Dinámica de la formación de depósitos de óxidos de manganeso

Establecer el estado del arte sobre el fenómeno de la depositación de óxidos de manganeso en las redes de distribución de agua potable.

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Andrea Hernández Alviar 

Proyecto de Grado en Ingeniería Ambiental 

  

 

Universidad de los Andes 

Facultad de Ingeniería 

Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 

 

 

 

Proyecto de Grado 

Ingeniería Ambiental 

 

Dinámica de la formación de depósitos de óxidos de manganeso en 

las redes de distribución de agua potable 

 

Presentado por: 

Andrea Hernández Alviar 

 

Asesor: 

Ing. Juan G. Saldarriaga 

Bogotá D.C., junio de 2012 

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Universidad de los Andes 
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 

Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Dinámica  de  la  formación  de  depósitos  de  óxidos  de  manganeso  en  las 
redes de distribución de agua potable. 

 

IAMB  201210 

 

 

Andrea Hernández Alviar 

Proyecto de Grado en Ingeniería Ambiental 

 

 

 

 

 

 

Dinámica de la formación de depósitos de óxidos de 

manganeso en las redes de distribución de agua 

potable. 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Dinámica  de  la  formación  de  depósitos  de  óxidos  de  manganeso  en  las 
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ii 

Agradecimientos 

 

Agradezco a mi familia por su confianza y apoyo incondicional. 

A  mi  asesor  de  proyecto  de  grado,  el  ingeniero  Juan  Saldarriaga  por  su  apoyo  durante  todo  el 

semestre,  por  dedicar  parte  de  su  tiempo  a  guiarme  y  a  brindarme  recomendaciones  que  me 

ayudaron a llevar a cabo el documento de manera satisfactoria. 

Finalmente agradezco a los integrantes del CIACUA que me brindaron información y documentos 

muy amablemente cada vez que lo necesité. 

 

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Dinámica  de  la  formación  de  depósitos  de  óxidos  de  manganeso  en  las 
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iii 

Contenido

 

 

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

1.1 

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

1.1.1 

Objetivo general .......................................................................................................... 3 

1.1.2 

Objetivos específicos ................................................................................................... 3 

Marco teórico .............................................................................................................................. 5 

2.1 

Depósitos dentro de tuberías .............................................................................................. 5 

2.2 

Naturaleza y tipos de depósitos .......................................................................................... 5 

2.3 

Depósitos de óxidos de manganeso .................................................................................... 8 

2.4 

Transporte de los óxidos dentro de una tubería ................................................................. 9 

2.5 

Fenómeno de coloración de agua potable ........................................................................ 10 

Normativa vigente para la calidad de agua respecto a Mn

2+

 .................................................... 12 

3.1 

Normativa internacional. .................................................................................................. 13 

3.1.1 

Organización Mundial de la Salud ............................................................................. 13 

3.1.2 

EPA (United States Enviromental Protection Agency) .............................................. 13 

3.1.3 

Norma Francesa ........................................................................................................ 14 

3.2 

Normativa nacional. .......................................................................................................... 14 

3.2.1 

Resolución 2115 de 2007 .......................................................................................... 14 

Naturaleza de los depósitos de óxidos de manganeso en las redes de distribución de agua 

potable. ............................................................................................................................................. 15 

4.1 

Origen químico .................................................................................................................. 15 

4.1.1 

Cinética de la formación de los depósitos de óxidos de manganeso de origen 

químico dentro de la tubería de agua potable.......................................................................... 17 

4.2 

Origen biológico ................................................................................................................ 24 

4.2.1 

Cinética de la formación de los depósitos de óxidos de manganeso de origen 

biológico dentro de la tubería de agua potable. ....................................................................... 26 

Características del agua en la fuente para que se produzcan depósitos de óxidos de 

manganeso en la tubería. .................................................................................................................. 28 

Formación de depósitos de óxidos de manganeso en las tuberías. ......................................... 30 

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iv 

6.1 

Sedimentación ................................................................................................................... 31 

6.2 

Fuerzas dinámicas ............................................................................................................. 32 

6.2.1 

Fuerzas de Van der Waals ......................................................................................... 33 

6.2.2 

Fuerza electrostática ................................................................................................. 35 

Desprendimiento de las partículas de óxidos de manganeso en las tuberías. ......................... 37 

7.1.1 

Abrasión .................................................................................................................... 38 

7.1.2 

Erosión ....................................................................................................................... 38 

7.1.3 

Desprendimiento en masa ........................................................................................ 39 

7.1.4 

Depredación .............................................................................................................. 40 

Efecto de los materiales de las tuberías en la formación y desprendimiento de los depósitos 

de óxidos de manganeso. .................................................................................................................. 42 

8.1 

Tuberías de PVC................................................................................................................. 42 

8.2 

Tuberías de hierro ............................................................................................................. 44 

Mecanismos de remoción y lavado de los depósitos de óxidos de manganeso dentro de la 

tubería. .............................................................................................................................................. 47 

9.1 

Lavado hidráulico .............................................................................................................. 47 

9.1.1 

Lavado convencional ................................................................................................. 48 

9.1.2 

Lavado unidireccional ................................................................................................ 50 

10  Casos de estudio........................................................................................................................ 52 

10.1  Bogotá, Colombia .............................................................................................................. 52 

10.2  Tegucigalpa, Honduras ...................................................................................................... 55 

10.3  Costa Dorada, Australia ..................................................................................................... 56 

10.4  Aproximación a los casos de Tibitoc y La Concepción ...................................................... 60 

11  Conclusiones.............................................................................................................................. 63 

12  Referencias ................................................................................................................................ 67 

 

 

 

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Lista de Figuras 

 

Figura 1. Dinámica de las partículas en una red de distribución de agua potable. ............................ 7 

Figura 2. Gráfica en escala semi-logarítmica de la oxidación de Mn

2+

 ............................................. 21 

Figura 3. Gráfica en escala semi-logarítmica de la oxidación de Mn

2+

 ............................................. 22 

Figura 4. Gráfica de la oxidación de Mn

2+

 en función de la dosificación .......................................... 23 

Figura 5. Predicción de las concentraciones de las especies producidas ......................................... 23 

Figura 6. Esquema de la trayectoria de las partículas depositadas por sedimentación. .................. 32 

Figura 7. Formación de depósitos de óxido de manganeso según condiciones de velocidad de flujo.

 ........................................................................................................................................................... 33 

Figura 8. Esquema de la adhesión de una esfera-superficie..………. ................................................. 34 

Figura 9. Depósitos de óxidos formados en una conducción de agua potable de hierro. ................ 45 

 

Lista de Tablas 

 

Tabla 1. Comparación de relaciones molares de las plantas de Tibitoc y La concepción. ................ 61 

 

Lista de Ecuaciones 

 

Ecuación 1. Ecuación de la cinética de la reacción de oxidación del manganeso soluble en agua con 

cloro. ................................................................................................................................................. 19 

Ecuación 2. Reacción de producción de óxido de manganeso mediante cloro. ............................... 20 

Ecuación 3. Reacción de producción del ligando Mn-MnO

2.

 ............................................................ 20 

Ecuación 4. Reacción de producción de óxido de manganeso mediante ligando Mn-MnO

2

. .......... 20 

Ecuación 5. Ecuación de la cinética microbiana de oxidación y reducción del manganeso . ........... 26 

Ecuación 6. Integración y separación de variables de la ecuación de la cinética microbiana de 

oxidación y reducción del manganeso .............................................................................................. 26 

Ecuación 5. Cálculo de la fuerza de Van der Waals. .......................................................................... 34 

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Dinámica  de  la  formación  de  depósitos  de  óxidos  de  manganeso  en  las 
redes de distribución de agua potable. 

 

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Proyecto de Grado en Ingeniería Ambiental 

1  Introducción 

 

El manganeso es el segundo metal más abundante de la Tierra y se encuentra naturalmente como 

manganeso soluble en agua, Mn

2+

. Éste no se oxida con el simple contacto con el aire a pH neutro, 

por lo cual, en las plantas de potabilización, se debe incluir un proceso químico de oxidación para 

removerlo  (Mathews,  1947;  Sly,  et  al.,  1990;  Cerrato,  et  al.,  2006).  Dado  que  el  proceso  de 

remoción no es del todo satisfactorio y eficiente en algunas plantas de potabilización debido a la 

lentitud en su proceso de oxidación a partir de agentes oxidantes, el manganeso soluble se filtra a 

las  redes  de  distribución  de  agua  potable,  donde  logra  oxidarse  tanto  biológica  como 

químicamente,  de  valencia  +2  a  +3  y  +4,  siendo  el  +4  en  forma  de  MnO

2

  el  más  común.  La 

oxidación  química  se  produce  por  medio  de  reacciones  químicas  con  algunos  halógenos,  tales 

como  el  cloro,  dióxido  de  cloro,  permanganato  de  potasio,  peróxidos  u  ozono,  entre  otros,  los 

cuales se utilizan comúnmente para la desinfección del agua en el tratamiento (Cerrato, 2005). La 

oxidación biológica se produce por medio de microorganismos bacterianos que viven y crecen al 

interior  de  la  tubería,  los  cuales  son  capaces  de  oxidar  el  elemento.  Los  productos  de  ambas 

reacciones  forman  óxidos  de  manganeso  insolubles  en  agua,  partículas  sólidas  capaces  de 

adherirse a las paredes internas de la tubería por medio de diferentes mecanismos, los cuales se 

expondrán en el cuerpo del documento. 

Los óxidos producidos viajan a través de la red matriz hasta que se depositan en las paredes de la 

misma,  formando  películas  minerales  de  óxidos  de  manganeso.  Dichos  depósitos  disminuyen  la 

eficiencia del transporte del agua potable por la conducción en su recorrido hasta el consumidor, 

debido a la disminución del diámetro de la tubería, causando así una restricción en el flujo de agua 

(Sly,  et  al.,  1990).  Por  otro  lado,  el  desprendimiento  de  los  mismos  se  ve  reflejado  en  el  agua 

suministrada a los usuarios finales, dado que adquiere un color café turbio, mal olor y sabor, y por 

ende  causa  problemas  acéticos  y  el  descontento  de  la  comunidad  con  la  prestación  del  servicio 

(Boxall & Saul, 2005). 

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Dinámica  de  la  formación  de  depósitos  de  óxidos  de  manganeso  en  las 
redes de distribución de agua potable. 

 

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Los  óxidos  de  manganeso  tienen  la  capacidad  de  absorber  iones  metálicos  divalentes,  como  el 

hierro (Sly, et al., 1990) y otros.  De esta manera, dichos óxidos logran co-depositarse y co-existir 

con otros tipos de óxidos y de partículas metálicas sobre las superficies internas de las tuberías de 

la  red,  haciendo  intercambio  de  electrones  y  convirtiéndose  en  un  aglomerado  complejo  y,  en 

ocasiones,  llega  inclusive  a  ser  un  factor  importante  de  los  problemas  de  corrosión  (Mathews, 

1947). 

El  mayor  propósito  u  objetivo  de  las  compañías  prestadoras  del  servicio  de  agua  potable  a  una 

comunidad es proveer de agua con la mejor calidad posible, que cumpla con todos los estándares 

establecidos y que garantice la seguridad de la misma, para así mantener la salud pública. De esta 

manera,  se  pretende  que  los consumidores  se encuentren satisfechos con el servicio prestado y 

que,  por  consiguiente,  se  produzcan  la  menor  cantidad  de  quejas  posibles.  Sin  embargo,  el 

tratamiento adecuado del agua cruda y el hecho de lograr niveles de concentración de elementos 

como el manganeso  soluble  por  debajo  de  la  norma al  finalizar  el  proceso  de  potabilización,  no 

garantiza  que  el  agua  llegue  con  la

 

misma  calidad  inicial  al  recorrer  las  largas  distancias  por  las 

diferentes tuberías hasta llegar al grifo del usuario (Alere & Hanaeus, 1997). 

A  pesar  de  la  implementación  de  normas  y  estándares  exigentes  que  regulan  concentraciones 

máximas permisibles tanto de hierro como de manganeso en su forma soluble (Fe

3+ 

y Mn

2+

) en el 

agua potabilizada para así garantizar una calidad del agua adecuada, se producen muchos eventos 

de  coloración  del  agua  y,  por  consiguiente,  quejas  de  los  usuarios  a  las  empresas

 

de  acueducto 

prestadoras del servicio.  

La formación de depósitos  compuestos de óxidos de manganeso y su posterior desprendimiento 

varía  de  acuerdo  con  las  propiedades  del  agua  captada  en  la  planta,  la  época  del  año,  las 

condiciones hidráulicas de flujo dentro del sistema, la temperatura, el pH, el diámetro del tubo, así 

como también al material y la edad de la tubería (Cook & Boxall, 2011; Mathews, 1947; Cerrato, 

2005;  Sly,  et  al.,  1990).  Lo  anterior  indica  que  las  partículas  dentro  de  las  distintas  redes  de 

distribución de cada región se comportan de manera única y diferente. 

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redes de distribución de agua potable. 

 

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El fenómeno que desata los eventos de la coloración del agua potable se ha estudiado de manera 

profunda y extensa durante los últimos años, pues es uno de los mayores problemas sin solución 

preventiva que tienen la mayoría de acueductos a nivel mundial. Sin embargo, a pesar de que se 

han  invertido  muchos  esfuerzos  en  el  tema,  no  se  ha  llegado  a  resultados  concretos  en  la

 

modelación del comportamiento de los óxidos dentro de las redes, siendo todavía una incógnita a 

resolver cuándo y en qué punto de la red se depositan exactamente dichos óxidos, para así poder 

implementar mecanismos de  lavado y prevención  antes de  que  estos se  desprendan de  manera 

natural,  evitando  así  que  a  los  usuarios  les  llegue,  de  manera  sorpresiva,  el

 

agua  con 

características desagradables. 

 

1.1  Objetivos 

 

Para realizar un documento de la calidad deseada se deben establecer objetivos, tanto generales 

como específicos, los cuales orientan el rumbo de la investigación para así obtener los resultados 

esperados. 

 

1.1.1  Objetivo general 

 

Establecer el estado del arte sobre el fenómeno de la depositación de óxidos de manganeso en las 

redes de distribución de agua potable. 

 

1.1.2  Objetivos específicos 

 

Para  lograr  un  desarrollo  completo  y  detallado  del  estado  del  arte  sobre  el  fenómeno  de 
depositación  de  los  óxidos  de  manganeso  dentro  de  las  tuberías  de  las  redes  matrices  de 
distribución del agua potable, se deben cumplir los siguientes objetivos específicos: 

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redes de distribución de agua potable. 

 

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Andrea Hernández Alviar 

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Determinar  cuáles  son  las  características  del  agua  en  la  fuente  que  favorecen  que  el 

manganeso  se  oxide  y  se  deposite  en  las  tuberías  de  las  redes  de  distribución  de  agua 

potable (RDAP). 

 

 

Identificar los efectos de los materiales de las tuberías de las RDAP (hierro y PVC) en los 

depósitos de óxidos de manganeso. 

 

 

Definir  cuáles  son  los  mecanismos  de  formación  y  desprendimiento  de  los  depósitos  de 

óxidos de manganeso en las RDAP. 

 

 

Establecer las cinéticas de la formación de óxidos de manganeso de origen tanto químico 

como biológico. 

 

 

Plantear  los  diferentes  mecanismos  de  remoción  y  lavado  de  depósitos  de  óxidos  de 

manganeso en las RDAP. 

 

 

Explicar el fenómeno de coloración de agua y exponer los diferentes eventos históricos del 

mismo en Colombia y en el mundo. 

 

 

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2  Marco teórico 

 

Para lograr una contextualización del estado del arte de la dinámica de los depósitos de óxidos de 

manganeso en las redes de distribución de agua potable, se explican los conceptos básicos en los 

cuales se fundamentará el contenido de la investigación. 

 

2.1  Depósitos dentro de tuberías 

 

Los  depósitos  en  las  tuberías  de  las  redes  de  distribución  de  agua  potable  son  cúmulos  o 

segregaciones de material particulado, de distinta naturaleza, los cuales viajan por medio del flujo 

de agua. A través de determinados mecanismos, los conglomerados se adhieren a las paredes de 

la  conducción  y  posteriormente  logran  un  estado  de  total  reposo,  dando  lugar  a

 

una  interface 

entre el fluido y el tubo (Ávila Duque & González Ramírez, 2005). 

La formación de películas minerales y su posterior desprendimiento depende de condiciones tanto 

químicas como físicas de la red matriz: las condiciones hidráulicas del fluido y del tipo de material 

de la tubería, edad de la tubería, tiempo de residencia, concentración de cloro residual y, para el 

caso biológico, concentración de oxígeno disuelto y cantidad de nutrientes  (Wricke, et al., 2007;  

Cerrato, et al., 2010). 

 

2.2  Naturaleza y tipos de depósitos 

 

Las partículas que conforman los depósitos pueden tener distintos tamaños, densidades y, como 

se mencionó anteriormente, también numerosos orígenes: tanto de fuentes externas como de las 

propias del proceso del potabilización (Vreeburg & Boxall, 2007). 

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Dinámica  de  la  formación  de  depósitos  de  óxidos  de  manganeso  en  las 
redes de distribución de agua potable. 

 

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Por  un  lado,  las  partículas  de  origen  externo  son  aquellas  concentraciones  de  material  orgánico 

y/o inorgánico en la fuente de agua o reservorio que no logra ser removido en su totalidad por los 

procesos  utilizados  en  la  remoción  de  sólidos  suspendidos  totales,  tales

 

como  floculación, 

sedimentación  y filtración,  entre otros  (Wricke, et al., 2007; Vreeburg, et al., 2004;  Vreeburg, et 

al., 2008). 

Por  otro  lado,  son  diversas  las  rutas  por  las  cuales  ingresa  o  se  produce  el  material  particulado 

originado por el proceso de potabilización, entre las cuales está la filtración de partículas a la red 

provenientes  de  compuestos  utilizados  en  alguna  etapa  del  proceso  de  la  planta,  como,  por 

ejemplo, pequeños flocs resultantes del proceso de floculado o arena u otras partículas utilizadas 

en  los  filtros.  Así mismo, dentro  de  la tubería  se  llevan  a  cabo  reacciones  químicas  con  agentes 

oxidantes  (desinfectantes)  que  oxidan  elementos  solubles  en  agua,  convirtiéndolos  en  material 

insoluble  capaz  de  conglomerarse  y  posteriormente  depositarse,  al  igual  que  ocurren  procesos 

biológicos  en  los  cuales  microorganismos  que  crecen  en  la  tubería  son  capaces  de  oxidar 

elementos específicos, generando la misma consecuencia (Wricke, et al., 2007) (Dickinson & Pick, 

2002).  También  ocurre  el  fenómeno  de  corrosión  húmeda  en  las  tuberías  y  accesorios  que 

conforman  la  red  matriz,  como  resultado  de  las  reacciones,  electroquímicas  en  el  caso  de  la 

corrosión de tuberías metálicas y químicas en tuberías no metálicas (Bilurbina, et al., 2003), entre 

el  material  del  conducto y  el  medio  que  lo  rodea,  a través  de  intercambio  de  electrones.  Como 

consecuencia, el material de  la conducción se  degrada y se ven alteradas las propiedades  físico-

químicas.  Así mismo, se forman depósitos irregulares de óxidos en las paredes circundantes de las 

tuberías (Snoeyink & Wagner, 1996).  

Existen dos tipos de  depósitos en una red  de  distribución de agua potable:  los formados por las 

fuerzas  de  fricción  y  los  formados  por  las  fuerzas  de  cohesión.  Los  depósitos  friccionales  son 

aquellos  que  se  adhieren  a  la  pared  de  la  conducción  por  medio  de  la  fricción  que  ejerce  el 

contacto  partícula-partícula  y  partícula-superficie  (Ávila  Duque  &  González  Ramírez,  2005).  Las 

fuerzas  que  actúan  sobre  el  conglomerado  en  contacto  con  una  superficie  son:  la  tangencial 

aportada por la velocidad del flujo, la fuerza de fricción en la dirección contraria al flujo, la fuerza 

normal aportada por la presión y la fuerza gravitacional; las últimas dos perpendiculares al plano 

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por el que viaja el fluido (en direcciones opuestas). Las fuerzas proporcionadas por el rozamiento 

entre  dos  cuerpos  y  la  gravedad  son  fijas  y  dependen  únicamente  de  la  naturaleza  de  los 

materiales en contacto y de la masa del depósito respectivamente, por lo cual, para

 

que se logre 

una  condición  de  reposo,  las  componentes  normal  y  tangencial  deben  tener  determinado  valor 

para que la suma de las fuerzas en el eje x y en eje y sea igual a cero. Los depósitos friccionales 

forman una cama de sedimentos en el fondo de la tubería y, al disminuir la presión ejercida sobre 

las paredes, las fuerzas se debilitan y

 

dicha cama se desprende del material. 

Por  otro  lado,  los  depósitos  cohesivos  son  aquellos  donde  se  generan  enlaces  fuertes  entre 

partícula y partícula de óxidos y, así mismo, con la superficie interna de las redes. Los depósitos 

cohesivos son mucho más estables que los friccionales, y su estabilidad es gobernada por la fuerza 

cortante  ejercida  por  el  flujo  del  fluido  (Boxall  &  Saul,  2005).  Los  depósitos  en  las  redes  de 

distribución de agua potable son tanto de tipo friccional como cohesivo. En la parte inferior de los 

tubos  se  puede  encontrar  el  componente  friccional  formada  por  sedimentación  y  quimiostasis 

(para los biológicos), al igual que el componente cohesivo. Por el contrario, las películas minerales 

halladas en la parte superior de la conducción son cohesivas, formadas por mecanismos de fuerzas 

dinámicas y quimiostasis (para los biológicos) (Boxall & Saul, 2005; Sly, et al., 1988). 

 

Figura 1. Dinámica de las partículas en una red de distribución de agua potable (Boxall & Saul, 2005). 

 

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2.3  Depósitos de óxidos de manganeso 

 

La  red  de  distribución  de  agua  potable  simula  un  reactor  donde  en  su  interior  ocurren  varios 

procesos,  tanto  químicos  como  físicos  y  biológicos.  El  agua  tratada  transportada  por  dicha  red 

contiene  manganeso  diluido,  en  concentraciones  que  se  determinan  según  las  características  y 

propiedades  del  agua  cruda,  incapaz  de  ser  removido  en  la  planta  de  tratamiento.  El  elemento 

sufre procesos oxidativos por medio de los cuales se convierte en óxido de manganeso sólido, e 

interactúa con el medio hasta volverse un depósito o película mineral. 

Los depósitos de óxidos de manganeso que se encuentran en la superficie interna de una red de 

distribución de agua potable son de naturaleza tanto química como biológica. Como se mencionó 

anteriormente,  al  interior  de  las  conducciones  ocurren  reacciones  de  oxidación  de  elementos 

solubles en el agua, como lo es el manganeso Mn

2+

 en su estado natural, por medio de los residuos 

del  agente  utilizado  para  la  desinfección  de  la  planta,  como  son  el  cloro,  dióxido  de  cloro, 

permanganato de potasio, ozono, entre otros. Al oxidarse, el compuesto formado es de carácter 

sólido,  insoluble  en  agua,  que  viaja  con  el  flujo  por  las  conducciones  hasta  que,  por  medio  de 

ciertos mecanismos, se deposita en sus paredes. 

Por  otro  lado,  los  depósitos  de  naturaleza  biológica  se  producen  debido  al  crecimiento  de 

bacterias capaces de oxidar el Mn

2+

y colonizar las paredes internas de las tuberías. Algunas de los 

géneros  bacterianos  con  características  manganeso-oxidativas  que  se  localizan  en  las  redes  son: 

Bacillus spp., bacterias gram positivas presentes en el medioambiente de manera natural, algunas 

especies  con  capacidad  oxidativa  y  reductiva  (Cerrato,  et  al.,  2010),  Hyphomicrobium,  bacterias 

gram  positivas  comúnmente  encontradas  en  conducciones  (Sly,  et  al.,  1988),  Gallionella, 

Leptothrix y Siderocapsa, entre otras (Dickinson & Pick, 2002).  

 

El  contenido  de  cloro  residual  en  la  red  inhibe  el  crecimiento  de  las  bacterias  oxidativas  del 

manganeso,  al mismo tiempo que  estimula la reacción química para la producción de  óxidos de 

manganeso (Cerrato, et al., 2010). 

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redes de distribución de agua potable. 

 

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 El óxido de manganeso más comúnmente encontrado en los depósitos adyacentes a las paredes 

de las tuberías de las redes de distribución de agua potable es el dióxido de manganeso (MnO

2

). 

 

2.4  Transporte de los óxidos dentro de una tubería 

 

Los  óxidos  formados  al  interior  de  las  redes  de  distribución  de  agua  potable  se  transportan  a 

través  de  las  conducciones  por  medio  del  flujo  de  agua  potable,  el

 

cual  actúa  como  fluido 

transportador. El transporte de masa de los óxidos a lo largo de la red se da por medio de difusión 

y  advección. Por  un  lado,  la  velocidad en  las  cercanías  de  las  paredes  de  los  tubos  es  cercana  a 

cero y se produce transporte difusivo. Por el contrario, la velocidad es máxima en el eje del tubo y 

en sus alrededores más próximos, donde se lleva a cabo un transporte por advección (Ávila Duque 

& González Ramírez, 2005). 

Las  partículas  se  empiezan  a  unir  entre  sí  viajando  por  advección  con  el  fluido  a  lo  largo  de  la 

tubería,  hasta  alcanzar  las  vecindades  de  las  paredes  del  tubo,  donde  viajan  por  difusión  hasta 

conseguir el reposo y convertirse en depósitos formados en las paredes internas circundantes a la 

conducción, donde se adhieren a las superficies por medio de diferentes mecanismos. 

El  transporte  de  las  partículas  de  óxidos  que  previamente  se  convierten  en  depósitos  es  de 

carácter cíclico, pues una vez el depósito esté en estado de reposo absoluto adherido a las paredes 

de  la  tubería,  éste  se  re-suspende  y  sigue  viajando  con  el  flujo  de  agua  hasta  que  nuevamente 

alcanza  el  estado  de  reposo  y  así  sucesivamente.  El  ciclo  termina  cuando  se  lleva  a  cabo  un 

mecanismo de remoción y lavado de depósitos (Capítulo 8) o cuando éstos logran viajar y llegar 

hasta  el  grifo  del  usuario  final,  donde  se  convierte  en  un  problema  de  orden  estético  y  de 

inconformismo de los consumidores. 

La  suspensión  y  re-suspensión  de  los  depósitos  tanto  friccionales  como  cohesivos  se  produce 

cuando hay un cambio repentino en el comportamiento hidráulico del fluido dentro de las tuberías 

y, por consiguiente, un aumento en el esfuerzo cortante sobre los depósitos; de esta manera, los 

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depósitos fijados en la superficie se desprenden y siguen el rumbo del agua hasta que nuevamente 

las fuerzas ejercidas sobre dicho fluido se igualan y se vuelve a detener por completo (Vreeburg, et 

al., 2004). 

 

2.5 

Fenómeno de coloración de agua potable

 

 

Se  conoce  como  coloración  del  agua  potable  al  fenómeno  de  desprendimiento  de  material 

particulado  de  diferentes  características,  tales  como  tamaños,  densidades  y  orígenes.  Las 

partículas más relacionadas con los eventos de coloración son los óxidos de hierro y manganeso 

oxidados  dentro  de  la  tubería,  ya  sea  por  medio  de  reacciones  químicas  con  desinfectantes, 

corrosivas u oxidaciones biológicas.  

La coloración del agua  se produce por un cambio drástico y atípico en las condiciones hidráulicas 

del  flujo  como,  por  ejemplo,  un  inesperado  crecimiento  en  la  demanda,  el  restablecimiento  del 

servicio tras un racionamiento, la reparación de algún elemento, entre otros. Dichas alteraciones 

al servicio normal de la red, producen un incremento del esfuerzo cortante que se describe como 

la fuerza que actúa en un área de la pared del tubo perpendicular a la dirección del flujo (Cook & 

Boxall,  2011),  el  cual  genera  un  desprendimiento,  principalmente  constituido  por  partículas  de 

depósitos minerales de manganeso y hierro adheridos a las paredes de las tuberías. Visto de otra 

manera,  la  coloración  del  agua  ocurre  por  la  movilización  de  material  de  una  capa  cohesiva 

adherida, por la acción de fuerzas dinámicas y por la gravedad (Cook & Boxall, 2011). Los sólidos 

viajan a lo largo de la tubería y algunos son capaces de volverse a adherir, pero otros llegan al grifo 

de los consumidores en forma de agua turbia (Boxall & Saul, 2005). 

Un evento de coloración del agua es muy difícil de prevenir, ya que éste se visualiza únicamente 

cuando  el  agua  llega  a  su  destino  final  y  empiezan  a  surgir  quejas  de  los  usuarios  del  sistema, 

porque  el  agua  suministrada  tiene  un  color  entre  rojo,  café  y  negro.  Se  ha  estudiado  mucho  el 

tema desde años atrás para así lograr prevenir que el agua con color llegue a los usuarios finales; 

sin  embargo,  hasta  el  momento  nadie  ha  podido  construir  un  modelo  confiable  y  certero  para 

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conocer  los  segmentos  exactos  de  tubería  donde  se  depositan  los  óxidos  encargados  de 

proporcionar  el  color  indeseable  al  agua  potable,  para  posteriormente  poder  implementar  los 

mecanismos de remoción y lavado en las áreas indicadas en el momento adecuado antes de que 

se desprendan de manera natural. 

La  coloración  del  agua,  como  se  ha  mencionado,  es  causada  por  la  presencia  de  partículas  que 

fluyen en el agua, la cual es medida en términos de turbiedad y color verdadero y aparente. Sin 

embargo,  los  estudios  realizados  en  el  tema  han  demostrado  que  las  mediciones  de  turbiedad 

altas están directamente relacionada con los eventos de turbiedad ocurridos y que las mediciones 

de  color  verdadero  y  aparente  no  muestran  resultados  significativos  de  causalidad  (CIACUA 

(Centro de Investigación de Acueductos y Alcantarillados), 2009; Vreeburg & Boxall, 2007; Cook & 

Boxall, 2011). 

 

 

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12 

3  Normativa vigente para la calidad de agua respecto a Mn

2+

 

 

El acceso al consumo de agua potable es catalogado como un derecho humano básico, dado que 

dicho  recurso  es  un  elemento  esencial  y  vital  para  los  seres  humanos.  Sin  embargo,  el  agua 

requiere  un  tratamiento  previo  para  que  el  recurso  sea  seguro,  potable  y  no  cause  efectos 

adversos  a  la  salud  ni  problemas  de  orden  estético.  Para  esto,  se  debe  tener  en  cuenta  la 

reducción de sustancias tanto físicas y químicas como microbiológicas, hasta un límite establecido 

y conocido como seguro, según la legislación del país en el cual se encuentre ubicado el proceso. 

La Organización Mundial de la Salud (OMS) ha diseñado la “Guía para la calidad de agua potable” 

con el fin de proteger la salud pública ante el consumo de agua potable. Las directrices establecen 

concentraciones  máximas  permisibles  de  sustancias,  microorganismos  y  propiedades  físicas  que 

no  tienen  riesgo  para  la  salud  humana.  Los  criterios  propuestos  por  la  OMS  son  pautas  que  los 

países toman como base a la hora de realizar su propia legislación para regular la calidad del agua; 

sin embargo, los valores límite pueden ser adoptados o no, pues en muchas ocasiones los países

 

son más laxos o más estrictos. 

Las  normas  de  calidad  del  agua  potable  permiten  hacer  un  monitoreo  de  contaminantes  por  la 

autoridad  ambiental  del  país,  para  así  tener  un  control  de  los  servicios  públicos  prestados  a  la 

población. Generalmente, los países desarrollados tienen políticas de calidad de agua potable más 

estrictas que los países de tercer mundo y países en vía de desarrollo, pues está demostrado que 

al  tener  una  mejor  calidad  en  la  prestación  y  suministro  de  servicios  públicos,  como  el 

abastecimiento de agua potable y saneamiento, aumenta el desarrollo económico de un país por 

una razón fundamentalmente: la disminución de los costos destinados a asistencia sanitaria, pues 

las enfermedades causadas por consumo de agua contaminada decrecen sustancialmente (WHO, 

2011). 

A  continuación  se  describen  los  valores  límite  de  concentraciones  de  la  norma  colombiana  y  las 

principales normativas internacionales, como lo son la de la OMS, de la EPA y la de Francia. 

 

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13 

3.1 

Normativa internacional.

 

 

Algunas de las normas más representativas a nivel mundial son, como se mencionó anteriormente, 

las de la OMS, las de Estados Unidos propuesta por la EPA y las de Francia. 

 

3.1.1  Organización Mundial de la Salud 

 

El manganeso no es regulado en la “Guía para la calidad de agua potable” de la OMS, dado que el 

elemento  no  causa  problemas  de  salud  en  los  niveles  encontrados  en  el  agua  potable.  Una 

concentración de 0,4 mg de Mn/L es necesaria para que una persona tenga efectos adversos en la 

salud (WHO, 2011). Sin embargo, se menciona que niveles mayores a 0,1 mg/L causan problemas 

de orden estético, con un cambio de color y sabor en el agua, pues con estos

 

niveles se producen 

asentamientos y películas de manganeso en las tuberías y su posterior desprendimiento produce 

quejas de los consumidores. 

 

3.1.2  EPA (United States Enviromental Protection Agency) 

 

La EPA es la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos, fundada en 1970  con el fin de 

proteger  la  salud  de  los  humanos  y  la  del  medio  ambiente  por  medio  de  normas  que  permitan 

llevar a cabo su misión. La EPA es la entidad encargada de dirigir y liderar las ciencias ambientales 

de  la  nación  estadounidense;  es  la  máxima  autoridad  ambiental  norteamericana.  Dicha  agencia 

regula la calidad del agua potable por medio de la “National Primary Drinking Water Regulation” 

de 2009, donde se indica un valor límite máximo de manganeso de 0,05 mg/L. 

 

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Dinámica  de  la  formación  de  depósitos  de  óxidos  de  manganeso  en  las 
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14 

3.1.3  Norma Francesa 

 

Francia, al igual que Estados Unidos, es uno de los países líderes a nivel mundial en términos de 

regulación de la calidad de agua potable suministrada a la población. La norma francesa del 11 de 

enero de 2007 regula el manganeso con un límite superior de 50 µg/L, lo cual corresponde a 0,05 

mg/L. 

 

3.2  Normativa nacional. 

 

La normativa colombiana no es comparable a la francesa ni a la estadounidense, dado que estas 

dos son mucho más estrictas, pues determinan un valor máximo admisible de manganeso disuelto 

de 0,05 mg/L, lo cual corresponde a la mitad del valor propuesto por la OMS. Sin embargo, a pesar 

de que Colombia es un país en vía de desarrollo, tiene una normativa vigente para el control de la 

calidad del agua potable aceptable, que garantiza la seguridad de la población. 

 

La legislación nacional de Colombia regula la calidad del agua potable por medio de la resolución 

2115 del 22 de junio de 2007, expedida por el Ministerio de la Protección Social y el Ministerio de 

Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial del país. 

 

3.2.1  Resolución 2115 de 2007 

 

La normativa vigente en Colombia sigue la pauta propuesta por la OMS: regula la concentración de 

manganeso en un límite superior de 0,1 mg/L. 

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Dinámica  de  la  formación  de  depósitos  de  óxidos  de  manganeso  en  las 
redes de distribución de agua potable. 

 

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15 

4  Naturaleza de los depósitos de óxidos de manganeso en las redes de 

distribución de agua potable. 

 

Los depósitos o películas minerales de óxidos de manganeso en las redes de distribución de agua 

potable  pueden  ocurrir  mediante  oxidación  química  y  biológica  del  manganeso.  El  origen  de  la 

oxidación del manganeso soluble dentro de una red depende principalmente de las condiciones de 

concentración  del  desinfectante,  lo  que  se  encuentra  directamente  relacionado  con  la  distancia 

que  existe  desde  la  salida  del  tanque  de  almacenamiento  del  agua  ya  potabilizada  al  punto  a 

evaluar.  A  niveles  elevados  de  desinfectante  se  inhibe  la  oxidación  biológica  y  se  estimula  la 

oxidación química (Cerrato, et al., 2010). 

A  pesar  de  que  las  normas  tanto  nacionales  como  internacionales  reglamentan  concentraciones 

estandarizadas consideradas aptas para la obtención de agua de buena calidad (Capítulo 3), se ha 

evidenciado que niveles por encima de 0,02 mg/L de manganeso en el efluente de las plantas de 

tratamiento  de  agua  potable  promueven  la  oxidación  del  elemento,  lo  que  generará 

posteriormente la formación de depósitos de óxidos de manganeso adheridos a las tuberías  (Sly, 

et al., 1990). Cabe agregar que ningún país tiene reglamentada la norma de calidad de agua con 

concentraciones menores a las mencionadas,  por lo que  todas las redes de distribución de agua 

potable están en riesgo de sufrir eventos de coloración. 

 

4.1  Origen químico 

 

Siendo el manganeso soluble uno de los metales más difíciles de remover del agua en las plantas 

de  tratamiento  de  agua  potable  debido  a  su  lenta  oxidación  a  la  aireación  y  a  ciertos  agentes 

oxidantes, muchas plantas tienen una remoción ineficiente del mismo y, lo que no alcanza a ser 

retirado,  se  filtra  a  la  tubería  de  la  red  matriz  donde  empieza  a  reaccionar  con  el  químico 

remanente  utilizado  para  la  desinfección  del  agua  en  la  planta.  El  desinfectante  es  llamado 

químico residual. El  cloro es  el desinfectante más utilizado en las plantas  de  tratamiento a nivel 

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Dinámica  de  la  formación  de  depósitos  de  óxidos  de  manganeso  en  las 
redes de distribución de agua potable. 

 

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mundial;  sin  embargo,  también  se  usa  dióxido  de  cloro,  permanganato  de  potasio,  peróxido, 

ozono, entre otros (Dickinson & Pick, 2002). 

La  oxidación  por  reacción  química  se  produce  en  los

 

lugares  de  las  tuberías  más  cercanos    a  la 

salida del agua de la planta de tratamiento, donde se encuentran las mayores concentraciones de 

desinfectante,  pues  éste,  a  medida  que  la  distancia  aumenta  en  la  red  respecto  a  la  salida  del 

agua,  se  va  disminuyendo  de  manera  significativa  y,  por  ende,  menor  cantidad  de  manganeso 

puede reaccionar para formar los óxidos insolubles. Una vez los óxidos de manganeso se forman, 

éstos viajan en compañía del agua potable por las tuberías hasta un punto en el cual alcanzan el 

estado  de  reposo  y  se  depositan  en  sus  paredes.  Las  partículas  residen  en  la  interface  entre  el 

material del tubo y el espacio donde se trasporta el agua. 

Por  otro  lado,  muchas  de  las  plantas  que  abastecen  de  agua  potable  a  ciudades  que  tienen 

problemas serios de eventos de coloración de agua, tienen ineficiencias en el diseño y manejo de 

la etapa encargada de la remoción del manganeso que viene intrínseco en el agua captada. Dichas 

ineficiencias  se  deben  principalmente  al  mal  cálculo  de  contacto  que  debe  existir  entre  el 

manganeso  soluble  y  el  agente  oxidante  utilizado  para  que  efectivamente  el  metal  se  oxide 

completamente  de  valencia  +2  a  +4  antes  de  entrar  a  la  etapa  de  filtración,  pues  no  se  deja  el 

tiempo  necesario,  y  tanto  el  manganeso  soluble  como  el  químico  que  no  alcanzan  a  reaccionar 

entran  al  sistema  de  distribución  de  agua  potable  y empiezan  a  reaccionar  con  el  desinfectante 

residual y todos los elementos, compuestos y especies que habitan dentro de las conducciones y el 

agua circundante. 

Estudios han demostrado que el cloro residual libre es un agente oxidante de manganeso soluble 

muy efectivo; sin embargo la coloración simple no tiene muchos efectos sobre el metal (Mathews, 

1947). El cloro residual libre es el cloro en forma de ion hipoclorito o ácido hipocloroso que entra a 

la red de distribución de agua potable, y es el responsable de inhibir el crecimiento y proliferación 

de  microorganismos al interior de todo el sistema y de reaccionar con la materia orgánica todavía 

presente en el agua. 

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redes de distribución de agua potable. 

 

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Sin embargo, existen métodos de  desinfección del agua potable  que  pueden inhibir  hasta cierto 

punto  la  oxidación  del  manganeso  dentro  de  la  red,  tales  como  combinaciones  de  relaciones 

molares de cloro con amoniaco o cloro con dióxido de cloro (Sly, et al., 1990; Mathews, 1947). 

Muchos  autores  afirman  que  al  empezar  la  oxidación  del  manganeso  soluble  de  manera 

relativamente lenta, cada vez se producen óxidos más rápidamente, pues los ya originados hacen 

que  se  formen  ligandos  y  que  la  reacción  se  agilice  (Mathews,  1947;  Hao,  et  al.,  1991;  Van 

Benschoten & Lin, 1992; Debordea & von Gunten, 2008). 

El  hierro  tiene  una  tasa  de  oxidación  muy  alta  con  respecto  al  manganeso;  es  incluso  oxidable 

completamente  a  la  exposición  a  aireación  natural. Por  el  contario,  el manganeso  es  uno  de  los 

metales  más  difíciles  de  retirar  del  agua  cruda  captada.  Las  trazas  de  los  dos  elementos 

mencionados  que  ingresan  al  sistema  de  red  de  distribución  son  oxidadas  por  el  desinfectante 

residual  libre  como  se  explicó;  sin  embargo,  el  hierro  oxidado  químicamente  se  deposita  en  los 

primeros  kilómetros  e  inclusive  metros  de  las  conducciones,  y  el  manganeso  se  deposita  en 

lugares mucho más alejados (cercanos al centro del sistema). 

 

4.1.1  Cinética de la formación de los depósitos de óxidos de manganeso de origen 

químico dentro de la tubería de agua potable. 

 

La extracción del manganeso soluble del agua cruda en las plantas de tratamiento de agua potable 

es una necesidad muy importante y, como se mencionó anteriormente, dicho elemento no puede 

ser removido por medio de oxigenación, ya que es un proceso sumamente lento al pH típico del 

agua  cruda,  el  cual  oscila  entre  6  y  8,  por  lo  cual  se  necesita  la  adición  de  un  agente  oxidante 

fuerte como lo es el permanganato de potasio (KMnO

4

), cloro, dióxido de cloro, entre otros.  

A la salida de la planta, una vez todos los procesos de potabilización se han llevado a cabo, el agua 

potable  se  debe  transportar  e  iniciar  el  viaje  por  la  tubería  de  la  red  de  distribución  hacia  los 

hogares de los usuarios que requieren el servicio. El manganeso disuelto en el agua que no alcanza 

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a reaccionar en su totalidad, entra a las tuberías al igual que las trazas de oxidante utilizado para la 

oxidación química. Por otro lado, el desinfectante residual utilizado en la planta para desactivar la 

actividad  de  microorganismos,  como  virus  y  bacterias,  que  viven  en  el  agua  y  causan  daño  a  la 

salud humana, debe ser garantizado en todos los puntos de la red, con un mínimo de 0,3 mg/L y 

un máximo de 2mg/L.  

La ineficiencia de la remoción del manganeso soluble dentro de la planta de tratamiento se debe 

principalmente  a  dos  motivos:  primero,  al  mal  cálculo  del  tiempo  de  retención  en  la  unidad 

oxidativa; es decir, que el agua no se deja el tiempo suficiente para que la reacción se lleve a cabo; 

y segundo, al inyectar una cantidad insuficiente de agente oxidante. Debido al ingreso a la red del 

elemento  en  su  estado  natural,  el  agente  oxidante  que  no  reaccionó  y  el  desinfectante,  el 

manganeso  se  oxida  fácilmente  dentro  de  la  tubería  para  así  transformarse  en  partículas 

insolubles, las cuales se convertirán después en depósitos de óxidos de manganeso de naturaleza 

química, adheridos a las paredes de las canalizaciones.  

El químico desinfectante a utilizar en cada planta de tratamiento de agua potable se elige según 

las  características  del  agua  cruda  y  la  tecnología  a  utilizar;  sin  embargo, el  más  común  utilizado 

mundialmente es el cloro, por su gran capacidad desinfectante, así como por ser muy económico. 

Por  otro  lado,  el  agente  oxidante  más  usado  para  la  remoción  del  manganeso  en  las  distintas 

plantas es el permanganato de potasio. Una combinación entre los dos compuestos (desinfectante 

residual y trazas de agente oxidante) dentro de la red es de gran complejidad, por lo cual en esta 

sección se evalúa la cinética del cloro en reacción con el manganeso. 

 

4.1.1.1  Oxidación con cloro 

 

A pesar de que no se conoce mucho el comportamiento de los óxidos de manganeso en las redes 

de  distribución  de  agua  potable,  la  cinética  de  la  reacción  que  los  produce  químicamente  se  ha 

modelado,  conociéndose  los  tiempos  de  oxidación  y  como  ésta  se  ve  afectada  por  los  distintos 

factores externos. 

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19 

Existen básicamente dos modelos cinéticos propuestos por dos científicos: el primero presentado  

por  el  profesor  Hao  en  1991,  miembro  de  la  ASCE  y  profesor  asociado  del  Departamento  de 

Ingeniería  Civil  de  la  Universidad  de  Maryland,  Estados  Unidos;  y  el  segundo  propuesto  por  el 

profesor Van Benschoten del Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad Estatal de Nueva 

York  en 1992. 

Algunos  autores  alegan  que  la  oxidación  por  cloro  sigue  siendo  un  proceso  lento  y  los  factores 

externos  como  de  interacción  de  otros  agentes  oxidantes,  materia  orgánica,  entre  otros,  se 

desconocen (Hao, et al., 1991). Se sabe que la oxidación empieza a darse de manera lenta con un 

tiempo  de  retraso  o  “lag  time”,  determinado  según  las  cantidades  de  químico  desinfectante 

adicionado  y  la  concentración  de  manganeso  soluble  en  el  agua,    y  que,  a  medida  que  pasa  el 

tiempo,  la  reacción  se  acelera.  Lo  anterior  sucede  debido  a  que  los óxidos  producidos  ayudan a 

que  el  manganeso  soluble  se  oxide  más  rápido,  es  decir,  los  MnO

2

  producidos  inicialmente 

lentamente  van a reaccionar con el Mn

2+

, el agua y  el cloro,  para así producir  dos moléculas de 

MnO

mucho más rápido que lo que se produjo la primera molécula sin que existieran óxidos en el 

agua (ver Ecuaciones 3 y 4).

 

La  cinética  de  la  reacción  es  de  primer  orden  y  se  modela  con  la  ecuación  diferencial  que  se 

muestra a continuación (Ecuación 1): 

 

 

 

donde   

 

 

  y   

 

 

  son  las  constantes  de  velocidad  de  la  reacción  homogénea  y  heterogénea  con 

valores propuestos por Hao de 6,4E

-4 

M

-1

 sec

-1 

y 4E

M

-1

 sec

-1

, respectivamente (Hao, et al., 1991) y 

por Van Benschoten, de 7,8E

-3 

M

-1

 sec

-1

 y 640M

-1

sec

-

El  primer  término  de  la  ecuación  hace  referencia  a  la  reacción  homogénea  directa  entre  el 

hipoclorito, el manganeso y el agua, los cuales generan una reacción de carácter lento, como ya se 

había mencionado, para producir el óxido de manganeso MnO

(ver Ecuación 2). 

 

 [  ]

  

   

 

 

[  ][    ]    

 

 

[  ][    ] 

Ecuación 1. Ecuación de la cinética de la reacción de oxidación del manganeso soluble en agua con cloro.  

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20 

 

 

 

El  segundo  término  hace  referencia  a  la  reacción  heterogénea  entre  el  óxido  de  manganeso 

producido en la Ecuación 2 y el manganeso soluble remanente por medio de una reacción rápida, 

y al producto de ésta en reacción con el agua y el hipoclorito de cloro residual por medio de una 

reacción de rapidez moderada, Ecuaciones 3 y 4. 

 

 

 

 

 

 

 

La cantidad estequiométrica requerida para oxidar 1 mg de Mn

2+ 

es 1,3 mg de cloro residual, los 

cuales dividiéndolos por los pesos moleculares, determinan una relación molar Cl

2

/Mn

2+

de 1 (Hao, 

et al., 1991; Van Benschoten, 1993; McPeak & Aronovitch, 1983). 

Para el modelo propuesto por Hao que

 

se encuentra en la Figura 2 a continuación; se puede intuir 

que, a una relación molar de Cl

2

/Mn

2+ 

= 1, el tiempo muerto antes de que el manganeso empiece a 

oxidarse  puede  llegar  a  tener  un  valor  cercano  a  los  350  minutos  aproximadamente,  lo  cual 

corresponde  a  5,8  horas,  un  tiempo  bastante  largo;  si  este  fuera  el  caso,  tal  vez  no  existiría  el 

problema de depósitos de óxidos de manganeso y, por ende, tampoco de coloración de agua. Sin 

embargo, en la mayoría de las plantas de tratamiento de agua potable, el cloro se encuentra en 

         

  

   

 

 

     

→       

    

    

 

    

 

 

Ecuación 2. Reacción de producción de óxido de manganeso mediante cloro

   

 

    

         

→             

    

 

 

        

    

          

 

 

        

→            

    

    

 

    

 

 

 

Ecuación 3. Reacción de producción del ligando Mn-MnO

2.

 

Ecuación 4. Reacción de producción de óxido de manganeso mediante ligando Mn-MnO

2

.  

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Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Dinámica  de  la  formación  de  depósitos  de  óxidos  de  manganeso  en  las 
redes de distribución de agua potable. 

 

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exceso,  por  lo  cual  la  reacción  de  oxidación  se  produce  de  manera  rápida.  Se  ha  reportado  en 

estudios que para una oxidación parcial del 75% del manganeso en 1 hora (60 minutos), se debe 

tener 9,6 veces cloro en exceso o Cl

2

/Mn

2+ 

= 9,6 (Hao, et al., 1991). 

 

 

Figura 2. Gráfica en escala semi-logarítmica de la oxidación de Mn

2+

 

como función de la dosificación de cloro a pH de 8 (Hao, et al., 1991). 

 

Adicionalmente,  como  se  observa  en  la  Figura  3,  el pH  del  agua  también  altera  la  cinética  de  la 

reacción:  a menor pH, más lenta se  produce  la oxidación del manganeso.  De manera similar,  se 

comporta  la  reacción  con  la  variación  de  la  temperatura:  a menor  temperatura,  más  lenta  es

 

la 

reacción. 

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Figura 3. Gráfica en escala semi-logarítmica de la oxidación de Mn

2+

 

como función del pH a una relación molar de Cl

2

/Mn

2+ 

= 3,8 (Hao, et al., 1991). 

 

 

Por otro lado, el modelo propuesto por Van Benshoten que

 

se muestra en la Figura 4, presenta un

 

comportamiento muy similar al hacer la comparación con la Figura 2. Adicionalmente, dicho autor 

muestra, a través de la Figura 5, los comportamientos en el tiempo de las especies producidas a 

una  relación  molar  de  1,5.  Como  se  puede  observar,  el  manganeso  soluble  Mn

2+

  se  oxida  por 

completo  en  300  minutos,  lo  cual  equivale  a  5  horas,  mientras  que  los  productos  de  las  demás 

reacciones emergen, a medida que el Mn

2+

 se consume.  

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Figura 4. Gráfica de la oxidación de Mn

2+

 en función de la dosificación  

de cloro a pH de 8 (Van Benschoten, 1993). 

 

 

Figura 5. Predicción de las concentraciones de las especies producidas 

a Cl

2

/Mn

2+ 

= 1,5 (Van Benschoten, 1993). 

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A  medida  que  manganeso  soluble  se  consume  por  medio  de  la  ecuación  de  la  reacción  2,  se 

producen  óxidos  de  manganeso  lentamente,  los  cuales  reaccionan  por  medio  de  la  ecuación  3 

rápidamente con el manganeso disponible y se produce el ligando Mn-MnO

2

. Dicho producto se 

encuentra  en  un  máximo  de  50  umol/L  aproximadamente  a  los  300 minutos,  donde  la  reacción 

finaliza debido a la ausencia de manganeso disuelto, dado que éste ya reaccionó completamente. 

Inmediatamente,  el  ligando  se  empieza  a  consumir  por  medio  de  la  reacción  en  la  ecuación  4, 

donde los óxidos de manganeso (MnO

2

) empiezan a surgir de manera acelerada aproximadamente 

a  los  450  minutos  (7,5  horas).  La  reacción  finaliza

 

a  una  concentración  de  70  umol/L  (Van 

Benschoten, 1993; Van Benschoten & Lin, 1992). 

 

 

4.2  Origen biológico 

 

La  oxidación  biológica,  como  su  nombre  lo  expresa,  se  produce  a  partir  de  microorganismos  y 

bacterias  que  son  capaces  de  oxidar  el  manganeso  soluble  dentro  de  la  red,  convirtiendo  así  el 

Mn

2+ 

a Mn

3+

 y Mn

4+

. La forma más común de oxidación es el Mn

4+

, el cual, al unirse a una molécula 

diatómica de oxígeno, produce óxido de manganeso MnO

2

 

La oxidación biológica ocurre cuando el agente utilizado en la desinfección del agua es insuficiente 

y  ciertos  segmentos  de  la  red  matriz  tienen  un  mínimo  o  nulo  acceso  a  desinfectante  residual 

usado para controlar el crecimiento de las biopelículas y la proliferación de bacterias manganeso-

oxidativas.  La  formación  de  óxidos  de  manganeso  por  medio  de  bacterias  oxidativas  también 

causa problemas de coloración de agua potable; sin embargo, son menos comunes y menores en 

peso en comparación con los depósitos de óxidos de manganeso de origen químico encontrados 

en algunas investigaciones (Sly, et al., 1990; Cerrato, 2005). 

 

Los  microorganismos  vivos  se  encuentran  en  el  agua  tanto  superficial  como  subterránea  que  es 

captada  para  realizarle  un  posterior  tratamiento;  sin  embargo,  estos  microorganismos  no  se 

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remueven y alcanzan a filtrarse a la red de distribución, donde crecen y se replican en un medio 

idóneo de condiciones de desinfectante residual insuficientes para detenerlas y que ofrezcan una 

nivel  de  nutrientes    aceptable  para  garantizar  su  supervivencia.  Las  bacterias,  por  medio  de 

reacciones extracelulares (Dickinson & Pick, 2002), logran oxidar el elemento, convirtiéndolo en un 

óxido de manganeso y, posteriormente,  en un depósito adherido a las paredes de las tuberías a 

través de los mecanismos expuestos en el Capítulo 6. 

 

Algunas de las bacterias capaces de oxidar el manganeso soluble en el agua potable que transita 

por  las  redes  de  distribución  de  agua  potable  son:  Bacillus  spp,  especies  entre  las  cuales  se 

clasifican  las  bacterias  Lysinibacillus  fusiformis,  Bacillus  pumilus,  Bacillus  cereus,  Bacillus 

sphaericus,  Bacillus  simplex  y  Brevibacillus  brevis;  bacterias  pertenecientes  a  Pseudomonas  spp: 

Pseudomonas  aeruginosa y  Pseudomonas  saccharophila;  Brevundimonas  nasdae  (Cerrato, et  al., 

2010), Hyphomicrobium (Sly, et al., 1988), Gallionella, Leptothrix y Siderocapsa (Dickinson & Pick, 

2002), Pedomicrobium manganicum, Metalogenium spp. (Sly, et al., 1990), entre otras. Algunas de 

las bacterias oxidativas mencionadas tienen la capacidad de reducir el manganeso de valencia +3 y 

+4 a valencia +2, como la Lysinibacillus fusiformis, Bacillus pumilus y  Bacillus cereus (Cerrato, et 

al., 2010).  

 

Las  redes  de  distribución  de  agua  potable  tratan  de  optimizar  las  concentraciones  de 

desinfectante residual en el flujo de agua para mantenerlo dentro del rango establecido deseado  

a  lo  largo  de  todas  las  tuberías  que  la  conforman.  Desde  hace  muchos  años,    el  estudio  de 

prevención y reducción de formación de biopelículas y la proliferación de bacterias dentro de las 

tuberías transportadoras de agua potable es de gran importancia, y se invierten muchos esfuerzos 

y dinero en el tema, pues es de principal preocupación mantener y ofrecer el agua segura para el 

consumo humano. De esta manera, se explica que haya un mayor control en la formación de los 

depósitos de óxidos de manganeso de origen biológico. 

 

 

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4.2.1  Cinética de la formación de los depósitos de óxidos de manganeso de 

origen biológico dentro de la tubería de agua potable. 

 

Las  bacterias  capaces  de  oxidar  el  manganeso  soluble  se  encuentran  dispersas  en  el  agua  que 

entra a las tuberías que conforman la red de distribución de agua potable donde, en su interior y a 

ciertas  condiciones  hidráulicas,  químicas  y  físicas,  proliferan  y  viven  a  manera  de  biopelículas 

adheridas a las paredes de las conducciones. Las bacterias empiezan la actividad oxidativa dentro 

de la red, más exactamente en la capa laminar viscosa entre la pared de la conducción y el flujo de 

agua donde se forman las biopelículas, oxidando el manganeso soluble presente en el agua a partir 

de reacciones extracelulares en condiciones pobres de desinfectante y a un pH adecuado para que 

las bacterias sean capaces de sobrevivir. Una vez el manganeso se ha oxidado, se convierte en una 

biopelícula de depósitos de manganeso. 

La oxidación y reducción del manganeso por medio de bacterias se producen por una cinética de 

pseudo primer orden, representado por las Ecuaciones 5 y 6  que se muestran a continuación: 

 

 

 

 

 

 

 

 

donde  k1 es  la constante  de  velocidad de  reacción, la  cual puede tener un valor en  el rango de 

0,106 días

-1

 a  0,659 días

-1

 (Cerrato, et al., 2010). 

 [  

            

]

  

   

 

[  

            

 

Ecuación 5. Ecuación de la cinética microbiana de oxidación y reducción del manganeso (Cerrato, et al., 2010). 

  [  

            

]    

 

  

 

Ecuación 6. Integración y separación de variables de la ecuación de la cinética microbiana de oxidación y reducción del 

manganeso (Cerrato, et al., 2010). 

 

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Como  se  mencionó  en  el  numeral  5.1.1.1,  en  la  cinética  de  la  formación  de  depósitos  de 

manganeso de origen químico con cloro como agente desinfectante, también se forman ligandos 

Mn-MnO

2

.  A medida que se forman los óxidos de manganeso MnO

2

, las partículas de Mn

2+

 soluble 

son absorbidas por el óxido, aumentándose así la velocidad de reacción y, por ende, la formación 

de  óxidos  de  manganeso  dentro  de  la  biopelícula.  La  absorción  que  produce  el  óxido  hacia    el 

manganeso soluble  se acelera o se beneficia a un pH mayor a 7 (Waite, 1990). 

La  oxidación  por  medio  de  reacciones  físico-químicas  es  considerablemente  más  rápida  que  la 

reacción  biológica  producida  por  las  bacterias  oxidativas  pues,  como  se  puede  observar  en  la 

Figuras  2,  3  y  4,  la  oxidación  completa  del  manganeso  soluble  por  cloro  se  da  en  cuestión  de 

minutos y horas, mientras que  la oxidación a partir de  bacterias se  produce  en cuestión de  días 

(Waite,  1990).  Las  reacciones  biológicas  llevadas  a  cabo  en  condiciones  de  pH  entre  6  y  8 

favorecen la actividad de las bacterias manganeso-oxidativas (Waite, 1990). 

Resultados  de  investigaciones  han  revelado  que,  a  mayor  velocidad  en  condiciones  de  flujo 

turbulento,  existe  una  mayor  capacidad  de  adhesión  de  bacterias  oxidativas  a  las  paredes 

superiores  de  las  tuberías.  A  dichas  condiciones  hidráulicas,  se  produce  la  fuerza  necesaria  para 

elevar  las  bacterias,  permitiéndoles  viajar  desde  la  subcapa  laminar  viscosa  hacia  la  superficie 

interna de la conducción. Adicionalmente, no es evidente la formación de óxidos de manganeso de 

naturaleza biológica producidos por medio del mecanismo de sedimentación (Sly, et al., 1988). 

 

 

 

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5  Características del agua en la fuente para que se produzcan depósitos de 

óxidos de manganeso en la tubería. 

 

El  manganeso  es  un  metal  que  se  encuentra  naturalmente  en  la  corteza  terrestre  y  de  manera 

abundante, por lo cual resulta diluido en las distintas fuentes de agua. La cantidad de manganeso 

soluble que se halla en los cuerpos de agua de los cuales se captan las aguas para posteriormente 

potabilizarlas  en  una  planta,  depende  del  tipo  de  fuente  de  donde  se  obtenga,  pues  en  aguas 

subterráneas va a haber mucha más cantidad del elemento que en las aguas superficiales. Por otra 

parte,  la  concentración  de  manganeso  en  su  forma  soluble  en  agua  también  depende  de  las 

condiciones  y  características  geotécnicas  de  la  región  donde  se  encuentra  la  fuente  de  agua, 

existiendo en algunos lugares más cantidad del elemento en el suelo que en otras. Por otro lado, 

se ha demostrado que la época del año o las estaciones también influyen en las concentraciones 

de manganeso soluble en los afluentes de las plantas; en los meses de verano, dichos niveles se 

ven  notablemente  elevados  en  comparación  con  los  meses  de  invierno  (Cerrato,  2005;  Waite, 

1990).  

 

Cuando el manganeso se encuentra en grandes cantidades, se convierte en un problema para la 

empresa prestadora del servicio de agua potable, pues es un metal difícil de remover en la planta 

de tratamiento. Como se ha mencionado, el manganeso que no alcanza a oxidarse y a convertirse 

en manganeso insoluble para ser retirado posteriormente en procesos de filtración en la planta, 

pasa  a  las  redes  de  distribución  de  agua  potable,  donde  sufre  procesos  de  oxidación  tanto 

químicos como biológicos, y posteriormente las partículas se depositan en las paredes internas de 

las conducciones.  

 

La  oxidación  química  se  produce  al  estar  en  contacto  con  el  cloro  residual  o  cualquier  otro 

desinfectante  utilizado,  generando  óxidos  de  manganeso  sólidos,  los  cuales  se  aglomeran  y  se 

adhieren a toda la circunferencia de la conducción por medio de diferentes mecanismos. De igual 

forma,  se  produce  la  oxidación  por  medio  de  microorganismos,  cuando  el  desinfectante  se 

encuentra en cantidades mínimas y las bacterias oxidativas son capaces de sobrevivir. 

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La normativa que regula los niveles máximos de concentración de manganeso soluble Mn

2+

 para 

garantizar una calidad de agua adecuada, establece que estos son entre 0,1 mg/L en la mayoría de 

los países  en vía de  desarrollo y 0,05 mg/L  en  los países  más exigentes,  que  corresponden a  los 

países más desarrollados, potencias mundiales. Sin embargo, se considera y se ha demostrado que 

concentraciones  mayores a 0,02 mg/L  de Mn

2+

facilitan y promueven la  producción de  óxidos de 

manganeso (Sly, et al., 1990), que después se convierten en depósitos, los cuales causan grandes 

problemas hidráulicos y también de orden estético, al generar un cambio en el color del agua que 

circula en las redes de distribución de agua potable. 

 

 

 

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30 

6  Formación de depósitos de óxidos de manganeso en las tuberías. 

 

Como se ha venido explicando a lo largo del documento, la oxidación del manganeso soluble Mn

2+ 

tanto  química como biológicamente  al interior de  la red matriz  transportadora de  agua potable, 

produce óxidos de manganeso insolubles en agua, partículas coloidales en suspensión. La materia 

particulada viaja por medio del fluido transportador interactuando con el agua, las paredes de las 

tuberías y todo su entorno,  hasta que  alcanzan  un estado de  reposo absoluto;  es en este punto 

donde se convierten en un aglomerado transitoriamente estático llamado depósito. 

La  formación  de  los  depósitos  de  óxidos  de  manganeso  es  influenciada  por  el  tipo  de  material, 

parámetros químicos del agua, pH, temperatura, alcalinidad, concentración de materia orgánica, 

el tipo de desinfectante utilizado y la concentración de desinfectante residual con el que el agua 

entra a reaccionar en la red de distribución (Peng, et al., 2010). 

Aunque algunos autores afirman que los depósitos se sitúan generalmente en la parte inferior de 

los  tubos  de  las  redes  de  distribución  de  agua  potable  por  medio  de  la  sedimentación  (Alere  & 

Hanaeus,  1997),  otros  alegan  que  éste  no  es  el  único  mecanismo  por  medio  de  los  cuales  las 

partículas se asientan de manera transitoria en las conducciones (Sly, et al., 1988). Por dicha razón, 

llamar a los depósitos “sedimentos” no es adecuado ni correcto; es una idea errónea de la gente, 

no sólo del común sino de profesionales en el tema, que distorsiona el sentido de la palabra. 

El  óxido  de  manganeso  se  deposita  en  las  paredes  internas  de  las  conducciones  por  medio  de 

distintos  mecanismos,  descritos  a  continuación,  los  cuales  causan  adherencia  de  la  partícula  de 

óxido  en  la  superficie  del  tubo.  En  el  caso  de  las  bacterias  oxidativas  de  manganeso,  éstas    se 

transportan  principalmente a partir de fenómeno de quimiostasis (Sly, et al., 1988). 

 

 

 

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6.1  Sedimentación 

 

La sedimentación es el proceso por el cual las partículas sólidas en movimiento en la corriente de 

agua  se  asientan  en  una  superficie  con  una  velocidad  determinada,  llamada  velocidad  de 

sedimentación  o  de  asentamiento.  El  principio  y  fuerza  motora  que  hace  que  las  partículas  se 

sedimenten es la fuerza de gravedad ejercida sobre las mismas. 

Bajo  condiciones  de  flujo  estático  o  considerablemente  lento,  generalmente  en  tuberías  de 

diámetros grandes donde transita un caudal de agua bajo, prevalece la formación de depósitos de 

óxidos  de  manganeso  por  medio  de  efectos  de  la  sedimentación.  Las  partículas  de  óxido  de  la 

superficie laminar viscosa caen hacia la superficie interna del tubo en una trayectoria similar al que 

se encuentra en la Figura 6. 

Las  partículas  que  viajan  a  través  de  las  conducciones  con  un  flujo  de  agua  que  transita  a 

velocidades reducidas, se van aglomerando entre sí, formando flóculos cada vez más grandes. Por 

consiguiente, su velocidad de asentamiento aumenta progresivamente, hasta que finalmente hace 

contacto con la pared de la conducción. 

Los  depósitos  formados  por  medio  de  sedimentación  suelen  ser  de  carácter  dominantemente 

friccional,  aunque  también hay  adhesiones  cohesivas. Éste  tipo de  depósito se ubica  en la parte 

inferior de la conducción, formando una cama de sedimentos, como se observa en las Figuras 1 y 

7. 

La  velocidad  y  trayectoria  de  las  partículas  en  sedimentación  depende  de  la  gravedad  y  de  la 

velocidad del flujo de agua a la cual transite, como se observa en la Figura 6. 

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Figura 6. Esquema de la trayectoria de las partículas depositadas por sedimentación. 

 

 

6.2  Fuerzas dinámicas 

 

Bajo  condiciones  de  flujo  turbulento,  prevalece  la  formación  de  depósitos  de  óxidos  de 

manganeso por medio de fuerzas dinámicas (Sly, et al., 1988). Hay dos tipos de fuerzas dinámicas 

que se llevan a cabo entre una partícula de óxido de manganeso y la superficie de las tuberías en 

las  cuales  circula  agua  potable:  las  fuerzas  de  Van  der  Waals  y  las  electrostáticas.  Las  primeras 

dominan las interacciones y, por ende, se adhieren más partículas a las paredes por medio de la 

atracción entre los dos cuerpos que genera el fenómeno (Viesser, 1995). 

Como  se  ha  mencionado  a  lo  largo  del  documento,  la  formación  de  depósitos  de  óxidos  de 

manganeso  por  medio  del  mecanismo  de  sedimentación,  se  forman  a  bajas  velocidades  en  la 

parte  inferior  de  la  conducción.  Por  el  contrario,  la  depositación  a  partir  de  fuerzas  dinámicas 

ocurre a condiciones de velocidad superiores y se adhieren en todo la circunferencia interna de las 

tuberías como se observa en la figura 7 (Vreeburg & Boxall, 2007). 

 

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Figura 7.Formación de depósitos de óxido de manganeso según condiciones de velocidad de flujo (Vreeburg & Boxall, 

2007). 

 

6.2.1  Fuerzas de Van der Waals 

 

La adhesión y remoción de partículas de carácter coloidal en una superficie son gobernadas por las 

fuerzas omnipresentes de atracción de  Van der Waals  (Viesser, 1995).  El fenómeno de adhesión 

entre los dos cuerpos debido a fuerzas de Van der Waals se da por la atracción mutua que existe 

entre las moléculas a una distancia determinada. Dicha interacción entre las moléculas de óxido 

de manganeso y el material de las tuberías en una red de distribución de agua potable, produce el 

movimiento  de  las  partículas  de  óxidos  hacia  la  superficie  interna  de  las  conducciones  y  genera 

una adhesión entre los mismos, convirtiéndose en depósitos. 

Las interacciones se determinan por las propiedades de la superficie del tubo y de la molécula, y 

no por las propiedades del flujo del agua que transita por las conducciones. La atracción entre dos 

cuerpos sólidos por medio del fenómeno de Van der Waals se lleva a cabo creando una capa en la 

superficie, de un espesor igual a la distancia entre la pared y la partícula (Viesser, 1995). 

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Las fuerzas de Van der Waals pueden ser calculadas cuantitativamente por medio de la siguiente 

ecuación siguiendo el esquema de la Figura 7. 

 

 

Figura 8. Esquema de la adhesión de una esfera-superficie (Viesser, 1995). 

 

 

 

Donde: 

A es una constante que depende del material y del medio en el cual se encuentre. 

Z es el radio entre la esfera y la superficie. 

R es el radio de la esfera. 

H es el espacio entre la esfera y la superficie. 

 

A medida que el material sea más denso electrónicamente, como es el caso de los metales puros, 

la  constante  A  es  más  grande,  por  lo  cual  se  van  a  producir  fuerzas  más  elevadas.  Lo  anterior 

 

 

 

   

   

 

 

 

    

 

    

 

 

Ecuación 7. Cálculo de la fuerza de Van der Waals (Viesser, 1995). 

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asegura una atracción más fuerte entre los dos cuerpos y una adherencia más compacta (Viesser, 

1995). Por otra parte, la deformación de la partícula de óxido de manganeso influye en el aumento 

en  magnitud  de  las  fuerzas  de  Van  der  Waals  (F

A

),  debido  a  la  ampliación  del  área  de  contacto 

entre partícula y superficie (Quesnel, et al., 2001). 

 

6.2.2  Fuerza electrostática 

 

Todos  los  materiales  sólidos  en  un  medio  acuoso  tienen  una  carga  superficial,  debido  a  la 

adsorción de iones presentes en el agua o debido a la disociación de su superficie por rozamiento 

y  colisiones  entre  partículas  o  con  las  mismas  paredes  de  la  conducción  (Rumpf,  1990;  Viesser, 

1995). Así pues, las partículas de óxidos de manganeso y la superficie del material de la tubería se 

atraen por medio de una fuerza electrostática, debido a las cargas opuestas que manejan. 

Para que las partículas de óxidos de manganeso se adhieran a la pared de la tubería deben tener 

una  carga  contraria  a  la  de  superficie  de  la  conducción;  de  lo  contrario,  la  fuerza  no  sería  de 

atracción sino de repulsión. Las fuerzas electrostáticas también juegan un papel dominante en la 

formación  de  depósitos  de  óxidos  de  manganeso;  sin  embargo,  la  adhesión  de  partículas  a  las 

superficies de  las tuberías por medio de las fuerzas de  Van der Waals se  encuentran de manera 

más abundante. 

La  adhesión  por  medio  de  fuerzas  electrostáticas  es  controlada  por  medio  de  la  constante 

dieléctrica del líquido, la fuerza iónica, el potencial de la superficie, el tamaño de la partícula y la 

constante Hamaker (Viesser, 1995). 

La  formación  de  los  depósitos  de  óxido  de  manganeso  no  se  da  por  medio  de  un  mecanismo 

específico,  sino  por  una  combinación  de  los  tres  mencionados  anteriormente.  La  sedimentación 

prevalece  en  tuberías  de  gran  diámetro  donde  transita  poco  caudal,  por  lo  cual  resulta  una 

velocidad muy baja permitiendo que la gravedad deposite las partículas en el fondo del tubo. Por 

otra  parte,  los  fenómenos  de  Van  der  Waals  y  fuerzas  electrostáticas  se  producen  cuando  las 

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tuberías están parcialmente llenas con una velocidad de flujo mayor y un régimen hidráulico más 

turbulento. Los depósitos formados por medio de estos mecanismos se ubican principalmente en 

la parte inferior de la tubería. 

Dados  los  tres  mecanismos  expuestos,  las  conducciones  de  las  redes  de  distribución  de  agua 

potable  tienen  óxidos  adheridos  en  toda  la  circunferencia  de  los  tubos,  y  no  únicamente  los 

depósitos se conforman de sedimentos en su parte baja. 

 

 

 

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7  Desprendimiento de las partículas de óxidos de manganeso en las tuberías. 

 

Las partículas sólidas que forman conglomerados entre sí y se depositan posteriormente en toda 

la circunferencia interna de las tuberías a partir de los mecanismos expresados previamente, son 

expuestas a ciertas acciones mecánicas, lo cual hace que los depósitos se desgasten, generando así 

el desprendimiento de los mismos de las paredes de las conducciones en un momento dado.  Al 

desprenderse, las partículas comienzan a viajar con el flujo de agua, una vez más a través de la red 

matriz, hasta que se vuelven a depositar o hasta llegar a los grifos de los consumidores. 

El  espesor  máximo  del  depósito  sin  que  ocurra  desprendimiento  de  partículas  es  exactamente 

igual al espesor de la subcapa laminar viscosa donde, como se explicó anteriormente, el flujo viaja 

a una velocidad cercana a cero y se produce un transporte de masa difusivo. Así pues, el espesor 

del depósito es controlado por la velocidad del flujo y, por consiguiente, por el esfuerzo cortante 

que éste produce por la fricción que ejerce el agua sobre las paredes de la tubería (CIACUA (Centro 

de Investigación de Acueductos y Alcantarillados), 2009). 

Los depósitos se forman en su estado estático hasta que ocurre un incidente o un cambio brusco y 

repentino en las condiciones  hidráulicas,  creando un esfuerzo cortante  sobre la interface fluido-

material,  lo  que  produce  un  desprendimiento  o  resuspención  de  las  partículas  de  óxidos  de 

manganeso hacia la red de  distribución de  agua potable  (Alere  &  Hanaeus, 1997;’Cerrato, et  al., 

2006)

.

 

A continuación se describen los diferentes mecanismos por los cuales los depósitos de óxidos de 

manganeso  se  desprenden  de  las  paredes  de  las  conducciones  pertenecientes  a  las  redes  de 

distribución de agua potable. Existen cuatro mecanismos que desencadenan la suspensión de las 

partículas de óxidos de manganeso: abrasión, erosión, desprendimiento en masa y depredación. 

Las principales fuentes de suspensión de partículas son la erosión y el desprendimiento en masa, 

pues  son  los  mecanismos  que  más  volumen  aportan  al  desprendimiento  de  éstas  (Escovar  & 

Saldarriaga, 2011). 

 

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7.1.1  Abrasión 

 

El  desprendimiento  de  partículas  sólidas  de  óxidos  de  manganeso  que  conforman  el  depósito 

adherido a las paredes de las tuberías por medio de abrasión, se presenta cuando existe una alta 

turbulencia dentro de la conducción y se producen fuerzas axiales por medio de colisiones entre el 

material particulado que transcurre libremente por el agua que viaja en la tubería y las partículas 

de los depósitos o tubérculos ya fijados en las paredes (Rittman & Mc Carty, 2001; CIACUA (Centro 

de Investigación de Acueductos y Alcantarillados), 2009).

 

Las partículas que intervienen en el proceso de abrasión pueden partir de fuentes variadas, ya sea 

por el contacto entre los mismos tipos de óxidos que aún no se han logrado depositar o que ya se 

desprendieron aguas arriba, partículas provenientes de procesos de floculado en la planta que se 

filtran a las redes, el desgaste de las mismas tuberías y accesorios, entre otros. El desprendimiento 

por este tipo de fuerza mecánica se produce a pequeña escala, pues los choques, a pesar de que 

son cuantiosos y repetitivos, logran desprender fragmentos mínimos de la superficie del sólido. 

 

7.1.2  Erosión 

 

El  desprendimiento  causado  por  el  fenómeno  de  erosión  es  el  mecanismo  que,  según  varios 

investigadores, contribuye a la remoción del depósito en las redes de distribución de agua potable, 

junto  con  el  desprendimiento  en  masa  que  se  explicará  posteriormente  (CIACUA  (Centro  de 

Investigación de Acueductos y Alcantarillados), 2009). 

Dicho mecanismo es de carácter lento pero a su vez continuo, y produce efectos importantes en la 

acumulación del depósito (Rittman &  Mc  Carty, 2001), pues  desprende  partículas pequeñas que 

conforman la superficie del sólido expuesta al flujo del agua, frenando el crecimiento del mismo. 

Al igual que los desprendimientos causados por la abrasión, los resultantes del fenómeno erosivo 

logran “pulir” el depósito, ocasionando una disminución en la rugosidad del mismo, ya que éstos 

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remueven el material más superficial que existe en su matriz de composición (CIACUA (Centro de 

Investigación  de  Acueductos  y  Alcantarillados),  2009).  Así  pues,  el  depósito  logra  estilizarse  y 

volverse liso, lo cual le causa una estructura más firme y estable. 

 

7.1.3  Desprendimiento en masa 

 

A diferencia de los mecanismos dichos, el desprendimiento en masa o separación, como también 

es  llamado,  genera  el  desprendimiento  de  grandes  fragmentos  de  masa  que  conforman  un 

depósito. Es una

 

pérdida repentina e intermitente de  una porción grande de la película mineral, 

que  logra modificar drásticamente su estructura y por ende su estabilidad  (Rittman & Mc  Carty, 

2001). 

El desprendimiento en masa de una película puede llegar a afectar toda su profundidad o espesor, 

causando la remoción de una gran porción del depósito (Rittman & Mc Carty, 2001). Los efectos 

de este tipo de mecanismo son, al contrario de la abrasión y erosión, un aumento en la rugosidad, 

ya  que  el  sólido  adherido  pasa  a  ser  más  irregular  y,  como  consecuencia,  se  obtienen  cambios 

significativos  en  los  patrones  del  flujo  y  un  aumento  en  el  esfuerzo  cortante  que  propiciará 

posteriores  desprendimientos  por  medio  de  cualquiera  de  los  cuatros  tipos  expuestos  (CIACUA 

(Centro de Investigación de Acueductos y Alcantarillados), 2009).  

Se ha demostrado científicamente que películas formadas que hayan permanecido por un mayor 

tiempo  en  la  superficie  de  una  tubería,  es  decir  que  tengan  más  edad  de  adhesión  y  lazos  más 

fuertes tanto con el material del tubo como con las otras partículas que lo conforman, tienden a 

desprenderse  en  masa  y  a  afectarse  de  manera  más  explícita  que  los  depósitos  jóvenes  o  que 

lleven  poco  tiempo  de  adherencia  (CIACUA  (Centro  de  Investigación  de  Acueductos  y 

Alcantarillados), 2009).  Cabe agregar que los depósitos de más edad tienen mayor espesor y, por 

lo tanto, hay una mayor probabilidad de que ocurra el desprendimiento en masa. 

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40 

Los depósitos que sufren fenómenos abrasivos y erosivos muy difícilmente se van a  ver expuestos 

al desprendimiento en masa pues, como se mencionó, adquieren una mayor estabilidad debido a 

que  su  superficie  se  torna  más  lisa.  Sin  embargo,  cuando  una  película  sufre  el  proceso  de 

desprendimiento en masa, siempre está el riesgo de que se desprenda el depósito por completo o 

que  éste  se  fraccione,  convirtiéndose  una  parte  en  un  fragmento  más  o  menos  estable,  bien 

adherido  a  la  superficie,  y  otra  parte  en  un  fragmento  supremamente  inestable,  que  muy 

probablemente siga experimentando este tipo de mecanismo de remoción de manera espontánea 

(CIACUA (Centro de Investigación de Acueductos y Alcantarillados), 2009). 

 

7.1.4  Depredación 

 

Este mecanismo es el que menos aporta en masa al desprendimiento de depósitos de óxidos de 

manganeso  adheridos  a  las  paredes  de  las  conducciones  de  las  tuberías  que  transportan  agua 

potable. Para el caso de las biopelículas, el término “depredación” se utiliza  cuando hay presencia 

de microorganismos bacterianos que se alimentan de las colonias que hacen parte de las mismas, 

y  hay  un  proceso  de  selección  natural  (CIACUA  (Centro  de  Investigación  de  Acueductos  y 

Alcantarillados),  2009).  Sin  embargo,  cuando  se  habla  de  depredación  en  el  ámbito  de  películas 

minerales,  el  término  “depredación”  hace  referencia  al  proceso  que  realizan  las  bacterias  de 

reducir los óxidos de manganeso MnO

2

 a manganeso soluble Mn

2+

Cuando sucede la depredación en los depósitos, se realiza el ciclo contrario al que ocurrió cuando 

el  manganeso  soluble  que  entró  a  la  tubería  se  oxidó  biológicamente  y  se  convirtió  en  una 

partícula  soluble  que  tiempo  después  se  depositó.  Muchas  bacterias  oxidativas  del  manganeso 

tienen  la  capacidad  de  reducir  el  mismo  elemento;  microorganismos  como  Lysinibacillus 

fusiformis,  Bacillus  pumilus  y    Bacillus  cereus  (Cerrato,  et  al.,  2010),  los  cuales

 

pueden  oxidar  el 

manganeso soluble a MnO

2

 y también producir lo contrario: reducir de Mn

2+

 a MnO

2

.

 

Aunque todos los mecanismos expuestos aporten al desprendimiento de los depósitos de óxidos 

de manganeso adheridos a las superficies de las tuberías que componen una red de distribución 

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de  agua  potable,  el  que  más  produce  efectos  en  el  fenómeno  de  la  coloración  de  agua  es  el 

desprendimiento en masa pues, como se explicó, es el más significativo en términos de remoción 

de  grandes  pedazos  de  sólido;  puede  hasta  llegar  a  eliminarlo  por  completo  de  la  pared  de  la 

conducción. El desprendimiento en masa es el mecanismo que más aporta color al agua dentro de 

una red matriz y el principal causante de las quejas de los consumidores del agua potable hacia la 

entidad prestadora del servicio por coloración del agua que fluye dentro de la red. 

A pesar de que existen los cuatro métodos explicados, un depósito no se desprende por un único 

mecanismo  ni  por  cada  uno  por  separado,  sino  por  la  combinación  de  todos  en  un  rango  de 

tiempo.  Así  pues,  los  desprendimientos  se  llevan  a  cabo  con  una  variedad  de  tamaños  de 

partículas: fragmentos tanto minúsculos como grandes en tamaño. 

 

 

 

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8  Efecto de los materiales de las tuberías en la formación y desprendimiento 

de los depósitos de óxidos de manganeso. 

 

El  nivel  de  adhesión,  desarrollo  y  posterior  desprendimiento  de  los  depósitos  de  óxidos  de 

manganeso depende en gran medida de los tipos de materiales de las tuberías que componen la 

red  de  distribución  de  agua  potable.  Por  tal  motivo,  la  comprensión  del  comportamiento  del 

conjunto  depósito-superficie  en  los  diferentes  materiales  es  definitiva  a  la  hora  de  evaluar  la 

calidad del agua con respecto a eventos de turbiedad y coloración de agua. 

Cada material tiene sus propias características únicas que definen la manera en la cual interactúan 

con el ambiente; el agua y los componentes químicos y biológicos que se encuentran dentro del 

agua  como  en  las  superficies  de  las  tuberías.  Las  propiedades  principales  a  evaluar  son  la 

rugosidad, humectabilidad y sus propiedades adhesivas (Wricke, et al., 2007). El material a utilizar 

en  las  redes  de  distribución  de  agua  potable  es  elegido  por  la  empresa  encargada  del  diseño  y 

construcción de la misma de acuerdo a sus propiedades, necesidades y presupuestos. 

En el presente documento se evalúan las propiedades de tuberías de PVC y de hierro, materiales 

comúnmente utilizados en las redes de distribución de agua potable de los diferentes países del 

mundo. 

 

8.1  Tuberías de PVC 

 

El polivinilo de cloruro, comercialmente llamado por sus siglas PVC, es un polímero termoplástico 

formado  por  cadenas  repetitivas  de  vinilo  de  cloruro,  formadas  por  medio  de  un  proceso  de 

polimerización. Las resinas del plástico son utilizadas en múltiples industrias para la construcción 

de  elementos  que  tienen  diferentes  funciones  como:  juguetes,  botellas,  tubería  para  diferentes 

fines  como  la  conducción  de  agua  potable,  sanitaria,  ventilación,  eléctrica  y  fibra  óptica,  entre 

otros.  

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La  tubería  de  PVC  tiene  ciertas  propiedades  que  la  convierten  en  óptima  para  la  función  de 

transportar  el  agua  potable.  El  PVC  tiene  una  estructura  amorfa  con  átomos  polares  en  la 

estructura molecular. El material se caracteriza por ser químicamente estable, de larga duración y 

altamente resistente a la oxidación por oxígeno del ambiente y otras sustancias oxidativas, a los 

ácidos, alcalinos y a químicos inorgánicos (PVC Organization, 2012). 

El polivinilo de cloruro es un material no polar, incapaz de intercambiar electrones con iones como 

el manganeso. Por dicha razón, las partículas de óxidos de manganeso adheridos a las paredes de 

las tuberías de PVC en forma de depósitos, se unen de manera superficial. Cuando el agua potable 

fluye de manera constante por la tubería, el depósito se encuentra en forma de una película de 

color  café  oscuro  de  textura  gelatinosa.  Por  el  contrario,  cuando  la  tubería  deja  de  transportar  

agua continuamente, el depósito toma un aspecto quebradizo (Cerrato, et al., 2006).

 

Debido  a  propiedades  inertes  tanto  químicas  como  electroquímicas,  los  sólidos  de  óxidos  de 

manganeso son más fáciles de desprender de las paredes de las conducciones de material de PVC. 

Por ende,  son mayores los problemas de coloración de agua potable en zonas donde prevalece la 

utilización de tubería de dicho material en las redes de distribución. 

Por otra parte, el desprendimiento de las partículas se vuelve más evidente cuando el servicio de 

agua potable se  interrumpe  por unas horas  y se  restablece  después, ya que, como se mencionó 

anteriormente, las partículas interactúan superficialmente con la tubería sin el respaldo de enlaces 

de  electrones;  tan  sólo  se  unen  por  medio  de  fuerzas  friccionales,  las  cuales  resultan  débiles  al 

ejercer un esfuerzo cortante elevado repentinamente en el depósito seco y fraccionado. Aun así, 

se  ha  comprobado  en  pruebas

 

que  la  tasa  de  desprendimiento  del  depósito  en  condiciones  de 

flujo  constante,  a  pesar  de  no  ser  igual  a  las  de  flujo  interrumpido,  es  muy  alta  (Cerrato,  et  al., 

2006). 

Estudios realizados en Tegucigalpa, Honduras, han arrojado resultados concordantes con la teoría 

expuesta, pues en la red de distribución de dicha ciudad se reporta un mayor número de quejas 

referentes a la coloración del agua de hogares en zonas que reciben el servicio de agua potable de 

tubería donde predomina el PVC en la red (Cerrato, 2005). 

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8.2  Tuberías de hierro 

 

El hierro ha sido el material más utilizado para la fabricación de tuberías para el tránsito de aguas 

industriales  y  municipales  a  nivel  mundial.  Existen  variaciones  de  las  tuberías  basadas  en  hierro 

utilizadas para el transporte de agua potable, como son: el hierro galvanizado, el hierro dúctil y el 

hierro  fundido;  el  comportamiento  de  éstas  se  determina  por  las  propiedades  intrínsecas  del 

hierro como tal y por las interacciones con los distintos materiales que fluyen con el agua o que se 

originan en ella  (Cook  &  Boxall, 2011).  Las tuberías de  hierro,  al ser expuestas al agua y a otros 

materiales, son altamente corrosivas, por lo cual se debe tener especial cuidado con este aspecto. 

En el caso concreto de la utilización del hierro en las redes de distribución de agua potable, resulta 

óptimo dado que dicho material ofrece propiedades únicas para la conducción de aguas, pues las 

tuberías son altamente seguras y resistentes a posibles fallas que se pueden originar, como con los 

movimientos de tierra o con el simple transporte de las mismas hacia el lugar de instalación. Las 

tuberías de hierro son prácticamente irrompibles

en condiciones de operación normales en una 

red matriz de una ciudad o municipio, son altamente resistentes a la tracción para contrarrestar 

cargas externas severas y altas presiones (Asumicol, 2012). 

Los depósitos de óxido de manganeso en conducciones de hierro tienen apariencia de corrosión; 

es decir, no hay una notable separación entre la película mineral y la pared de la conducción. Por 

el  contario,  el  depósito  parece  una  extensión  de  la  tubería.  Lo  anterior  se  debe  a  la  interacción 

química  y  electrónica  del  óxido  con  la  superficie  del  tubo  y  la  capacidad  que  éste  tiene  de 

intercambiar  electrones  con  otros  elementos  como  el  hierro,  por  ejemplo.  En  ocasiones,  su  co-

depositación  permite  que  el  manganeso  haga  parte  del  proceso  de  corrosión  dentro  del  tubo 

(Cerrato, et al., 2006). 

 

 

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Figura 9. Depósitos de óxidos formados en una conducción de agua potable de hierro (Wricke, et al., 2007). 

 

Al  reaccionar  el  depósito  electrónicamente  con  el  material  del  tubo  de  hierro,  tiene  un  mayor 

poder  de  adhesión  que  en  el  caso  de  los  tubos  de  PVC.  Por  lo  anterior,  se  afirma  que  una  red 

matriz compuesta principalmente por tubería de hierro va a tener dificultades de disminución de 

diámetro  a  largo  plazo,  pues  mayores  cantidades  de  material  particulado  se  depositarán  y  se 

mantendrán  en  las  paredes  por  un tiempo  extenso  indeterminado,  mientras  que  en  tuberías  de 

PVC  se  depositará  menor  cantidad  de  material  y  se  desprenderá  más  rápidamente,  causando 

problemas de coloración de agua. 

 

Al igual que en las tuberías de PVC, en condiciones de sequedad en los tubos de hierro a causa de 

la suspensión del servicio y el posterior restablecimiento, los desprendimientos de  los depósitos 

de  óxidos  de  manganeso  son  más  elevados  que  en  condiciones  de  flujo  continuo  por  la  misma 

razón que en el caso del PVC; la turbulencia y el esfuerzo cortante hacen efecto sobre el depósito 

que no experimentaba flujo alguno en las últimas horas (Cerrato, et al., 2006). En esta ocasión, la 

diferencia entre el desprendimiento de los óxidos de manganeso a condiciones de flujo constante 

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46 

e intermitente son muy diferentes, pues el esfuerzo cortante que aporta el agua a condiciones de 

flujo continuo no hace un efecto significativo en los depósitos, dado que la fuerza de adherencia 

es muy grande entre los óxidos y el material de la conducción. 

 

Contrariamente  a  los  resultados  obtenidos  en  el  estudio  en  Tegucigalpa,  las  quejas  de  los 

consumidores referentes a la llegada del agua con aspecto desagradable al grifo de agua potable 

en  casas  ubicadas  en  zonas  donde  predomina  la  tubería  de  hierro,  son  significativamente 

reducidas. Por lo anterior, se concluye y se afirma que los óxidos de manganeso adheridos a las 

tuberías  de  hierro  se  unen  a  las  paredes  con  una  fuerza  más  potente  debido  a  los  enlaces  de 

electrones que se forman entre el material de la conducción y el manganeso. 

 

 

 

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47 

9  Mecanismos de remoción y lavado de los depósitos de óxidos de manganeso 

dentro de la tubería. 

 

Como se ha mencionado a lo largo del documento, el hecho de que existan depósitos de óxidos de 

manganeso al interior de las redes de distribución de agua potable no sólo ocasiona problemas de 

coloración del agua potable, sino una disminución de diámetro y un aumento en la rugosidad en el 

interior  del  material  de  la  tubería.  Lo  anterior  puede  generar  un  grave  problema,  dado  que  se 

alteran  las  capacidades  y  eficiencias  hidráulicas  en  el  transporte  de  agua,  un  aumento  de  la 

fricción  sometida  al  flujo  y  por  ende  un  menor  caudal,  menores  velocidades  de  flujo  y  mayores 

pérdidas. Por las razones mencionadas, se  hace  necesaria la implementación de  mecanismos de 

lavado  de  manera  periódica,  siendo  un  recurso  habitual  de  operación  para  que  se  puedan 

garantizar unas condiciones de  flujo eficientes y una buena calidad de  agua  (CIACUA (Centro de 

Investigación de Acueductos y Alcantarillados), 2009). 

Se han invertido grandes esfuerzos en encontrar la manera de remediar los efectos que producen 

tanto las biopelículas como las películas minerales, entre las cuales se encuentran los depósitos de 

óxidos de manganeso. Para ello, la manera más efectiva hallada hasta el momento para limpiar las 

redes y aumentar la calidad estética del agua son los lavados de flujo a presión, como lo son los 

lavados hidráulicos tanto convencional como unidireccional. Sin embargo, también existe otro tipo 

de  tecnologías de  lavado, tal como la limpieza mecánica,  en  la cual se encuentran  el lavado con 

inclusión de aire, el uso de materiales absorbentes y abrasivos, y el lavado por medio del dragado 

de  sedimentos  que,  aunque  son  mecanismos  de  control,  no  son  tan  comunes  como  los  lavados 

hidráulicos (CIACUA (Centro de Investigación de Acueductos y Alcantarillados), 2009). 

 

9.1 

Lavado hidráulico 

 

El lavado hidráulico es el método más utilizado junto con la limpieza con aire (CIACUA (Centro de 

Investigación de Acueductos y Alcantarillados), 2009) por las empresas prestadoras de servicio de 

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agua  potable  para  provocar  el  desprendimiento  forzado  de  películas  tanto  minerales  como 

biológicas.  La  función  del  lavado  es  aumentar  el  esfuerzo  cortante  por  medio  del  incremento 

repentino de la velocidad del flujo de agua que, como se ha mencionado anteriormente, induce el 

desprendimiento de los depósitos adheridos a las paredes internas de las conducciones. 

Los lavados más comunes utilizados para limpiar las tuberías e inducir el desprendimiento de los 

óxidos  en  las  redes  de  distribución  de  agua  potable  y  evitar  un  evento  de  coloración  de  agua 

repentino son el lavado hidráulico convencional y el unidireccional, los cuales serán descritos con 

detenimiento a continuación. Sin embargo, el lavado hidráulico no es eficiente en tuberías de gran 

diámetro (mayor a 12”), pues los caudales del flujo a presión requeridos son muy elevados para 

obtener  la  velocidad  y  el  esfuerzo  cortante  adecuado  alrededor  de  toda  la  tubería,  lo  cual  no 

resulta fácil de asegurar (CIACUA (Centro de Investigación de Acueductos y Alcantarillados), 2009). 

Este  tipo  de  lavado  resulta  eficiente  para  remover  e  inducir  el  desprendimiento  tanto  de  las 

biopelículas  como  de  los  depósitos  de  óxido  de  manganeso  formados  por  sedimentación  y  por 

fuerzas  dinámicas  alrededor  de  las  paredes  internas  de  las  tuberías  que  conforman  la  red  de 

distribución de agua potable. 

La función del lavado es aumentar de manera drástica el esfuerzo cortante, para que así el flujo de 

agua  logre  erosionar  los  depósitos  y  biopelículas  adheridas  a  las  conducciones  y  removerlos  de 

manera  definitiva  de  la  red  (CIACUA  (Centro  de  Investigación  de  Acueductos  y  Alcantarillados), 

2009). 

 

9.1.1  Lavado convencional 

 

El lavado hidráulico convencional consiste en abrir las válvulas e hidrantes de un segmento de la 

red de distribución de agua potable en puntos de baja presión y puntos muertos principalmente, 

donde el consumo del agua en chorros sea mínimo, por un tiempo indeterminado y sin seguir un 

orden  específico  (CIACUA  (Centro  de  Investigación  de  Acueductos  y  Alcantarillados),  2009).  La 

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Dinámica  de  la  formación  de  depósitos  de  óxidos  de  manganeso  en  las 
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apertura de las válvulas y los hidrantes permiten que el flujo de agua salga de la red arrastrando 

las partículas erosionadas y el agua no deseada. En el momento que se tenga la calidad de agua 

deseada, se cierran las válvulas y se restablece el servicio a la comunidad. 

Este  método  de  lavado,  aunque  remueve  sedimentos  y  biopelículas  en  las  tuberías,  se  hace  de 

manera  superficial,  pues  remueve  los  que  están  adheridos  con  menor  fuerza  cohesiva  y  donde, 

por  consiguiente,  predomina  la  adherencia  friccional;  es  decir,  los  depósitos  y  películas  más 

jóvenes.  Los  efectos  del  lavado  hidráulico  convencional  no  son  duraderos,  por  lo  cual  se  debe 

realizar  de  manera  repetitiva.  En  algunas  partes  del  mundo  con  estaciones,  se  realiza  cada  tres 

meses y en otras, donde no existen estaciones, cada dos años (CIACUA (Centro de Investigación de 

Acueductos y Alcantarillados), 2009).  

Este  tipo  de  lavado  es  usado  como  medida  correctiva  y  como  respuesta  inmediata  a  las  quejas 

presentadas por los usuarios. Este método también se  utiliza después  de  hacer  mantenimientos 

generales regulares a las tuberías y accesorios, puesto que al realizarlas se deteriora la calidad del 

agua. Resulta fácil de realizar ya que no requiere planeación previa y se necesita únicamente un 

operario  capaz  de  realizar  la  tarea  (CIACUA  (Centro  de  Investigación  de  Acueductos  y 

Alcantarillados), 2009). 

La  velocidad  ideal  recomendada  por  la  American  Water  Works  Associations  (AWWA)  para  la 

remoción de los depósitos superficiales es de 1,5 m/s; sin embargo, estudios demuestran que una 

velocidad  de  1,8  m/s  puede  llegar  a    ser  más  adecuada  (CIACUA  (Centro  de  Investigación  de 

Acueductos y Alcantarillados), 2009). 

Para el diseño del lavado hidráulico convencional, se deben elegir los segmentos de tubería que 

tengan baja presión y puntos muertos, que  es  donde  se  deposita  más cantidad de  óxidos. Estos 

puntos  son  llamados  puntos  calientes.  El  lavado  de  los  puntos  calientes,  desde  donde  se 

desprende  un  mayor  volumen  de  depósitos  y  se  genera  la  coloración  del  agua,  ayuda  como 

medida de solución inmediata a las quejas de los consumidores. 

 

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9.1.2  Lavado unidireccional 

 

El  método  de  lavado  hidráulico  unidireccional  es  una  variación  del  lavado  convencional,  con  la 

diferencia  de  que  a  la  hora  de  realizarlo,  no  se  abren  todas  las  válvulas  e  hidrantes  de  un 

determinado sector, sino que se abren y se cierran las válvulas e hidrantes de cierta manera, para 

que  el  agua  quede  fluyendo  en  una  única  dirección,  con  un  valor  promedio  de  velocidad 

recomendado  de  1,8  m/s  (CIACUA  (Centro  de  Investigación  de  Acueductos  y  Alcantarillados), 

2009). De esta manera, el flujo de agua de lavado puede alcanzar unas velocidades más elevadas, 

por lo cual se puede desprender mayor volumen de depósitos. 

Las partículas removidas recorren cierta distancia en la misma dirección hasta salir de la red, y no 

ocurren  eventos  como  en  el  lavado  convencional,  que  partículas  removidas  pueden  llegar  a 

fragmentos de red que ya ha sido lavada y volverse a ensuciar. Por las razones expuestas, el lavado 

unidireccional es mucho más efectivo que el convencional, sumándole  a esto  que  es un método 

menos costoso, ya que se utiliza una menor cantidad de agua para la realización del lavado.  

Se  recomienda  hacer  los  lavados  de  este  tipo  en  horas  de  bajo  consumo  de  agua  potable,  los 

cuales  dependen  de  la  región  en  donde  se  encuentre  establecida  la red;  sin  embargo,  se  puede 

afirmar, de manera general, que estos horarios estás comprendidos entre las 11 de la noche y las 5 

de  la  mañana  (CIACUA  (Centro  de  Investigación  de  Acueductos  y  Alcantarillados),  2009).  Los 

lavados hidráulicos unidireccionales se deben repetir de manera periódica cada vez que la entidad 

prestadora del servicio lo tenga planeado.  En ciudades de países desarrollados se llegan a realizar 

hasta cada dos meses (CIACUA (Centro de Investigación de Acueductos y Alcantarillados), 2009). 

Contrariamente  al  lavado  hidráulico  convencional,  el  cual  se  lleva  a  cabo  principalmente  como 

respuesta  a  las  quejas  de  los  consumidores  por  mal  olor,  color  y  sabor,  y  para  recuperar  de 

manera instantánea pero momentánea la calidad del agua, el lavado unidireccional es una medida 

preventiva  que  requiere  una  planeación  previa  y  se  lleva  a  cabo  para  evitar  que  eventos  de 

coloración de agua lleguen a los grifos de los consumidores y se reporten nuevas quejas. 

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Dicha estrategia de limpieza de una red matriz alcanza a remover grandes volúmenes de películas 

tanto minerales como biológicas, y debido a su alta eficiencia, bajo costo y el requerimiento de tan 

sólo  dos  operarios  para  llevarlo  a  cabo  (CIACUA  (Centro  de  Investigación  de  Acueductos  y 

Alcantarillados), 2009), es la técnica más aplicada para este fin a nivel mundial. 

 

 

 

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10  Casos de estudio 

 

A través del tiempo, se ha tratado de combatir el problema de los eventos de coloración de agua 

potable en las diferentes redes de distribución; sin embargo, aún no se ha encontrado la manera 

de  prevenirlos.  A  continuación,  se  expondrán  diferentes  casos  de  estudios  nacionales  e 

internacionales. 

 

10.1 Bogotá, Colombia 

 

El sistema de Tibitoc abastece a Bogotá y algunos municipios como Sopó, Gachancipá, Tocancipá, 

Cajicá  y  Chía  (CIACUA  (Centro  de  Investigación  de  Acueductos  y  Alcantarillados),  2009), 

suministrando un caudal de 4,66 m

3

/s, el cual corresponde al 26% del agua total que circula por la 

red  matriz  de  la  ciudad  capital  y  municipios  aledaños.  La  planta  se  ubica  50  km  al  norte  de  la 

ciudad, entre los municipios de Sopó y Zipaquirá, por lo cual el agua tratada debe recorrer grandes 

distancias dentro de tuberías de distintos tamaños para así llegar al usuario final. 

La planta de tratamiento de agua potable de Tibitoc es una de las más importantes de Colombia y 

la segunda en importancia en Bogotá. Tiene una capacidad máxima de tratamiento de 10,5 m

3

/s, 

aunque  actualmente  sólo  abastece  a  la  ciudad  y  los  municipios  mencionados  con  4,66  m

3

/s.  La 

planta capta el agua del río Bogotá y es tratada para proveer agua potable de buena calidad a la 

población;  sin  embargo,  el  afluente  de  la  planta  se  caracteriza  por  tener  valores  elevados  de 

turbiedad y color (CIACUA (Centro de Investigación de Acueductos y Alcantarillados), 2009), siendo 

una de las principales preocupaciones de la empresa concesionaria que se encarga de la operación 

y mantenimiento de la misma.  

La  planta  trabaja  con  una  unidad  de  remoción  de  manganeso  por  oxidación  química  con 

permanganato de potasio, y utiliza cloro gaseoso como desinfectante. El agua tratada en Tibitoc 

sale a través  de  tuberías de  60”  y 78” en sentido norte-sur (CIACUA (Centro de  Investigación de 

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Acueductos  y  Alcantarillados),  2009),  iniciando  su  extenso  recorrido  a  través  de  estos  grandes 

diámetros y distribuyéndose por diferentes tuberías de distintos tamaños, hasta llegar a su destino 

final. 

Tibitoc  cumple  de  manera  estricta  con  la  Resolución  2115,  cumpliendo  todos  los  estándares  de 

calidad  de  agua;  sin  embargo,  los  niveles  de  manganeso  total  a  la  entrada  de  la  planta  son 

elevados, aunque inferiores a la norma colombiana, con un valor de 0,08 mg/L, y a la salida de la 

planta  de  0,041  mg/L,  en  promedio  para  el  año  2008.  Siendo  aproximadamente  el  90%  del 

manganeso total soluble, se nota que el proceso de remoción de manganeso soluble dentro de la 

planta  es  ineficiente  y  no  se  está  llevando  a  cabo  de  manera  adecuada,  pues  tan  sólo  logra 

disminuir de 0,072 mg/L  a 0,0369 mg/L de Mn

2+

La  turbiedad  y  el  color  aparente  son  parámetros  asociados  con  altos  niveles  de  partículas  de 

manganeso insolubles formadas por medio de la oxidación del manganeso Mn

2+

, ya sea química o 

biológica, partículas que son responsables de los eventos de coloración del agua. El mayor reto es 

controlar o prevenir los eventos de coloración de agua ocasionados por la oxidación de metales, 

principalmente el manganeso, dentro de las tuberías, generando depósitos que se adhieren a las 

paredes  y  posteriormente  se  desprenden,  causando  así  la  coloración  del  agua.  Concentraciones 

mayores a 0,02 mg/L de Mn

2+

promueven la depositación de los mismos (Sly, et al., 1990).

 

Las tuberías  de  60”  y  72” corresponden a tubos de  gran diámetro,  que  al transportar un caudal 

inferior a 6 m

3

/s, significa que la altura del nivel de la película de agua es muy baja, lo que genera 

una  velocidad  baja  del  agua  y  unas  condiciones  propicias  para  que  los  óxidos  formados  se 

depositen en las paredes de las conducciones, ya sea por sedimentación o por fuerzas dinámicas. 

La resuspención de las partículas depositadas en las paredes de las conducciones genera una alta 

turbiedad  en  el  agua  y,  por  lo  tanto,  la  coloración  de  la  misma,  tomando  ésta  un  color  entre 

rojo,café y negro, que genera problemas de orden estético e inconformidad de los usuarios con el 

sistema.  Los  eventos  de  coloración  de  agua  potable  en  Bogotá  se  han  visto  evidenciados  en 

múltiples  ocasiones,  observándose  que

   

todos  fueron  ocasionados  por  cambios  en  la  operación 

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que  afectan  la  hidráulica  en  las  tuberías  de  las  líneas  Tibitoc-Usaquén  o  Tibitoc-Casablanca,  los 

cuales generan la resuspención de las partículas al interior de la conducción. 

En marzo del año 2008, se presentó un evento de coloración de agua, en el cual, según el estudio 

realizado  por el  grupo  de  investigación  CIACUA  de  la  Universidad  de  Los  Andes,  se  observó  que 

estuvo  relacionado  estricta  y  proporcionalmente  con  la  turbiedad  y  la  cantidad  de  manganeso 

total en las tuberías evaluadas.  

El estudio se realizó fijando puntos de evaluación  llamados pilas, a través de la tubería saliente de 

la planta de Tibitoc hacia la ciudad de Bogotá. En tales puntos, se tomaron medidas de turbiedad y 

concentración de manganeso total. En la pila denominada Villa del Prado, situada en la calle 170 

con Autopista Norte, se evidenció una gran cantidad de manganeso total con una concentración 

de 0,0744 mg/L, lo cual equivale a 80% en exceso en comparación a la concentración entrante a la 

red anteriormente dicha. Esto demuestra que el manganeso está reaccionando químicamente con 

el cloro residual en los primeros kilómetros de la tubería, convirtiéndose en manganeso insoluble 

en agua MnO

2

Durante  los  años  2005,  2006  y  2007,  el  manganeso  total  disminuye  a  medida  que  la  distancia 

desde la planta aumenta, a diferencia del año 2008, donde su efecto es contrario: la concentración 

de manganeso total aumenta a medida que la distancia aumenta. Por lo dicho anteriormente, se 

evidencia la causa del evento de coloración, pues durante los años anteriores el manganeso había 

estado  depositándose,  almacenándose  dentro  de  la  tubería,  y  en  el  2008  una  parte  de  dichos 

depósitos fue resuspendida en el agua, saliendo así una mayor cantidad de manganeso total del 

que estaba entrando en la red de distribución de agua  potable. 

El  caudal  que  constantemente  sale  de  la  planta  de  Tibitoc  hacia  la  red  de  distribución  de  agua 

potable  genera  una  cargade  5  toneladas  métricas  al  año  de  manganeso  total  a  las  tuberías  que 

transportan  únicamente  agua  proveniente  de  Tibitoc  (CIACUA  (Centro  de  Investigación  de 

Acueductos  y  Alcantarillados),  2009).  Dicha  carga  es  muy  grande  y,  teniendo  en  cuenta  que  el 

manganeso soluble corresponde al 90% del manganeso total, una concentración de 4,5 toneladas 

al año se expone a procesos químicos, biológicos y mecánicos a lo largo de la red, y se almacena 

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como óxido de manganeso al interior de la conducción donde, tiempo después, se desprende por 

medio de diferentes mecanismos causados por cambios hidráulicos dentro de los tubos, causando 

así los infalibles eventos de coloración de agua. 

En el mes de mayo del año 2012, se produjo el rompimiento de una de las líneas principales de la 

red  de  distribución  de  agua  potable  de  la  ciudad  de  Bogotá:  la  línea  de  60”  en  la  Calle  134  con 

Carrera 9, la cual proviene directamente de la planta de Tibitoc. Se cree que la principal causa de 

la  ruptura  fue  la  acumulación  de  depósitos  minerales  compuestos  en  su  mayoría  por  óxidos  de 

manganeso,  los  cuales  corroyeron  la  conducción  al  punto  de  generar  el  deterioro  definitivo  del 

segmento de tubo. 

 

10.2 Tegucigalpa, Honduras

 

 

El acueducto responsable de suministrar la mayor cantidad de agua a la población de Tegucigalpa 

es “La Concepción”. El prestador del servicio es responsable de proveer de agua potable al 60% de 

la población, lo cual equivale aproximadamente a 900.000 personas. Su red de distribución tiene 

aproximadamente  7,5  km de  longitud,  los  cuales  son  responsables  de  transportar  1200  L/s,  que 

corresponden a la capacidad máxima de producción de la planta de Drégmont (Cerrato, 2005). 

La  planta  de  tratamiento  fue  puesta  en  marcha  a  principios  de  los  años  90,  siendo  su  vida  de 

operación hasta la fecha de

 

22  años. Hace aproximadamente 15 años, desde 1998, se han venido 

reportando innumerables quejas por parte de los consumidores por eventos de coloración de agua 

(Cerrato, et al., 2006). 

Inicialmente,  en 1993,  la  planta  tenía  una  unidad  de  oxidación  química  para  la solidificación  del 

manganeso soluble, pues éste se encuentra en grandes cantidades en el agua cruda captada: entre 

0,2  a  1,53  mg/L  (Cerrato,  2005).  La  oxidación  se  llevaba  a  cabo  con  permanganato  de  potasio 

(KmnO

4

),  caracterizado  por  tener  grandes  capacidades  oxidativas;  sin  embargo,  no  se  estaba 

cumpliendo el tiempo requerido mínimo de contacto, de 4 horas, (Cerrato, et al., 2006) antes de 

que el agua fuera sometida al proceso de filtración. Por dicho motivo, el manganeso soluble tanto 

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como el permanganato de potasio se estaban filtrando a la red de distribución, generando así la 

oxidación  al interior de  la misma,  donde  posteriormente  se  adhieren  los  depósitos  de  óxidos de 

manganeso en las paredes al interior de la conducción. A manera de solución, se decide suspender 

la adición del químico y dejar como tratamiento de remoción del manganeso soluble únicamente 

la aireación natural. 

Como  se  ha  mencionado  a  lo  largo  del  documento,  la  aireación  natural  no  es  suficiente  para 

remover el manganeso soluble, pues es una reacción sumamente lenta, por lo cual en la ciudad se 

siguieron  presentando  quejas  de  inconformidad  por  parte  de  los  usuarios  al  recibir  el  agua  de 

color café por sus grifos. 

La red de Tegucigalpa, La Concepción, está compuesta por tubería de dos materiales: 79% de las 

líneas principales son de PVC, que tienen aproximadamente una antigüedad de 21 años, y 14% de 

hierro  galvanizado,  con  una  antigüedad  de  36  años  (Cerrato,  et  al.,  2006)  (Cerrato,  2005).  La 

mayoría  de  las  quejas  eran  reportadas  por  casas  que  se  encuentran  en  los  sectores  donde 

prevalece  la tubería de PVC, siguiendo la teoría ya expuesta en el Capítulo 8. 

Dado que la mayoría de la red matriz de la ciudad es de PVC y que los depósitos tienen una mayor 

tendencia  a  desprenderse  de  las  paredes  de  los  tubos  de  dicho  material,  Tegucigalpa  tiene  un 

problema serio en cuestión de coloración del agua, el cual debe resolverse, en primera instancia, 

con  una  buena  unidad  de  remoción  del  elemento  del  agua  cruda  en  la  planta,  que  trabaje  de 

manera eficiente removiendo un gran porcentaje del mismo. 

 

10.3 Costa Dorada, Australia 

 

Australia se caracteriza por ser uno de los principales países con mayores problemas a causa del 

hierro  y  el  manganeso  en  sus  redes  de  distribución  de  agua  potable,  que  ocasionan  eventos  de 

coloración del agua tratada en las diferentes plantas de potabilización de ciudades como Victoria, 

Sídney,  Costa  Dorada,  entre  otras  (Waite,  1990).  Sin  embargo,  el  mayor  problema  es 

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Dinámica  de  la  formación  de  depósitos  de  óxidos  de  manganeso  en  las 
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proporcionado por el manganeso, pues su tasa de oxidación es mucho más lenta que la del hierro 

e  imposible  de  realizar  por  medio  de  aireación  natural,  pues  duraría  varios  días  en  ocurrir 

(Debordea & von Gunten, 2008).  

En  Australia  se  utiliza  principalmente  el método  de  remoción  de  los  elementos  por medio  de  la 

oxidación química para oxidar el hierro y el manganeso lo más rápido posible, seguido de procesos 

de  precipitación  y  filtración.  Sin  embargo,  en  el  caso  específico  de  Costa  Dorada,  el  proceso  de 

oxidación del manganeso podría estar funcionando de manera inadecuada, dado que se presentan 

periódicamente  eventos  de  coloración  del  agua  potable  dentro  de  las  redes  de  distribución, 

causados  por  el  desprendimiento  de  los  depósitos  de  óxidos  de  manganeso  adheridos  a  las 

paredes de las tuberías. 

Costa Dorada es una ciudad costera turística, perteneciente al estado de Queensland, y ubicada a 

100 kilómetros de Brisbrain (Sly, et al., 1990). Es una de las ciudades más importantes de Australia, 

con una población cercana a los 500.000 habitantes. Como se dijo antes, dicha ciudad es una de 

las que más enfrenta problemas en su sistema de distribución de agua potable por los eventos de 

coloración  del  agua,  lo  que  trae  consigo  el  descontento  de  los  usuarios,    por  lo  cual  se  han 

realizado varios estudios sobre el tema. 

La principal planta de tratamiento de Costa Dorada es la planta de tratamiento de agua potable de 

Molendinar, la cual recibe el agua a tratar de la presa de Hinze. El agua tratada, tras entrar a la red 

de  distribución  de  agua  potable  de  la  ciudad,  hace  que  se  produzcan  eventos  esporádicos  de 

coloración de agua relacionados directamente con la presencia de niveles elevados de manganeso, 

aunque se esté cumpliendo la norma de niveles  de manganeso soluble: por debajo de 0,1 mg/L. 

La planta fue puesta en marcha en 1983 y trata 1,16 L/s de agua cruda. EL proceso de tratamiento 

del  agua  se  hace  por  medio  de  coagulación,  sedimentación,  filtración  con  arena  y  por  último  la 

desinfección  con  cloro  y  dióxido  de  cloro.  Para  la  remoción  del  manganeso,  proceso  anterior  al 

filtrado,  se  utiliza  dióxido  de  cloro,  el  cual  se  considera  un  buen  agente  oxidante,  aunque  no  el 

mejor. 

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Dinámica  de  la  formación  de  depósitos  de  óxidos  de  manganeso  en  las 
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Los eventos de coloración de agua se evidencian a través de las quejas por parte de los usuarios, 

expresando  su inconformismo con la prestación del servicio durante los meses de  verano, entre 

diciembre y marzo. Un grupo de investigación de la Universidad de Queensland, comandado por el 

profesor  Sly,  experto  en  el  tema  y  dedicado  a  su  investigación,  realizó  un  estudio  en  donde  se 

hacían mediciones in situ en cuatro estaciones ubicadas en diferentes posiciones a lo largo de la 

red de distribución. Se obtuvieron mediciones de la cantidad de manganeso total y soluble, hierro 

total y soluble, cloro residual, pH, temperatura, entre otros, en cada estación. La velocidad de flujo 

se estableció por medio de válvulas de 0,5 m/s y una presión de 350 Kpa.  

Los  eventos  de  coloración  de  agua  se  dieron  a  conocer  por  una  cantidad  elevada  de  quejas.  El 

primer gran evento se presentó en el periodo de diciembre a enero del año 1986, período en el 

cual no se tenían registros de las concentraciones de manganeso en la planta. Justo después del 

evento,  se  empezaron a monitorear los niveles  del elemento entrante y saliente  de  la planta.  El 

segundo  gran  evento  se  produjo  en marzo  de  1986,  cuando  se  pudieron  medir  concentraciones 

entre  0,15  mg/L  y  2  mg/L  de  manganeso  entrante  a  la  planta  (Sly,  et  al.,  1990),  niveles  tan 

elevados  que  la  oxidación  con  dióxido  de  cloro  fue  insuficiente.  Por  consiguiente,  una  cantidad 

significativa  del  elemento  en  su  estado  soluble  entra  al  sistema  y,  por  medio  de  reacciones 

químicas  y  biológicas,  se  producen  óxidos  de  manganeso  insolubles,  los  cuales  son  los 

responsables de darle color al agua. 

Los niveles promedio de manganeso a la entrada de la planta durante el resto del año estuvieron 

comprendidos entre 0,01 y 0,02 mg/L; sin embargo, continuaron existiendo eventos de coloración 

en  el  periodo  de  diciembre-marzo  de  los  años  1986  -1987  (Sly,  et  al.,  1990).  Debido  a  las  bajas 

concentraciones registradas en el afluente de la planta, se deducía que el problema no existiría en 

dicho  periodo;  sin  embargo,  la  suspensión  de  los  depósitos  de  manganeso  formados  con 

antelación y adheridos a las tuberías de la red eran causantes del fenómeno. 

Los  análisis  realizados  al  material  particulado  hallado  en  el  agua  durante  el  estudio,  arrojaron 

como resultado que los principales metales que lo componían eran el manganeso, hierro, calcio, 

aluminio  y  sílica;  el  manganeso  correspondía  al  2%-8%  del  total  de  la  composición  del  depósito 

(Sly,  et  al.,  1990).  Sin  embargo,  la  proporción  de  manganeso  encontrado  dentro  del  material 

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particulado  aumenta  a medida que  crece  la distancia  respecto al punto de  salida del agua  de  la 

planta. 

Se extraen piezas de depósitos de óxidos adheridos a las tuberías de color café oscuro, los cuales, 

además de contener grandes cantidades de diferentes óxidos, entre ellos hierro y manganeso en 

su mayoría, contienen microorganismos bacterianos en las zonas donde hay niveles muy bajos de 

desinfectante residual. 

A manera de conclusión, en la red de distribución de agua potable de Costa Dorada, según Sly, a 

un  nivel  de  0,05  mg/L  de  manganeso  soluble,  la  depositación  de  manganeso  oxidado 

químicamente  se  beneficia  cuando  entra  una  concentración  de  0,5  mg/L  de  cloro  residual  al 

sistema; sin embargo, la adición de 0,2 a 0,4 mg/L de dióxido de cloro disminuye hasta en un 70% 

la depositación de los óxidos de manganeso. Por otro lado, a un nivel de 0,01 mg/L de manganeso 

soluble  bajo  cualquier  nivel  de  cloración,  la  tasa  de  depositación  es  muy  baja.  La  tasa  de 

depositación  de  óxidos  de  manganeso  es  ochenta  veces  más  elevada  cuando  entra  una 

concentración  de  0,05  mg/L  de  manganeso  soluble  que  cuando  entra  0,01  mg/L  de  manganeso 

soluble a la red de distribución de agua potable.  

La depositación con una concentración establecida de 0,05 mg/L de manganeso soluble y  de 0,5 

mg/L de cloro residual

 

es, debido a la oxidación química, ochenta veces mayor que la depositación 

causada  por  la  oxidación  biológica  del  manganeso  de  la  misma  concentración  en  un  medio  sin 

desinfectante residual (Sly, et al., 1990). 

Aunque  las  normas  de  calidad  de  agua  potable  establezcan  niveles  mínimos  de  0,05  mg/L  de 

manganeso  para  garantizar  la  calidad  y  las  condiciones  estéticas  del  agua,  el estudio  demuestra 

que  si  el  agua  excede  por  más  de  dos  días  concentraciones  mayores  a  0,02  mg/L,  se  pueden 

empezar a producir eventos de coloración de agua y, por lo tanto, quejas de los usuarios (Sly, et 

al., 1990). 

 

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10.4 Aproximación a los casos de Tibitoc y La Concepción 

 

La ciudad de Bogotá tiene problemas de formación y desprendimiento de óxidos de manganeso en 

la  red  de  distribución  de  agua  potable,  únicamente  por  el  agua  dotada  por  la  planta  de 

tratamiento de agua potable de Tibitoc. Como se mencionó en el Numeral 10.1, el manganeso se 

oxida en los primeros kilómetros de la línea de salida del taque de almacenamiento, pero el lugar 

exacto  donde  estos  se  depositan  es  incierto.  La  tasa  de  oxidación  en  las  conducciones  que 

transportan  el  agua  proveniente  de  Tibitoc  es  muy  alta,  dado  que  la  planta  trabaja  con  una 

concentración de cloro residual elevada, el agua captada del río Bogotá contiene altos niveles de 

manganeso y la planta no es eficiente en términos de remoción del mismo. 

Como  se  describió  en  la  cinética  de  la  reacción  química  en  el  Capítulo  4,  entre  mayor  sea  la 

relación molar entre el cloro y el manganeso a la salida de la planta hacia la red matriz, la reacción 

de oxidación se da más rápido. 

La razón por la cual se utiliza una concentración de cloro residual elevado de 1,38 mg/L a la salida 

de  la  planta  es  debido  a  la  gran  extensión  de  la  red  de  distribución  de  la  ciudad,  pues  se  debe 

garantizar una concentración mínima reglamentada, que en Colombia se encuentra entre 0,3 y 2 

mg/L  (República  de  Colombia,  2007)  del  desinfectante  a  lo  largo  de  toda  la  red,  para  evitar  el 

crecimiento  de  microorganismos  y,  por  consiguiente,  de  biopelículas  en  las  superficies  de  las 

conducciones. 

Por otro lado, “La Concepción” de Tegucigalpa es la planta más importante en abastecimiento de 

agua potable de la ciudad capital de Honduras, supliendo aproximadamente a 900.000 habitantes 

de la ciudad. Debido a su menor longitud desde la salida del reservorio hasta el último usuario en 

comparación con la red de Bogotá, se utiliza una menor cantidad de cloro residual, equivalente a 

1,250 mg/L.  Sin  embargo, la  concentración  de  manganeso  que  ingresa  a  la  planta  e  incluso  que 

sale  de  ella  es  mucho  más  elevada  que  la  de  Tibitoc,  con  un  valor  de  0,254 mg/L  de  Mg

2+

.    Por 

esto,  la  relación  molar  que  maneja  el  agua  potabilizada  de  La  Concepción  es  menor  y  se  puede 

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intuir  que  el  manganeso  se  oxida  más  lentamente  dentro  de  la  conducción  que  la  del  agua 

proveniente de Tibitoc en la red matriz bogotana. 

A continuación, en la tabla 1, se muestra el cálculo de la relación molar Cl

2

/Mn a la salida de cada 

una de las plantas a comparar. 

 

Tabla 1. Comparación de relaciones molares de las plantas de Tibitoc y La concepción. 

 

 

La  cantidad  de  manganeso  soluble  es  casi  siete  veces  mayor  a  la  salida  de  la  planta  de  La 

Concepción en comparación con la planta de Tibitoc (0,254 mg/L y 0,0369 mg/L, respectivamente), 

con una cantidad de cloro residual muy parecida. 

Se podría afirmar, según la información que se ha presentado en este documento, que a pesar de 

que el agua captada del río Bogotá para ser tratada en la planta de tratamiento de Tibitoc, una de 

las  principales  plantas  de  la  ciudad,  tenga  niveles  un  poco  elevados  de  manganeso  soluble,  la 

planta no está trabajando de manera eficiente ya que está removiendo un porcentaje muy bajo: 

47%.

 

Dicha  ineficiencia  seguramente  se  debe  a  la  falta  de  tiempo  para  que  el  agente  oxidante 

KmnO

4

  lleve  a  cabo  su  propósito  y  reaccione  completamente  con  el  manganeso  soluble  para 

convertirlo  en  manganeso  insoluble,  que  posteriormente  se  remueva  en  otros  procesos.  Al 

permitir  el  ingreso  del  manganeso  soluble  a  la  red  de  distribución,  éste  se  va  a  oxidar  muy 

rápidamente, en cuestión de segundos, entre los primeros 500 y 1000 metros de la línea de salida 

de la planta de Tibitoc, y continua el viaje a través del agua hasta alcanzar el estado de reposo. 

La estimación del cálculo del tiempo de oxidación del manganeso a la salida de la planta de Tibitoc 

en la tubería de 78” por medio del cinética propuesta por el profesor Hao, es muy ambigua, pues 

Planta

Moles de cloro residual

Moles de manganeso soluble

Relación molar (Cl2/Mn)

Tibitoc-Bogotá

1,94624E-05

6,71666E-07

28,97627662

La concepción-Tegucigalpa

1,7629E-05

4,62339E-06

3,812994291

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redes de distribución de agua potable. 

 

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no se está teniendo en cuenta la reacción compleja que hay con el permanganato de potasio que 

seguramente se está filtrando también a la red, ni el consumo del cloro por la reacción de estos 

con los microorganismos y materia orgánica. Sin embargo, debido a la gran cantidad de óxidos que 

se  alcanzan  a  producir  y  a  viajar  a  través  de  la  red  por  medio  del    agua  potable,  éstos  sufren 

efectos  de  la  gravedad  que  los  obligan  a  sedimentarse,  formando  camas  de  óxidos  en  la  parte 

inferior de la tubería, o efectos de fuerzas eléctricas que producen la adherencia de los mismos a 

lo largo de toda la circunferencia de  la  conducción, generando una problemática que  no se está 

previniendo  aún  en  las  ciudades  capitales  de  Colombia  y  Honduras,  así  como  en  muchas  otras 

ciudades del mundo. 

Se debe mejorar el proceso de oxidación con permanganato de potasio actualmente utilizado en la 

planta  de  Tibitoc,  ya  que,  a  pesar  de  ser  un  excelente  agente  oxidante,  se  tiene  que  diseñar  el 

proceso  de  manera  adecuada  para  que  los  tiempos  de  retención  se  cumplan  y  sea  un  sistema 

eficiente. Por otro lado, el cloro residual no se puede disminuir, ya que es una prioridad evitar los 

microorganismos y biopelículas que se puedan generar por la falta del mismo. 

Por  otra  parte,  en  La  Concepción,  el  sistema  de  remoción  del  manganeso  soluble  con 

permanganato  de  potasio  se  eliminó  por  la  ineficiencia  del  mismo,  debido  a  la  producción  de 

reacciones incompletas que se creía que afectaban negativamente y contribuían de manera más 

agresiva a los eventos de coloración de agua potable. Sin embargo, el problema no ha cesado y se 

deben  implementar  nuevas  soluciones,  puesto  que  la  oxidación  al  ambiente  es  aún  más  lenta e 

insuficiente  que  la  del  permanganato  de  potasio  anteriormente  utilizado.  Debido  a  la  elevada 

concentración de manganeso soluble que se encuentra en el agua captada para tratar, sumada al 

procedimiento inútil que se maneja para la remoción del mismo dentro de la planta, la red matriz 

de  Tegucigalpa  tiene  un  gran  problema  que  aún  no  logran  resolver  ni  manejar  de  manera 

preventiva para evitar que el agua “colorada” llegue a los usuarios y genere inconformismos con el 

sistema. 

 

 

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11 Conclusiones 

 

 

El  manganeso  es  un  metal  que  se  encuentra  naturalmente  en  la  corteza  terrestre  de 

manera  abundante,  por  lo  cual  resulta  diluido  en  las  distintas  fuentes  de  agua.  La 

concentración de manganeso en su forma soluble en el agua depende de las condiciones y 

características  geotécnicas  de  la  región  donde  se  encuentra  el  cuerpo  de  agua,  la  época 

del año o las estaciones también influyen (en verano los niveles son mucho más elevados). 

Las  plantas  de  tratamiento  de  potabilización  deben  incluir  un  proceso  químico  de 

oxidación  para  remover  el  elemento,  aunque  éstos  resultan  siendo  lentos  e  ineficientes 

por lo que el manganeso soluble se filtra a las redes de distribución de agua potable. Los 

óxidos  de  manganeso  dentro  de  las  redes  de  distribución  de  agua  potable  se  forman 

debido  a  la  oxidación  tanto  química  (en  reacción  con  el  desinfectante)  como  biológica 

(causada  por  bacterias  capaces  de  oxidar  el  elemento)  del  Mn

2+

  transformándose  en 

MnO

2

 

 

La  reacción  de  oxidación  del  manganeso soluble es  una  reacción  lenta  de  primer  orden. 

Sin embargo, a medida que pasa el tiempo la producción de óxido se acelera dado que los 

óxidos  ya  generados  reaccionan  alternamente  con  el  agua  y  el  manganeso  libre, 

produciendo así mismo dos moléculas de óxidos de manganeso. Por otro lado, la oxidación 

del manganeso por medio de bacterias presenta una cinética de pseudo-primer orden. Las 

bacterias  empiezan  la  actividad  oxidativa  dentro  de  la  red,  más  exactamente  en  la  capa 

laminar  viscosa  entre  la  pared  de  la  conducción  y  el  flujo  de  agua  donde  se  forman  las 

biopelículas,  oxidando  el  manganeso  soluble  presente  en  el  agua  a  partir  de  reacciones 

extracelulares  en  condiciones  pobres  de  desinfectante  y  a  un  pH  mayor  a  7  que  resulta 

adecuado  para  que  las  bacterias  sean  capaces  de  sobrevivir.  Al  igual  que  la  reacción  de 

oxidación química, en la biológica también se genera una producción lenta en un principio 

que  después  se  acelera.  La  oxidación  por  medio  de  reacciones  físico-químicas  es 

considerablemente más rápida que la reacción biológica. 

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La  formación  de  depósitos  compuestos  de  óxidos  de  manganeso  y  su  posterior 

desprendimiento varía de acuerdo con las propiedades  del agua captada en la planta,  la 

época del año, las condiciones hidráulicas de flujo dentro del sistema, la temperatura, el 

pH,  el  diámetro  del  tubo,  así  como  también  al  material  y  la  edad  de  la  tubería.    Las 

tuberías de PVC presentan un mayor índice de desprendimiento y por ende de coloración 

de agua que las de hierro, pues en el caso de las últimas, las partículas de los óxidos  se 

unen a las paredes con una fuerza más potente debido a los enlaces de electrones que se 

forman entre los dos materiales. 

 

 

Las partículas de óxidos de manganeso se empiezan a unir entre sí viajando por advección 

con el fluido a lo largo de la tubería, hasta alcanzar las vecindades de las paredes del tubo, 

donde viajan por difusión hasta conseguir el reposo y convertirse en depósitos formados 

en las paredes internas de la conducción, donde se adhieren a las superficies por medio de 

los mecanismos de sedimentación y fuerzas dinámicas.  

 

Bajo  condiciones  de  flujo estático  o  considerablemente  lento,  generalmente  en  tuberías 

de  diámetros grandes  donde  transita un caudal de  agua bajo,  prevalece  la formación de 

depósitos de óxidos de manganeso por medio de efectos de la sedimentación. Este tipo de 

depósitos  se  ubican  en  la  parte  inferior  de  la  conducción,  formando  una  cama  de 

sedimentos. El principio y fuerza motora que hace que las partículas se sedimenten es la 

fuerza de gravedad ejercida sobre las mismas.  

 

Por otro lado, bajo condiciones  de flujo turbulento, prevalece  la formación de depósitos 

de  óxidos  de  manganeso  por  medio  de  fuerzas  dinámicas  las  cuales  se  constituyen  por 

medio de fuerzas de Van der Waals y fuerzas electrostáticas. La depositación de óxidos a 

partir  de  fuerzas  dinámicas  ocurre  alrededor  de  toda  la  circunferencia  interna  de  las 

tuberías. El fenómeno de adhesión entre dos cuerpos debido a fuerzas de Van der Waals 

se da por la atracción mutua que existe entre las moléculas a una distancia determinada; 

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lo  que  produce  el  movimiento  de  las  partículas  de  óxidos  hacia  la  superficie.  Dichas 

interacciones se determinan por las propiedades de la superficie del tubo y de la molécula.  

 

Por  otra  parte,  las  partículas  de  óxidos  de  manganeso  y  la  superficie  del  material  de  la 

tubería se atraen por medio de una fuerza electrostática, debido a las cargas opuestas que 

manejan los dos materiales. Sin embargo, las fuerzas de  Van der  Waals son más fuertes 

que las electrostáticas y dominan las interacciones en las tuberías.  

 

 

Las películas de óxidos de manganeso son expuestas a ciertas acciones mecánicas, lo cual 

hace que los depósitos se desprendan o se resuspendan de las paredes de las tuberías. Los 

mecanismos son: abrasión, erosión, desprendimiento en masa y depredación. La erosión y 

el  desprendimiento  en  masa  se  consideran  los  dos  mecanismos  de  mayor  relevancia  en 

cuanto a la remoción de los depósitos minerales. 

 

La abrasión y la erosión son mecanismos que logran frenar el aumento de volumen de los 

depósitos  y  les  disminuyen  rugosidad,  pues  generan  el  desprendimiento  fraccionado  de 

partículas más superficiales que conforman la matriz. Por otro lado, el desprendimiento en 

masa  ocurre  cuando  hay  pérdida  repentina  e  intermitente  de  una  porción  grande  de  la 

película  mineral,  que  logra  modificar  drásticamente  su  estructura  y  por  ende  su 

estabilidad.  Por  último,  el  término  depredación  se  utiliza  cuando  hay  presencia  de 

microorganismos bacterianos en la película que son capaces de reducir el MnO

2

 

a Mn

2+

 

 

El  fenómeno  de  coloración  de  agua  potable  se  genera  a  partir  de  un  desprendimiento 

inesperado  de  partículas  de  depósitos  minerales  de  manganeso  y  hierro  adheridos  a  las 

paredes de las tuberías. Este es uno de los principales problemas sin solución preventiva 

que  tienen  la  mayoría  de  acueductos  a  nivel  mundial  y  que,  a  pesar  de  que  se  han 

invertido  muchos  esfuerzos  en  el  tema,  no  se  ha  llegado  a  resultados  concretos  en  la

 

modelación  del  comportamiento  de  los  óxidos  dentro  de  las  redes.  Las  partículas  de 

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óxidos transmiten al agua un aspecto turbio de color café-rojizo que genera inconformidad 

en los consumidores de agua, y sólo es posible mitigarlo cuando el evento ya ha ocurrido.  

 

 

Los depósitos minerales además de desatar  eventos de coloración de agua, generan una 

disminución  de  diámetro  en  las  tuberías  causando  problemas  hidráulicos.  Por  los  dos 

motivos  dichos,  se  realizan  lavados  hidráulicos  en  las  redes  de  distribución  de  agua 

potable periódicamente. Los lavados tienen como función aumentar el esfuerzo cortante 

por medio del incremento repentino de la velocidad del flujo de agua, lo cual que induce 

el desprendimiento de los depósitos adheridos a las paredes internas de las conducciones, 

generando así la remoción de los mismos. Existen lavados hidráulicos convencionales los 

cuales  se  usan  como  medida  correctiva  en  respuesta  a  las  quejas  de  los  usuarios  y 

recuperar  la  calidad  del  agua  de  manera  instantánea  pero  momentánea    y  los  lavados 

hidráulicos  unidireccionales  que  son  medidas  preventivas  que  requieren  planeación 

previa. 

 

 

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Universidad de los Andes 
Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 

Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados – CIACUA 
Dinámica  de  la  formación  de  depósitos  de  óxidos  de  manganeso  en  las 
redes de distribución de agua potable. 

 

IAMB  201210 

 

 

Andrea Hernández Alviar 

Proyecto de Grado en Ingeniería Ambiental 

71 

Wricke, B. y otros, 2007. Particles in relation to water quality deterioration and problems in the 
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s.l.: Techneau. 

Zapffe, C., 1931. Deposition of manganese. Economic Geology, 26(8), pp. 799-832. 

 

 

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