las Tuberías" ............................................ 43 
Figura  33"Colorimetro De Detección De Cloro Libre" ....................................................... 48 
Figura  34"Dosis Separadas De Cloro" ................................................................................ 49 
Figura  35" Dosis Separada De Cloro" ................................................................................. 49 
Figura  36"Cloro Preparado Para Ser Vertido En El Modelo" ............................................. 49 
Figura  37" Bolsa Para Almacenar El Pasto" ....................................................................... 51 
Figura  38 "Recolección Del Pasto En El Centro Deportivo" .............................................. 51 
Figura  39 "Costales De Almacenamiento De Pasto" ........................................................... 52 
Figura  40"Ubicación De La Fuente De Carbono En El Modelo" ....................................... 52 
Figura  41"Formato Toma De Datos" ................................................................................... 54 
Figura  42 "Válvula Tubería De Hierro Galvanizado" ......................................................... 71 
Figura  43"Resultados Cultivo De Las Muestras De La Tubería De Pvc" (Ciia, 2014) ...... 90 
Figura  44 "Resultados Cultivo De Las Muestras Dela Tubería De Polietileno (Ciia, 2014)

 ...................................................................................................................................... 90 

Figura  45"Resultados Cultivo De Las Muestras De La Tubería De Hierro Galvanizado" 

(Ciia, 2014) ................................................................................................................... 90 

 

Índice de Tablas 
tabla 1 Variables Importantes En La Adhesión Celular Para Formar Biopelículas" (Dolan, 

2002) ............................................................................................................................... 9 

Tabla 2 "Fuentes De Nutrientes Encontrados En Redes De Distribución De Agua Potable" 

(Donoso, 2009) ............................................................................................................. 12 

Tabla 3"Concentración Total De Microorganismos Encontrados En Tuberías De Diferentes 

Materiales" (Hernández, 2010) ..................................................................................... 14 

Tabla 4 "Régimen De Flujo Según El Número De Reynolds"(Saldarriaga,2007) ............... 21 
Tabla 5"Clasificación Del Flujo Turbulento De Acuerdo Al Espesor De La Subcapa 

Laminar Viscosa"(Saldarriaga , 2007) ......................................................................... 22 

Tabla 6 "Propiedades Geométricas De Los Testigos Del Modelo" ...................................... 36 
Tabla 7"Diametros Internos Reales Medidos De Las Tuberías Del Montaje" ..................... 39 
Tabla 8"Ecuaciones De Calibración De Vertederos" ........................................................... 42 

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 

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ICIV 201410  

Tabla 9" "Diámetros Reales De Tuberías ............................................................................. 44 
Tabla 10"Volumen Tanque De Llegada" ............................................................................. 45 
Tabla 11"Volumen Tuberías" ............................................................................................... 45 
Tabla 12 "Volumen Elementes Complementarios" .............................................................. 45 
Tabla 13"Volumen Tanque Cilíndrico" ................................................................................ 45 
Tabla 14 "Volumen Total Del Sistema" ............................................................................... 46 
Tabla 15 " Ecuaciones Para Estimar El Espesor Y Las Velocidades De Desarrollo De Las 

Biopelículas" (Hernández, 2010) .................................................................................. 58 

Tabla 16 "Rugosidades Promedio Tubería Pvc" .................................................................. 61 
Tabla 17"Rugosidades Promedio Polietilen ......................................................................... 64 
Tabla 18"Rugosidad Promedio Hierro Galvanizado" .......................................................... 72 
Tabla 19 "Resultados Testigos De Cabeza Pvc" .................................................................. 73 
Tabla 20"Resultados Cálculos Testigos De Centro Pvc" ..................................................... 74 
Tabla 21 "Resultados Cálculos Velocidad De Desarrollo Biopelícula Testigos De Pvc" .... 76 
Tabla 22 "Resultados Cálculos Testigos De Cabeza Polietileno" ........................................ 77 
Tabla 23 " Resultados Cálculos Testigos De Centro Polietileno" ........................................ 78 
Tabla 24"Resultados Cálculos Velocidad De Desarrollo De La Tubería De Polietileno" ... 79 
Tabla 25 "Resultados Cálculos Testigos De Cabeza Hierro Galvanizado" .......................... 80 
Tabla 26"Resrultado Cálculos Testigos De Centro Hierro Galvanizado" ............................ 81 
Tabla 27"Resutados Pruebas Microbiológicas De Laboratorio" (Ciia, 2014) ...................... 90 

 Índice de Gráficas 
Gráfica 1 "Variación De La Densidad Del Agua En Función De La Temperatura" ............ 17 
Gráfica 2 "Variación De La Viscosidad Dinámica Del Agua En Función De La 

Temperatura" ................................................................................................................ 18 

Gráfica 3 "Variación De La Viscosidad Cinemática Del Agua En Función De La 

Temperatura" ................................................................................................................ 19 

Gráfica 4 "Curva De Decaimiento De Cloro" ...................................................................... 49 
Gráfica 5  “Variación De  La Temperatura En El Modelo” ................................................. 50 
Gráfica 6"Diagrama De Moody Datos Obtenidos Pvc" ....................................................... 62 
Gráfica 7" Efecto De La Biopelícula Sobre La Rugosidad Absoluta Del  Pvc" .................. 63 
Gráfica 8 "Diagrama De Moody Datos Obtenidos Polietileno" ........................................... 65 
Gráfica 9 "Efecto De La Biopelícula Sobre La Rugosidad Absoluta Del  Polietileno" ....... 66 
Gráfica 10" Diagrama De Moody Datos Obtenidos Hierro Galvanizado" .......................... 68 
Gráfica 11" Efecto De La Biopelícula Sobre La Rugosidad Absoluta Del Hierro 

Galvanizado" ................................................................................................................ 69 

Gráfica 12" Diagrama De Moody Todos Los Datos Obtenidos Hierro Galvanizado" ........ 70 

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ICIV 201410  

Gráfica 13 "Espesor De Biopelícula Testigos De Cabeza Pvc" ........................................... 74 
Gráfica 14 "Espesor Testigos De Centro Pvc" ..................................................................... 75 
Gráfica 15"Velocidad De Desarrollo Biopelícula Tubería De Pvc" .................................... 76 
Gráfica 16 "Espesor De Biopelícula Testigos De Cabeza Polietileno" ................................ 77 
Gráfica 17"Espesor De Biopelícula Testigos De Centro Polietileno" .................................. 78 
Gráfica 18 "Velocidad De Desarrollo Tubería De Polietileno" ........................................... 79 
Gráfica 19 "Espesor Biopelícula  Tubería De Hierro Galvanizado" .................................... 80 
Gráfica 20 "Espesor De Biopelícula Testigos De Centro Hierro Galvanizado" .................. 81 
Gráfica 21"Resultado Cálculos Velocidad De Desarrollo Hierro Galvanizado" ................. 82 
Gráfica 22 "Velocidad De Desarrollo Biopelícula Hierro Galvanizado" ............................. 82 
Gráfica 23"Compración De Espesores Testigos De Cabeza" .............................................. 83 
Gráfica 24" Comparación Espesores Testigos De Cabeza" (Duque, 2014) ......................... 84 
Gráfica 25" Comparación De Espesores De Biopelícula Testigos De Centro" ................... 85 
Gráfica 26"Comaparción  De Espesores De Las Biopelículas En Todos Los Testigos 

Medidos ........................................................................................................................ 86 

Gráfica 27" Comparación Velocidad De Desarrollo De Biopelículas" ................................ 86 
Gráfica 28"Comapración Del Espesor De La Subcapa Laminar  Viscosa Con El Espesor De 

La Biopelícula Tubería Pvc" ........................................................................................ 87 

Gráfica 29" Comparación Espesor Dela Subcapa Laminar Viscosa Con El Espesor De La 

Biopelícula Tubería De Polietileno" ............................................................................. 88 

 Índice Diagramas De Flujo 
 

DIAGRAMA DE FLUJO 1 “RECOLECCIÓN DE DATOS HIDRÁULICOS”. ................................................................ 53

 

DIAGRAMA DE FLUJO 2"TOMA DE MUESTRAS MICROBIOLÓGICOS". ............................................................. 54

 

DIAGRAMA DE FLUJO 3 "PROCEDIMIENTO DE PESO DE TESTIGOS". ............................................................... 55

 

DIAGRAMA DE FLUJO 4 "CÁLCULOS HIDRÁULICOS". ....................................................................................... 56

 

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

 

IAMB 201410  

 

1.   Introducción  

Durante los últimos años el Centro de Investigaciones de Acueducto y Alcantarillados de la 
Universidad de los Andes (CIACUA)  se ha encargado de estudiar el fenómeno de la  
formación de películas biológicas en redes de distribución de agua potable. Esta línea de 
investigación es fundamental para  determinar la afectación en  la calidad del agua potable 
en redes de distribución  por la formación  de biopelículas y las implicaciones hidráulicas 
que la formación de estas produce en estos  sistemas. 

La formación de biopelículas en las redes de distribución es un hecho inevitable dado que 
los procesos de tratamiento de agua potable realizados  en las PTAP  solo se limitan a 
realizar un tratamiento de desinfección con cloro, asegurando una dosis de cloro residual 
que mantenga el agua desinfectada durante su trayecto hasta su lugar de consumo, en lugar 
de realizar un  proceso de esterilización que realmente elimine todos los organismos 
presentes en el agua (Bernal, 2009). Adicionalmente la literatura científica ha documentado 
que   el 99 % de las bacterias presentes en el agua tienden a asociarse en películas 
biológicas (Zsuzsa Ludmany, 2006)  dado que esta es la forma en la cual pueden adaptarse 
más rápidamente  al medio y proliferar durante un periodo mayor. 

La presencia de estas matrices biológicas en las tuberías tiene serias implicaciones en la 
salud pública dado que  su desprendimiento es inevitable y su consumo por parte de los 
usuarios puede repercutir negativamente en la salud de las personas, especialmente en  los 
individuos más vulnerables “niños, ancianos y población inmunodeprimida”. Por otro lado 
la existencia de biopelículas en las  tuberías  también tiene implicaciones en la hidráulica de 
los sistemas de distribución dado que puede aumentar la rugosidad  absoluta (k

s

) de las 

tuberías (Morales, 2013)  o puede hacer poco coherente la relación en el diagrama de 
Moody entre el número de Reynolds  y el factor de fricción, complicando el entendimiento 
de la hidráulica del sistema. 

Aunque la línea de investigación con respecto a este tema se encuentra bastante 
desarrollada  y  grupos de investigación como el CIACUA  han encontrado resultados 
consistentes que permiten entender  los efectos de las biopelículas en las redes de 
distribución de agua potable, todavía quedan ciertos temas que vale la pena aclarar como el  
comportamiento de las biopelículas con altas velocidades de flujo que es el tema que se 
desarrollaraen  este proyecto de grado. 

 Es relevante  enfatizar en este tema porque a pesar  que  el pensamiento lógico indica que 
altas velocidades de flujo generaran esfuerzos cortantes de mayor magnitud en las paredes 

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

 

IAMB 201410  

de las tuberías, impidiendo la formación de películas biológicas y acelerando su proceso de 
desprendimiento, estudios realizados por la Universidad de los Andes han demostrado que  
las mayores velocidades de flujo  empleadas en  montajes experimentales  benefician la 
velocidad de desarrollo de las biopelículas dado que el flujo turbulento característico de las 
altas velocidades puede promover la transferencia de nutrientes entre el flujo y la matriz 
biológica (Trujillo, 2011). 

Por lo tanto en el presente documento se  analizará el comportamiento de las biopelículas 
generadas artificialmente en un modelo físico desarrollado en el Laboratorio de Hidráulica 
de la Universidad de los Andes, operado a velocidades máximas de flujo y alimentado con 
pasto común  como fuente de carbono, con el fin de poder explicar su comportamiento bajo 
estas condiciones. 

1.1 Objetivos 
 

1.2.1 Objetivo General

 

Encontrar patrones de manera experimental que permitan entender  el comportamiento y el 
crecimiento  de las biopelículas bajo condiciones de flujo a  altas velocidades en un modelo 
físico que simule el comportamiento de las tuberías de una red de distribución de agua 
potable. 

 

  1.2.2 Objetivos específicos 
 

  Entender el comportamiento de los modelos experimentales  existentes en el 

Laboratorio de Hidráulica de la Universidad de los Andes, para determinar cuál de 
estos tiene la capacidad de generar  mayores velocidades de flujo para modificarlo 
de acuerdo a las necesidades requeridas en el proyecto. 
 

  Diseñar y construir un montaje a partir de los montajes preexistentes en el 

Laboratorio de Hidráulica de la Universidad de los Andes, en el cual se puedan 
realizar pruebas experimentales que permitan  comprender la influencia de las 
velocidades altas de flujo en el comportamiento de la biopelículas. 
 

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Facultad de Ingeniería 
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones de Acueducto y Alcantarillado - CIACUA 
Determinación experimental del crecimiento de biopelículas bajo 
condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

 

IAMB 201410  

  Determinar los efectos hidráulicos  relacionados con el comportamiento del factor 

de fricción y la rugosidad de las tuberías, producidos  por presencia de biopelículas 
en el sistema. 
 

  Identificar  el comportamiento  y el crecimiento de las biopelículas en las tuberías 

de  acuerdo con  un análisis de los espesores desarrollados  en los testigos. 
 

  Comparar los resultados obtenidos con respecto a  los aspectos hidráulicos y 

microbiológicos obtenidos en trabajos realizados previamente por el CIACUA con 
respecto al tema 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

 

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2.  Antecedentes 

 

Antes de comenzar a desarrollar el tema de este proyecto es de vital importancia explicar 
los trabajos  de investigación  realizados previamente en la Universidad de los Andes  los 
cuales inspiraron este proyecto y marcaron  la línea base  de conocimiento  que se tiene 
actualmente con respecto a la presencia de biopelículas en redes de distribución de agua 
potable. 

A continuación se presenta  un breve resumen de los trabajos más relevantes que fueron  
revisados  para desarrollar este proyecto 

  “La Influencia de los materiales de las tuberías en el crecimiento de biopelícula en 

las redes de distribución de agua a presión  (2005)”presentado por Andrea Vargas 
Gamarra: 

Es un proyecto enfatizado en  la formación de películas biológicas en tuberías de 
distintos materiales con el fin  de establecer en qué tipo de material se produce una 
mayor proliferación de microorganismos. Como conclusión principal de este 
proyecto se estableció que  la colonización de microorganismos es mayor en 
biopelículas de Polietileno que de PVC 

 

 

  “Reglas de operación para el desprendimiento de biopelículas en el sistema de 

distribución de agua potable (2009) “   Presentado por María Alejandra Escovar: 
 
 Fue un proyecto de grado de estado del arte que buscaba  proponer alternativas para  
con respecto al lavado hidráulico como método para desprender biopelículas en 
redes de distribución de agua potable. Aunque el tema de este proyecto no está 
directamente relacionado con  tema principal del presente documento entre las 
conclusiones  se encontró que, los tratamientos de agua potable realizan 
desinfección no esterilización, por lo tanto siempre se espera la presencia de 
microrganismos en la las redes de distribución de agua potable. Adicionalmente se 
concluyó que  las propiedades viscosas de la biopelícula contribuyen  a incrementar 
la resistencia por fricción de las tuberías, por lo tanto con mayores velocidades 
constantes la biopelícula no se desprende por el contrario se  vuelve más estable y 
compacta. 
 
 

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

 

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  “Influencia de la fuente de carbono en el desarrollo de biopelículas y si efecto 

hidráulico en sistemas de distribución de agua potable (2010)” presentado por 
María Ximena Hernández: 

Es una tesis  muy completa de maestría que  buscaba determinar si la fuente de 
carbono con la cual se alimentan los montajes de biopelículas  presentaba alguna 
influencia en la formación y crecimiento de biopelículas y que posible  efecto 
hidráulico  podía  producir este hecho en las redes de distribución de agua potable. 
De  este proyecto se resaltan varías conclusiones relevantes como el hecho de que el  
pasto Kikuyo  permitió obtener biopelículas de mayor espesor que otras fuentes de 
nutrientes. Adicionalmente se encontró que en las tuberías de Polietileno hay una 
mayor formación de películas biológicas que en las de PVC, mientras que en 
tuberías de materiales como el CCP se forman películas minerales y no biológicas. 
Finalmente se concluyó que  las biopelículas generan un aumento en las perdidas 
por fricción. 
 

 

 

  “Modelación Física de biopelículas en redes de distribución de agua potable 

alimentadas con carbono orgánico disuelto (2011)”presentado por María Ximena 
Trujillo:  

Pretendía evaluar la influencia de la velocidad de flujo en el desarrollo de la 
biopelícula  y el efecto de esta sobre el factor de fricción de Darcy-Weisbach, 
mediante un modelo físico alimentado con pasto. Las conclusiones más relevantes 
de este proyecto fueron que en primer lugar el principal efecto hidráulico de la 
biopelícula, en las tuberías de distribución de agua potable, es el aumento del valor 
del coeficiente de rugosidad absoluta (k

s

), el cual depende de la velocidad de flujo 

de la tubería y la cantidad de sustrato disponible. En segundo lugar a medida que 
aumenta la velocidad de flujo, la velocidad inicial de desarrollo disminuye y 
aumenta la velocidad de crecimiento de la biopelícula. Por último la  velocidad de 
desarrollo aumenta porque el flujo turbulento  aumenta la transferencia de masa. Por 
otro lado el flujo turbulento dificulta la adherencia de los organismos pioneros. Y  la 
variación del factor de fricción con respecto al número de Reynolds es incongruente  
con el diagrama de Moody, debido a las propiedades físicas de la biopelícula. 

 

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

 

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  “Biopelículas alimentadas con CODB mediante pastos: Dinámica de crecimiento y 

desprendimiento en los sistemas de distribución de agua potable (2012)” 
presentado por Tatiana Melisa Vargas Castillo: 

Buscaba 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 .De este proyecto se concluyó que en 
primer lugar la magnitud  y el espesor desprendido  de las  biopelículas es 
directamente proporcional  a la velocidad de flujo  y a los esfuerzos cortantes 
producidos al interior de la tubería. Adicionalmente se encontró que  el pasto es el 
tipo de alimento que produce un mayor crecimiento en la biopelícula y la panela es 
el tipo de nutriente más estable porque no produce fluctuaciones considerables en el 
factor de fricción. Por último se afirmó que en los casos en los cuales la subcapa 
laminar viscosa es menor al espesor de a biopelícula  se presenta  un decaimiento en 
la formación de la biopelículas, lo cual puede contribuir a su desprendimiento.   
 
   

  . “Modelación física de Biopelículas en redes de distribución de agua potable 

alimentadas con carbono orgánico disuelto  (2012)” presentado por Sandra 
Carolina Navarrete Rodríguez: 
 
Fue un proyecto buscaba  establecer la existencia de una relación entre el material 
de una tubería y la formación de las biopelículas, simulando un sistema de 
distribución de agua potable. La conclusión  más relevante que  se encontró en este 
proyecto fue que el crecimiento de la biopelícula será más acelerado en una tubería 
con acero galvanizado que en una tubería de PVC.   
 
  

  “Efecto de la velocidad de flujo sobre el crecimiento u desprendimiento de 

biopelículas  alimentadas con CODB mediante pastos en redes de distribución de 
agua potable (2013)” 
presentado por Laura Tamayo Morales: 
 
 
Este documento se basó en una tesis de laboratorio que pretendía 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 

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

 

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diferentes velocidades y con el mismo material (PVC).  De este proyecto se 
concluyó que en primer lugar  el  principal efecto hidráulico que producen las 
biopelículas en tuberías de las redes de distribución de agua potable es el aumento 
de la rugosidad absoluta (k

s

). Y este aumento depende de la cantidad y la calidad del 

sustrato disponible en el flujo. Por otro lado se concluyó que la velocidad de flujo 
no tiene una influencia directa sobre la velocidad de desarrollo de las biopelículas, 
pues aunque se observaron patrones de desarrollo más rápidos en velocidades bajas, 
la regeneración de la biopelícula, posterior a los desprendimientos, fue mayor en la 
tubería de mayor velocidad debido a que se incrementa la transferencia de masa 
entre el flujo y la biopelícula, por lo que los microorganismos embebidos tienen un 
mayor contacto con nutrientes 
 
  

  “Efecto de la velocidad de flujo sobre el crecimiento de biopelículas e n tuberías de 

PVC en redes de agua potable (2013) “ presentado por Gonzalo Cifuentes : 

Este proyecto buscaba relacionar el crecimiento  de biopelículas en tuberías con las 
pérdidas  por fricción y los cambios en variables hidráulicas de las ecuaciones de 
diseño físicamente basadas utilizadas en  el diseño de acueductos. En este  
documento  se encontró  resultados negativos para la  asociación entre el número de 
Reynolds y el crecimiento de las biopelículas. Adicionalmente se pudo determinar 
por medio del procedimiento experimental que  las mediciones  finales se 
estabilizaron en todas las tuberías, en un espesor de aproximadamente 0,11 mm. Lo 
que hace evidente el cambio de la rugosidad a causa de la presencia de las 
biopelículas. 

  “La Influencia de material de las tuberías en el crecimiento de películas 

bacterianas (2014)” presentado por Oscar Díaz  : 

Buscaba  hallar la influencia del material sobre el crecimiento de biopelículas en 
tuberías con agua potable con alto contenido de carbono orgánico disuelto 
biodegradable (pastos). En este proyecto se encontró que en primer lugar, en los 
materiales más lisos hay mayor concentración de microrganismos pues a causa de 
las propiedades de la superficie deben acomodarse más microrganismos en el 
mismo volumen, para asegurar su supervivencia En segundo lugar  el crecimiento 
de la biopelícula se da en mayor cantidad en las zonas laterales de las tuberías. Y 
por último se afirmo que la velocidad de crecimiento es independiente del material 
en su etapa estable. 

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3.  Marco Teórico 

 

Con el objetivo de poder desarrollar el estudio planteado en este documento fue 
fundamental la realización de una revisión bibliográfica amplia relacionada con el tema que 
permitiera acceder al conocimiento necesario para poder entender adecuadamente los 
resultados obtenidos mediante métodos experimentales. A continuación se enuncian los 
aspectos microbiológicos e hidráulicos más importantes relacionados con el desarrollo de 
biopelículas en redes de distribución de agua potable. 

3.1 Aspectos Microbiológicos 

3.1.1 Definición Biopelículas. 
Una biopelícula es un conjunto diverso de microorganismos entre los cuales se pueden 
encontrar bacterias, hongos, virus, bacilos entre otros, que interactúan y viven asociados 
para formar una meta-comunidad y que se encuentran protegidos gracias a una matriz 
polimérica producida por ellas mismas, la cual se adhiere a superficies vivas o inertes, 
(CIACUA, 2009). 

 

3.1.2 Formación  en redes de distribución de agua potable. 
 

A pesar de que una tubería a presión no parece ser el ambiente más adecuado para el 
desarrollo de películas microbianas, la presencia de materia orgánica  y sustratos que no 
son removidos por los procesos de potabilización o que ingresan a través de fisuras en la 
red o en sus uniones (Navarrete, 2012), sirve como  sustento fundamental para promover  la 
formación de matrices poliméricas a las cuales se pueden adherir cualquier tipo de virus y 
componentes biológicos.  

Aunque pareciera poco probable que la cantidad de fisuras y fugas sea lo suficientemente 
significativa para asegurar el ingreso de una cantidad considerable  de  materia que fomente 
el crecimiento de biopelículas, los porcentajes de fallas en las redes de distribución de agua 
potable son bastante comunes  y se muestran en la siguiente figura. 

 

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Figura  1 "porcentajes de daños en las tuberías según su material" (Ávila & Clavijo). 

 

Este claro que el ingreso de sustratos que promueven la formación de estos elementos en 
las redes de distribución es un hecho que no se puede impedir a pesar de la eficiencia de la 
red y los tratamientos de desinfección; sin embargo la formación de biopelículas solo se 
concreta si las matrices poliméricas se adhieren efectivamente a las paredes de las tuberías, 
y este hecho es función de ciertas variables como la velocidad, el pH, la temperatura  y 
muchas otras que se presentaran en la siguiente tabla: 

 

Tabla 1 Variables importantes en la adhesión celular para formar biopelículas" (Dolan, 2002). 

 

3.1.3  Ciclo de vida Biopelículas 
 

El ciclo de vida o etapas de formación de las biopelículas es un proceso que se puede dar en 
distintos momentos y en diferentes lugares en una red de tuberías y de acuerdo con los 
estudios realizados con respecto al tema se puede explicar de acuerdo a las siguientes 
etapas  

Primera Etapa: Acondicionamiento de la superficie 

En esta etapa inicial la materia orgánica presente en el flujo se adhiere a la superficie de la 
tubería generando una capa que neutraliza las cargas que puede tener la superficie de la 
tubería facilitando la adherencia de las primeras células pioneras (Hernández, 2010). 

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Segunda Etapa: Adhesión de bacterias pioneras 

En el agua que transita por las tuberías existe la presencia de ciertas bacterias planctónicas 
que al acercarse a la zona límite de la distribución de velocidades de las tuberías donde la 
velocidad tiende a 0, se fijan a las paredes de las tuberías gracias a la presencia de fuerzas 
electrostáticas y físicas (Hernández, 2010). 

 

Tercera Etapa: Formación de las sustancias poliméricas extracelulares  (EPS) 

Las bacterias que se encuentran adheridas a la pared de la tubería comienzan a generar un 
sustrato extracelular polimérico conocido como EPS que facilita la adhesión de nuevos 
organismos al medio. Esta formación de sustancias poliméricas permite que la biopelícula 
permanezca adherida a la pared de la tubería  

 

 

Figura  2" Esquema de la Formación de EPS en un una tubería" (Echavarría, 2003).

 

Cuarta Etapa: Desarrollo,  reproducción y colonización de microorganismos 
secundarios 

A medida que se van acumulando nutrientes los microrganismos empiezan a reproducirse 
más rápidamente aumentando el tamaño de la matriz de EPS y atrayendo nuevos 
organismos colonizadores que se alimentan de los residuos de los organismos pioneros. Se 
ha  estimado que durante esta etapa la producción de sustancias poliméricas extracelulares 
es bastante elevada y puede llegar a representar en entre el 50 y el 90% de carbono 
orgánico presente en las biopelículas (Dolan, 2002). Por lo tanto se puede afirmar que la 
mayor cantidad de área y volumen ocupados por las biopelículas en las tuberías 
corresponde a EPS y no a microorganismos. 

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presencia considerable de este tipo de nutrientes en las redes de distribución de agua 
potable es bastante alta y los tratamientos de potabilización no se encargan de eliminar por 
completo este tipo de elementos. También es importante recalcar que en ausencia de 
nutrientes los microorganismos presentes en las biopelículas  pueden entrar en una especie 
de estado de latencia como quistes hasta el momento en el cual estén en un ambiente 
favorable 

A continuación se presentara una tabla que muestra los nutrientes requeridos por las 
biopelículas y las posibles fuentes en las cuales pueden ingresar a una red de distribución.  

 

Nutrientes Fuentes 

Carbón 

Orgánico 

Ácidos húmico y fúlvico propios del agua 

Plastificantes y solventes 

Plásticos reforzados con fibra de vidrio 

Lubricantes de bombas y equipos 

Subproductos microbianos 

Polvo 

Nitrógeno 

Ácidos húmico y fúlvico propios del agua 

Nitratos y nitritos del agua 

Subproductos microbianos 

Polvo 

Fósforo 

Fosfatos del agua 

Subproductos microbianos 

Polvo 

Azufre 

Sulfatos del agua 

Ácido sulfúrico (proveniente del pre tratamiento) 

Surfactantes 

Polvo 

Metales y 

trazas 

Elementos metálicos y sales del agua 

Plásticos reforzados con fibra de vidrio 

Componentes de acero inoxidable 

Químicos adicionados en el tratamiento 

Polvo 

 

Tabla 2 "Fuentes de nutrientes encontrados en redes de distribución de agua potable" (Donoso, 2009). 

 

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3.1.5 Comportamiento de las biopelículas   con respecto a sustancias desinfectantes  
 

La diversidad de especies biológicas que conforman las biopelículas es difícil de determinar 
por lo tanto es casi imposible encontrar una sustancia desinfectante efectiva que pueda 
eliminar por completo las colonias de este tipo de microorganismos. Adicionalmente se  
sabe que las sustancias poliméricas extracelulares secretadas por las células microbianas 
tienen la capacidad de generar una matriz que sirve como barrera protectora contra agentes 
desinfectantes (Navarrete, 2012) . 

De acuerdo con el  Decreto 1575 y la Resolución 2115 de 2007 del Ministerio de 
Protección Social y el Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, se 
establece  que un sistema de distribución de agua potable debe mantener una concentración 
de cloro residual que se encuentre entre  0.3 a 2 mg/L en cualquier punto de la red, con el 
fin de  garantizar la desinfección de microorganismos  presentes en el agua sin afectar la 
salud humana. Sin embargo cuando los microorganismos se encuentran organizados en una 
estructura polimérica como es el caso de las biopelículas este tipo de medidas de 
desinfección pueden llegar a ser poco eficientes 

Adicionalmente se puede resaltar la existencia de estudios en la literatura que después de 
buscar la dosis optima de desinfectante remanente en redes distribución de agua potable 
encontraron que la aplicación únicamente de desinfectantes no es suficiente para evitar el 
crecimiento de biopelículas (J Chandy, 2001) . 

 

3.1.6  Características de los materiales en una red de distribución de agua potable y su 
relación con la formación de biopelículas 
 

Los materiales de los cuales se encuentran hechas las tuberías de las redes de distribución 
de agua potable son una variable  determinante para explicar el comportamiento de las 
biopelículas en las rede de distribución dado que el desarrollo de los microrganismos varia 
totalmente de un material a otro. 

En la Universidad de los Andes se han desarrollado varios proyectos que buscan identificar 
cómo se comportan las películas biológicas en tuberías de diferentes materiales comerciales 
con el fin de establecer que materiales tienen un potencial mayor de generación de 
biopelículas. Los resultados de estos estudios permiten observar resultados como los que se 
presentan en la siguiente tabla. 

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Material COT 

(mg/L)

Vidrio 2.78±0.4 

Cobre 4.15±0.17 

Polibutileno 4.46±0.15 

PVC 5.42±0.11 

Polipropileno 5.98±1.56 

Polietileno 179±0.82 

Etileno-propileno 157±0.84 

Látex 320±19.4 

 

 

 

Tabla 3"Concentración total de microorganismos encontrados en tuberías de diferentes materiales" (Hernández, 
2010). 

 

 

De la tabla presentada anteriormente se puede apreciar que el material que presenta una 
mayor tendencia a captar microrganismos es el látex, mientras que el que presenta la menor 
capacidad de adherencia es el virio. Por otro lado se puede ver que materiales que se usan 
comúnmente en redes de distribución como el polietileno presentan una clara tendencia a 
concentrar cantidades importantes de microorganismos. 

 

Del mismo  modo uno de los análisis más completos referentes a este tema fue realizado 
por Niquette Patrick en el año 2000 en el cual se encontro la densidad de biomasa 
almacenada en los materiales  que se encuentran en el mercado para fabricar tuberías de 
distribuión de agua potable. Los resultados de este estudio se muestran a continuación. 

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Determinación experimental del crecimiento de biopelículas bajo 
condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

15 

 

IAMB 201410  

 

Figura  4"Biomas presente en los materiales más comunes en el diseño de tuberías de redes de distribución de agua 

potable" (Niquette Patrick, 2000). 

 

De este estudio se puede inferir claramente que los materiales en los cuales se  encontró una 
densidad menor de biomasa fueron el Polietileno y el PVC mientras que el hierro y el acero 
fueron los que presentaron una densidad mayor. En términos generales se puede afirmar 
que los materiales plásticos tienden a tener un potencial menor para almacenar 
microorganismos que el cemento y los metales. 

Para el desarrollo de este proyecto de grado se utilizará un montaje con tuberías de PVC, 
Polietileno y Hierro Galvanizado; por lo tanto a continuación se presentaran algunos 
resultados obtenidos en  estudios previos realizados por la Universidad de los Andes con 
respecto al comportamiento de biopelículas en estos materiales. 

 

  Hierro: El hierro es un material que fomenta el desarrollo de microorganismos  a 

causa de sus problemas de corrosión y formación de hendiduras, los cuales facilitan 
la formación de biopelículas. Adicionalmente la interacción del cloro con el hierro 

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

16 

 

IAMB 201410  

produce hidróxidos que  disminuyen la presciencia del cloro libre en el agua como 
desinfectante (Gamarra, 2005). Por último se puede afirmar que la superficie rugosa 
de este material facilita la colonización de las superficies por parte de los 
microorganismos (Keinanen, 2006). 

 

  Polietileno: Es un material termoplástico muy resistente a la corrosión y bastante 

económico en el mercado. Tiene cierta capacidad de albergar microorganismos 
debido a que tiende a aportar suficientes nutrientes para que se dé una formación 
rápida de las biopelículas 

  PVC: Es un material muy resistente a cualquier esfuerzo mecánico y la corrosión 

producida por sustancias ácidas. Está comprobado que su capacidad de albergar 
microorganismos es mucho menor que la de otros materiales utilizados 
comercialmente como el hierro. Sin embargo en su superficie desarrolla mayor 
densidad de biopelículas que materiales como el acero inoxidable, soportando la 
idea de que los microorganismos colonizan más rápidamente superficies 
hidrofóbicas (Donoso, 2009). 

 

3.2  Aspectos Hidráulicos 
 

Anteriormente se discutió sobre las características microbiológicas de la biopelículas, las 
cuales determinan su desarrollo en un sistema que aparentemente es hostil como las redes 
de distribución de agua potable. Ahora se discutirá sobre  el conocimiento hidráulico que 
por medio de ecuaciones físicamente basadas permite describir el comportamiento del flujo 
en una tubería. 

3.2.1 Propiedades del agua 
 

El  agua es un compuesto químico que  se caracteriza por tener un punto de congelamiento 
a una temperatura de 0°C y un punto de ebullición a 100 °C,  por lo tanto entre estos rangos 
de temperatura se encuentra en estado líquido y  algunas de sus propiedades como la 
viscosidad y la densidad varían en función de los cambios de temperatura.  

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

17 

 

IAMB 201410  

955.00

960.00

965.00

970.00

975.00

980.00

985.00

990.00

995.00

1000.00

1005.00

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Desnsidad

 (Kg

/m

3

)

Temperatura (°C)

Densidad del Agua vs la Temperatura 

Como la investigación desarrollada en este documento consiste en un modelo que simula el 
comportamiento del flujo en una red de distribución de agua potable se debe tener en 
cuenta los cambios producidos en las propiedades del agua a causa de las fluctuaciones de 
temperatura en el sistema. Estos cambios adquieren más importancia cuando se utilizan   
bombas para recircular el flujo las cuales aumentan paulatinamente la temperatura fluido 
como ocurre en los modelos experimentales desarrollados en el Laboratorio de Hidráulica 
de la Universidad de los Andes. 

De acuerdo con la tabla del Anexo 10.2

 

basada en la tabla de propiedades del agua que se  

encuentra en el libro Hidráulica de tuberías: Abastecimiento de agua, redes, riegos del 
profesor Saldarriaga se construyó una tabla general con las propiedades del agua para 
cualquier valor de temperatura, la cual se utilizara posteriormente para determinar las 
propiedades de este fluido  correspondientes a cada medición realizada a la hora de analizar 
los datos obtenidos experimentalmente. 

Con esta tabla también se construyeron las siguientes gráficas que para cada una de las 
propiedades que se ven modificadas por los cambios de temperatura.  

 

Gráfica 1 "Variación de la densidad del agua en función de la temperatura". 

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18 

 

IAMB 201410  

0.00000

0.00020

0.00040

0.00060

0.00080

0.00100

0.00120

0.00140

0.00160

0.00180

0.00200

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Viscocidad

 dinámica

 (Kg

/m

3

)

Temperatura (°C)

Viscocidad Dinámica del Agua vs la Temperatura 

Si se realiza una regresión polinomial de la curva obtenida en la gráfica anterior se obtiene 
que la densidad se puede expresar en función de la temperatura de acuerdo a al siguiente 
ecuación.  

 1 ∗ 10

4 ∗ 10

0.0073 ∗

0.0458 ∗

999.92   

Ecuación 1"Variación de la densidad del agua en función de la temperatura”. 

 Donde la temperatura se encuentra en grados Celsius y la densidad en unidades del sistema 
internacional con un coeficiente de regresión  R

2

  de  1. 

Al igual que para describir el comportamiento de la densidad con respecto a la temperatura 
del flujo, también se realizó el mismo procedimiento para la viscosidad dinámica y la 
viscosidad cinemática del agua. 

 

Gráfica 2 "Variación de la viscosidad dinámica del agua en función de la temperatura". 

 

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

19 

 

IAMB 201410  

La regresión exponencial que representa  el comportamiento de esta curva con un 
coeficiente R

de 1 es 

3 ∗ 10

9 ∗ 10 ∗

1 ∗ 10

5 ∗ 10

0.0018  

Ecuación 2 "Variación de la viscosidad dinámica del agua en función de la temperatura”. 

 

donde la temperatura se encuentra en grados Celsius. 

Finalmente la gráfica que representa el comportamiento de la viscosidad cinemática se 
muestra a continuación 

 

 

Gráfica 3 "Variación de la viscosidad cinemática del agua en función de la temperatura". 

0.000

0.200

0.400

0.600

0.800

1.000

1.200

1.400

1.600

1.800

2.000

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Viscocidad

 cinmá

tica

  (Kg

/m*s)

 *10

‐6

Temperatura (°C

)

Viscocidad cinemática del Agua vs la Temperatura 

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20 

 

IAMB 201410  

La regresión exponencial correspondiente a esta gráfica con un  coeficiente R

 igual a 1 y 

la temperatura en grados Celsius es la siguiente 

3 ∗ 10

9 ∗ 10 ∗

0.001 ∗

0.0549 ∗

1.7789 

Ecuación 3 "Variación de la viscosidad cinemática del agua en función de la temperatura”. 

 

3.2.2 Régimen de Flujo y Número de Reynolds 
 

Como ya fue enunciado anteriormente, se sabe que el comportamiento del flujo en las 
tuberías es un factor que determina por completo el  el desarrollo de las películas biológicas 
en su interior. 

El entendimiento del comportamiento del agua a través de un canal o una tubería ha sido el 
producto de muchos años de investigación realizada en las áreas de mecánica de fluidos e 
hidráulica que llevaron a explicar este fenómeno por medio de una serie de ecuaciones 
físicamente basadas que se discutirán a continuación. 

El estudio  del régimen de flujo a distintas velocidades  permitió el desarrollo del  número 
de Reynolds, que permite asociar las fuerzas viscosas con las fuerzas inerciales en un fluido 
en movimiento (Saldarriaga, 2007) 


ν

 

Ecuación 4 "Número de Reynolds”. 

 
De acuerdo con la ecuación 4, el número de Reynolds es un número adimensional que  es 
función de la viscosidad cinemática 

υ , la velocidad (v) y el diámetro de la tubería (d). 

Por lo tanto a partir del número de Reynolds se puede clasificar el régimen de flujo de la 
siguiente manera 

Flujo laminar: las fuerzas viscosas son superiores  las inerciales por lo tanto no existe 
intercambio molecular. En este tipo de flujo se supone que  el fluido se mueve en capas 
dispuestas una sobre otras, por lo tanto no se presenta ningún tipo de mezcla en el flujo. 

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

21 

 

IAMB 201410  

Flujo en transición: Es un  tipo de flujo intermedio entre el flujo laminar y el flujo 
turbulento en el cual el comportamiento del flujo es inestable; sin embargo no existe una 
condición de mezcla completa. 

Flujo turbulento: En el flujo turbulento las fuerzas inerciales predominan sobre las fuerzas 
viscosas y se produce una mezcla completa  entre capas promoviendo el intercambio 
molecular. En este tipo de flujo se vuelve imposible determinar la velocidad de las 
partículas por lo tanto se habla en términos se una velocidad promedio. 

 

Tipo de Flujo 

Rango 

Laminar Re<2200 

Transición 2200< 

Re<4500 

Turbulento Re>4500 

 

Tabla 4 "Régimen de flujo según el número de Reynolds"(Saldarriaga, 2007). 

En la Tabla 4 se puede apreciar claramente como están establecidos los rangos para 
determinar el régimen de flujo de acuerdo con el  número de Reynolds. 

3.2.3 Teoría de la subcapa laminar viscosa 
 

Después de los adelantos presentados por Reynolds, Ludwig Prandalt pudo establecer el 
comportamiento de las pérdidas de energía por fricción en ductos a partir de la interacción 
del flujo – pared sólida y la teoría de la longitud de mezcla. Estas permiten clasificar el 
flujo de carácter turbulento en tres categorías: Flujo turbulento hidráulicamente liso, flujo 
turbulento hidráulicamente rugoso y flujo turbulento transaccional. Según Prandalt la 
diferencia entre estos tipos de flujo turbulento es causada por la subcapa laminar viscosa 
que se define como la zona aledaña a la superficie de la tubería, donde su presencia impide 
el intercambio común de moléculas en flujos gobernados por regímenes turbulentos, 
generando una capa de flujo laminar cercana a la pared (Saldarriaga, 2007). 

La subcapa laminar viscosa (δ’) se define por medio de la siguiente ecuación 

δ

11.6 ∗

ν

v

 

Ecuación 5 "Subcapa Laminar viscosa”. 

donde ν es la viscosidad cinemática  del agua y  v* es la velocidad de corte  

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22 

 

IAMB 201410  

 

Según Prandalt la velocidad de corte (v*) se define como: 

∗  

τ

ρ

 

Ecuación 6 "Velocidad de corte”. 

donde

 (τ

)

 

es el esfuerzo cortante en la pared de la tubería y (ρ) es la densidad del agua. 

De acuerdo al espesor de la subcapa a laminar viscosa y su relación con la rugosidad 
absoluta del material (k

s

) se puede establecer si el régimen de flujo es hidráulicamente liso 

(FTHL) cuando el espesor de la rugosidad absoluta es menos al espesor de la subcapa la 
minar viscosa de tal manera que se pudiera suponer que la rugosidad de la tubería no 
existiera. Turbulento hidráulicamente transicional   cuando el espesor de la capa límite  es 
muy similar a la rugosidad de la tubería y no es clara la clasificación del flujo o flujo 
turbulento hidráulicamente rugoso cuando la rugosidad es superior a al espesor de la 
subcapa laminar viscosa. 

La clasificación de los diferentes tipos de flujo de acuerdo con la teoría de la subcapa 
laminar viscosa se presentan en la siguiente tabla: 

 

Tipo de Flujo 

Rango 

Liso 

k

0,305δ′ 

Transición 

0,305δ′

k

6,1δ′ 

Rugoso 

k

6,1δ′ 

 

Tabla 5"Clasificación del flujo turbulento de acuerdo al espesor de la subcapa laminar viscosa"(Saldarriaga , 

2007). 

 

3.2.4  Pérdidas por fricción  

 

La relación entre el esfuerzo cortante en la pared  de un conducto y la caída piezométrica de  
altura o pérdidas por fricción (hf) se define por medio de la siguiente ecuación para el caso 
de una tubería a presión (Saldarriaga, 2007) 

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23 

 

IAMB 201410  

τ

d
4

∙ ρ ∙ g ∙

h

L

 

Ecuación 7  "Relación entre el esfuerzo cortante y hf”. 

donde (τ

0

) es el esfuerzo cortante generado en la pared de la tubería, (h

) son las pérdidas 

de caída piezométrica,(L)es la longitud de la tubería  y (d) y (ρ) son el diámetro de la 
tubería y la densidad del fluido. 

La caída piezométrica también puede ser descrita en términos de la ecuación de Darcy-
Weisbach realizando un análisis dimensional que obtiene como resultado la siguiente 
ecuación (Saldarriaga, 2007): 

h

L
d

v

2g

 

Ecuación 8  "Pérdidas por fricción expresadas en función del factor de fricción”. 

donde (f) es el factor de fricción, (v) es la velocidad de flujo  

Si se despeja el factor de fricción de la Ecuación 8 se puede obtener una expresión 
aparentemente sencilla para calcular el  factor de fricción en términos de la caída de altura 
piezométrica h

f

 

2 ∙ g ∙ d ∙ h

l ∙ v

 

Ecuación 9  "Factor de fricción despejado de la Ecuación 8”. 

De la ecuación presentada anteriormente se puede inferir el factor de fricción es 
directamente proporcional a las pérdidas de caída piezométrica e inversamente proporcional 
a la velocidad de flujo. 

3.2.5 Factor de fricción y ecuación de Colebrook-White 
 

Los estudios realizados por Colebrook, White, Prandalt, Von Karman y Moody  con 
respecto al comportamiento del flujo en tuberías contribuyeron al entendimiento del efecto 
de la rugosidad como una característica propia de cada material, la cual es una constante y 
únicamente varía cuando está siendo afectada por factores que inhiben su capacidad como 
la presencia de películas biológicas. Por otro lado los estudios de estos investigadores 
también permitieron aclarar la definición del factor de fricción  que había sido propuesto 

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24 

 

IAMB 201410  

por Darcy como una función compleja del número de Reynolds y la rugosidad relativa del 
material (Saldarriaga, 2007). 

Con respecto al factor d fricción se determinó que  este varía de acuerdo con el  régimen de 
flujo; por lo tanto para  el flujo laminar únicamente dependerá del número de Reynolds y 
podrá ser calculado por medio de la siguiente expresión 

64

 

Ecuación 10  "Factor de fricción para régimen de flujo laminar”. 

 

Mientras que para el caso del flujo turbulento y el flujo de transición  el factor de fricción 
será función tanto del número de Reynolds como de la rugosidad relativa de la tubería       
(k

s

/d) y deberá ser calculado por medio de la ecuación implícita físicamente basada de 

Colebrook-White. 

 

1

2

3.7

2.51

 

 

Ecuación 11  "Ecuación de Colebrook White”. 

 

Para efectos del estudio planteado en este documento se buscará  entender  los cambios que 
la presencia de las biopelículas producen en la rugosidad de las tuberías ;por lo tanto será 
muy útil despejar la rugosidad absoluta de la tubería de la ecuación de Colebrook-White 
como se muestra en la Ecuación 12 

 

3.7

10

2.51

 

 

Ecuación 11  "Ecuación de la rugosidad absoluta”. 

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25 

 

IAMB 201410  

3.2.6 Diagrama de Moody 
 

El diagrama de Moody fue el resultado de los estudios realizados por Lewis Moody en 
1944, el cual consiste en una gráfica que permite observar el comportamiento del factor de 
fricción en todos los tipos de flujo. Este diagrama se obtuvo a partir de los estudios que 
habían sido realizados previamente por Johan Nikuradse y Colebrook –White. La 
aplicación de este diagrama fue muy importante para el desarrollo de la ingeniería 
hidráulica antes de que existirán computadores con la capacidad de resolver fácilmente la 
ecuación de Colebrook-White (Saldarriaga, 2007) .A continuación se presenta una imagen 
del diagrama de Moody 

 

 

Figura  5 "Diagrama de Moody" (Díaz, 2014).

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26 

 

IAMB 201410  

En el diagrama de Moody presentado anteriormente se puede ver como el factor de fricción 
está representado como una recta para los menores valores del número de Reynolds. 
También se puede apreciar  como el factor de fricción es prácticamente constante en la 
zona de régimen turbulento y que la transición entre flujo laminar y turbulento se da de 
manera gradual. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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27 

 

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4.  Modelo Físico 

 

En el Laboratorio de Hidráulica de la Universidad de los Andes especialmente en la zona 
conocida como el laboratorio de alcantarillados, se han venido construyendo diferentes 
modelos físicos utilizados para realizar investigaciones referentes al tema de las 
biopelículas. Estos modelos han sido desarrollados basados en la misma metodología, la 
cual consiste en desarrollar un circuito cerrado, en el cual se recircule el flujo utilizando  
tuberías de materiales comunes en el mercado. A estas tuberías  se les fabrican testigos los 
cuales se pueden remover cuando se requiera analizar el comportamiento de las películas 
que se formen en su superficie. 

Para poder realizar las pruebas necesarias para determinar el comportamiento de las 
biopelículas desarrolladas en tuberías a presión a altas velocidades, fue necesario 
desarrollar un modelo físico que cumpliera con las especificaciones necesarias para la 
ejecución del proyecto. 

El desarrollo del modelo físico se basó en los modelos preexistentes en laboratorio de la 
Universidad de los Andes dado que estos modelos presentaban características que podían 
ser útiles para  el tipo de mediciones que debían realizarse. 

El modelo que se finalmente fue construido  fue una modificación de los 2 modelos que 
habían sido utilizados el semestre anterior por (Díaz, 2014) y  (Cifuentes, 2013), en el cual 
se utilizaron componentes de ambos modelos. 

 

4.1 Modelos Existentes.

 

En el momento en el que se inició este proyecto existían 2  modelos desarrollados para 
estudiar el fenómeno de la formación de biopelículas en tuberías de redes de distribución en 
el Laboratorio de Alcantarillados.  

El primer modelo había sido desarrollado por Carolina Navarrete en el 2012 y 
posteriormente fue utilizado por (Díaz, 2014) en el 2013.Este primer modelo estaba 
conformado por tres tuberías de 4 pulgadas de  materiales diferentes (PVC, Polietileno, 
Hierro Galvanizado) y su objetivo era realizar estudios enfocados en la influencia que 
tienen  los materiales de las tuberías en el proceso de formación de biopelículas.  

 

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El seg
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Facultad de Ingeniería 
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones de Acueducto y Alcantarillado - CIACUA 
Determinación experimental del crecimiento de biopelículas bajo 
condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

29 

 

IAMB 201410  

 

 

 

Figura  7 “ "Montaje biopelículas tuberías de materiales diferentes y diámetro de 4" ”. 

 

4.2 Selección del modelo físico a partir de los modelos existentes

 

El modelo utilizado por  Gonzalo Cifuentes (Cifuentes, 2013) desarrollado para determinar 
el comportamiento de las biopelículas de acuerdo con  los cambios en la velocidad de flujo, 
permitía obtener caudales más altos que el otro modelo; sin embargo todas las tuberías de 
este modelo eran del mismo material y no tenía mucho sentido analizar el comportamiento 
de las biopelículas a altas velocidades en un solo material. 

Por otro lado las tuberías del montaje utilizado por Óscar (Díaz, 2014) poseían  una sección 
transversal menor por lo tanto estas  podrían transportar los mismos caudales trabajados por 
Gonzalo Cifuentes (Cifuentes, 2013) en su modelo físico  con una velocidad mayor. Por 
esta razón se decidió utilizar los componentes  del modelo de Gonzalo Cifuentes 
(Cifuentes, 2013)  con las tuberías del modelo de Oscar Díaz (Díaz, 2014) . 

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31 

AMB 201410  

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32 

AMB 201410  

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33 

AMB 201410  

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Determinación experimental del crecimiento de biopelículas bajo 
condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

34 

 

IAMB 201410  

 

Como el modelo utilizado por Gonzalo estaba adecuado para tuberías de diámetros de 6 
pulgadas, fue necesario utilizar reducciones para poder colocar las tuberías de 4 pulgadas. 

 

Figura  17 "Reducciones de 6 a 4 pulgadas". 

Una vez fueron instaladas las reducciones en el modelo se procedió a la instalación de las 
tuberías. Sin embargo, las tuberías del modelo original tenían una longitud de casi 9 metros 
mientras que las tuberías del montaje  reutilizadas no superaban los 7 metros por lo tanto la 
longitud faltante se añadió al modelo con tuberías de PVC como se muestra a continuación: 

 

 

 

 

 

 

 

Figura  18 "Tuberías complementarias de PVC".

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Universidad de los Andes 

 

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Determinación experimental del crecimiento de biopelículas bajo 
condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

35 

 

IAMB 201410  

 

Después de realizar la instalación de estas tuberías complementarias se pudo  instalar las 
tuberías de Polietileno y Hierro Galvanizado. La tubería nueva de PVC fue la última tubería 
que se instaló. 

 

Figura  19 "Tuberías recién instaladas". 

Después de instalar todas las tuberías se procedió a la elaboración de los nuevos testigos de 
la tubería de PVC los cuales fueron  desarrollados con dimensiones muy parecidas a las de 
los testigos de las tuberías de Polietileno y Hierro Galvanizado. El proceso de construcción 
y adecuación de estos testigos se presenta en las en las Figuras 20 y 21. 

 

 

 

 

 

 

Figura  20 "Ubicación de testigos en la nueva tubería".

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Determinación experimental del crecimiento de biopelículas bajo 
condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

37 

 

IAMB 201410  

de determinar  el crecimiento total de la biopelícula. Por otro lado los testigos de centro o 
borde son 24 testigos ubicados a lo largo de la tubería y a diferencia de los testigos de 
cabeza estos deben limpiarse cada vez  que son retirados para realizar alguna medición pues 
su objetivo es determinar la velocidad de desarrollo de la capa biológica entre los periodos 
de medición. 

Después de elaborar los testigos del modelo se debió elaborar un cierre hermético con 
neopreno tanto para las tuberías viejas como las nuevas con el fin de impedir fugas en el 
sistema. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Por último se conectaron los piezómetros y se enderezó la tubería de polietileno que se 
había flectado después de haber sido retirada del modelo de Oscar Díaz (Díaz, 2014), 
finalmente el nuevo modelo se puede observar en la Figura 23. 

Figura  22 "Cierre hermético de testigos".

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38 

AMB 201410  

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

39 

 

IAMB 201410  

4.4 Componentes del modelo

  

El modelo construido para realizar las pruebas de laboratorio está compuesto por tres 
tuberías de 4 pulgadas, con una longitud de 6.14 metros. Los materiales de las tuberías son 
PVC polietileno y Hierro Galvanizado y sus diámetros medidos utilizando un calibrador se 
presentan en la siguiente tabla 

 

Material 

d (m) 

A (m

2

PVC 

0.1058 

0.0088 

Polietileno 

0.0948 

0.0071 

Hierro 

Galvanizado 

0.1042 

0.0085 

Tabla 7"Diametros internos reales medidos de las tuberías del montaje". 

 

El montaje cuenta con 3 válvulas que permiten regular el caudal que pasa por las tuberías y 
se muestran en la siguiente figura: 

 

Figura  24 "Válvulas reguladoras de caudal". 

 

Dos  tanques de almacenamiento. El primer tanque es de forma cubica y recibe el agua que 
viene de los vertederos  mientras que el segundo tanque es de forma cilíndrica y se encentra 
ubicado aguas arriba del modelo, pues su principal objetivo es almacenar el agua bombeada 
que  va a alimentar el sistema. Que se muestran en las Figuras 25 y 26 

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

40 

 

IAMB 201410  

 

 

 

 

 

 

 

Figura26 "Tanque de almacenamiento ubicado después de los    
vertederos". 

 

Los caudales son medidos por medió de 3 vertederos triangulares  ubicados después de una 
estructura de disipación de energía. A la salida de los vertederos se encuentra un 
limnímétro móvil. 

 

Figura  27 "Vertederos en el modelo". 

Figura  25 " Tanque de 

almacenamiento cilíndrico".

 

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

41 

 

IAMB 201410  

 

El modelo cuanta con 24 testigos de centro y 1 de cabeza o borde para cada una de las 
tuberías, los cuales se fijan al modelo  por medio de correas removibles  como se ve en la 
Figura 28. 

 

Figura  28 "Testigos y correas". 

 

Por último el modelo cuenta con 8 piezómetros para cada tubería, 4 aguas arriba y 4 aguas 
abajo ,que se pueden medir en el tablero piezométrica que se muestra en la Figura 28 

 

 

Figura  30 "Sección transversal con piezómetros". 

 

Figura  29"Tablero Piezométrica".

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5. 

 

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Q

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Q =0.0047(H‐H
Q =

0.0053

(H‐H

 

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H

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H

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42 

AMB 201410  

se 

elo 

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43 

AMB 201410  

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Determinación experimental del crecimiento de biopelículas bajo 
condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

44 

 

IAMB 201410  

Se realizaron varías mediciones en distintas partes de las muestras y luego se tomó el 
promedio de las mediciones como el valor del diámetro interno de cada tubería del montaje. 
Los resultados se muestran en la siguiente tabla: 

Diámetros reales 

material tubería 

d (m) 

A (m

2

PVC 

0.105837 

0.008798 

Polietileno 

0.094800 

0.007058 

Hierro Galvanizado 

0.104203 

0.008528 

 

Tabla 9" "Diámetros reales de tuberías. 

Los volúmenes de los tanques  y los vertederos se determinaron por medio de la siguiente 
ecuación 

 

Ecuación 12  "Volumen de tanques y vertederos”. 

 

mientras que los volúmenes de las tuberías y los accesorios relacionados con ellas  fueron 
calculados a partir de la siguiente expresión: 

 

 

á

4

 

Ecuación 13  "Volumen de tuberías y accesorios” 

 

 

A continuación se presentará el cálculo del volumen del sistema como la sumatoria de los 
volúmenes que representan los componentes del modelo 

  Tanque que recibe el agua de los vertederos y volumen almacenado en los 

vertederos 
 

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

45 

 

IAMB 201410  

Tanque de llegada 

Parámetro 

Unidad 

m

m

m

3

 

Valor 

10.1492

1

10.1492

Tabla 10"Volumen Tanque de llegada". 

  Cálculo de las tuberías que conforman el modelo: 

Tuberías   

Parámetro 

A  

V  

VT TUBERÍAS 

Unidad 

m

2

 

m

3

 

m

3

 

Tubería del tanque a la Bomba 

2.000 

0.105 

0.008 

0.018 

0.184 

PVC 

7.210 

0.105 

0.008 

0.063 

Polietileno 

6.140 

0.094 

0.007 

0.043 

HG 

7.010 

0.104 

0.008 

0.060 

Tabla 11"Volumen Tuberías". 

  Volumen de los elementos complementarios como tuberías y uniones: 

 

 

  Volumen del tanque de almacenamiento cilíndrico: 

Tanque cilíndrico 

Parámetro 

Unidad 

m

2

 

m

3

 

Valor 

1.320

1.368

1.450 

1.984

Tabla 13"Volumen tanque cilíndrico". 

 

 

Elementos Complementarios 

Parámetro 

#

Unidad 

m

2

 

m

3

 

Uniones 

0.730

0.10583667

0.008798 6

0.039

Tuberías complementaria PE 

1.070

0.10583667

0.008798 1

0.009

Tuberías complementaria HG 

0.870

0.10583667

0.008798 1

0.008

Tabla 12 "Volumen elementes complementarios". 

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Determinación experimental del crecimiento de biopelículas bajo 
condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

46 

 

IAMB 201410  

Finalmente se obtiene el volumen total del sistema que se muestra en la Tabla 14 

 

Volumen total del sistema 

12.37 

m

3

 

12365.59 

Tabla 14 "Volumen total del sistema". 

 

5.4 Determinación de Cloro Residual

 

Para que las condiciones presentadas en el modelo sean realmente similares a las 
condiciones de una red de distribución de agua potable se debe tener en cuenta el proceso 
de cloración realizado en las PTAP; por lo tanto es necesario recrear las condiciones de 
cloro residual presente en el flujo que es distribuido a los usuarios. 

De acuerdo con la normativa colombiana establecida por medio de la Resolución 2115 de 
2007 del Ministerio de Protección Social, una red de distribución de agua potable debe 
garantizar que en cualquier punto de la red el agua tenga una concentración de cloro 
residual  que se encuentra entre  0.3 y  2 mg/L. 

Según los estudios realizados previamente por la Universidad de los Andes simulando este 
tipo de sistemas, se determinó  que la concentración óptima que se debería mantener en un 
modelo de esta índole  debe ser de 0.5 mg/L. Adicionalmente estos estudios también 
encontraron que la forma más práctica de aplicar el cloro en el sistema es por medio dosis 
de hipoclorito de calcio granular,  el cual es fácil de manipular y se disuelve fácilmente en 
el agua (Hernández, 2010). 

5.4.1 Dosis de Cloro requerida
 

El hipoclorito de calcio  

 es una sustancia que se encuentra en estado sólido y al 

reaccionar con el  agua se disocia de la siguiente manera. 

 

→ 2

 

Ecuación 14  "Dilución del Hipoclorito de Calcio en agua   ”. 

 

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

47 

 

IAMB 201410  

Si se plantea una relación estequeométrica  entre el 

 y el 

 de acuerdo  con 

los pesos moleculares de cada uno de estos compuestos en g/mol se obtiene el siguiente 
resultado: 

144 
1

1

2

1

52  

1.38

 

Ecuación 15  "Relación estequemétrica entre el Hipoclorito de Calcio y el Ácido Hipocloroso”. 

 

El volumen de Ácido Hipocloroso requerido en el sistema para mantener una concentración 
de por lo menos 0.5mg/L  de cloro se determina  e acuerdo al volumen total de agua el 
montaje como se muestra en la siguiente ecuación. 

 

12365.59 ∗ 0,5

1000

6.18 

 

 A partir de la masa requerida de Acido hipocloroso para mantener las concentraciones de 
cloro deseadas en todo el volumen del sistema se puede calcular la masa requerida en 
gramos de Hipoclorito de Calcio: 

6.18 

∗ 1.38

8.53 

 

Por lo tanto para asegurar una concentración de 0.5 mg/L de cloro en el agua  se deben 
aplicar 8.53 g de Hipoclorito de Calcio. 

 

5.4.2 Decaimiento de Cloro Residual en el sistema
 

Aunque se apliquen  las concentraciones de cloro necesarias para mantener al menos 0.5 
mg/L de Ácido Hipocloroso en el sistema, la naturaleza de este reactivo y el proceso de 
recirculación en el circuito contribuyen a que las concentraciones de cloro decaigan con el 
tiempo; por lo tanto es importante realizar un análisis por medio de una curva  de 
decaimiento del cloro residual que permita conocer la concentración que debe ser aplicada 
realmente con el fin de garantizar la concentración mínima de cloro en el sistema. 

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48 

AMB 201410  

de 

 

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F

F

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

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Universid
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49 

AMB 201410  

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17

19

21

23

25

27

29

Te

m

p

e

ra

tu

ra

  (°C)

 

5.00

7.00

9.00

1.00

3.00

5.00

7.00

9.00

0.00

5.5 C

 

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el fluj
fluido 
calenta
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1.00

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Universid
Facultad d
Departam
Centro de
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00

3.00

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21/04/2014
30/04/2014
09/09/2014

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28/04/2014
05/05/2014
29/05/2014

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06/2014
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Determinación experimental del crecimiento de biopelículas bajo 
condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

51 

 

IAMB 201410  

 

De acuerdo con la Gráfica 5  se puede apreciar que después de la primera hora de 
recirculación las mediciones de temperatura varían aproximadamente  entre 2 y 3 grados  
Celsius para los mismos períodos de medición.  

5.6 Fuente de carbono suministrada al sistema

 

La fuente de carbono utilizada en el sistema se determinó de acuerdo con los resultados de 
los estudios previos sobre biopelículas desarrollados en la Universidad de los Andes. En 
estos estudios se estableció que el agua proveniente de las PTAP se encuentra expuesta a 
materia orgánica vegetal, por lo tanto en esta se encuentra materia vegetal que no es 
retirada por los tratamientos convencionales. Por lo tanto la fuente de materia  orgánica que 
debe ser utilizada en este tipo de modelos es el Pennisetum clandestinum o pasto Kikuyo  
dado que es la fuente de materia orgánica que tiene más probabilidad de ingresar a un 
sistema de distribución de agua potable (Hernández, 2010) y que como fuente de carbono 
produce biopelículas de mayor espesor que otras fuentes como la panela (Vargas, 2012). 

El pasto utilizado en el modelo fue recolectado en Centro deportivo de la Universidad de 
los Andes como se  muestra en las siguientes imágenes: 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Para introducir el pasto dentro del modelo, se utilizaron costales de plástico  con orificios  
para permitir el paso del agua. Las Figuras 38 y 39 presentan la ubicación de los costales en 

Figura  38 "Recolección del pasto en el centro 
deportivo".

 

Figura  37" Bolsa para almacenar el pasto".

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

52 

 

IAMB 201410  

el modelo. El costal utilizado para este proyecto se llenó con la suficiente cantidad de pasto 
como para mantener funcionando el modelo por más de 3 meses. 

 

 

 

 

 

 

 

 

El costal se amarra a las barandas y las paredes del tanque y se ubica debajo de los 
vertederos 

 

 

 

 

 

 

 

Figura  40"Ubicación de la fuente de carbono en el modelo". 

5.7 Proceso de recolección de datos

 

Para el desarrollo de este estudio se recolectaron 2 tipos de datos, datos  de parámetros 
hidráulicos y datos de parámetros biológicos para conocer el crecimiento de las 
biopelículas. 

Figura  39 "Costales de almacenamiento de pasto".

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

53 

 

IAMB 201410  

5.7.1 Recolección de datos hidráulicos
 

Los datos que se miden para determinar el comportamiento hidráulico del modelo son 
diferencias de presión en los piezómetros y niveles en los vertederos. En el siguiente 
diagrama de flujo se explicará  el procedimiento que se siguió para tomar estos datos. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

El formato utilizado para la recolección de estos datos se presenta a continuación: 

Diagrama de Flujo 1 “Recolección de datos hidráulicos”.

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Facultad de Ingeniería 
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones de Acueducto y Alcantarillado - CIACUA 
Determinación experimental del crecimiento de biopelículas bajo 
condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

54 

 

IAMB 201410  

Formato toma de datos 

  

P1 (m) 

P2(m) 

P3(m) 

P4(m) 

  

T (°c) 

A. 

Arriba 

A. 

Abajo 

∆h1 

A. 

Arriba 

A. 

Abajo 

∆h2 

A. 

Arriba 

A. 

Abajo 

∆h3 

A. 

Arriba 

A. 

Abajo 

∆h4 

(m) 

h(cm) 

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

Figura  41"Formato toma de datos". 

5.7.2 Recolección de datos biológicos
 

Los parámetros biológicos que se cuantifican en este documento para investigar el 
comportamiento de las biopelículas formadas en las tuberías son el espesor de la biocapa 
cuantificando el  espesor de los testigos y cantidad de microrganismos presentes en la 
superficie de las tuberías.  

5.7.2.1 Muestras microbiológicas
 

El procedimiento que se debe desarrollar para raspar las tuberías y tomar las muestras 
microbiológicas se presente en el siguiente diagrama de flujo: 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Diagrama de Flujo 2"toma de muestras microbiológicos".

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

55 

 

IAMB 201410  

5.7.2.2 Peso de testigos
 

El procedimiento para pesar los testigos se describe en el siguiente diagrama de flujo: 

 

Diagrama de Flujo 3 "Procedimiento de peso de testigos". 

 

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

56 

 

IAMB 201410  

 

5.8 Cálculos y manipulación de datos

En esta sección se explicarán los procedimientos desarrollados para realizar los cálculos a 
partir de los datos obtenidos en el modelo. 

5.8.1 Cálculos Hidráulicos
 

El principal efecto hidráulico que se busca estudiar a partir de la presencia de biopelículas 
en las tuberías de distribución de agua potable son los cambios producidos en la rugosidad 
del material y el factor de fricción. Para analizar estos efectos se hace un análisis del 
diagrama de Moody siguiendo el procedimiento del Diagrama de Flujo 4 

 

Diagrama de Flujo 4 "Cálculos hidráulicos". 

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

57 

 

IAMB 201410  

 

5.8.2 Análisis Microbiológicos

 

 

Las muestras obtenidas al raspar los testigos para determinar la cantidad de 
microorganismos presentes en la superficie,  fueron analizadas en los laboratorios de 
Ingeniería Ambiental por parte de  Carolina Piamonte y Juliana Martinez y sus resultados 
serán presentados más adelante en este documento. 

 

Por otro lado el procedimiento que se debe seguir para estimar el espesor de las 
biopelículas, es un procedimiento que prácticamente  ha sido estandarizado por parte de los 
investigadores de la Universidad de los Andes que previamente se han de dicado a trabajar 
sobre este tema. El proceso básicamente consiste en determinar el espesor de la capa 
biológica y la velocidad de desarrollo de la biopelícula por medio de las ecuaciones que se 
presentarán en la Tabla 15 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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58 

 

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Testigos de Centro 

 
 
 
 

Espesor promedio (

E) 

μm  

 

 

E

Espesor

Espesor

2

 

 

Biomasa

Peso

Peso

ρ ∙ A

∙ 10  

 

Biomasa

Peso

Peso

ρ ∙ A

∙ 10  

Testigos de borde 

 

Velocidad inicial (

Vel ) 

μm

/dia  

 

 

Vel

Espesor

N° de días

 

 

Velocidad de desarrollo (

Vel) 

μm

/dia  

 

Vel

E

E

∆ días

 

 

 

Espesor Máximo (E

máx

μm  

 

 

E

máx

Peso

final

Peso

0

ρ

∙ A

 

 

 

Tabla 15 " Ecuaciones para estimar el espesor y las velocidades de desarrollo de las biopelículas" (Hernández, 
2010). 

 

Dónde:  

Espesor

: corresponde al espesor del testigo impar. 

Espesor

 : corresponde al testigo par o vecino. 

 

: es el área de la testigo, obtenida al multiplicar el largo por el ancho del mismo. 

 

: es el peso del testigo inicial, es decir sin el crecimiento de biopelícula 

Peso

 

: corresponde a la última medición del peso realizada en el proceso de toma de 

datos del proyecto. 

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

59 

 

IAMB 201410  

E : es el espesor de la biopelícula según los datos encontrados en la última medición  

E

: es el espesor de la biopelícula encontrado en la medición actual. 

∆ días: es la diferencia de días entre j+1 y j que se recomienda sea 7. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

60 

 

IAMB 201410  

6.  Resultados y discusión  

 

En esta sección se mostrarán los resultados obtenidos del presente proyecto de 
investigación después de realizar el procedimiento experimental expuesto en la sección 
anterior. 

 

6.1 Resultados Hidráulicos

 

De acuerdo  con los estudios realizados previamente por la Universidad de los Andes, de 
los cuales se ha hablado con anterioridad en el presente documento, el parámetro hidráulico 
que generalmente se ve más afectado por la presencia de películas biológicas es la 
rugosidad absoluta “k

s

”. Por lo tanto el análisis desarrollado en el presente proyecto 

también se encuentra enfocado en el comportamiento de esta variable. 

El método de análisis que mejor permite entender el comportamiento de la rugosidad en 
cada una de las tuberías es un análisis gráfico basado en el diagrama de Moody. Este 
análisis se desarrolló a partir de los datos tomados durante todo el primer semestre del año 
2014, y utilizando las propiedades del agua con respecto a la temperatura junto con  las 
ecuaciones físicamente basadas de Colebrook-White y Darcy. 

Para entender los resultados que serán presentados a continuación  es importante aclarar 
que el proceso constructivo finalizó la primera semana de Abril del año 2014 y que el 
modelo se puso en funcionamiento a partir del 7 de Abril del mismo año. El modelo 
recirculó agua de lunes a viernes entre las 7:00 am y las 5:00 pm hasta el 6 de Junio del 
2014. Lo cual indica un total de 47 días de recirculación excluyendo la Semana Santa y los 
fines de semana; que fueron períodos en los cuales las tuberías se encontraron llenas pero 
con el flujo estático.  

Los datos medidos en el montaje se fueron tomados desde el día 17 de funcionamiento del 
modelo hasta el día 47. Se tomaron 657 datos entre las 3 tuberías estudiadas; sin embargo 
errores en la medición a causa de problemas relacionados con el funcionamiento de los 
piezómetros en las tuberías de Polietileno y Hierro Galvanizado, además de varios datos 
cuyo resultados se encuentran por fuera cualquier sentido lógico hicieron que el análisis 
que se presenta a continuación haya sido  realizado únicamente con  409 datos entre las 3 
tuberías. 

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

61 

 

IAMB 201410  

A continuación se presentan los resultados de este análisis hidráulico para cada una de las 
tuberías que conforman el modelo físico. 

6.1.1 Tubería de PVC
 

La tubería de PVC utilizada en el modelo es la única tubería completamente nueva que se 
utilizó para este estudio, dado que esta tubería se encontraba guardada en el Laboratorio de 
Hidráulica de la Universidad de los Andes. La máxima velocidad que se logró determinar 
para esta tubería durante las pruebas fue de 2.88 m/s. La mayoría de las mediciones 
realizadas se encontraron  en rangos entre este valor y 2 m/s  con el fin de ser acordes con 
el objetivo de este proyecto. 

Los datos que fueron descartados, tenían rugosidades negativas o factores de fricción muy 
altos a causa de una relación incoherente entre la diferencia de altura encontrada en los 
piezómetros y la velocidad con la cual se desplazaba el flujo a través de la tubería. En la 
mayoría  de las tuberías se presentó este problema el cual fue solucionado, purgando y 
reacomodando los piezómetros. 

En las Gráficas 6 y 7 se puede apreciar el diagrama de Moody y el diagrama de rugosidad 
absoluta para la tubería de PVC. Las rugosidades absolutas promedio obtenidas en cada una 
de las mediciones para esta tubería se presentan en la siguiente tabla 

Tubería de PVC 

Días Transcurridos 

Rugosidad Absoluta 

k

s

 (mm) 

Valor Teórico 

0.0015 

19 

0.017 

22 

0.108 

23 

0.009 

26 

0.025 

38 

0.065 

40 

0.032 

45 

0.134 

 

Tabla 16 "Rugosidades promedio tubería PVC".

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0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

60000

Fa

ct

o

de

 Fricción

 

0

110000

D

 

160000

Diagrama

210000

a de Mo

Gr

260000

Número

oody  Tu

ráfica 6"Diagrama d

310000

o de Reynolds

bería de

áximas

de Moody datos obt

360000

4

e  PVC   

tenidos PVC".

410000

46

a veloci

60000

idades 

62 

Ks/d = 0.00001
Ks/d = 0.00001
Ks/d =0.00005
Ks/d =0.0001
Ks/d =0 .00015
Ks/d = 0.0002
Ks/d= 0.0004
Ks/d = 0.0006
Ks/d = 0.0008
Ks/d = 0.001
Ks/d =0.002
Ks/d = 0.004
Ks/d = 0.006
Ks/d = 0.008
Ks/d =0.01
Ks/d = 0.02
Ks/d = 0.03
Ks/d =0.04
Ks/d = 0.05
22 días
23 días
26 días
38 días
40 días
45 días

5

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/c0accb098f224935d9c37cd4b3408de2/index-html.html
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‐0.2000

‐0.1000

0.0000

0.1000

0.2000

0.3000

0.4000

0.5000

150

Rug

o

isdad

 Ab

solut

Ks

)  

(mm)

 

00

00

00

00

00

00

00

00

0000.000000

 

200000.0

Ru

000000

ugosida

17 d

Gráfica 7" E

250000.00000

Núme

d Absol

días

22 días

Efecto de la biopelíc

00

3

ero de Reynolds

uta  Tub

26 días

38 día

cula sobre la rugosid

300000.000000

s

bería PV

s

40 días

45

dad absoluta del  PV

35000

VC

5 días

VC".

00.000000

63 

400000.000

0000

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 

64 

 

IAMB 201410 

 

De acuerdo a los resultados presentados en la Tabla  16 y en las Gráficas 6 y 7, se puede 
apreciar como la rugosidad absoluta se ve afectada seriamente por la presencia de la capa 
biológica que se desarrolló en la superficie de las tuberías, pues los valores promedio en 
todas las mediciones que fueron tomadas después del día 19 de funcionamiento del modelo, 
son  muy diferentes al valor teórico del k

s

 del PVC. Del mismo modo la  Gráfica 6 presenta 

un rango de variación de la rugosidad absoluta en la tubería bastante amplio de casi 0.2 mm 
para la mayoría de las mediciones. Por otro lado el diagrama de Moody muestra factores de 
fricción un poco altos para los valores estándar para el PVC. 

6.1.2 Tubería de Polietileno
La tubería de  polietileno utilizada para este estudio había sido utilizada por  (Navarrete, 
2012) y (Díaz, 2014) en sus proyectos de grado. La máxima velocidad que se midió en esta 
tubería tuvo una magnitud de 2.44 m/s y al igual que con las mediciones realizadas con la 
tubería de  PVC se intentó manipular la válvula de tal manera que se lograran velocidades 
cercanas a este valor.Esta tubería se caracterizó por   su tendencia a flectarse, razón por la 
cual se debió colocar algunos soportes en el montaje para controlar este comportamiento. 
Durante el desarrollo del proyecto hubo dificultades para realizar las mediciones, pues los 
piezómetros no marcaban adecuadamente las pérdidas de altura. Sin embargo este problema 
pudo solucionarse reacomodando los piezómetros. A causa de este inconveniente  muchas 
de las mediciones realizadas fueron descartadas pues el error al medir las presiones 
producía rugosidades  negativas al despejar k

s

 con la Ecuación  11. Los resultados 

obtenidos por medio del análisis del diagrama de  Moody y el diagrama de rugosidad 
absoluta se presentan a continuación: 

Tubería de Polietileno 

Días Transcurridos 

Rugosidad Absoluta Ks (mm) 

Valor Teórico 

0.007 

17 

0.086 

18 

0.016 

23 

0.012 

38‐40 

0.247 

44 

0.125 

45 

0.110 

46 

0.146 

47 

0.090 

Tabla 17"Rugosidades promedio Polietileno.

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0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

5

Fa

ct

o

de

 Fricción

50000

Dia

 

10000

agrama 

00

de Moo

Grá

150000

N

ody  Tub

áfica 8 "Diagrama d

Número de Rey

bería de 

máxima

de Moody datos obte

200000

nolds

 Polietil

as

enidos Polietileno".

leno   a 

.

250000

velocida

65 

ades 

Ks/d = 0
Ks/d = 0
Ks/d =0.
Ks/d =0.
Ks/d =0 
Ks/d = 0
Ks/d= 0.
Ks/d = 0
Ks/d = 0
Ks/d = 0
Ks/d =0.
Ks/d = 0
Ks/d = 0
Ks/d = 0
Ks/d =0.
Ks/d = 0
Ks/d = 0
Ks/d =0.
Ks/d = 0
17 días
18 días
38 ‐ 40
44 días
45 días
46 días
47 días

.00001
.000015
00005
0001
.00015
.0002
0004
.0006
.0008
.001
002
.004
.006
.008
01
.02
.03
04
.05

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Rug

o

isdad

 Ab

solut

Ks

)

‐0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

100000

 

120000

140000

160

Rugosid

17 días

18 d

Gráfica 9 "Efecto

0000

18000

dad Abs

días

23 días

o de la biopelícula so

00

200000

Número de Rey

soluta  T

38‐40 días

44

obre la rugosidad ab

220000

ynolds

Tubería 

4 días

45 días

bsoluta del  Polietile

240000

Polietile

46 días

47 d

eno".

260000

2

eno

días

66 

280000

300000

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67 

 

IAMB 201410 

 

Al igual que en el caso del PVC, en la tubería de Polietileno se tiene que la rugosidad 
absoluta promedio medida experimentalmente no presenta ninguna relación clara con los 
valores teóricos de una tubería de este material. Esto puede deberse al efecto de las 
biopelículas. Del mismo modo cabe recordar que esta tubería se reutilizo de 2 montajes 
anteriores y aunque se limpió antes de iniciar el procedimiento experimental de este 
estudio, es probable que rastros de películas biológicas o quistes hayan quedado en su 
interior, por lo tanto el efecto el efecto de la biopelícula puede ser un poco más marcado en 
esta tubería lo cual se evidencia en la Tabla 17 donde ningún valor medido se encuentra 
cerca al valor de la rugosidad teoría del material. 

Los resultados obtenidos en el diagrama de Moody de esta tubería presentan una variación 
menor que en el mismo diagrama  de la tubería de PVC; sin embargo en el diagrama de 
Moody de la tubería de Polietileno se puede ver una tendencia más clara de los datos con 
un valor de fricción que varía entre 0.02 y 0.025, lo cual es un poco alto para este material. 

6.1.3 Tubería de Hierro Galvanizado
 

Al igual que la tubería de Polietileno, la tubería de Hierro Galvanizada ya había sido 
utilizada en proyectos desarrollados en la Universidad de los Andes. La máxima velocidad 
que se logró en esta tubería sin que se rebosaran los tanques de los vertederos fue de 2.94 
m/s, que a su vez fue la mayor velocidad que se determinó en todo el estudio.  

Los resultados obtenidos durante la fase experimental del proyecto con respecto a esta 
tubería fueron mucho menos acertados  con respecto al comportamiento lógico según el 
análisis del diagrama de Moody, que los de las otras dos tuberías. En primer lugar de 
acuerdo con las altas velocidades que se podían manejar en esta  tubería se esperaba que 
generara  la mayor cantidad de pérdidas, pues el flujo iba a producir mayores esfuerzos 
cortantes  en la superficie de la tubería, que a su vez era la más  rugosa de los 3 tipos de 
superficies analizadas en el presente estudio. Sin embargo después de las primeras 
mediciones la rugosidad calculada empezó a disminuir hasta tal punto que en las últimas 
mediciones los resultados mostraron una tubería con rugosidades negativas, incluso para las 
máximas velocidades. 

A continuación se presentan los resultados del análisis utilizando el diagrama de Moody y 
el diagrama de rugosidad absoluta. 

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0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

6000

Fa

ct

o

de

 Fricción

00

110000

Diag

 

0

160000

rama de

210000

e Moody

vel

Gráfica 10"

260000

N

y  Tuber

ocidade

" Diagrama de Moo

310000

Número de Reyn

ría de  H

es máxim

dy datos obtenidos 

360000

4

nolds

Hierro Ga

mas

Hierro Galvanizado

410000

46

alvaniza

o".

60000

ado  a 

68 

Ks/d = 0.000

Ks/d = 0.000

Ks/d =0.0000

Ks/d =0.0001

Ks/d =0 .000

Ks/d = 0.000

Ks/d= 0.0004

Ks/d = 0.000

Ks/d = 0.000

Ks/d = 0.001

Ks/d =0.002

Ks/d = 0.004

Ks/d = 0.006

Ks/d = 0.008

Ks/d =0.01

Ks/d = 0.02

Ks/d = 0.03

Ks/d =0.04

Ks/d = 0.05

17 días

19 días

22  días

001

0015

05

1

015

02

4

06

08

4

6

8

/var/www/pavco.com.co/public/site/pdftohtml/c0accb098f224935d9c37cd4b3408de2/index-html.html
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‐0

‐0

0

0

0

0

0

Rug

o

isdad

 Ab

solut

Ks

)

 

0.20000

0.10000

0.00000

0.10000

0.20000

0.30000

0.40000

50000.000

 

100000.

Ru

G

000

15

gosidad

17

Gráfica 11" Efecto de

0000.000

d Absolu

7 días

18 días

e la Biopelícula sobr

200000.000

Número de R

uta  Tube

22 días

38 d

re la rugosidad abso

250000.0

Reynolds

ería Hie

días

40 días

oluta del Hierro Gal

000

300

rro Galv

lvanizado".

0000.000

vanizado

69 

350000.000

o

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0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

60000

Fa

ct

o

de

 Fricción

 

0

110000

Dia

 

0

160000

agrama 

ve

210000

de Moo

elocidad

Gráfica 12" Di

260000

ody  Tub

es máxi

iagrama de Moody t

310000

Número de Re

ería de 

mas (To

todos los datos obten

360000

eynolds

 Hierro 

odos los 

nidos Hierro Galvan

410000

Galvani

datos)

nizado".

460000

izado  a 

70 

Ks/d = 0.

Ks/d = 0.

Ks/d =0.0

Ks/d =0.0

Ks/d =0 .

Ks/d = 0.

Ks/d= 0.0

Ks/d = 0.

Ks/d = 0.

Ks/d = 0.

Ks/d =0.0

Ks/d = 0.

Ks/d = 0.

Ks/d = 0.

Ks/d =0.0

Ks/d = 0.

Ks/d = 0.

Ks/d =0.0

Ks/d = 0.

17  días

19 días

22  días

38 días

40 días

00001

000015

00005

0001

00015

0002

0004

0006

0008

001

002

004

006

008

01

02

03

04

05

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Facultad de Ingeniería 
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones de Acueducto y Alcantarillado - CIACUA 
Determinación experimental del crecimiento de biopelículas bajo 
condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

71 

 

IAMB 201410 

En la Gráfica 10 se puede ver el diagrama de Moody para las primeras mediciones 
realzadas en la tubería de Hierro. En el diagrama se puede apreciar claramente como  como 
en las primeras mediciones el factor de fricción se encontraba entre 0.02 y 0.03, valores que 
son  bastante acordes con lo que se espera de una tubería rugosa con  pérdidas 
considerables. Sin embargo a medida que fue transcurriendo el tiempo se puede ver como 
cada vez se fueron encontrando valores del  factor de fricción  más pequeños. 

En la Gráfica 12 se  muestra el mismo diagrama de Moody  que  en la Figura 10, solo que 
en este caso se muestran los resultados obtenidos en todas las mediciones realizadas en la 
tubería. En este diagrama con todos los datos se puede ver como el factor de fricción fue 
decreciendo para el mismo rango del número de Reynolds a mediada que fue pasando el 
tiempo. Este comportamiento también se puede identificar claramente  en la rugosidad de la 
tubería, pues de acuerdo con los resultados del análisis de la rugosidad absoluta se puede 
ver como los valores de k

s

 se van haciendo más pequeños con cada medición ,hasta el 

punto en el cual  la mayoría de los datos  presentan  rugosidades negativas. 

Este  fenómeno no está relacionado  con la presencia de las biopelículas, pues  según los 
estudios realizados previamente en la Universidad de los Andes, el efecto de las 
biopelículas en las tuberías es presión  es el de aumentar la rugosidad absoluta de la tubería 
y no disminuirla (Trujillo, 2011). 

Con el fin de solucionar este problema se realizó el mismo procedimiento de purgar y  
verificar la instalación de los piezómetros  que se realizó para mejorar los resultados de la 
tubería de Polietileno. Sin embargo después de realizar este procedimiento los resultados no 
variaron, porque la diferencia de presiones que continuaron marcando los piezómetros era 
muy pequeña, para los caudales más altos que se podían medir. 

La única explicación para este problema diferente a un error en las mediciones o en el 
modelo que no fue detectado, es que la válvula reguladora de caudales  de la tubería de 
Hierro Galvanizado es la única que está  conectada directamente al tanque de 
almacenamiento cilíndrico por una tubería independiente a la de las demás válvulas como 
se muestra en la siguiente imagen. 

 

 

 

 

Figura  42 "Válvula tubería de Hierro Galvanizado"

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Centro de Investigaciones de Acueducto y Alcantarillado - CIACUA 
Determinación experimental del crecimiento de biopelículas bajo 
condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

72 

 

IAMB 201410 

Por  lo tanto como se puede ver en la Figura 42 el hecho de que la tubería de Hierro reciba 
caudales directamente del tanque de almacenamiento sin que el flujo sea repartido en más 
tuberías permite que se manejen mayores caudales por esta tubería; sin embargo esta 
válvula nunca pudo ser llevada al límite pues al manejar un mayor caudal se tendía a 
rebosar el  tanque del vertedero. Por lo tanto es probable que las velocidades con la cual se 
realizaron las mediciones no fuera lo suficientemente altas para generar pérdidas por 
fricción significativas. 

Sin embargo esto no explica el hecho de que las primeras mediciones  hayan arrojado 
resultados coherentes. En términos generales se no se puede establecer que los resultados 
obtenidos en esta tubería sean lo suficientemente claros como para llegar a alguna 
conclusión valida. 

A continuación se muestra los resultados de la rugosidad absoluta obtenida para las 3 
primeras mediciones realizadas en la tubería de hierro, pues estos fueron los resultados en 
los cuales no se encontraron rugosidades negativas 

 

Tubería de Polietileno 

Días Transcurridos 

Rugosidad Absoluta 

k

s

 (mm) 

Valor Teórico 

0.15 

17 

0.25 

18 

0.18 

22 

0.41 

Tabla 18"Rugosidad promedio Hierro Galvanizado". 

 

6.2 Resultados Biológicos

 

Los resultados de las pruebas biológicas se, se dividen en el análisis de los testigos que 
permite determinar el espesor de la capa biológica y su velocidad de desarrollo, y el análisis 
microbiológico que permite confirmar la presencia de microrganismos  en las tuberías. 

 

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Facultad de Ingeniería 
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones de Acueducto y Alcantarillado - CIACUA 
Determinación experimental del crecimiento de biopelículas bajo 
condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

73 

 

IAMB 201410 

6.2.1 Resultados de análisis de testigos
 

El análisis de los testigos comenzó a realizarse  35 días después  de que empezó a funcionar 
el modelo, pues se estimó que la biopelícula  tendría un espesor cuantificable después de 
haberse formó durante un mes. A continuación se presentarán los resultados  obtenidos a 
partir del análisis de los testigos de borde y cabeza para cada una de las tuberías 

6.2.1.1 Testigos de PVC
  

Los testigos de PVC fueron los únicos testigos nuevos que se diseñaron para este modelo. 
Es importante recalcar que todos los testigos de centro del montaje fueron retirados  2 veces  
y cada vez que fueron retirados, se limpiaron antes de ser colocados de nuevo en la tubería, 
mientras que los testigos de cabeza nunca fueron  limpiados;  por lo tanto en los testigos de 
cabeza se pudo determinar el crecimiento constante de la película biológica. A continuación 
se presentara los resultados de los espesores medidos en los testigos de Borde o de cabeza y 
en los testigos de centro. 

Las gráficas que permiten determinar el espesor de los testigos de cabeza  de PVC se 
realizadas a partir de la siguiente tabla. 

 

Cálculos testigos de Cabeza 

Fecha de medición 

Días transcurridos 

peso biomasa(gr) 

espesor (cm) 

espesor (mm) 

espesor 

(μm

22/05/2014 

35 

0.7289

0.014

0.140

140.790

27/05/2014 

38 

0.7836

0.015

0.151

151.356

29/05/2014 

40 

0.9069

0.017

0.175

175.172

03/06/2014 

43 

0.9072

0.017

0.175

175.230

06/05/2014 

46 

0.8261

0.015

0.159

159.565

 

Tabla 19 "Resultados testigos de Cabeza PVC". 

 

A  partir de los resultados obtenidos  en esta tabla se traza la curva del espesor de la 
biopelícula en el testigo de cabeza de la tubería de PVC 

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

74 

 

IAMB 201410 

 

Gráfica 13 "Espesor de biopelícula testigos de cabeza PVC". 

Por cuestiones de tiempo limitado  para realizar  la recolección de información a partir de 
los testigos,  solo se pudo  determinar el comportamiento de las biopelículas en los testigos 
durante un período de un poco más de 10 días. Como las mediciones se iniciaron después 
de 35 días de funcionamiento  del  modelo se supone que la biopelícula ya existía en los 
testigos cuando se realizaron las mediciones. En  la Gráfica 13 se puede ver  como el 
máximo espesor de la biopelícula es de casi 180 μm  y que a partir del día 42 ocurrido un 
evento de desprendimiento que redujo el espesor de la biopelícula. 

 A partir de  los valores de la siguiente tabla se desarrollaron las gráficas del espesor de las 
biopelículas en los testigos de centro. 

120

130

140

150

160

170

180

190

200

30

35

40

45

50

Espesor

 Biopelícula

 (

μ

m)

Días Transcurridos

Espesor Biopélicula tubería PVC testigos de 

Cabeza

Cálculos testigos de Centro 

Fecha de 

Medición 

Dias 

Transcurridos 

Promedio 

Testigos 

Promedio testigos 

pares 

Promedio Testigos 

impares 

22/05/2014 

35 

342.303

423.515

261.091

27/05/2014 

38 

184.386

208.289

148.5317

28/05/2014 

39 

165.994

228.928

124.038

29/05/2014 

40 

118.529

143.499

93.559

03/06/2014 

43 

94.557

88.432

100.682

06/05/2014 

46 

85.605

81.174

90.037

Tabla 20"Resultados cálculos testigos de centro PVC". 

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Determinación experimental del crecimiento de biopelículas bajo 
condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

75 

 

IAMB 201410 

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

30

32

34

36

38

40

42

44

46

48

50

Espesor

 Bipelícula

 (

μ

m)

Días transcurridos

Espesor Biopelícula testigos de centro Tubería de PVC

Espesor promedio de la biopelícula en los testigos de centro

Espesor promedio de la biopelícula en los testigos de centro PARES

Espesor promedio de la biopelícula en los testigos de centro IMPARES

La Gráfica 13 muestra como a partir del  momento en el cual lo testigos fueron retirados 
por primera vez y lavados su espesor disminuyó considerablemente hasta estabilizarse en 
un valor cercano a los 100 μm. 

 

 

 

 

Gráfica 14 "Espesor testigos de centro PVC".

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

76 

 

IAMB 201410 

‐8.00

‐6.00

‐4.00

‐2.00

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

30

35

40

45

50

Ve

lo

ci

d

ad

 de

 desarr

ollo

 (

μ

/día)

Días transcurridos

Velocidad de desarrollo en tubería de PVC

En la  Gráfica 14 se puede ver como el espesor de los testigos de  centro pares es un poco 
mayor al del espesor promedio y el de los testigos pares. En los primeros testigos 
analizados se encontró una biopelícula de un espesor tan considerable porque ya había  
transcurrido más de un mes desde el momento en el que se prendió el modelo. 

A partir de  los resultados obtenidos en los testigos de cabeza se puede obtener la velocidad 
de desarrollo de los testigos de PVC  con los datos presentados en la siguiente tabla. 

 

Espesor 

(μm

)

 

Fecha de medición 

Días 

Transcurridos 

Δ espesor 

Diferencia de días 

Velocidad de 

desarrollo 

0.00 

30/03/2014 

‐ 

‐ 

‐ 

140.79 

22/05/2014 

35 

140.79

35 

4.02 

151.36 

27/05/2014 

38 

10.57

3.52 

175.17 

29/05/2014 

40 

23.82

11.91 

175.23 

03/06/2014 

43 

0.06

0.02 

159.57 

06/05/2014 

46 

‐15.66

‐5.22 

Tabla 21 "Resultados cálculos velocidad de desarrollo biopelícula testigos de PVC" . 

Gráfica 15"velocidad de desarrollo biopelícula tubería de PVC".

 

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

77 

 

IAMB 201410 

210.000

215.000

220.000

225.000

230.000

235.000

240.000

245.000

250.000

255.000

32

34

36

38

40

42

44

46

48

Espesor

 Biopelícula

 (

μ

m)

Dias Transcurridos

Espesor Biopélicula tubería Polietileno

Habría sido conveniente analizar los testigos de PVC durante un mayor período de tiempo 
para tener más claro el comportamiento de la velocidad de desarrollo de la biopelícula. Lo 
que se puede concluir de los días analizados es que a partir del día 40 ocurrido un evento en 
el que el espesor de la biopelícula comenzó a disminuir en un periodo corto de tiempo. 

6.2.1.2 Testigos de Polietileno
 

Los testigos de polietileno habían sido  utilizados por (Navarrete, 2012) y (Díaz, 2014) por 
lo cual fueron limpiados antes de poner a funcionar el modelo nuevo. Los resultados de los 
testigos de esta tubería se muestran a  continuación. 

 

Tabla 22 "Resultados cálculos testigos de cabeza Polietileno". 

  

  

Cálculos testigos de Cabeza 

  

  

Fecha de medicón  Días transcurridos 

peso biomasa (gr) 

espesor (cm) 

espesor (mm) 

espesor 

(μm

22/05/2014 

35 

0.965 

0.023 

0.226 

226.313 

27/05/2014 

38 

0.966 

0.023 

0.226 

226.478 

29/05/2014 

40 

0.975 

0.023 

0.229 

228.659 

03/06/2014 

43 

0.905 

0.021 

0.212 

212.311 

06/05/2014 

46 

1.065 

0.025 

0.250 

249.838 

Gráfica 16 "Espesor de biopelícula testigos de cabeza polietileno".

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

78 

 

IAMB 201410 

Gráfica 17"Espesor de biopelícula testigos de centro Polietileno".

0.000

50.000

100.000

150.000

200.000

250.000

300.000

350.000

400.000

450.000

500.000

30

32

34

36

38

40

42

44

46

48

50

Espesor

 Biopelícula

  (

μ

m)

Días  transcurridos

Espesor  Biopelícula testigos de centro Tubería de Polietileno

Espesor promedio de la biopelícula en los testigos de dentro
Espesor promedio de la biopelícula en los testigos de  centro PARES
Espesor promedio de la biopelícula en los testigos  de centro IMPARES

Si se compara el espesor de la biopelícula  que estaba formada inicialmente en los testigos 
de  cabeza de Polietileno, se puede ver que su espesor  era 225 μm, mucho mayor que el 
espesor de la biopelícula que s e había formado en los testigos de cabeza de la tuberías de 
PVC.   

 En la siguiente tabla se muestran los resultados obtenidos del análisis de los testigos de 
centro de la tubería de Polietileno: 

 

Tabla 23 " Resultados cálculos testigos de centro Polietileno". 

Cálculos testigos de Centro 

Fecha de Medición  Dias Transcurridos  Promedio Testigos  Promedio testigos pares 

Promedio Testigos impares 

22/05/2014 

35 

417.406 

424.522 

410.291 

27/05/2014 

38 

424.828 

455.953 

378.139 

28/05/2014 

39 

345.230 

418.371 

296.469 

29/05/2014 

40 

342.680 

435.328 

250.032 

03/06/2014 

43 

208.864 

237.109 

180.619 

06/05/2014 

46 

215.785 

213.923 

217.647 

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Facultad de Ingeniería 
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones de Acueducto y Alcantarillado - CIACUA 
Determinación experimental del crecimiento de biopelículas bajo 
condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

79 

 

IAMB 201410 

‐10.000

‐5.000

0.000

5.000

10.000

15.000

30

32

34

36

38

40

42

44

46

48

50

Ve

lo

ci

d

ad

 de

 desarr

ollo

 (

μ

/día)

Días transcurridos

Velocidad de desarrollo de Biopelícula en tubería de 

Polietileno

Velocidad de desarrollo de Biopelícula en tubería de Polietileno

 

 

El espesor de la capa biológica  que se encontraba inicialmente en los testigos de centro de 
la tubería de Polietileno  tenía un orden de magnitud similar al de la capa encontrada en la 
tubería de PVC según la Gráfica 14. Al igual que con la tubería de PVC se puede apreciar 
como el espesor promedio de los testigos pares es un poco mayor que el de los otros 
testigos. Tanto en los testigos de PVC como en lo de Polietileno hay una tendencia 
decreciente  que se debe al hecho de que transcurrió muy poco tiempo entre la primera y la 
segunda revisión de los testigos, esto impidió que la biopelícula se regenerara. Por ultimo 
en la Gráfica 17 se puede ver como el espesor de las 3 mediciones de testigos tiende a 
estabilizarse en un valor cercano a 200 μm. 

Los análisis de la velocidad de desarrollo obtenida en para la biopelícula de la tubería de 
Polietileno se presentan a continuación: 

Espesor 

(μm

)

 

Fecha de 

medición 

Días 

Transcurridos 

Δ espesor 

Diferencia de días 

Velocidad de desarrollo 

0.00 

30/03/2014 

‐ 

‐ 

‐ 

226.31 

22/05/2014 

35 

226.313

35 

6.466 

226.48 

27/05/2014 

38 

0.164

0.055 

228.66 

29/05/2014 

40 

2.181

1.091 

212.31 

03/06/2014 

43 

‐16.348

‐5.449 

249.84 

06/05/2014 

46 

37.527

12.509 

Tabla 24"Resultados cálculos velocidad de desarrollo de la tubería de Polietileno". 

Gráfica 18 "Velocidad de desarrollo tubería de Polietileno".

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Determinación experimental del crecimiento de biopelículas bajo 
condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

80 

 

IAMB 201410 

150.000

170.000

190.000

210.000

230.000

250.000

270.000

290.000

32

34

36

38

40

42

44

46

48

Espesor

 Biopelícula

 (

μ

m)

Dias Transcurridos

Espesor Biopélicula tubería Hierro Galvanizado

6.2.1.3Testigos de Hierro Galvanizado
 

Los resultados biológicos obtenidos en la tubería de Hierro son mucho más coherentes que 
los resultados hidráulicos obtenidos previamente para esta tubería.  De acuerdo con el  
análisis de espesores se puede apreciar que para los testigos de cabeza el espesor 
determinado de la capa biológica es superior  al de las biopelículas formadas en las otras 2 
tubería, y tiende  estabilizarse en un esperar de 270 μm.  

 

Cálculos testigos de Cabeza 

Fecha de medicón 

Días transcurridos 

peso biomasa gr 

espesor cm 

espesor mm 

espesor 

(μm

22/05/2014 

35 

1.2100 

0.025 

0.248 

248.325 

27/05/2014 

38 

1.2300 

0.025 

0.252 

252.430 

29/05/2014 

40 

1.2800 

0.026 

0.263 

262.691 

03/06/2014 

43 

1.2834 

0.026 

0.263 

263.389 

06/05/2014 

46 

1.3000 

0.027 

0.267 

266.796 

Tabla 25 "Resultados Cálculos testigos de Cabeza hierro Galvanizado" . 

Gráfica 19 "Espesor biopelícula  tubería de Hierro Galvanizado".

 

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

81 

 

IAMB 201410 

150.000

200.000

250.000

300.000

350.000

400.000

450.000

500.000

30

32

34

36

38

40

42

44

46

48

50

Espesor

 Bipelícula

 (

μ

m)

Días transcurridos

Espesor Biopelícula testigos de centro Tubería de Hierro 

Galvanizado

Espesor promedio de la biopelícula en los testigos de centro
Espesor promedio de la biopelícula en los testigos de centro PARES
Espesor promedio de la biopalícula testigos de centro IMPARES

Por otro  lado el análisis del espesor calculado en los testigos impares muestra un espesor 
inicial un poco menor al de las otras 2 tuberías. Sin embargo en los resultados  obtenidos en 
la Gráfica 20 se puede apreciar que  hay más de un evento claro de crecimiento de la capa 
biológica y finalmente el espesor se estabiliza en entre 250 y 300 μm que es más alto que 
los valores de las otras tuberías.  

 

 

Cálculos testigos de Centro 

Fecha de Medición 

Dias Transcurridos 

Promedio Testigos 

Promedio testigos pares 

Promedio Testigos impares 

22/05/2014 

35 

381.794

366.599 

396.988

27/05/2014 

38 

440.251

451.344 

423.612

28/05/2014 

39 

433.177

481.816 

400.752

29/05/2014 

40 

275.704

300.509 

250.899

03/06/2014 

43 

236.646

252.896 

220.395

06/05/2014 

46 

278.478

267.546 

289.410

Tabla 26"Resrultado cálculos testigos de centro Hierro Galvanizado". 

Gráfica 20 "Espesor de biopelícula testigos de centro Hierro Galvanizado".

 

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Determinación experimental del crecimiento de biopelículas bajo 
condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

82 

 

IAMB 201410 

‐1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

32

34

36

38

40

42

44

46

48

Ve

lo

ci

d

ad

 de

 desarr

ollo

 (

μ

/día)

Días transcurridos

Velocidad de desarrollo de Biopelícula en tubería 

de Hierro Galvanizado

Velocidad de desarrollo de Biopelícula en tubería de Hierro…

Con respecto a la velocidad de desarrollo de biopelícula  calculada para los datos obtenidos 
en esta tubería se encontró una variabilidad mayor que en el análisis desarrollado en las 
otras  tuberías. Lo cual indica una actividad mayor de la biopelícula formada en esta tubería 
pues según las Gráficas 20 y 21 se ve que esta  se desprende y crece en períodos de tiempo 
más cortos que las otras tuberías, aunque estos procesos de desprendimiento y crecimiento 
no sean  de una magnitud considerable. Sin embargo el período total de análisis fue 
bastante corto por lo tanto es recomendable hacer un seguimiento durante más tiempo. Los 
resultados del análisis de la velocidad de desarrollo se muestran a continuación. 

 

 

Espesor 

(μm

)

 

Fecha de medición 

Días 

Transcurridos 

Δ espesor 

Diferencia de días 

Velocidad de 

desarrollo 

0.00 

30/03/2014 

‐ 

‐ 

‐ 

140.79 

22/05/2014 

35 

140.79

35 

4.02 

151.36 

27/05/2014 

38 

10.57

3.52 

175.17 

29/05/2014 

40 

23.82

11.91 

175.23 

03/06/2014 

43 

0.06

0.02 

159.57 

06/05/2014 

46 

‐15.66

‐5.22 

Gráfica 21"Resultado cálculos velocidad de desarrollo Hierro Galvanizado" 

Gráfica 22 "Velocidad de desarrollo biopelícula Hierro Galvanizado".

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Determinación experimental del crecimiento de biopelículas bajo 
condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

83 

 

IAMB 201410 

0

50

100

150

200

250

300

30

32

34

36

38

40

42

44

46

48

50

Espesor

 Bíoplicula

 (

μ

m)

Días transcurridos

Espesor promedio Bipelícula Testigos de Cabeza

Testigos de Polietileno

Testigos de HG

Testigos de PVC

6.2.1.4 Resultados generales
 

En términos generales del análisis desarrollado con  los testigos se puede  ver que a pesar 
de las altas velocidades que transcurrieron durante toda la fase experimental del estudio, en 
todas las tuberías  hubo formación de películas biológicas independientemente del material. 

En las tres tuberías analizadas el espesor  inicial de los testigos de centro fue mayor al de 
los testigos de cabeza; sin embargo después de retirar los testigos de centro y limpiarlos se 
vio que su espesor tendía  a estabilizarse en un valor cercano al de los testigos de cabeza. 

Se podría pensar que el espesor de las tuberías de Hierro y Polietileno que habían  sido 
utilizadas con anterioridad  podría estar relacionado con la presencia de quistes o residuos 
de biopelículas viejas que hayan contribuido a formar  estas capas más rápidamente y con 
mayores espesores. Sin embargo la tubería de PVC era una tubería completamente nueva y  
se formó una biopelícula con espesores similares a los de las otras dos tuberías en los 
testigos de centro. 

Las Gráficas 23 y 25 permiten  comparar  los espesores de las biopelícula formadas en cada 
una de las tuberías. 

Gráfica 23"Compración de espesores testigos de cabeza".

 

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

84 

 

IAMB 201410 

 

En la Gráfica 23 se puede apreciar como la tubería  que produce una biopelícula de mayor 
espesor es la tubería de Hierro Galvanizado, mientras que la tubería de PVC  permite que se 
formen las películas biológicas de menor espesor. Por otro lado los espesores  de la tubería 
de polietileno son de un tamaño bastante similar a los de la tubería de Hierro. En general se 
puede ver que durante el período de toma de datos el espesor de las biopelículas formadas 
en las tuberías de los tres materiales no varió mucho. 

Si se comparan los espesores  representados en la gráfica 23 con los espesores encontrados 
por  Oscar Díaz (Díaz, 2014), “Gráfica 24” que utilizo  2 tuberías que hacen parte del 
mismo modelo  se encontró que los espesores  de  todas las biopelículas son un poco 
mayores. 

 

Gráfica “ 24 Comparación espesores testigos de Cabeza" (Díaz, 2014) 

Con respecto a  la comparación de los espesores  hallados  en las biopelículas formadas en 
los testigos de centro, se pudo determinar que al igual que en los testigos de borde el 
espesor  de la biopelícula de la tubería de Polietileno es  bastante similar al de la tubería de 

0

50

100

150

200

250

300

210

220

230

240

250

260

270

280

290

300

Espesor

 Biopelícula

 (

μ

m)

Recirculación (días)

Testigo de Borde

Acero
Galvanizado
Polietilieno

PVC

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

85 

 

IAMB 201410 

0.000

50.000

100.000

150.000

200.000

250.000

300.000

350.000

400.000

450.000

500.000

30

32

34

36

38

40

42

44

46

48

50

Espesor

 Bíoplicula

 (

μ

m)

Días transcurridos

Espesor promedio biopelícula Testigos de Centro

Espesor Biopelícula testigos de Polietileno

Espesor Biopelícula testigos de HG

Espesor Biopelícula testigos tubería PVC

Hierro. Mientras que el espesor de la  biopelícula formada en la tubería de Polietileno 
continúa siendo el menor  

 

 

El análisis de la velocidad de desarrollo  de las biopelículas formadas en las tres tuberías se 
puede ver en la Gráfica 27. De esta gráfica se rescata  que alrededor del día 40 cuando se 
realizó una limpieza de testigos las biopelícula la velocidad  de desarrollo se vio afectada 
seriamente pues el espesor de la capa biológica disminuyo considerablemente. Sin embargo 
la biopelícula formada en la tubería de Polietileno empezó a desarrollarse mucho más 
rápido que  la de los otros materiales. Por otro lado la biopelícula de la tubería de Hierro no 
se vio tan afectada y  mantuvo una velocidad de desarrollo similar a la tenía originalmente 
mientras que la tubería de polietileno disminuyó considerablemente  su velocidad de 
desarrollo a partir del día 40. 

Gráfica 25" Comparación de espesores de biopelícula testigos de centro". 

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

86 

 

IAMB 201410 

‐8.000

‐6.000

‐4.000

‐2.000

0.000

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

14.000

34

36

38

40

42

44

46

48

Ve

lo

ci

d

ad

 de

 desarr

ollo

 de

 Biopelícula

 

m/dias

 tr

anscurridos)

Días transcurridos

Velocidad de desarrollo biopelícula tubería de Polietileno
Velocidad de desarrollo biopelícula tubería de HG
Velocidad de desarrollo biopelícula tubería de  PVC

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

30

32

34

36

38

40

42

44

46

48

50

Espesor

 Bíoplicula

 (

μ

m)

Días transcurridos

Espesor promedio testigos de cabeza Polietileno

Espesor promedio testigos de cabeza HG

Espesor promedio testigos de cabeza PVC

Espesor promedio testigos de cetro Polietileno

Espesor promedio testigos de centro HG

Espesor promedio testigos de centro PVC

La comparación entre los espesores medidos en todos  los testigos se presenta en la Gráfica 
26 

Gráfica 27" Comparación velocidad de desarrollo de biopelículas".

 

Gráfica 26"Comaparción  de espesores de las biopelículas en todos los testigos medidos.

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

87 

 

IAMB 201410 

0

100

200

300

400

500

600

700

800

35

36

37

38

39

40

Espesor

 Bíoplicula

 (

μ

m)

Días transcurridos

Espesor promedio Biopelícula formada en los  testigos de 

cabeza  con respécto al espesor de la subcapa laminar 

viscosa δ' en la tubería de PVC entre los días 35 y 40

Espesor Biopelícula testigos de Polietileno

δ' 

0.305δ'

6.1δ'

En la gráfica 26 se superponen  los espesores promedios de los testigos de centro y borde 
de todas  las  tuberías que hacían parte del modelo experimental. 

Finalmente con el objetivo de comparar el espesor de la biopelícula determinada por medio 
del análisis de los testigos con  el espesor de la subcapa laminar viscosa calculado con el 
análisis hidráulico a partir de las Ecuaciones 5, 6 y 7. Este análisis se desarrolló únicamente 
para las tuberías de Polietileno y PVC pues los testigos fueron medidos al final del 
desarrollo del proyecto y los resultados hidráulicos obtenidos para la tubería de Hierro 
durante este período no son lo suficientemente  claros. 

 

En esta grafica que  muestra el comportamiento de la subcapa laminar viscosa y el espesor 
de la biopelícula en la tubería de PVC entre los días 35 y 40 se puede ver que la subcapa 
laminar viscosa se encuentra entre 0.305δ´y 6.1 δ´  por lo tanto las condiciones de flujo son 
de un flujo hidráulicamente transicional. Adicionalmente se puede apreciar que el espesor 

Gráfica 28"Comapración del espesor de la subcapa laminar  viscosa con el espesor de la biopelícula tubería PVC".

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

88 

 

IAMB 201410 

0

200

400

600

800

1000

1200

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

Espesor

 Bíoplicula

 (

μ

m)

Días transcurridos

Espesor promedio Bipelícula formada en los testigos de cabeza
con respécto al espesor de la subcapa laminar viscosa "δ'" en la
tubería de Polietileno entre los días 30 y 46

Espesor Biopelícula testigos de PVC

δ' 

0.305δ'

6.1δ'

de la biopelícula se encontraba por encima de la subcapa laminar viscosa, lo que 
significaría que la biopelícula se ve beneficiada por las condiciones del flujo turbulento  a 
altas velocidades y no solamente ocupó la subcapa laminar viscosa sino que encuentra por 
fuera de esta.  

Al igual que con la tubería de PVC la subcapa laminar viscosa que se forma en la tubería de 
Polietileno entre los días 30 y 45  tiene un espesor que permite definir el comportamiento 
del flujo, como hidráulicamente transicional. Por otro lado se puede ver que  el espesor de 
la biopelícula se encuentra muy cerca al límite de la subcapa laminar viscosa. Es importante 
recordar que los resultados obtenidos en las Gráficas 28 y 29 corresponden a un periodo de 

Gráfica 29" Comparación espesor dela subcapa laminar viscosa con el espesor de la biopelícula tubería de Polietileno".

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condiciones de alta velocidad en tuberías de distribución de agua potable 
 

89 

 

IAMB 201410 

tiempo muy corto y están basados en los promedios de varias mediciones por lo tanto estas 
graficas están sujetas a cierta incertidumbre. 

6.2.2 Resultados Análisis Microbiológico
 

El análisis microbiológico realizado a las tuberías  del montaje consistió en  tomar 6 
muestras de cada una de las tuberías y enviarlas   a los laboratorios de Ingeniería Ambiental 
para  que fueran analizadas y se pudiera cuantificar la cantidad de microorganismos 
presentes en estas. 

Las muestras se tomaron con aplicadores  , se tomó una muestra de cada uno de los testigos 
de cabeza y la pared de la tubería cercana al testigo. Este mismo procedimiento también se 
realizó para el testigo 12 y el testigo 24 completando  un total de 6 muestras para cada 
tubería. Los aplicadores con las muestras se guardaron en bolsas plásticas herméticas  que 
fueron  enviadas  al  laboratorio  de Ingeniería Ambiental de la Universidad de los Andes 
para su análisis. El análisis de las muestras fuer desarrollado por Carolina Piamonte bajo la 
asesoría de Juliana Martínez . 

El análisis de  microbiológico se realizó  utilizando un medio de cultivo R2A (Scharlau) 
que permite la detección de una gran variedad de microorganismos. Este medio también es 
propicio para garantizar el crecimiento de microrganismos que habitan biopelículas o 
sistemas de distribución de agua potable,  estresados bajo los efectos de la temperatura y el 
cloro.  

Los pasos desarrollados desarrollar el cultivo de los microorganismos en el medio son los 
siguientes (CIIA, 2014) 

1. 

Introducir los hisopos con biopelículas en preparación de peptona para nutrirlos  

2. 

Colocar en el Shaker para que suelte la biopelícula 

3. 

Preparar el medio R2A  

4. 

Generar diluciones hasta -4 de cada muestra 

5. 

Cultivar por siembra en superficie 

6. 

Incubar por 24 horas 

7. 

Lectura de resultados 

Los resultados obtenidos se muestran en la siguiente tabla: 

 

 

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90 

 

IAMB 201410 

Muestra 

Tipo de 

Dilución 

Análisis 

Coloración

Resultado 

HG 

‐4 

Heterótrofos 

Blanca 

Incontable UFC/ml 

Polietileno 

‐4 

Heterótrofos 

Blanca 

Incontable UFC/ml 

PVC 

‐4 

Heterótrofos 

Blanca 

Incontable UFC/ml 

Tabla 27"Resutados pruebas microbiológicas de laboratorio" (CIIA, 2014) 

Los resultados muestran como las concentraciones de microorganismos encontradas en las 
muestras provenientes de cada una de las tuberías presentan, una cantidad incontable de 
microorganismos. Esto comprueba la presencia de las películas biológicas en todas las 
tuberías del modelo. 

Las imágenes de los cultivos desarrollados en el laboratorio se muestran a continuación 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura  44 "Resultados cultivo de las muestras dela tubería 

de polietileno (CIIA, 2014).

 

Figura  43"Resultados cultivo de las muestras de la 

tubería de PVC" (CIIA, 2014).

 

Figura  45"Resultados cultivo de las muestras de la tubería 

de Hierro Galvanizado" (CIIA, 2014).

 

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91 

 

IAMB 201410 

7.  Conclusiones  

 

  A pesar de que se desarrolló un  método  cuidadoso y adecuado para realizar la toma 

de  mediciones en el  modelo, no se pudo obtener resultados  hidráulicos coherentes 
en la tubería de Hierro Galvanizado. Sin embargo los resultados obtenidos en las 
tuberías de  PVC y Polietileno son acordes con los resultados obtenidos en muchos 
de los proyectos  realizados previamente en montajes similares en la Universidad de 
los Andes 

  El hecho de que el primer tramo de las tuberías de Polietileno y Hierro esté 

compuesto por una tubería de PVC con  algún tipo de unión  hace que las 
condiciones del flujo sean diferentes a las que se esperarían si la longitud total  
fuera del mismo material. Esto hace que  las condiciones de flujo de la tubería de 
PVC no sea igual a la de las otras 2 tuberías.  

  El uso de piezómetros para realizar la determinación de las pérdidas de energía en el 

sistema es tedioso y está muy expuesto a generar errores considerables. El sistema 
es bastante sensible y cualquier complicación en algún piezómetro puede interferir 
fuertemente en los resultados  de la caída de presión medida. Por lo tanto sería 
preferible utilizar sensores diferenciales de presión. 

  La medición con testigos es complicada pues se requiere detener el movimiento del 

flujo en el modelo, además no permite discriminar entre películas biológicas y 
cualquier otro tipo de formación que se pueda dar en la superficie de las tuberías 
como  formaciones de películas minerales. 

  El estudio permitió corroborar los resultados obtenidos previamente por el 

CIACUA en los cuales se afirmaba que uno de los efectos que produce   la 
presencia de películas biológicas en las tuberías de distribución de agua potable  es 
el aumento de la rugosidad absoluta “k

s

” del  material.  Para el PVC se obtuvo que 

el promedio de las rugosidades absolutas obtenidas para todas las mediciones se 
encontraba un  3600 % por encima del valor de la rugosidad teoría del material, 
mientras que para el Polietileno y el Hierro Galvanizado estuvo un 1400% y un 90% 
por encima de su valor teórico correspondiente. Es importante recordar que el 
porcentaje de la tubería de Hierro corresponde únicamente a las 3 primeras 
mediciones realizadas en la tubería, pues el resto de mediciones no arrojaron 
resultados coherentes. 

  La medición de muchos valores con velocidades parecidas en el mismo material 

permitió reafirmar  que a relación entre el factor de fricción y el número de 
Reynolds es incongruente en el diagrama de Moody a causa de la presencia de 
biopelículas (Trujillo, 2011). Dado que los resultados obtenidos en el presente 

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92 

 

IAMB 201410 

estudio demuestran que para todos los materiales hay una variación muy grande de  
los valores del factor de fricción para la misma velocidad y el mismo número de 
Reynolds, lo cual no es congruente. 

  Las condiciones de flujo a altas velocidades no impiden la formación de películas 

biológicas en las superficies de las tuberías pues  los resultados del análisis de los 
testigos y el análisis biológico permitieron determinar la presencia de biopelículas 
en la tubería de PVC  que no había sido utilizada  en ningún otro montaje y estaba 
hecha del material menos rugoso. 

  Tanto en la tubería de PVC como en la de Polietileno se encontró  que el espesor de 

la biopelícula en los testigos de cabeza puede llegar a ser superior  al espesor de la 
subcapa laminar viscosa, a pasear de las condiciones claramente establecidas de un 
flujo turbulento hidráulicamente transicional con altas velocidades. Esto indica que 
la turbulencia generada  por el flujo  a velocidades elevadas  tiene un efecto más 
relacionado con la transferencia de nutrientes entre el flujo y la subcapa laminar 
viscosa, que beneficia el desarrollo de las películas biológicas, que un efecto de 
desprendimiento de material biológico anidado en la superficie de las tuberías. 

  En los testigos impares de centro se encontraron espesores  de biopelículas con un 

mayor orden de magnitud, que en los testigos de cabeza. En general hubo una 
tendencia de encontrar  espesores mayores en los testigos ubicados hacia el centro 
del montaje que en los testigos ubicados cerca  los tanques del vertedero.  

  A pesar de que  se trabajó con concentraciones de cloro un poco más elevadas  que 

las que están estipuladas por la norma técnica colombiana durante algunos 
intervalos de tiempo, y se recrearon condiciones de flujo de máxima velocidad 
aparentemente adversas para la proliferación de microrganismos, no se pudo evitar 
la formación de películas biológicas. Este hecho  hace que se deba investigar más 
respecto al tema pues altas velocidades y desinfectantes comunes no pueden 
exterminar efectivamente este tipo microorganismos  bajo las condiciones recreadas 
en el montaje, pues la subcapa laminar viscosa parece ser un ambiente idóneo para 
este tipo de organismos. 

  Las pruebas microbiológicas raspando tuberías son la única forma de comprobar la 

veracidad del análisis de espesores obtenido  a partir de las mediciones de los 
testigos. Si este tipo de análisis no se realiza no se puede determinar con certeza si 
el aumento en la masa de los testigos es producto de la formación de las 
biopelículas. 
 

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93 

 

IAMB 201410 

8.  Recomendaciones 

 

  Se debe procurar que todas las tuberías estén conectadas directamente al tanque de 

distribución sin conexiones intermedias, divisiones o uniones que puedan modificar 
el comportamiento del flujo. 

  Los piezómetros deben ser calibrados muy cuidadosamente, y la utilización de 

herramientas más modernas como caudalímetros  y  sensores diferenciales de 
presión pueden mejorar la calidad el trabajo realizado, disminuyendo el error de 
medición y optimizando el tiempo de toma de datos, permitiendo dedicar más 
tiempo al análisis de los resultados obtenidos. 

  El hecho de que el flujo permanezca estático  gran parte del tiempo en el modelo a 

pesar de la aplicación de cloro, propicia a un deterioro considerable de la calidad del 
agua por lo tanto fomentando la formación de biopelículas. Debe idearse una forma 
de garantizar que el montaje dure más tiempo en funcionamiento si se quiere 
cuantificar el crecimiento real de las películas biológicas bajo las condiciones de 
flujo estudiadas. 

  Se pueden realizar pruebas microbiológicas  que no se limiten únicamente a contar 

la cantidad de microrganismos sino que determinen cuales de los organismos 
encontrados en las biopelículas tienen un mayor riesgo de generar efectos en la 
salud 

  Se requiere de un análisis desarrollado en un período de tiempo mucho mayor para 

encontrar resultados más precisos con respecto al desarrollo de las biopelículas en 
tuberías bajo flujos de alta velocidad.  

 

 

 

 

 

 

 

 

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94 

 

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9.  Bibliografía 

A. Camper, M. B. (1999). Development and structure of drinking water biofilms and 

techniques for their study. Journal of Applied Microbiology Symposium 
Supplement
, 1s-12s. 

Ávila, H., & Clavijo, W. (s.f.). Renovación y rehabilitacion de redes de distribución de 

agua potable y de alcantarillado. XX Congreso Latinoamericano de Hidráulica.  

Bernal, M. A. (2009). Reglas de operación para el desprendimiento de biopelículas en 

sistemas de distribucuión de agua potable. Bogotá D.C. 

CIACUA. (2009). Investigacion sobre los factores que generan la formacipón, crecimiento 

y posterior desprendimiento de biopeliculas en las redes matrices de acueducto. 
Bogota. 

CIIA. (2014). Resultados muestras biopelículas. Bogota D.C. 

Dolan, R. (2002). Biofilms: Microbial life on surfaces: Biofilm structure. Emerging 

Infectious Diseases

Donoso, A. (2009). Efecto de los materiales de las tuberias en la generación de 

biopelículas en redes de distribución de agua potable. Bogotá. 

Dunling Wang, R. C. (2010). Bacteriological challenges to asbestos cement water 

distribution pipelines. Journal of enviromental sciences, 1203-1208. 

Duque, O. R. (2014). La influecncia del material de las tuberías en el crecimeinto de 

películas bacterianas. Bogotá D.C. 

Echavarría, M. A. (2003). Influencia del crecimiento de biopelículas sobre la rugosidad 

absoluta en tuberías presurizadas. Modelo físico y conceptual. Tesis, Universidad 
de los Andes., Bogotá. 

Gamarra, A. V. (2005). Influencua de los materiales de las tuberias en el crecimiento de 

biopeliculas en las redes de distribución de agua a presión. Bogotá. 

Hernández, M. X. (2010). Modelacion de biopelículas en redes de distribución de agua 

potable alimentadas con carbono orgánico biodegradable. Bogota. 

J Chandy, M. A. (2001). Determination of nutrients limiting biofilm formation and the 

subsequent impact on disinfectant decacy. Water Research, 2677-2682. 

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95 

 

IAMB 201410 

Keinanen, M. (2006). Functions of drinking water pipe materials, reason or result of water 

quality? 8th Annual Water Distribution System Analysis Symposium. Cincinnati . 

Martin Francis Lambert, R. W. (2009). The Impact of Biofilm Development on Pipe 

Roughness and Velocity Profile. World Environmental and Water Resources 
Congress 2009
. Great Rivers: ASCE. 

Morales, L. T. (2013). Efecto de la velocidad de flujo sobre el crecimiento u 

desprendimiento de biopelículas alimentadas con CODB mediante pastos en redes 
de distribución de agua potable .
 Bogotá D.C. 

Navarrete, S. C. (2012). Modelación Física de biopelículas en redes de distribución de 

agua potable alimentadas con carbono organico disuelto. Bogotá D.C. 

Niquette Patrick, P. S. (2000). Impacts of pipe materials on densities of fixed bacterial 

biomass in a drinking water distribution system. Water Research, 1951-1956. 

Reynolds, K. (s.f.). La vida en el sisema de disrtribución: Monitoreando los potenciales de 

formación de biopelículas. Agua Latinoamerica

Saldarriaga, J. (2007). Hidráulica de Tuberías: abastecimiento de aguas, redes, riegos. 

Bogotá: AlfaOmega. ISBN 978-958-682-680-8 

Trujillo, M. X. (2011). Modelación física de biopeículas en redes de distibución de agua 

potable alimentadas con carbono organico disuelto. Bogotá D.C. 

Vargas, T. M. (2012). Biopelículas alimentadas con COBD mediante pastos: Dinámica de 

crecimiento y desprendimiento en sistemas de distribución de agua potable. Bogotá 
D.C. 

Zsuzsa Ludmany, M. B. (2006). Evaluation of biofilms occuring in drinking distribution 

systems of Balantonfured. Chemicals as intentional and accidental global 
environmental threats
, 501-507. 

 

 

 

 

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10. Anexos 

a.  Cálculo hidráulico tipo

 

A partir de  los datos  diligenciados en  el formato de datos mostrado en la figura  41 , se 
realizaron los siguientes cálculos  para cada caudal medido 

A partir de la temperatura media de 24.8 °C  se tiene que: 

μ= 0.000895 Kg/ms 

ρ= 997.12 Kg

/

 m

ν= 8.952E‐7  m

2

/s

 

de acuerdo con  la  tabla de las propiedades del agua 

Con la ecuación del vertedero se calcula una velocidad 

Q =0.0085(H‐H

0

)

2.46   

= 0.0085*(34.37‐10.78)

 2.46   

= 20.484L/s 

A= 0.008798m

20.484L

s

1000L

m

0.008798m

 2.328  / 

 

 

∆ 1

0.930m

0.762m

0.168 m 

∆ 2

0.886

0.800

0.066   

∆ 3

0.870

0.831

0.039 m 

∆ 4

0.883

0.795

0.088 m  

 

H

.

.

.

 .

 

0.090 m  

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Se sabe que la longitud entre piezómetros es de 2.1 m por lo tanto se puede 
calcular el factor de fricción 
  

f

H ∙

d

l

2g

0.090  ∙

0.1058m

2.10m

∙ 2 ∙

9.81 m

s

2.328 m

s

0.016 

 

1.  Cálculo de número de Reynolds. 

 

Re

d
μ

∙ ρ

2.328

m

s

0.1058m

0.000895

kg

ms

∙ 997.12

kg

m

3

275284.707

 
 

2.  Cálculo de la rugosidad absoluta. 

 
A partir de los anteriores resultados se calcula la rugosidad absoluta 
correspondiente a ese factor de fricción utilizando la ecuación de Colebrook-
White.  
 

1

√f

2 ∙ log

k

3.7d

2.51

Re√f

→ k

3.7 ∗ d 10

. ∙√

2.51

Re ∙ √f

3.7 ∗ 0.1058m 10

. ∙√ .

2.51

275284.707 ∙ √0.016

.000022 m 

  Ejemplo cálculo de espesor de la subcapa laminar  viscosa para el mismo valor  se 

muestra a continuación 
 

τ

d
4

∙ ρg ∙

H

l

0.1058m

4

∙ 997.12

kg

m

3

∙ 9,81

m

s

0.090 m

2.10m

11.123

Kg

ms

 

τ

ρ

11.123

Kg

ms

997.12

kg

m

3

0.105

m

s

 

δ

11.6 ∙

μ

∗ ρ

11.6 ∙

0.000895

kg

ms

0.105 m

s ∙ 997.12

kg

m

3

∙ 1000000

98.315μm 

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b.  Tabla propiedades del Agua

 

Temperatura (°C) 

Densidad (kg/m3) 

Viscosidad 

dinámica           

(kg / m*s) 

Viscosidad 

cinemática (m2/s) 

x 10‐6 

999.92 

0.001779 

1.778940 

999.96 

0.001725 

1.725059 

999.98 

0.001528 

1.528041 

10 

999.69 

0.001319 

1.319587 

15 

999.10 

0.001147 

1.147544 

20 

998.22 

0.001005 

1.006363 

25 

997.07 

0.000888 

0.890982 

30 

995.69 

0.000793 

0.796827 

35 

994.08 

0.000716 

0.719810 

40 

992.26 

0.000651 

0.656328 

45 

990.25 

0.000597 

0.603266 

50 

988.07 

0.000551 

0.557997 

55 

985.71 

0.000511 

0.518378 

60 

983.21 

0.000475 

0.482754 

65 

980.56 

0.000441 

0.449956 

70 

977.77 

0.000410 

0.419304 

75 

974.85 

0.000381 

0.390600 

80 

971.81 

0.000354 

0.364137 

85 

968.64 

0.000330 

0.340693 

90 

965.34 

0.000310 

0.321532 

95 

961.92 

0.000297 

0.308405 

100 

958.36 

0.000291 

0.303550 

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A
h

c.  T

A continuación 
hoja de cálculo a

 

Tabla de Cálc

se presentara un

anexa en un cd 

ulos Hidrául

na tabla con algu

icos definitiv

unos de los resu

vos

ultados hidráuliccos obtenidos el l resto de  los daatos se pueden v

99 

ver en la 

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100 

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105 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Tablas

 

 

 

 

 

 

 

 

d.  Ta

s de medicio

Medicione

 

abla de cál

ones de testig

es Testigos P

culos real

gos realizada

Polietileno 

izados con

as 

n los testiggos

106 

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 

 

 

 

 

 

 

 

Medicione

 

es Testigos H

Hierro Galvaanizado 

107 

 

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 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Medicione

 

es Testigos P

PVC 

108 

 

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 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cálculos te

 

estigos Polieetileno 

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 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cálculos te

 

estigos Hierrro Galvanizaado 

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 

 

 

 

 

 

 

 

Cálculos te

 

estigos PVC 

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e.  M

 

Mediciones reealizadas de temperaturaa

112 

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