Efecto de la Velocidad de Flujo Sobre el Crecimiento y Desprendimiento de Biopelículas

Las biopelículas son esenciales para la supervivencia y el crecimiento de microorganismos patógenos en el agua potable. El potencial de supervivencia de los microorganismos dentro de las biopelículas radica en que los exopólisacaridos insolubles que la componen, escudan a los microorganismos de los desplazamientos y de la penetración de organismos predadores, antibióticos y desinfectantes. El problema para los humanos está en el desprendimiento o separación de microorganismos de las biopelículas, pues algunos de estos tienen el potencial de producir infecciones, tanto por su ingestión como por aerosolización. El objetivo de esta investigación consistió en determinar la influencia de la velocidad de flujo en el comportamiento de las biopelículas a través del tiempo y de su relación con el factor de fricción Darcy Weisbach, y la subcapa laminar viscosa, para evaluar las características de desprendimiento ante diferentes velocidades y con el mismo material (PVC).

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UNIVERSIDAD DE LOS ANDES 

FACULTAD DE INGENIERÍA 

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL 

 

 

 

EFECTO DE LA VELOCIDAD DE FLUJO SOBRE EL CRECIMIENTO Y DESPRENDIMIENTO DE BIOPELÍCULAS 

ALIMENTADAS CON CODB MEDIANTE PASTOS EN REDES DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE 

 

PROYECTO DE GRADO 

 
 
 
 
 

PRESENTADO POR: 

 

LAURA TAMAYO MORALES 

 
 
 
 
 
 

ASESOR : 

 

JUAN GUILLERMO SALDARRIAGA 

 

BOGOTÁ, D. C, 11 de Junio de 2013

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Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados - CIACUA 
Efecto de la velocidad de flujo sobre el crecimiento y desprendimiento de biopelículas 
alimentadas con CODB mediante pastos en redes de distribución de agua potable

 

 

 

 

 

 

Laura Tamayo  

Proyecto de grado                                   

 

 

 

AGRADECIMIENTOS 
 

A Dios por darme la perseverancia para no renunciar, la fuerza para luchar cada día  y por llenarme de 
bendiciones. 
 
 A  mis  padres  Cecilia  Morales  y  Hugo  Tamayo,  por  creer  en  mi,  por    enseñarme  todo  lo  que  se  y  por 
brindarme todas las facilidades para triunfar en la vida.  A mi hermana Maria Paula por estar siempre a 
mi lado, por perdonar mis errores, y por estar conmigo en las buenas y malas. 
 
A Juan Saldarriaga por todo su apoyo, enseñanzas, chistes, paciencia y su dirección para completar mi 
proyecto de grado. 
 
A  Jhon  Calvo  siempre  le  voy  a  estar  agradecida  por  las  tardes  de  risas  y  trabajo,  por  su  apoyo 
incondicional, por su paciencia y toda su ayuda 
 
A Alejandro por su cariño y por siempre creer en mí, aun cuando yo no lo hice.

 

 

 

 

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Proyecto de grado                                   

 

ii 

 

 

 

TABLA DE CONTENIDO 
 

1. 

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

1.1. 

Objetivos ....................................................................................................................................... 2 

1.1.1. 

Objetivo general ........................................................................................................................ 2 

1.1.2. 

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

2. 

ANTECEDENTES ................................................................................................................................. 4 

3. 

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

3.1. 

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

3.1.1. 

Características de las biopelículas ............................................................................................. 6 

3.2. 

Desarrollo de la biopelícula........................................................................................................... 7 

3.2.1. 

Formación de la biopelícula ...................................................................................................... 7 

3.2.2. 

Adherencia a la superficie ......................................................................................................... 7 

3.2.3. 

Colonización y desarrollo .......................................................................................................... 7 

3.2.4. 

Comunidad Madura .................................................................................................................. 8 

3.3. 

Las biopelículas en las redes de distribución de agua potable ................................................... 10 

3.3.1. 

Crecimiento de microorganismos en las redes de distribución de agua potable ................... 10 

3.3.2. 

Microorganismos que conforman la biopelícula .................................................................... 10 

3.3.3. 

Factores que afectan o limitan el crecimiento y desarrollo de las biopelículas ..................... 11 

3.3.4. 

Nutrientes ............................................................................................................................... 11 

3.3.5. 

Otros factores limitantes del desarrollo de la biopelícula ...................................................... 13 

3.4. 

Condiciones hidráulicas del flujo de agua ................................................................................... 14 

3.5. 

Parámetros de control de crecimiento de las biopelículas ......................................................... 19 

3.6. 

Desprendimiento de la biopelícula ............................................................................................. 20 

4. 

DESCRIPCIÓN DEL MODELO ................................................................................................................ 22 

4.1. 

Planta física ................................................................................................................................. 22 

4.1.1. 

Tuberías de PVC ...................................................................................................................... 23 

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Laura Tamayo  

Proyecto de grado                                   

 

iii 

 

 

4.1.2. 

Válvulas de control .................................................................................................................. 24 

4.1.3. 

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

4.1.4. 

Sistema de recirculación ......................................................................................................... 25 

4.1.5. 

Motobomba ............................................................................................................................ 26 

4.1.6. 

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

4.1.7. 

Vertederos .............................................................................................................................. 27 

4.1.8. 

Testigos ................................................................................................................................... 29 

4.1.8.1. 

Testigos de borde ................................................................................................................ 29 

4.1.8.2. 

Testigos de Centro .............................................................................................................. 30 

4.1.9. 

Tubería de vidrio ..................................................................................................................... 30 

5. 

METODOLOGÍA EXPERIMENTAL ..................................................................................................... 32 

5.1. 

Fuente de Carbono ..................................................................................................................... 32 

5.2. 

Aproximación Operacional.......................................................................................................... 33 

5.2.1. 

Cloro Residual ......................................................................................................................... 34 

5.2.2. 

Control cuantitativo a la formación y el desarrollo de biopelículas. ...................................... 35 

5.3. 

Aspectos microbiológicos de las biopelículas ............................................................................. 35 

5.4. 

Análisis cualitativo ...................................................................................................................... 36 

5.5. 

Análisis cuantitativo .................................................................................................................... 36 

5.5.1. 

Medición de Testigos .............................................................................................................. 36 

5.5.2. 

Cálculo del espesor de las biopelículas ................................................................................... 38 

5.5.3. 

Cálculo de la velocidad de crecimiento de biopelículas ......................................................... 39 

5.6. 

Cuantificación por Método de Escobillón ................................................................................... 40 

5.7. 

Determinación de pérdidas por fricción en las tuberías ............................................................. 40 

5.8. 

Medidas fisicoquímicas ............................................................................................................... 42 

5.9. 

Control Cualitativo a la formación y el desarrollo de biopelículas. ............................................ 43 

5.10. 

Comparación con trabajos anteriores..................................................................................... 43 

6. 

RESULTADOS ................................................................................................................................... 44 

6.1. 

Análisis cuantitativo .................................................................................................................... 44 

6.1.1. 

Pruebas físico-químicas ........................................................................................................... 44 

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Proyecto de grado                                   

 

iv 

 

 

6.1.2. 

Pruebas microbiológicas: Conteo de Unidades Formadoras de Colonias .............................. 45 

6.1.3. 

Testigos de Borde .................................................................................................................... 47 

6.1.4. 

Testigos de Centro .................................................................................................................. 51 

6.1.5. 

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

rugosidad relativa ................................................................................................................................... 55 

6.1.6. 

Efectos de la biopelícula en las pérdidas por fricción dentro de las tuberías......................... 59 

6.1.6.1. 

Diagrama de Moody ............................................................................................................ 59 

6.1.6.2. 

Efecto de la disminución de sustrato en el factor de fricción ............................................. 62 

6.2. 

Análisis cualitativo ...................................................................................................................... 66 

6.3. 

Análisis comparativo con estudios anteriores ............................................................................ 69 

6.3.1. 

Conteo de Unidades formadoras de Colonia .......................................................................... 70 

6.3.2. 

Comparación de la rugosidad absoluta, los espesores de la biopelícula y la subcapa laminar 

en cada tubería ....................................................................................................................................... 71 

6.3.3. 

Comparación de espesores de testigos de centro .................................................................. 74 

6.3.4. 

Comparación de los efectos de la biopelículas en las perdidas por fricción en los trabajos de 

Trujillo (2011), Vargas (2012) y Tamayo (2013) ...................................................................................... 76 

7. 

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .......................................................................................... 79 

8. 

BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................................................... 80 

9. 

ANEXOS ........................................................................................................................................... 83 

9.1. 

ANEXO CÁLCULOS HIDRÁULICOS DE LAS TUBERÍAS CON PRESENCIA DE BIOPELÍCULAS ........... 83 

9.2. 

ANEXO BASE DE DATOS SEMANAL, MEDICIONES: ...................................................................... 88 

 

 

 

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ÍNDICE

 

DE

 

ILUSTRACIONES 

Ilustración 1 Proceso de formación de biopelículas. Tomada de : 
http://dspace.usc.es/bitstream/10347/2852/1/9788498874501_content.pdf .......................................... 9 
Ilustración 2 Capa límite. Tomado de: 
http://www.oni.escuelas.edu.ar/2008/BUENOS_AIRES/1315/pq2.html ................................................... 16 
Ilustración 3 Flujo turbulento, interacción con pared sólida. Tomado de: 
http://ocwus.us.es/arquitectura-e-ingenieria/operaciones-basicas/contenidos1/tema3/pagina_11.htm
 .................................................................................................................................................................... 16 
Ilustración 4 Diagrama de Moody tomada de: http://metodosnumericosunalmzl.wikispaces.com ......... 19 
Ilustración 5 Vista en planta del modelo experimental .............................................................................. 23 
Ilustración 6 Vista de perfil del modelo experimental. ............................................................................... 23 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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vi 

 

 

 

ÍNDICE

 

DE

 

TABLAS 

 

Tabla 1 Ecuación de caudal por vertedero. ................................................................................................ 28 
Tabla 2 Fórmulas espesor de biopelículas según tipo de testigo. .............................................................. 39 
Tabla 3 Espesor y velocidad de crecimiento de la biopelícula formada en la tubería con velocidad de 
1m/s. ........................................................................................................................................................... 47 
Tabla 4 Espesor y velocidad de crecimiento de biopelícula formada  en tubería con velocidad de 3 m/s.48 
Tabla 5 Espesor y velocidad de crecimiento de biopelícula formada en la tubería con velocidad de 2 m/s.
 .................................................................................................................................................................... 49 
Tabla 6 Comportamiento de la biopelícula en testigos de centro para la tubería 1 (velocidad de flujo 1 
m/s). ............................................................................................................................................................ 52 
Tabla 7 Comportamiento de la biopelícula en testigos de centro para la tubería 2 (velocidad de flujo 
3m/s). .......................................................................................................................................................... 53 
Tabla 8 Comportamiento de la biopelícula en testigos de centro de la tubería 3 (velocidad de flujo 2m/s).
 .................................................................................................................................................................... 54 
Tabla 9 Registro fotográfico tuberías de vidrio. ......................................................................................... 66 
Tabla 10 Parámetros relevantes para el cálculo hidráulico. ....................................................................... 83 
Tabla 11 Cambio de la viscosidad y densidad del agua con la temperatura. ............................................. 84 
Tabla 12 Datos registrados de temperatura por medición. ........................................................................ 84 
Tabla 13 Resultados de viscosidad, densidad y viscosidad cinemática para ejemplo. ............................... 86 
 

 

 

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alimentadas con CODB mediante pastos en redes de distribución de agua potable

 

 

 

 

 

 

Laura Tamayo  

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vii 

 

 

ÍNDICE DE GRÁFICAS 

 
Gráfica 1 Cloro residual en el sistema de recirculación. ............................................................................. 45 
Gráfica 2 pH residual en el sistema de recirculación .................................................................................. 45 
Gráfica 3 Recuento en placa para análisis de mesófilos. ............................................................................ 46 
Gráfica 4 Espesor de biopelículas formadas en el montaje ........................................................................ 50 
Gráfica 5 Velocidad de crecimiento del espesor de la biopelícula en cada tubería. .................................. 51 
Gráfica 6 Espesor de biopelículas desarrolladas en los testigos de centro. ............................................... 55 
Gráfica 7 Relación entre el espesor de la biopelícula, la subcapa laminar viscosa y la rugosidad relativa de 
la tubería 1. ................................................................................................................................................. 56 
Gráfica 8 Relación entre el espesor de la biopelícula, la subcapa laminar viscosa y la rugosidad relativa de 
la tubería 2. ................................................................................................................................................. 57 
Gráfica 9 Relación entre el espesor de la biopelícula, la subcapa laminar viscosa y la rugosidad relativa de 
la tubería 3. ................................................................................................................................................. 58 
Gráfica 10 Relación entre la rugosidad de la tubería y el Número de Reynolds en las tres tuberías. ........ 58 
Gráfica 11 Diagrama de Moody para la tubería con velocidad de 1 m/s. .................................................. 60 
Gráfica 12 Diagrama de Moody para la tubería con velocidad de 3 m/s. .................................................. 61 
Gráfica 13 Diagrama de Moody para la tubería con velocidad de 2 m/s. .................................................. 62 
Gráfica 14 Relación del factor de fricción y el número de Reynolds en los días 475 y 482 en la tubería 1.
 .................................................................................................................................................................... 63 
Gráfica 15 Relación del factor de fricción y el número de Reynolds en los días 475 y 482 en la tubería 2.
 .................................................................................................................................................................... 63 
Gráfica 16 Relación del factor de fricción y el número de Reynolds en los días 475 y 482 en la tubería 3 64 
Gráfica 17 Recuento en placa para análisis de mesófilos. .......................................................................... 70 
Gráfica 18 Continuación datos de Trujillo y Vargas del espesor promedio, rugosidad y espesor de la 
subcapa laminar testigos de centro de la tubería 1. ................................................................................... 71 
Gráfica 19 Continuación datos de Trujillo y Vargas del espesor promedio, rugosidad y espesor de la 
subcapa laminar testigos de centro de la tubería 2. ................................................................................... 72 
Gráfica 20 Continuación datos de Trujillo y Vargas del espesor promedio, rugosidad y espesor de la 
subcapa laminar testigos de centro de la tubería 3. ................................................................................... 73 
Gráfica 21 Datos de Trujillo, Vargas y Tamayo de espesor promedio testigos de centro. ......................... 74 
Gráfica 22 Datos de Trujillo, Vargas y Tamayo de espesor promedio testigos de borde. .......................... 74 
Gráfica 23 Datos de Trujillo, Vargas y Tamayo de velocidad de crecimiento del espesor de la biopelícula 
en testigos de borde ................................................................................................................................... 75 
Gráfica 24 Diagrama de Moody datos Trujillo, Vargas y Tamayo ( v= 1 m/s). ............................................ 76 
Gráfica 25 Diagrama de Moody datos Trujillo, Vargas y Tamayo ( v= 3 m/s). ............................................ 77 
Gráfica 26 Diagrama de Moody datos Trujillo, Vargas y Tamayo ( v= 2 m/s). ............................................ 78

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alimentadas con CODB mediante pastos en redes de distribución de agua potable

 

 

 

 

 

 

Laura Tamayo  

Proyecto de grado                                   

 

 

 

 
 

1.  INTRODUCCIÓN 
La Organización Mundial de la Salud ha estimado que el 80% de todas las enfermedades que aquejan a 
todos  los  países  y  especialmente  a  los    en  desarrollo,  son,  en  su  mayoría,  causadas  por    la  falta  de 
abastecimiento de agua salubre y de medios adecuados de saneamiento. Lo anterior se fundamenta en 
que la distribución de agua potable se ha convertido en un problema de salud pública en la actualidad, 
debido  a  que  las  redes  representan  un  ambiente  óptimo  para  el  desarrollo  de  bacterias  que  pueden 
tener efectos adversos a la salud. 

Los  problemas  de  salud  causados  por    agua  potable  contaminada  con  microbios  o  bacterias,  se 
evidencian  con  los  brotes  de  las  enfermedades  que  se  transmiten  a  través  del  agua.  Se  observa,  con 
esto, la magnitud  del daño que tiene este problema, y a pesar de que el proceso de potabilizar el agua 
haya disminuido mucho esta problemática, la calidad del agua y la operación de las redes, son todavía 
causales de quejas en los usuarios. 

Los  problemas  de  calidad  del  agua  son  causados,  principalmente,  por  la  proliferación  de 
microorganismos que sobreviven al  proceso de potabilización y que  tomando como sustrato la materia 
orgánica que ingresa al medio, logran colonizar y asentarse en las paredes de las tuberías de la red. El 
desarrollo  de  los  organismos  dentro  de  una  asociación  de  colonias,  se  conoce  como  biopelículas,  las 
cuales  a  su  vez  son  más  resistentes  a  ser  erradicadas  y  serán  el  objeto  de  estudio  en  el  presente 
documento. 

Las  biopelículas  pueden  almacenar  microorganismos  patógenos,  incluyendo  algunos  procedentes  de 
fuentes  fecales  tales  como  Cryptosporidiumparvum,  Campylobactersp.,  rotavirus  y  otros  que  son 
capaces de crecer dentro de  los sistemas de distribución de agua, como Legionellasp., micobacterias y 
Aeromonassp. Las biopelículas son esenciales para la supervivencia y el crecimiento de microorganismos 
higiénicamente  relevantes  en  el  agua  potable,  por  lo  que  el  estudio  de  las  mismas  es  de  vital 
importancia para la protección efectiva del recurso, tratamiento del agua y valoración del riesgo (Gea-
Izquierdo Enrique, Loza-Murguía Manuel, 2013). 

El  potencial  de  supervivencia  de  los  microorganismos  dentro  de  la  biopelícula  radica  en  que  los 
exopolisacáridos insolubles que la componen, escudan a los microorganismos de los desplazamientos y 
de  la  penetración  de  organismos  predadores,  antibióticos  y  desinfectantes.  El  problema  para  los 
humanos  radica  en  el  desprendimiento  o  separación  de  microorganismos  de  las  biopelículas,  pues 
algunos  de  estos  tienen  el  potencial  de  producir    infecciones,  tanto  por  su  ingestión  como  por 
aerosolización de los mismos 

Además de los efectos en la salud, los estudios han reportado alteraciones en el diseño operacional de 
las redes de distribución por la presencia de biopelículas dentro de los que figuran el incremento de las 

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Efecto de la velocidad de flujo sobre el crecimiento y desprendimiento de biopelículas 
alimentadas con CODB mediante pastos en redes de distribución de agua potable

 

 

 

 

 

 

Laura Tamayo  

Proyecto de grado                                   

 

 

 

pérdidas por fricción, reducción de la capacidad hidráulica del sistema, y a largo plazo, se ve afectado el 
factor  de  fricción  de  Darcy-Weisbach  (Latorre,  2005).  En  algunos  sistemas  como  las  conducciones  de 
agua caliente sanitaria, la contaminación biológica puede influir de forma específica en el flujo de agua 
circulante  impidiendo  p.ej.  en  el  primer  caso,  la  transferencia  de  calor,  aumentando  la  corrosión  y 
dañando seriamente la instalación (Gea-Izquierdo Enrique, Loza-Murguía Manuel, 2013). 

El  presente  proyecto  de  grado  es  un  trabajo  experimental  que  permitirá  ilustrar  la  relación  de  la 
velocidad de flujo sobre el desarrollo de las biopelículas. Esto será determinado a partir de la frecuencia, 
calidad  y  cantidad  de  nutrientes  con  los  que  se  alimente  el  sistema  que,  para  este  caso,  será  pasto 
Kikuyo que cumplirá el papel de fuente de carbono orgánico biodegradable (COBD) de difícil asimilación. 
Adicionalmente  se  realizará  la  interpretación  del  comportamiento  hidráulico  y  de  la  influencia  de  la 
rugosidad de la biopelícula en el interior de las tuberías, con el  fin de proponer condiciones aptas para 
el desprendimiento de las asociaciones microbiológicas. 

Para recrear las condiciones de una red de distribución de agua potable, se adicionó cloro residual cuyas 
cantidades  varían  a  lo  largo  del  procedimiento  experimental,  a  fin  de  determinar  los  patrones  de 
crecimiento  y  desprendimiento  de  la  película  biológica.  Además  se  realizóla  toma  de  datos  en  un 
sistema  recirculado,  ya  que  en  investigaciones  anteriores  se  ha  descrito  que  el  caso  más  crítico  del 
comportamiento hidráulico ante la presencia de biopelículas, se presenta en esta condición, y  el costo 
operacional se incrementa notoriamente. 

1.1. Objetivos 

 

1.1.1.  Objetivo general 

 

Se pretende determinar la influencia de la velocidad de flujo en el comportamiento de las biopelículas a 
través  del  tiempo  y  de  su  relación  con  el  factor  de  fricción  de  Darcy-Weisbach,  y  la  subcapa  laminar 
viscosa, para evaluar las características de desprendimiento ante diferentes velocidades y con el mismo 
material (PVC). 

1.1.2.  Objetivos específicos 

 

  Establecer la posible relación entre el espesor de la biopelícula y la velocidad de crecimiento de 

la biopelícula, ante diferentes velocidades de flujo. 

  Comparar la rugosidad absoluta, el espesor de la biopelícula y el espesor de la subcapa laminar 

viscosa, para tres tuberías de PVC con velocidades diferentes. 

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Laura Tamayo  

Proyecto de grado                                   

 

 

 

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

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

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

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

  Comparar  los  resultados  del  presente  Proyecto  de  Grado  con  los  de  Trujillo  (2011)  y  Vargas 

(2012). 

  Registrar el comportamiento de las biopelículas mediante un recuento en placa por el método 

Escobillón y un historial fotográfico de las tuberías. 

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

de la biopelícula. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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2.  ANTECEDENTES 
 

El  tema  de  las  biopelículas  y  la  influencia  de  estas  en  redes  de  distribución  de  agua  potable,  ha  sido 
estudiado ampliamente desde diferentes enfoques. Dentro de los estudios a destacar están: 

 “Crecimiento  bacteriano  en  las  redes  de  distribución  de  agua  potable:  una  revisión  bibliográfica” 
(Juliana  Knobelsdorf,  Rafael  Mujeriego,  1997),  en  donde  se  realiza  una  revisión  bibliográfica  de  los 
métodos  que  permiten  evaluar  el  crecimiento  bacteriano  en  las  redes  de  abastecimiento.  Se  describe 
cada  método  y  sus  fundamentos,  además  del  proceso  de  formación  y  desarrollo  de  la  biopelícula,  el 
efecto  de  los  desinfectantes  y  la  influencia  de  los  materiales  de  la  tubería  obre  el  crecimiento 
microbiano. 

El  artículo  “Influence  of  hydraulic  regimes  on  bacterial  community  structure  and  composition  in  an 
experimental drinking water distribution system” (Douterelo I, Sharpe RL, Boxall JB., 2012), presenta los 
resultados de una investigación con 454 pyrosequencias de RNA ribosomal para investigar la influencia 
de  los  diferentes  regímenes  de  flujo  en  redes  de  distribución,  sobre  la  estructura  bacteriana  de  la 
biopelícula  y  la  calidad  del  agua  potable.  Los  resultados  mostraron  que  las  condiciones  hidráulicas 
influencian  la  estructura  de  la  comunidad  microbiana,  pues  las  bacterias  expuestas  a  flujo  variado 
mostraron,  en  28  días,  mayor  capacidad  de  producir  sustancias  poliméricas  extracelulares  para 
adherirse  a  superficie  y  favorecer  la  co-agregación,  de  las  bacterias  presentes  en  el  agua  que  se 
transporta en las tuberías. 

Otro  estudio  que  proporcionó  información  relevante  para  el  presente  proyecto  fue    “Drinking  water 
biofilm assessment of total and culturable bacteria under different operating conditions” (L C Simões, N 
Azevedo, A Pacheco, C W Keevil, M J Vieira, 2006).  En este se monitorearon  biopelículas sometidas a 
diferentes  condiciones  de  sustrato  y  flujo,  y  se  midieron  las  Unidades  Formadoras  de  Colonias  para 
determinar los factores que tienen mayor influencia sobre el aumento en la cantidad de biopelícula. El 
uso de flujo turbulento (Re= 11000) en lugar de flujo laminar (Re= 2000), y el uso de PVC como material 
de tubería, fueron las condiciones bajo las cuales más UFC se obtuvieron. 

 En  la  Universidad  de  los  Andes  se  han  adelantado  y  desarrollado  investigaciones  relacionadas  con  el 
efecto hidráulico que tienen las biopelículas en sistemas de distribución de agua. Estas investigaciones 
relacionan la formación y desarrollo de las biopelículas dentro de las tuberías de la red de distribución 
de agua potable, con un efecto hidráulico cuantificable. En una de las tesis que trató el tema fue “Efecto 
hidráulico  de  las  biopelículas  en  tuberías  de  agua  potable”  (Sanchéz,  2005),  que  establece  que  las 
pérdidas por fricción y la rugosidad absoluta aumentan con el transcurso del tiempo.  

También se han adelantado trabajos que reúnen las metodologías para el control del crecimiento y el 
desarrollo  de  las  biopelículas  como  lo  fue  el  trabajo    “Deterioro  de  la  calidad  del  agua  por  el  posible 

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Proyecto de grado                                   

 

 

 

desprendimiento  de  las  biopelículas  en  las  redes  de  distribución  de  agua  potable.  Estado  del  arte” 
Gelves (2005) 

En esta revisión bibliográfica se determinó que el suministro de 0.5 mg/l de Cloro, y el incremento en la 
velocidad hasta un punto en el que se ejerza una fuerza cortante significativa sobre las células fijadas en 
la biopelícula, son factores importantes en el desprendimiento de la misma. 

Los  proyectos   “Velocidad de  desprendimiento  de  las  biopelículas  en  tuberías  de  distribución  de  agua 
potable” de Luis Fernando Muñoz, 2005, y la tesis de grado de Ángela Donoso “Efecto de los materiales 
de  las  tuberías  en  la  generación  de  biopelículas  en  redes  de  distribución  de  agua  potable”  del  2009, 
presentan un nuevo enfoque y punto de análisis de la dinámica de crecimiento de las biopelículas. 

El  presente  trabajo  es  una  continuación  del  trabajo  de  grado  de  Trujillo  (2011)  “Modelación  de 
biopelículas  en  redes  de  distribución  de  agua  potable  alimentadas  con  Carbono  Orgánico  Disuelto 
Biodegradable”,  quien  desarrolló  las  primeras  mediciones  en  el  montaje  del  proyecto.  En  sus  tesis 
Trujillo concluyó que las propiedades físicas de las biopelículas como la visco-elasticidad, le confieren a 
la misma propiedades para deformarse absorbiendo o liberando energía del flujo; los datos que obtuvo 
mostraron que el aumento en el coeficiente de rugosidad absoluta depende de la velocidad del flujo y 
de la cantidad de sustrato, y planteó que un aumento en la velocidad del flujo aumenta la velocidad de 
crecimiento de la biopelícula. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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3.  MARCO TEÓRICO 

3.1. Definición de biopelícula 

 

El  término  biopelículas  se  refiere  a  una  organización  microbiana  y  bacteriana  que  se  adhiere  a  una 
superficie  mediante  la  secreción  de  un  polímero.  Estas  comunidades  microbianas  están  compuestas 
normalmente  por  múltiples  especies  que  interactúan  entre  sí  y  con  el  ambiente,  esto  con  el  fin 
adaptarse  a  los  distintos  medios  que  colonizan  y  así  asegurar  su  supervivencia.  La  integración  de  las 
mismas se logra mediante lo que se conoce como una matriz extracelular de sustancias poliméricas que 
es un ambiente dinámico donde las células microbianas alcanzan una condición estable y constante y se 
organizan  de  tal  forma  que  se  pueda  hacer  uso  de  todos  los  nutrientes  disponibles  (Sutherland  IW, 
2001). 

Los componentes principales de esta matiz son células microbianas, polisacáridos, agua y los productos 
que secretan los organismos presentes. Estos componentes permiten que haya varias comunidades las 
cuales  tienen  entre  ellas  intercambio  genético  lo  que  puede  afectar  en  gran  medida  la  integridad  y 
estabilidad de la biopelícula. 

Las  bacterias  se  organizan  en  la  biopelícula  mediante    “la  detección  de  quórum”  que  es  básicamente 
señalización intracelular que involucra la regulación y expresión de ciertos genes mediante moléculas de 
señalización  que  proveen  protección  y  supervivencia.  Aunque  esta  característica  no  siempre  es 
responsable  por  la  formación  de  la  biopelícula  si se  ha  comprobado  que  influencia  el  desarrollo  de  la 
misma para diferentes especies (Matthew R. Parsek, 2005). 

Esta  organización  representan  un  estrategia  de  supervivencia,  pues  además  de  ordenarse  para 
aprovechar los productos que se ofrecen entre microorganismos y entre comunidades, cuentan con un 
sistema de canales que son un medio de comunicación entre el medio externo y las capas más cercanas 
a  la  superficie  para  proveer  nutrientes  y  eliminar  desechos  metabólicos  (Marisol  Betancourth,  Javier 
Enrique Boteo, Sandra Patricia Rivera, 2004). 

3.1.1.  Características de las biopelículas 

 

Las  biopelículas  son  una  serie  de  microorganismos  que  se  agrupan  en  un  exopolímero  compuesto  de 
glicocálix en un 75%; este es producido por los mismos microorganismos que resultaran adheridos a la 
matriz  donde  forman  colonias  con  diferentes  requerimientos  metabólicos.  Una  de  las  características 
más  importantes  de  las  biopelícula  que  es  la  heterogeneidad  pues  se  pueden  llegar  a  formar 
organizaciones de bacterias, hongos y protozoos, cada una con diferente microambiente pues varían en 
el PH, la concentración de iones, carbono y nitrógeno, y la tensión por O

(Marisol Betancourth, Javier 

Enrique Boteo, Sandra Patricia Rivera, 2004). 

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La hidrodinámica es muy importante para que se desarrolle una biopelícula debido a que esta prolifera 
en  una  interface  líquido-sólido  donde  la  velocidad  del  flujo  que  lo  atraviesa  es  responsable  del 
desprendimiento de partes de la misma. Las que componen la biopelícula crecen predominantemente 
en  microcolonias  de  morfo  tipos  similares,  dentro  de  la  agrupación,  que  se  organizan  entremezcladas 
con  canales  de  agua  que  contienen  menos  células  bacterianas  y  cuya  matriz  está  compuesta  de  un 
material mucho más permeable que el resto de la agrupación de colonias; esto permite el transporte de 
nutrientes y desechos. 

3.2. Desarrollo de la biopelícula 

 

3.2.1.  Formación de la biopelícula 

Una  vez  se  da  la  adhesión  inicial  a  la superficie,  ya  sea  mediante  una  sola  especie  de  bacterias o  una 
población variada, algunas células se desarrollan y comienzan a excretar un exopolisacárido hasta que 
logran  producir  una  microcolonia  donde  las  células  vecinas,  que  son  morfológicamente  similares, 
quedan  embebidas  en  una  matriz  de  polisacáridos.  Con  el  aumento  del  espesor  se  comienzan  a 
presentar  limitaciones  de  nutrientes  para  las  capas  más  cercanas  a  la  superficie  y  disminuye 
considerablemente el crecimiento de la biopelícula. Cuando la misma alcanza un espesor igual al de la 
subcapa laminar viscosa (capa próxima al contorno donde tiene lugar todo el gradiente de velocidades, 
ya  que  la  velocidad  debe  reducirse  desde  su  valor  inicial  hasta  anularse  en  la  pared)  se  comienzan  a 
presentar  desprendimientos.  A  continuación  se  especifican  claramente  las etapas  de  desarrollo  de  las 
biopelículas. 

3.2.2.  Adherencia a la superficie 

 

La  adherencia  de  los  primeros  microorganismos  a  la  superficie  ocurre  en  primera  medida  con  la 
adsorción de una capa de materia orgánica que ocurre en minutos de haber comenzado la exposición de 
la  tubería  al  agua  con  COBD,  lo  que  cambia  las  propiedades  de  la  superficie  húmeda.  El  cambio  de 
propiedades físicas y químicas de la superficie permite que las células microbianas se unan dependiendo 
del  tipo  de  proteínas  de  la  cubierta  y  los  apéndices  motrices  de  las  mismas,  contando  con  la  capa 
orgánica como fuente de nutrientes para sobrevivir (W. G. Characklis, K. E. Cooksey, 1990). 

3.2.3.  Colonización y desarrollo 

 

Los  microorganismos  que  se  encuentran  en  el  agua  transportada  en  las  redes  de  distribución  se 
adhieren  a  la  superficie  de  la  tubería  puede  ocurrir  en  dos  etapas.  La  primera  ocurre  posterior  a  la 
adsorción  de  la  materia  orgánica  sobre  el  soporte  a  nivel  molecular  y  ocurre  cuando  se  adhieren  las 
primeras bacterias. Esta etapa ocurre en las zonas de la tubería donde el esfuerzo cortante es mínimo y 
donde la rugosidad es favorable para que esto ocurra. La duración de este proceso depende de la carga 

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de  la  superficie  y  la  naturaliza  y  concentración  del  sustrato  o  la  fuente  de  carbono  orgánico  (Otero, 
2005). 

La  adherencia  de  las  células  bacterianas,  dependiendo  de  la  carga  eléctrica  de  las  mismas,  pueden 
presentar    movimiento  browniano,  o  aleatorio  es  un  medio  fluido  resultado  de  atracciones 
electrostáticas o hidrofóbicas y por fuerzas de Van Der Waals. 

 La  segunda  etapa  se  refiere  a  la  primera  colonización  que  ocurre  cuando  la  bacteria  se  une 
irreversiblemente  al  sustrato  y  establece  una  población  residente.  El  crecimiento  de  la  biopelícula 
implica el crecimiento de la biomasa microbiana que ocurre mediante el crecimiento y la división de los 
organismos existentes, además de la producción de la matriz extracelular. 

La  segunda  colonización  ocurre  cuando  el  crecimiento  es  tal  que  se  comienzan  a  formar  colonias  o 
agrupaciones de colonias, además de secretar un exopolisacárido que forma unas estructuras similares a 
los  champiñones  separadas  por  canales  de  agua.  También  ocurre  que  se  comienzan  a  adherir  nuevas 
bacterias y otras especies de microorganismos. 

A medida que la biopelícula aumenta su espesor y las colonias individuales maduran, ocurre que estas 
pierden su asociación con la superficie colonizada dando paso a asociaciones entre células de diferentes 
especies para llevar a cabo procesos fisiológicos complejos como la producción de metano para poder 
sobrevivir (Hilary M Lappin, Scott Costerton, J William Costerton, 2003). 

3.2.4.  Comunidad Madura 

 

Cuando la biopelícula se forma como una estructura resistente y consolidada, esta actúa como interfaz 
biológica donde los químicos presentes en el agua se acumulan. Dentro de estos químicos se encuentran 
los nutrientes, que permiten el crecimiento y reproducción de los microbios, y los bioacomulados que 
no  son  usados  por  las  bacterias  y  se  acumulan  dentro  de  las  estructuras  poliméricas.  Los  últimos 
incluyen  iones  metálicos  y  sustancias  orgánicas  no  degradables  como  hierro,  manganeso,  aluminio 
cobre, entre otros.  

A medida que pasa el tiempo y circula el agua las biopelículas aumentan su espesor y liberan al flujo de 
agua,  células  encontradas  en  la  superficie.  También  hay  un  desprendimiento  causado  por  el  esfuerzo 
cortante  que  genera  el  agua  sobre  su  superficie,  el  cual  a  medida  que  se  incrementa,  así  también 
aumenta la posibilidad de que se desprendan mayor número de microorganismos.  Esto ocurre debido a 
que el esfuerzo no solo influencia la fuerza de cohesión de la biopelículas si no también la de adhesión 
de la misma  (Stoodley, P. 2001). 

En la madurez de la biopelícula aparece una organización tridimensional con huecos y canales interiores 
por donde circulan el agua y las partículas de tamaño reducido. Esta es una forma de organización muy 

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Efecto de la velocidad de flujo sobre el crecimiento y desprendimiento de biopelículas 
alimentadas con CODB mediante pastos en redes de distribución de agua potable

 

 

 

 

 

 

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compleja pero es  reversible  ya que  las células pueden desprenderse o desagregarse y volver a la vida 
planctónica (Carmen San José, Belén Orgaz, 2010). 

El  ciclo  de  vida  de  las  biopelículas  se  puede  observar  en  la  Ilustración  1donde  se  muestran  desde  la 
adherencia a la superficie de las células libres hasta el aumento del número de colonias existentes.  

 

 

Ilustración 1 Proceso de formación de biopelículas. Tomada de : 

http://dspace.usc.es/bitstream/10347/2852/1/9788498874501_content.pdf 

 

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alimentadas con CODB mediante pastos en redes de distribución de agua potable

 

 

 

 

 

 

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3.3. 

Las biopelículas en las redes de distribución de agua potable

 

3.3.1.  Crecimiento de microorganismos en las redes de distribución de agua potable 

Las biopelículas que se forman en las paredes de las tuberías pueden reducir la capacidad hidráulica de 
las mismas, acelerar su corrosión y hacer más difícil el mantenimiento de una concentración residual de 
desinfectante (Juliana Knobelsdorf, Rafael Mujeriego, 1997). El crecimiento bacteriano es propiciado por 
fuentes  de  abastecimiento  de  agua  que  contienen  compuestos  orgánicos  incluso  después  de  la 
desinfección final a la que se somete al agua durante su potabilización.  
 
El  desarrollo  de  los  microorganismos  y/o  bacterias  depende  principalmente  del  contenido  de  materia 
orgánica  biodegradable  y  de  la  disponibilidad  de    nutrientes  inorgánicos,  de  la  eficiencia  del 
desinfectante  residual,  del  flujo  de  agua,  de  la  temperatura,  del  tiempo  de  residencia  del  agua  en  los 
conductos  y  depósitos  de  almacenamiento,  del  pH  del  agua  y  del  material  de  construcción  de  las 
tuberías (Juliana Knobelsdorf, Rafael Mujeriego, 1997).  La película se compone de exopolisacáridos  los 
cuales  están  constituidos por  glicoproteínas  que  pueden  diferir  entre  bacterias.  Varían  desde  alginato 
hasta celulosa (rico en glucosa y galactosa). Los componentes que excretan las bacterias a través de su 
pared  celular  funcionan  como  moléculas  cargadas  que  permiten  realizar  intercambio  de  iones  para  la 
protección de los microorganismos y la retención de nutrientes (Uzcudun, 2003). 
En un estudio realizado en la Universidad de los Andes en el 2004 se planteó para biopelículas cultivadas 
en condiciones de flujo turbulento (Velocidad v = 1 m/s, Re = 3600 y τ = 5 N/m

2

), cuando se aumentaba 

el esfuerzo hasta un valor de τ = 10 N/m

2

, la biopelícula sufría una disminución en su espesor hasta de 

un  25%,  el  módulo  cortante encontrado  para  la  biopelícula  fue  de  27  N/m

2

  (Gelves M.  F.,  2005).  Este 

estudio  muestra  un  comportamiento  de  las  biopelículas  como  sólidos  elásticos  y  visco  elásticos  para 
bajos  valores  de  esfuerzo  y  se  comportan  como  fluidos  visco  elásticos  en  altos  valores  del  esfuerzo. 
Según el estudio, mediante este comportamiento se puede explicar las pérdidas de presión en tuberías 
con presencia de biopelículas, ya que el comportamiento visco elástico de la biopelícula puede ayudar a 
disipar la energía cinética del fluido en movimiento (Melo L.F, 2008).

 

 

3.3.2.  Microorganismos que conforman la biopelícula 

 
Muchos  estudios  se  han  llevado  a  cabo  con  el  fin  de  determinar  los  microorganismos  que  pueden 
encontrarse en las biopelículas de las redes de distribución de agua potable. Dentro de la Universidad de 
los  Andes  se  llevó  a  cabo  uno  de  estos  estudios  “Investigación  sobre  los  factores  que  generan  la 
formación,  crecimiento  y  posterior  desprendimiento  de  las  biopelículas  en  las  redes  matrices  de 
acueducto. Fase I” 
en el 2009 por el Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados (CIACUA). 
Este  mostro  que  se  encontraron    335  microorganismos,  de  los  cuales  la  mayoría  eran  bacterias 

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ambientales,  seguidas  por  bacterias  patógenas,  virus,  hongos  y  levaduras  perjudiciales  para  la  salud 
humana, protozoos y una minoría de cianobacterias (CIACUA, 2009). 
 
Entre  los  organismos  que  se  detectaron  se  asocian  a  las  biopelículas  se  encuentran  los  hongos  y 
levaduras,  bacterias  potencialmente  patógenas,  bacterias  ambientales,  virus,  protozoos  y 
cianobacterias.  El  problema  que  generan  estos  organismos,  es  el  deterioro  en  la  calidad  del  olor  y  el 
sabor en el agua tratada además de la resistencia a desinfectantes razón por la que resguardan muchos 
organismos que pueden ser perjudiciales para la salud humana. 
 
Los hongos por ejemplo, generan productos y subproductos de su metabolismo que causan que el agua 
tenga un sabor y olor a pantano o tierra, lo cual afecta directamente al consumidor final. Se observan las 
especies  Aspergillus  y  Penicillium  altamente  riesgosos  para  la  vida  humana;  entre  las  levaduras  más 
frecuentes se pueden encontrar las especies Candidaspp.yCryptococusspp. 
 
Dentro de los patógenos secundarios, que son aquellos que tienen en la biopelícula un microambiente 
nutritivo y electroquímico que  les  permite  sobrevivir y protegerse  de  los desinfectantes,  se encuentra  
Mycobacteriumspp., Legionellapneumophilia y P. aeruginosa. Las bacterias ambientales más comunes se 
encuentran la Nitospira, Planctomyces, Acidobacterium y Pseudomonas.  
 
Todas  las  especies  antes  mencionadas  que  pueden  llegar    conformar  una  biopelícula  multi-especie 
sobreviven mediante un tipo simbiosis llamado socio microbiología (LEWANDOWSKI, 2005). Este tipo de 
simbiosis consiste en coordinar la comunidad para que las relaciones sinérgicas y antagónicas permitan 
el crecimiento, reproducción, estabilidad estructural, difusión de sustancias y reserva de energía dentro 
de la biopelícula (Almeida, 1998). 
 

3.3.3.  Factores que afectan o limitan el crecimiento y desarrollo de las biopelículas 

 

3.3.4.  Nutrientes 

 
Dentro de las redes de distribucion de agua potable se puede encontrar materia organica biodegradable 
que es la fuente de sustento de la gran cantidad de microorganismos heterotrofos que conforman una 
biopelícula.    El  desarrollo  de  estos  en  los  sistemas  de  abastecimiento  ocurre  a  medida  que  obtienen 
energía  y    carbono  para  su  crecimiento  y  reproducción  a  partir  de  la  materia  orgánica  biodegradable 
(MOB). La de la energía y el carbono utilizados por los heterótrofos la aportan la fracción que puede ser 
metabolizada y corresponde al carbono orgánico  disuelto biodegradable (CODB) en el agua de origen.  

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Los  microorganismos  heterotrofos  usan  el  oxígeno  como  aceptor  final  de  electrones;  su  metabolismo 
consume un 50% del carbono absorbido  para satisfacer las necesiades de la célula y lo transforma en 
CO2 , mientras que el 50 % restante se usa para la generación de biomasa. 
 
En el agua cruda se puede encontrar una gran variedad de nutrientes los cuales pueden presentarse de 
manera natrural o pueden ser adicionados mediante el contacto del agua con ciertos materiales. Dentro 
de  los nutrientes más importantes  disponibles se encuentra el fósforo, el nitrógeno, carbón y algunos 
metales.  Con  la  disminucion  de  la  disponibilidad  de  nutrientes,  decrece  el  potencial  de  crecimiento  y 
formacion  de  las  biopelículas;  por  esto  la  reducción  de  nutrientes  escenciales  es  una  solución  al 
problema. 
 
Dentro de los nutrientes más importantes para el desarrollo de la biopelícula se encuentran: 

 

Carbón:    El  carbono  orgánico  es  usado  por  los  microorganismos  como  fuente  de  energía  y 
proviene de la vegetacón viva o muerta que ingresa a la red de distribución. Normalmente estos 
contienen  compuestos  húmicos,  fúlvicos,  acidos  carbolxílicos,  proteínas  y  carbohidratos 
poliméricosm (Gelves M. F., 2005). Las principales fuentes de carbono orgánico que se pueden 
encontrar  en  las  redes  son  los  solventes  de  la  tubería,  fibra  de  vidrio-  plástico  reforzado, 
lubricantes de válvulas y bombas y partículas de aire. 

 

Nitrógeno:  En  algunas  situaciones  al  agua  se  le  adiciona  amonio  para  que  se  formen 
cloroaminas. Este es un donador de electrones lo que puede causar la proliferacion de bacterias 
oxidantes  de  amonio  y  una  disminución  del  cloro  residual  (Vanegas,  2010).  Las  fuentes  de 
nitrógeno son los ácidos húmicos y fúlvicos, los nitritos y nitratos del agua. 

 

Fósforo : El fósforo en forma de fosfato se ha mostrado ser escaso en ciertos tipos de agua y en 
muchas ocasiones no está disponible para ser metabolizado por las bacterias. Se ha establecido 
en  estudios  que  la  limitación  de  este  en  el  agua  no  tiene  influencia  en  el  desarrollo  de  la 
biopelícula, pero  nuevos estudios dejan ver que no se tiene la certeza de esto (P. CHANDY, M. L. 
ANGLES, 2001). 

 

Iones metálicos y sales: Algunos elementos esenciales, por ejemplo cinc, cobre, cobalto, hierro, 
molibdeno,  son  necesarios  para  la  actividad  de  enzimas  específicas.  Por  ejemplo  el  óxido  de 
hierro estimula el crecimiento de bacterias coliformes (Gelves M. F., 2005). 

 
 

Cuando  las  biopelículas  se  ven  sometidas  a  un  ambiente  de  estrés  usan  medidas  adaptativas  para 
asegurar  su  supervivencia.  Una  de  estas  medidas  es  que  los microorganismos  secundarios  usan  como 
sustrato  de  los  desechos  de  colonizadores  primarios,  y  estos  a  su  vez  cuando  forman  nuevas  colonias 
alimentarán a los microorganismos incorporados; es por esta razón, principalmente, que la escasez de 
nutrientes  no  elimina  la  presencia  de  biopelículas.  Otra  de  las  adaptaciones  más  importantes  es  la 
asociación para metabolizar nutrientes disponibles en el medio por medio de enzimas. 

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3.3.5.  Otros factores limitantes del desarrollo de la biopelícula 

 

Como se mencionó antes hay varios factores que limitan o determinan el desarrollo de las biopelículas 
dentro de las redes de distribución de agua potable. Además de los nutrientes presentes en la misma, 
las siguientes variables son las más representativas: 

 

Rugosidad:  La  importancia  de  la  misma  radica  en  que  a  mayor  área  superficial,  mayor 
posibilidad de que se alberguen microorganismos y sustancias que favorezcan el crecimiento de 
los mismos dentro de la biopelícula. Esto se evidencia en que, generalmente, las superficies lisas 
retrasan la adherencia de bacterias pioneras, es decir que la tasa inicial a la que se comienza a 
cubrir la pared de la tubería de microorganismos es menor que en superficies rugosas, aunque 
con el tiempo es inevitable la formación de la biopelícula. Dentro de este factor se debe tocar el 
tema  de  la  edad  de  la  tubería  pues  a  causa  de  la  edad  avanzada  de  la  misma,  esta  puede 
presentar  incrustaciones  o  zonas  donde  la  biopelícula  pueda  protegerse  del  esfuerzo  cortante 
ejercido por el flujo o del desinfectante usado, 

 

Tiempo de retención del agua dentro de las tuberías: A medida que sea más largo el tiempo en 
que  un  volumen  de  agua  se  encuentre  dentro  de  la  tubería,  se  favorecerá  la  formación  de  la 
biopelícula  debido  a  que  las  condiciones  dentro  de  la  misma  son  estables  y  permiten  el 
desarrollo y sostenimiento de los microorganismos (Bernal, 2009). 

 

Temperatura del agua: Con el aumento de la temperatura dentro del sistema de distribución se 
esperaría  un  aumento  en  el  crecimiento  de  las  biopelículas.  Este  es  uno  de  los  factores  más 
influyentes pues inhibe el efecto de los desinfectantes y aumenta la posibilidad de corrosión. 

 

Concentración  del  desinfectante  residual:  Entre  mayor  sea  la  concentración  del  desinfectante, 
existe  una  mayor  posibilidad  de  que  este  entre  en  contacto  con  los  microorganismos  y  los 
ataque inhibiendo su crecimiento. 

 

Condiciones  hidráulicas:  La  teoría  de  la  capa  límite  establece  que  la  velocidad  del  agua 
disminuye hasta 0 cuando esta fluye lentamente en las cercanías de la pared de la tubería. La 
distancia entre la pared y el punto donde ocurre este fenómeno donde la velocidad no obedece 
el orden de magnitud del caudal que circula se le conoce como subcapa laminar; el espesor de la 
misma es el máximo espesor que pueden alcanzar las biopelículas, influenciadas por la velocidad 
y los nutrientes presentes. Cuando la biopelícula supera el espesor máximo se da el fenómeno 
de desprendimiento que se aumenta con velocidades altas, que a su vez  pueden aumentar el 
contacto de la biopelícula con los desinfectantes inhibiendo su desarrollo pero nunca evitando 
que se formen (Bernal, 2009). 

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Características  iniciales  del  agua  potabilizada:  Las  características  físicas,  químicas  y 
microbiológicas  del  agua  pueden  ser  un  factor  primordial  en  el  desarrollo  y  formación  de  la 
biopelícula.  Si  el  agua  potabilizada  pasó  por  un  tratamiento  de  desinfección  y  filtración  la 
cantidad  de  microorganismos  que  entran  a  la  red  puede  ser  menor;  lo  mismo  ocurre  con  las 
aguas  subterráneas,  en  las  cuales  se  esperaría  menor  presencia  de  microorganismos  en 
comparación con las aguas superficiales (Bernal, 2009). 

 

3.4. 

Condiciones hidráulicas del flujo de agua

 

 
Los regímenes hidráulicos que se presenten dentro del sistema de distribución de agua, es uno de  los 
factores  con  mayor  influencia  en  la  determinación  de  niveles  de  materia  orgánica  y  contacto  de  los 
microorganismos con el desinfectante residual como se mencionó antes. Además, la velocidad de flujo 
es  responsable  del esfuerzo cortante  que  genera el desprendimiento  de  las  biopelículas  dentro  de  las 
tuberías,    del  nivel  de  nutrientes  y  desinfectantes  que  están  en  contacto  con  la  misma.  Esta  y  otras 
variables  permiten  abordar  el  estudio  del  comportamiento  del  agua  dentro  de  los  sistemas  de 
distribución  mediante  las  ecuaciones  básicas  de  la  hidráulica  de  tuberías  que  permiten  entender  las 
pérdidas  de  energía  descritas  en  los  experimentos  de  Reynolds,  la  ecuación  físicamente  basada  de 
Darcy-Weisbach y la ecuación del factor de fricción de Colebrook-White (Saldarriaga, 2007). 

A continuación se explican las variables y aspectos teóricas relevantes en el estudio de la formación de 
biopelículas dentro de las tuberías de un sistema de distribución de agua potable. 

Número de Reynolds: Este es  un número adimensional que  depende  del diámetro de  la tubería, de  la 
velocidad del flujo de agua y de la viscosidad cinemática. Este se describe según la Ecuación 1.  

    

     

 

 

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

donde: 

 

Re: Número de Reynolds 

 

d: Diámetro de la tubería 

 

 v: Velocidad 

 

 : Viscosidad cinemática (Saldarriaga, 2007). 

 

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

Los  flujos  pueden  pertenecer  a  las  categorías  antes  mencionadas  que  se  explicarán  en  detalle  a 
continuación: 

Flujo Laminar: Se refiere al flujo en el cuál el agua se mueve en capas  ya que el gradiente de velocidad 
es  bajo y la fuerza inercial es  mayor que  la de  fricción. Las partículas siguen trayectorias definidas sin 
que exista intercambio de fracciones de  fluido entre ellas (Saldarriaga, 2007). 

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

Flujo turbulento: Con el aumento del gradiente de velocidad se incrementa la fricción entre partículas 
vecinas  al  fluido,  las  cuales  adquieren  una  energía  de  rotación  apreciable  por  lo  que  el  vector  de 
velocidad de cada una no está bien definido causando que las partículas choquen  entre sí y cambian de 
rumbo en forma errática. Comúnmente se habla de velocidad promedio para este tipo de flujo, debido a 
que no es permanente (Saldarriaga, 2007). 

Según

 

Ludwig Prandtl cuando un fluido que está en movimiento se encuentra con una pared sólida se 

genera un esfuerzo cortante causado por la viscosidad del fluido. La zona de flujo que se ve afectada por 
este esfuerzo se conoce como capa límite ya se turbulenta o laminar. En la siguiente figura se muestra 
como es la distribución de velocidades disminuyendo a 0 en la superficie sólida. 

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alimentadas con CODB mediante pastos en redes de distribución de agua potable

 

 

 

 

 

 

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Proyecto de grado                                   

 

16 

 

 

Ilustración 2 Capa límite. Tomado de:

 

http://www.oni.escuelas.edu.ar/2008/BUENOS_AIRES/1315/pq2.html 

 

 

Cuando  el  flujo  en  circulación  es  turbulento,  se  genera  una  capa  conocida  como  subcapa  laminar 
viscosa, ya que en ella priman las fuerzas viscosas sobre las inerciales. El espesor de esta capa es menor 
al de la capa límite, pues corresponde a una zona dentro de la última. 

 

Ilustración 3 Flujo turbulento, interacción con pared sólida. Tomado de: http://ocwus.us.es/arquitectura-e-

ingenieria/operaciones-basicas/contenidos1/tema3/pagina_11.htm 

 

 

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17 

 

 

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

 

 

 

 
 

         

 

 

 

 

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

donde: 

 

 

 

 el esfuerzo cortante 

 

 D=  el diámetro de la tubería 

 

    la densidad del fluido 

 

g= la gravead 

 

Hf=es la pérdida de presión piezométrica 

 

L=es la longitud en la que se produce la pérdida. 

 

 

 

     

 

 

 

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

Donde: 

 

 

 

  es la velocidad de corte  

 

ν= es la viscosidad cinemática.  

 

El  espesor  de  la  subcapa  laminar  viscosa  en  relación  con  la  rugosidad,  diferencia  a  los  flujos 
hidráulicamente  lisos  de  los  rugosos;  cuando  ks  ≤  0,305  

 

 el  flujo  es  turbulento  hidráulicamente  liso, 

cuando 0,305  

 

< ks ≤ 6,1 

 

 el flujo es turbulento transicional, y si por el contrario ks > 6,1 

 

 el flujo es 

turbulento hidráulicamente rugoso (Saldarriaga, 2007). 

La ecuación de Darcy y Weisbach determina lo que se conoce como pérdidas por fricción, que son las 
únicas pérdidas que se presentan en las tuberías simples. Esto ocurre como consecuencia de la fricción 
entre las paredes de las tuberías y el flujo de agua que corre a través de ellas.  

 

 

     

 

 

 

 

 

  

 

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

donde : 

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18 

 

 

 

f = el factor por fricción 

 

l = la longitud de la tubería 

 

ϑ= la velocidad del flujo.  

 

La ecuación que describe el factor de fricción es  la de  Colebrook-White de 1939;  se  aplica  a  flujo 
turbulento y se muestra en la siguiente ecuación: 

 

√ 

          

  

 

  

    

 

    

  √ 

    

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

 

donde: 

 

ks/d =la rugosidad relativa de la tubería 

 

 Re = el número de Reynolds. 

La naturaleza del factor de fricción fue estudiada por el ingeniero norteamericano Lewis F. Moody 
hacia 1940, quien desarrolló un modelo experimental basado en los resultados de Nikuradse y C.F. 
Colebrook,  investigando  las  pérdidas  por  fricción  en  tuberías  con  rugosidades  no  artificiales 
(Saldarriaga,  2007). La  representación  gráfica,  conocida  como  diagrama  de  Moody,  está  en  escala 
doblemente logarítmica donde se plasma el factor de fricción en función del número de Reynolds y 
la  rugosidad  relativa  de  la  tubería  para  flujo  laminar  (Re  <  2000)  hasta  flujo  turbulento 
hidráulicamente rugoso. 

 

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19 

 

 

Ilustración 4 Diagrama de Moody tomada de: http://metodosnumericosunalmzl.wikispaces.com 

 

 

3.5. Parámetros de control de crecimiento de las biopelículas 

La biopelículas son capaces de  aumentar su densidad aún bajo presión, presentando alta resistencia al 
esfuerzo  cortante,  sin  embargo  dicha  resistencia  se  puede  disminuir  al  revertir  el  sentido  del  flujo  de 
agua,  debido  a  que  la  biopelícula  se  estructura  de  manera  que  resista  el  flujo  en  un  solo  sentido 
(CIACUA,  2009).  Ocurre  que  para  regímenes  de  flujo  laminar  o  de  poca  turbulencia,  la  capa  límite 
hidrodinámica puede afectar las interacciones entre las células y el sustrato, la biopelícula se comporta 
como un sólido visco-elástico; al aumentar el esfuerzo cortante el comportamiento pasa a ser un fluido 
visco-elástico  y  se  deforma  permanentemente.  La  biopelícula  sufre  deformaciones  (formación  de 
cuellos), hasta llegar a acumular 20% de deformaciones antes de llegar a la falla  (Stoodley P, Wilson S, 
Cargo R, Piscitteli C, Rupp CJ, 2001).  

Además  métodos  como  la  desinfección  causa  que  la  estructura  general  de  la  biopelícula  cambie;  la 
apariencia  física  consiste  en  celdas  que  tienden  a  mantenerse  en  grupos  ya  que  los  organismos 
individuales desaparecen (Sanchez, 2005). 

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20 

 

 

Las  biopelículas,  a  pesar  de  su  resistencia,  se  pueden  controlar  con  tratamiento  físico,  químico  y 
mecánicos. En este caso se estudia el cloro que es usado ampliamente en agua como agente  oxidante 
para controlar el olor, sabor y color en los tratamientos de agua municipales, y como desinfectante de 
agua residuales y para tratamiento de agua potable. 

El cloro que se utiliza en el tratamiento de agua y desechos, no es solamente la especie elemental de 
cloro Cl

2

, sino que se conforma de especies como el ácido hipocloroso HOCl, ion hipoclorito OCl- y otras 

especies en las que se incluyen sales de HOCl (NaOCl y Ca(OCl)2). 

La  capacidad  de  desinfección  del  HOCl  se  considera  superior  a  la  de  OCl-,  por  lo  que  resulta  de  gran 
importancia controlar el pH pues la predominancia de las especies varía según este; a pH menores a 7.5, 
el HOCl predomina, mientras que con pH mayores a 7.5, la especia predominante es el OCl-. 

La  penetración  del  cloro  en  la  biopelícula  se  dificulta  por  ser  esta  un  lecho  viscoso  que  actúa  como 
barrera  protectora  de  los  microorganismos  presentes  dentro  de  la  misma.  La  eficiencia  de  la 
desinfección depende principalmente de la demanda de cloro del agua y de la biopelícula, del espesor 
de la misma, de la concentración de cloro en la interface sólido-agua y de la dosis de cloro aplicada.  

Otro mecanismo de control para la formación de biopelículas es evitar que los materiales de las tuberías 
lleguen a una edad muy avanzada, no solo porque se genera un decaimiento del desinfectante residual, 
sino porque se pueden generar  sitios de estancamiento a lo largo del sistema de distribución gracias a la 
corrosión (Murcia, 2009). 

Muñoz  en  el  2001,  en  la  Universidad  de  los  Andes,  resalta  otro  método  de  control  que  es  el  del 
“flushing” que consiste en el lavado convencional, donde se abren las válvulas de un sector sin un orden 
específico,  y  el  lavado  unidireccional  donde  se  sigue  un  orden  de  rutas.  Lo  que  logra  este  método  es 
desprender y evitar el desarrollo y adherencia de las biopelículas mediante la fricción entre el agua y la 
pared de la tubería (Muñoz, 2010). 

En general se han planteado como estrategias de control a la contaminación bacteriológicas y desarrollo 
de  las  biopelículas,  la  implementación  de  un  programa  de  mantenimientos  a  los  tanques  y  tuberías, 
controlando la corrosión, cambios y evaluación en el régimen de la dosis de desinfectante, y control de 
los niveles de nutrientes.  

3.6. Desprendimiento de la biopelícula 

Las biopelículas liberan continua y naturalmente células de su superficie, pero también se presenta un 
desprendimiento,  no  natural,  causado  por  el  esfuerzo  cortante  que  influencia  no  sólo  la  fuerza  de 
cohesión de la misma, sino la fuerza de adhesión.  

El  desprendimiento  se  puede  clasificar  en  cuatro  tipos  diferentes.  El  primero  es  el  de  erosión  que 
consiste  en  el  desprendimiento  de  pequeñas  partes  de  la  biopelícula  dentro  de  la  masa  de  agua.  El 

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segundo es el barrido en el cual se desprenden grandes porciones de la base de la película. El tercero es 
la  abrasión  que  se  por  la colisión  de  partículas. Por  último  la  depredación  que  solo ocurre  cuando  un 
macroinvertevrado consume la biopelícula. 

La taza de erosión de las biopelículas está determinada por el espesor de la misma y el esfuerzo cortante 
que  actúa  en  la  interface  sólido-líquido;  además  cuando  se  presentan  desprendimientos  en  masa 
pequeños, los efectos de cortante sobre la biopelícula, al igual que la hidrodinámica del sistema cambia, 
haciendo  que  la  biopelícula  se  torna  más  heterogénea  y  pueden  causar  más  desprendimientos.  En 
contraste  para  desprendimientos  rápidos  y  masivos  la  tasa  depende  del  decaimiento  de  oxígeno  o 
nutrientes dentro de la estructura de la biopelícula (Gelves M. F., 2005). 

Se  ha  encontrado  que  el  desinfectante  residual  no  tiene  tantos  efectos  en  los  desprendimientos  en 
masa como en los desprendimientos de células individuales. 

Algunas  células  desprendidas  pueden  actuar  como  pioneras  en  busca  de  un  nuevo  hogar  a  colonizar 
cuando se presenta escases de nutrientes y mucha competencia dentro de la biopelícula. 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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4.  DESCRIPCIÓN DEL MODELO 
 

El  objetivo  de  este  proyecto  fue  el  de  recrear  las  características  físicas  presentes  en  las  redes  de 
distribución de agua potable para poder evaluar el efecto de las biopelículas sobre estas. Para esto se 
utilizó  el  montaje  experimental  usado  en  investigaciones  anteriores  por  Ángela  Donoso  en  su  tesis 
Efecto de los materiales de las tuberías en la generación de biopelícula en redes de distribución de agua 
potable
”.  El montaje fue realizado el Laboratorio de Hidráulica de la Universidad de los Andes. 

Posteriormente este montaje fue modificado  por María Ximena Trujillo en su tesis “Modelación física de 
biopelículas  en  redes  de  distribución  de  agua  potable  alimentadas  con  carbono  orgánico  disuelto
”,  y 
después por Tatiana Vargas quien continuó con la toma de datos en su tesis “Biopelículas alimentadas 
con CODB mediante pastos: Dinámica de crecimiento y desprendimiento en sistemas de distribución de 
agua potable
.” A fin de ampliar los resultados encontrados por Trujillo y Vargas; se pretende abordar el  
mismo modelo que utilizaron en sus proyectos de grado. 

 

4.1. Planta física 

 
 
El  modelo  modificado  usado  por  Vargas  se  compone  de  un  tanque  elevado  que  se  conecta  a  tres 
tuberías en PVC de 4 pulgadas de diámetro. Las tuberías 1 y 3 están conectadas en sus extremos a unas 
tuberías  de  vidrio  de  2  pulgadas  de  diámetro  nominal,  el  cual  se  conecta  lateralmente  mediante  dos 
Tees con reducción de diámetro. 

Las tres tuberías tienen sus respectivas válvulas que  regulan el caudal que  pasa por las mismas; estas 
llegan a tres vertederos los cuales dirigen el flujo de agua a un tanque de almacenamiento conectados a 
una tubería de bombeo  en PVC de 4 pulgadas de diámetro que llega al tanque elevado; de este último 
sale  una  tubería  de  rebose  de  6  pulgadas  de  diámetro  nominal  que  llega  hasta  el  tanque  de 
almacenamiento. 

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

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23 

 

 

Ilustración 5 Vista en planta del modelo experimental 

Rebose Ø6"

Bombeo Ø4"

Ø4"

Ø4"

Nivel 0

Nivel 0

Tubería en PVC

Ø2"

Ø4"

Tubería de vidrio

Ø2"

piezómetros

Testigos

VISTA EN PLANTA DEL PROYECTO DE

GRADO BIOPELÍCULAS

válvula auxiliar

Tubería en PVC

Tubería en PVC

Tablero piezométrico

Tubería de vidrio

 

Ilustración 6 Vista de perfil del modelo experimental. 

Vertedero en PVC

Tanque en PVC 54"

Piezómetros

VISTA DE PERFIL DEL MODELO

EXPERIMENTAL

 

4.1.1.  Tuberías de PVC 

 

Según el modelo planteado por Vargas se instalaron los últimos 4 piezómetros para cada tubería a los 
3.97 metros desde el tanque elevado. Este punto de medición fue elegido para registrar las pérdidas por 
fricción aguas abajo. Para registrar las pérdidas por fricción aguas arriba se ubicaron los 4 piezómetros a 
1.2  metros  lineales  del  codo  conector  entre  la  tubería  y  el  tanque  elevado.  Desde  el  tanque  elevado 
hasta los piezómetros de medición agua abajo se tiene una longitud libre de accesorios de 3.97m. 

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24 

 

 

Estas medidas fueron establecidas a fin de cumplir con la distancia mínima para que el flujo se estabilice; 
esta es de 10 veces el diámetro de la tubería que se utiliza.  

La  disposición  espacial  de  los  cuatro  piezómetros  dentro  de  la  tubería  en  cada  uno  de  los  puntos 
mencionados anteriormente del montaje, se muestra en la Figura 1. 

Figura 1 Disposición espacial de los piezómetros en la tubería de PVC. 

 

 

Los piezómetros están dispuestos de tal manera que el  primero quede en la parte superior del tubo, el 
segundo en orden ascendente al lado derecho, el tercero en la parte inferior de la tubería y el cuarto al 
lado izquierdo. Este mismo sistema de numeración se utiliza aguas abajo pero estos se enumerandel 5 al 
8; En la tubería número 2 se tienen los piezómetros del número 9 al número 16, y en la tubería número 
3 se tienen los piezómetros del número 17 al número 24.  

 

Figura2 Tuberías de PVC en el montaje. 

 

4.1.2.  Válvulas de control 

Se encargan de influir en el paso  de  los fluidos; estas se van abriendo o cerrando dependiendo de las 
necesidades  del  flujo  con  el  fin  de  establecer  un  caudal  para  recirculación  y  variarlo  para  la  toma  de 
medidas de pérdidas por fricción. Se va a continuar con lo que Tatiana Vargas implementó en su tesis 

 

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Efecto de la velocidad de flujo sobre el crecimiento y desprendimiento de biopelículas 
alimentadas con CODB mediante pastos en redes de distribución de agua potable

 

 

 

 

 

 

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donde  el  caudal  que  se  fluctúa  debe  limitarse  a  un  flujo  turbulento,  con  números  de  Reynolds  entre 
20000 y 200000 para garantizar una ubicación deseable en el diagrama de Moody.  

Las válvulas en el modelo se encuentran a 0.18 metros del codo que conecta  al tanque elevado con la 
tubería de PVC. Estas se abren o se cierran según el caudal que se desee hacer pasar por las tuberías. 
Cada tubería tiene un caudal diferente en recirculación normal; en la identificada con el número 1 y en 
la número 3, se dispuso una apertura de 5 vueltas  y 8 vueltas, es decir están a un 16%  y 27% abierta 
respectivamente,  y  la  identificada  con  el  número  2  se  encuentra  abierta  30  vueltas,  es  decir  se 
encuentra a un 100% abierta.  

La apertura de las dos primeras válvulas es la misma del montaje de Vargas pero se modificó la tercera 
que en vez de tener 6 vueltas, condición que se mantuvo hasta el 15 de Junio de 2012; se comenzó a 
recircular el agua con 9 vueltas a partir del 29 de Enero de 2013. 

4.1.3.  Tanque elevado 

Este cumple con la función de caracterizar y establecer una altura piezométrica deseada  para obtener 
los caudales necesarios para la toma de datos de alturas piezométricas y para la recirculación diaria del 
sistema.  En  el  tanque,  que  se  puede  observar  en  la  Figura  3,  se  dispone  un  costal  de  pasto  Kikuyo 
sostenido por una cabuya atada al techo, como fuente de carbono como se puede observar en la Figura 
4.
 

Figura 3 Tanque elevado del montaje. 

 

 

4.1.4.  Sistema de recirculación 

Desde el tanque de almacenamiento se dispuso una bocatoma para que el agua sea bombeada hasta el 
tanque elevado como se muestra en la Figura 4; a continuación se explica el principal componente del 
sistema de recirculación. 

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Figura 4 Bocatoma en el tanque elevado. 

 

4.1.5.  Motobomba 

Esta  se  encarga  de  transformar  la  energía  mecánica  en  energía  cinética,  modificando  la  dirección  del 
flujo para recircular el agua en el sistema. El equipo instalado en el sistema fue el mismo utilizado para 
la tesis de María Ximena Trujillo y Vargas, a continuación se muestra en la Figura 5. 

Figura 5 Bomba del sistema de recirculación. 

 

4.1.6.  Tablero piezométrico 

Se ubicó el tablero al lado de la tubería 1 a una distancia que permitiera conectar los piezómetrosa fin 
de  determinar  las  pérdidas  por  fricción  causadas  por  la  biopelícula.  Las  mangueras  de  este  montaje 
fueron  reemplazadas  debido  a  que  las  usadas  por  Tatiana  Vargas  estaban  muy  sucias  y  no  permitían 
realizar las medidas con exactitud.  

Se realizaron medidas una vez por semana, a fin de realizar comparaciones con trabajos anteriores.Se 
efectuaron  10  pruebas  en  cada  medición  para  cada  tubería  variando  el  caudal      (Trujillo,  2011; 
Hernández, 2010; Donoso, 2009). El dispositivo se puede observar en la Figura 6.

 

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Figura 6 Tablero piezométrico para la toma de pérdidas por fricción. 

 

4.1.7.  Vertederos 

En  el  sistema  hay  instalados  tres  vertederos  triangulares  pues  son  más  precisos  y  son  utilizados, 
intensiva y satisfactoriamente, en la medición del caudal de pequeños cursos de agua y conductos libres. 
Adicionalmente  son  usados  para  garantizar  el  perfecto  funcionamiento  mediante  un  tanque  para  el 
quiebre  de  la  presión.  (Castilla, 2012)  Para  medir  las  alturas  de  la  lámina  de  agua  antes  y  después  de 
prender la bomba se usó un limnímetro mecánico como se observa en la Figura7. 

Figura7 Vertederos con limnímetro. 

 

 

 

 

Ya  que  el  modelo  utilizado  fue  el  mismo  realizado  por  María  Ximena  Trujillo  y  por  Tatiana  Vargas,  se 
usan las curvas de calibración de vertederos planteadas por Trujillo que son aplicables a las condiciones 

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utilizadas en el presente proyecto de grado. Los resultados determinados con las curvas se muestran en 
la Tabla 1. 

 

 

Tabla 1 Ecuación de caudal por vertedero. 

 
VERTEDERO 
 

 

 

 

(cm) 

ECUACIÓN 

10,78 

 (   

⁄ )           

 

   

 

 

    

 

10,61 

 (   

⁄ )           

 

   

 

 

    

 

10,07 

 (   

⁄ )         

 

   

 

 

    

 

 
donde la variable Ho se refiere a la altura inicial del vertedero cuando la bomba se encuentra apagada. 
Este  dato varía debido a que  el nivel del agua no es constante  pues  influyen las fugas que  se  puedan 
presentar y la temperatura fluctuante influye si ocurren fenómenos de evaporación. Es por esto que el 
valor  de  Ho  no  es  una  constante  y  debe  medirse  en  cada  fecha  de  donde  se  midan  las  alturas 
piezométricas, para determinar la velocidad del flujo en cada ocasión.  

Figura8 Vertederos triangulares. 

 

 

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4.1.8.  Testigos 

Son secciones de la tubería que son extraídas semanalmente. Estas permanecen en contacto con el agua 
por el diámetro interno, mediante correas mientras por el externo se adhieren a una tapa y se sujetan a 
la tubería con una abrazadera por cuestiones de seguridad. Basado en la metodología de (Trujillo, 2011) 
se conservó la ubicación de los testigos extraíbles aguas abajo y arriba de las tuberías, como se ilustra en 
la Figura 9. 

Figura 9 Testigos extraíbles aguas abajo de las tuberías. 

 

4.1.8.1. 

Testigos de borde 

Es  el  testigo  que  se  encuentra  aguas  abajo  de  cada  tubería  y  que  tiene  una  mayor  área.  Este  se 
encuentra  de  manera  individual  y  sus  dimensiones  comprenden  4  centímetros    de  ancho  y  10 
centímetros de largo (Castilla, 2012), como se puede apreciar en la Figura10. 

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Figura10 Testigos de borde y de centro. 

 

4.1.8.2. 

Testigos de Centro 

Son a los testigos con un área menor que se encuentran ubicados en parejas en cada tubería; tienen 4 
centímetros  de  ancho  y  7  centímetros  de  largo  y  están  espaciados  entre  sí  por  1  centímetro  tanto 
transversal como longitudinalmente. En cada una de las tuberías se instalaron 24 testigos los cuales se 
pueden observar en la Figura 9. 

4.1.9.  Tubería de vidrio 

Estas tuberías se encuentran localizados aguas abajo conectadas a las tuberías en PVC por los extremos. 
La  unión  de  las  dos  tuberías  es  por  medio  de  dos  Tees  con  codos  de  2  pulgadas  que  permiten    la 
reducción de 4 a 2 pulgadas el diámetro de circulación del flujo. Los codos están unidos por un niple a 
una tubería de vidrio de 1.34 metros de longitud, como se observa en la Figura 11. 

 

Figura 11 Conexión de los tubos de vidrio a la tubería de PVC. 

 

 

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Las tuberías de vidrio cumplen con la función de permitir, mediante un registro fotográfico, caracterizar 
cualitativamente  el  crecimiento  y  el  espesor  de  las  biopelículas.  Esto,  sin  embargo,  no  implica 
necesariamente  que  represente una caracterización del crecimiento de las biopelículas en las tuberías 
de  PVC,  debido  a  que  se  prevén  cambios  de  la  dirección  del  flujo  y  la  presencia  de  reducciones  y 
uniones, generan cambios en las condiciones hidráulicas. La disposición de las tuberías y las uniones se 
muestra en la Figura 12. 

Figura 12 Tuberías de PVC y de vidrio en el montaje. 

 

 

 

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5.  METODOLOGÍA EXPERIMENTAL 
 

La metodología usada, en el presente proyecto de grado, para obtener las mediciones deseadas fue la 
establecida  por  María  Ximena  Trujillo  en  el  2011  y  utilizada  posteriormente  por  Tatiana  Vargas  en  el 
2012. 

5.1. Fuente de Carbono 

 

Para impedir que se incorporasen al agua materiales exógenos provenientes del ambiente se usó como 
fuente  de  carbono  el  pasto  Kikuyo  o  Pennisetum  Clandestinum  que  es  encontrado  en  regiones 
ecuatoriales como Colombia y por ende tiene una alta probabilidad de ingresar a las tuberías de la red. 
Costales  de  este  pasto  fueron  donados  por el  Departamento  de  Planta  Física  de  la  Universidad  de  los 
Andes. 

Según lo planteado por Vargas (2012) , Trujillo (2011) , Hernández y Donoso (2009)  una aproximación a 
la realidad se puede presentar al colocar un costal con orificios lleno de Pennisetum Clandestinum en el 
tanque  elevado  y  otro  en  el  tanque  de  almacenamiento  del  modelo  (Vargas,  2012,  Trujillo,  2011; 
Hernández, 2010; Donoso, 2009); para dichos proyectos el pasto se suministró cada 15 y 7 días, pero en 
el  presente  se  cambiaran  los  costales  cada  8  días  principalmente  para  suplir  la  demanda  de 
carbono.También se cambia el pasto ya que la biopelícula creció bajo estas condiciones durante los 14 
meses  aproximadamente  que  habían  transcurrido  desde  el  comienzo  del  proyecto  hasta  el  inicio  del 
2013.  Adicionalmente  se  procura  evitar  daños  y  desprendimientos  de  costal  y  que  no  hayan 
taponamientos de las tuberías. El pasto usado se muestra en la Figura 13. 

Figura 13 Pasto kikuyo. Pennisetum Clandestinum. 

 

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5.2. Aproximación Operacional 

Se  estableció  en  primera  instancia  un  tiempo  de  recirculación  de  aproximadamente  8  o  9  horas  para 
recrear las condiciones encontradas en una red de distribución de agua potable. Posteriormente de se 
establecieron las aperturas de las válvulas de la siguiente manera: 

  La primera válvula se abrió de 5 vueltas para obtener una velocidad de 1 m/s. 
  La segunda válvula tenía una apertura máxima para abordar una velocidad de 3 m/s 
  La tercera válvula se le asignó una apertura de 8 vueltas para una velocidad de 2m/s. 

Para evitar fugas de agua se procuró hacer una revisión del sistema cada día en que fue encendido para 
que  los  resultados  obtenidos  no  estuvieran  alterados  por  irregularidades  en  las  velocidades  y  en  las 
alturas piezométricas. 

El procedimiento de recirculación diario se muestra a continuación en el Diagrama1. 

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Diagrama1 Procedimiento de recirculación diaria. 

 

 

 

5.2.1.  Cloro Residual 

 
Para recrear las condiciones y características que presenta un sistema de distribución de agua potable se 
procuró conservar la concentración mínima de cloro en el modelo de acuerdo con la Resolución 2115 de 
2007 del Ministerio de la Protección Social  y el Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial 
que estipula: “El valor aceptable del cloro residual libre en cualquier punto de la red de distribución del 
agua  para  consumo  humano  deberá  estar  comprendido  entre  0,3  y  2,0  mg/L.  La  dosis  de  cloro  por 
aplicar para la desinfección del agua y asegurar el residual libre debe resultar de pruebas frecuentes de 
demanda de cloro.” (MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL, 2007). 
 

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Para  poder  comparar  los  resultados  obtenidos  en  el  modelo  descrito,  con  resultados  anteriores  se 
estableció  que  la  concentración  de  cloro  residual  debería  ser  de  0.5  mg/L.  Para  tal  fin  se  utilizó 
hipoclorito de calcio HTH granular como desinfectante a partir del 30 de Enero de 2013. 
 
María Ximena Trujillo planteó una concentración inicial de hipoclorito de calcio (       

 

     ) de 20.5 g 

(Trujillo  Gómez, 2011),  pero  debido  a  que  el  agua  es  recirculada  el cloro  residual  va  disminuyendo   a 
través  del  tiempo.  Tomando  como  referencia  las  curvas  de  cloro  residual  del  modelo  planteadas  por 
Tatiana  Vargas  se  planteó  una  concentración  inicial  de  cloro  de  47.6  g  de      

 

      que  debía  ser 

introducido en el sistema, diluido en agua, cada día. 
 
La concentración de cloro residual disminuyó a partir del 18 de Abril pues se midieron concentraciones 
de cloro residual entre 1 y 2 mg/L por lo que fue necesario realizar una curva de calibración de en la que 
se estableció una cantidad de      

 

      igual a 37.2 gramos. 

 

5.2.2.  Control cuantitativo a la formación y el desarrollo de biopelículas. 

 
Como se mencionó anteriormente hay dos tipos de testigos instalados dentro del montaje; cada uno de 
ellos sirve para medir la biomasa, el espesor y la velocidad de crecimiento de la biopelícula. Los testigos 
de centro y de borde operan de igual manera; estos se extraen y se pesan con el fin de determinar las 
características antes mencionadas.  
 
En  el  presente  proyecto  se  realizaron  mediciones  de  pérdidas  por  fricción  en  los  piezómetros  para 
analizar como las características hidráulicas que se ven influenciadas por la formación de las biopelículas 
en sistemas de distribución de agua potable. 

 

5.3. Aspectos microbiológicos de las biopelículas 

 

Para  realizar  el  análisis  de  los  aspectos  microbiológicos  de  la  biopelícula  se  usaron  dos  tipos  de 
mediciones, una cuantitativa y una cualitativa, al igual que María Ximena Trujillo en el 2011. Como se 
mencionó  anteriormente  las  herramientas  para  lograr  esto  son  los  testigos  para  la  primera 
aproximación, y las tuberías de vidrio para la segunda. 

 
 
 

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36 

 

 

5.4. Análisis cualitativo 

 
Con  la  instalación  de  dos  tubos  de  vidrio  en  los  extremos  de  las  tuberías,  se  realizó  un  seguimiento 
fotográfico de la formación y el crecimiento de la biopelícula en las tuberías de vidrio. Esto sin embargo 
no es directamente comparable con lo que ocurre dentro de las tuberías de PVC, no solo por el cambio 
de  material  sino  porque  hay  un  cambio  en  la  dirección  del  flujo,  y  la  reducción  de  diámetro  pueden 
diferir alterar el desarrollo de las biopelículas que se observe. 
 

5.5. Análisis cuantitativo 

5.5.1.  Medición de Testigos 

 

La medición de los testigos se realiza procurando que cada testigo sea usado solo una vez. Esto para que 
la  manipulación  de  los  mismos  no  altere  el  crecimiento  de  la  biopelícula  y  así  obtener  resultados 
precisos cobre el desarrollo de la misma a través del tiempo. Este análisis reflejara el comportamiento 
del crecimiento de las biopelículas, no de los microorganismos que la componen. 

 
El procedimiento utilizado para extraer los testigos de borde y de centro se muestra en el Diagrama 2. 
 

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Efecto de la velocidad de flujo sobre el crecimiento y desprendimiento de biopelículas 
alimentadas con CODB mediante pastos en redes de distribución de agua potable

 

 

 

 

 

 

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Proyecto de grado                                   

 

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Diagrama 2 Procedimiento para pesar los testigos. 

 

 
Esto se realizó una vez a la semana desde el 31 de Enero de 2013 hasta el 28 de Mayo de 2013. Algunas 
consideraciones deben tenerse al momento de realizar este procedimiento. La primera es que cuando se 
extraen los testigos se deben dejar secar por un tiempo para que el agua que se acumula no modifique 
los pesos que se van a registrar. La segunda es que para el registro de los pesos se necesita una balanza 
digital y se debe asegurar que la misma esté calibrada y muestre una lectura de al menos 4 decimales. La 
balanza utilizada para pesar los testigos se muestra en la Figura14. 
 

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Figura14 Pesaje de testigos.

 

 

 

5.5.2.  Cálculo del espesor de las biopelículas 

 

Para el cálculo de los pesos se debe tener en cuenta: 

  El peso obtenido en los testigos de borde es acumulado; por tanto debe restársele el peso de la 

fecha inicial para determinar el espesor de la biopelícula.  

  El peso de los testigos de centro es el registrado en la fecha de medición, y por ende el espesor 

de  las biopelículas se calcula de manera diferente  para cada tipo de testigos, como lo planteó 
Tatiana Vargas en su proyecto de grado y como se ilustra a continuación en la Tabla 2. 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Tabla 2 Fórmulas espesor de biopelículas según tipo de testigo. 

Calculo de testigos según tipo 
Tipo 

Peso de Biomasa 

Espesor de Biomasa 

Borde 

 

 

Centro   

 

 

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

5.5.3.  Cálculo de la velocidad de crecimiento de biopelículas 

 
Se  evaluó  el  crecimiento  de  las  biopelículas  con  el  cálculo  de  la  velocidad  de  crecimiento,  como  se 
realizó  previamente  en  trabajos  anteriores.  Esta  variable  se  define  como  la  tasa  de  desarrollo  de  la 
biopelícula en el primer testigo, después de los 498 días de recirculación a los que se sometió la misma. 
Se expresa en micrómetros por día  y se calcula como se muestra en la Ecuación 6. 
 

 

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

 

También se  calcula la velocidad de regeneración de la biopelícula para los testigos de centro después de 
haber removido la película por completo y colocados nuevamente en la tubería en recirculación por un 
periodo de tiempo determinado; la expresión utilizada es la de la Ecuación 7. 

 

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

    

       

      

        

      

       

 

         

    

       

        

       

 

    

       

      

         

      

         

 

         

    

       

        

       

 

 

    

 

 

        

   

          

 

 

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5.6. Cuantificación por Método de Escobillón 

 
El método utilizado será el mismo propuesto por María Ximena es su tesis y repetido por Tatiana Vargas 
para  obtener  datos  comparables.  Las  pruebas  microbiológicas  consistían  en  la  selección  de  algunos 
testigos de centro en los cuales se realiza un recuento de placa por el método de Escobillón (NTC 5230) 
que permite calcular más exactamente la magnitud de la biopelícula,  y de sus colonias. Los resultados 
se  reportaban  en  Unidades  Formadoras  de  Colonias  en  área  (UFC/cm2)  por  el  Laboratorio  de 
Microbiología Ambiental de la Universidad de los Andes. Se decidió conservar este método con el fin de 
obtener resultados más precisos, en la medida que sea posible y se facilite (Trujillo Gómez, 2011). 

A  continuación,  en  la  Figura15,  se  muestran  los  testigos  que  se  extrajeron  para  pesar  y  realizar  el 
raspado. 

Figura15Extracción de testigos. 

 

 

5.7. Determinación de pérdidas por fricción en las tuberías 

 
Una de las principales implicaciones de las biopelículas en el comportamiento hidráulico de las tuberías 
se evidencia en las pérdidas por fricción, que fueron medidas registrando las alturas piezométricas que 
se alcanzan cuando el montaje está corriendo. Esto permitió cuantificar las implicaciones o los efectos 
que tienen las diferentes velocidades de flujo aplicadas a cada tubería en la formación y desarrollo de la 
biopelícula. En el presente proyecto se utilizó un procedimiento experimental implementado en trabajos 
anteriores para poder hacer una comparación entre resultados. En el Diagrama 3se describe la rutina de 
trabajo semanal.  

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Diagrama 3 Procedimiento para el registro de las pérdidas por fricción en el montaje. 

 

Para  calcular  la  subcapa  laminar  viscosa  se  usan  los  datos  obtenidos  de  las  alturas  piezométricas,  así 
como la temperatura, el tiempo en que se realiza la medición y la altura de cada vertedero. Esta variable 
se tiene en cuenta como indicativo del comportamiento hidráulico de los microorganismos dentro de las 
tuberías; estas mediciones se hicieron con el fin de registrar los resultados en un diagrama de Moody, y 
complementar  los  resultados  obtenidos  por  María  Ximena  Trujillo  en  el  2011  y  Tatiana  Vargas  en  el 
2012. 

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

 

 

 

.  Otra  de  las 

ecuaciones  que  se  implementan  es  la  de  Darcy-Weisbach  para  el  factor  de  fricción  y  la  ecuación  de 
Colebrook-White para determinar la rugosidad absoluta. 

A continuación, en el Diagrama 4, se muestra el orden en el que se calcularon los parámetros hidráulicos 
para  cada medición y  las ecuaciones  que  se  utilizaron  en el  cálculo. Este  procedimiento se  sigue  para 

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cada tubería teniendo como datos de entrada las alturas de los vertederos antes y después de encender 
la bomba, las temperaturas, y las alturas piezométricas registradas en cada medición. 

 

 

Diagrama 4 Procedimiento iterativo para la determinación hidráulica. 

 

El procedimiento para el cálculo de los componentes hidráulicos dentro de las tuberías se ilustra con un 
ejemplo en el Anexo 1. En el Anexo 2 se pueden encontrar los registros de los cálculos realizados para el 
presente proyecto. 

5.8. Medidas fisicoquímicas 

 
Se realizó un registro diario del nivel de cloro y del pH, del montaje, con un colorímetro para cloro libre 
por comparación de color, como se muestra en la Figura 16. 

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Figura 16 Colorímetro por comparación de color para cloro libre. 

 

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

 

Para  tener  un  registro  completo  del  crecimiento,  desarrollo  y  desprendimiento  de  las  biopelículas,  se 
mantuvo  un  seguimiento  visual,  mediante  las  tuberías  de  vidrio  antes  descritas.  Adicionalmente  se 
seleccionaron  algunos  testigos  de  centro  a  los  cuales  se  le  hizo  un  raspado  con  escobillones  para 
determinar las Unidades Formadoras de Colonias en área (UFC/cm

2

) como se mencionó anteriormente. 

5.10. 

Comparación con trabajos anteriores 

 

Los resultados del presente  proyecto serán comparados con los obtenidos por Tatiana Vargas y María 
Ximena Trujillo. Esto con el fin de estimar los efectos de más de un año de recirculación en el montaje 
utilizado en los tres trabajos a comparar.  

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

 

 

 

 

 

 

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6.  RESULTADOS 
 

Para  poder  realizar  un  análisis  pertinente  sobre  el  desarrollo  de  las  biopelículas  en  sistemas  de 
distribución  de  agua  potable,  se  abordaron  dos  tipos  de  análisis,  uno  cuantitativo  y  otro  cualitativo 
sobre el crecimiento y desprendimiento de las películas biológicas. En el presente estudio se realizó un 
análisis  de  los  datos  obtenidos  en  la  presente  investigación  y  de    los  resultados  reportados  con 
anterioridad,  para  hacer  una  comparación  y  un  análisis  completo.  Se  tuvieron      en  cuenta  los  datos 
obtenidos por Trujillo en el 2011 y Vargas en el 2012. 

6.1. Análisis cuantitativo 

Los resultados expuestos a continuación se registraron durante un periodo comprendido entre los  398 
días de recirculación hasta los 496 días. Este periodo  comenzó el 31 de Enero del 2013 y finalizó  el 25 
de Mayo de 2013, es decir que el estudio abarcó 4 meses y medio de mediciones.  

6.1.1.  Pruebas físico-químicas 

Dentro de las pruebas físico químicas que se realizaron durante el periodo de mediciones se controlaron 
los parámetros de pH y cloro residual que se midieron semanalmente en el montaje, para verificar que 
la concentración de cloro residual libre se mantuviera entre 0,5 y 2,0 mg/L, de acuerdo con la Resolución 
2115 de 2007 del Ministerio de la Protección Social y el Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo 
Territorial, y de acuerdo con las condiciones reales que se presentan en sistema de distribución de agua 
potable.  

Los resultados de los análisis para pH se mantuvieron entre 7.6 y 7.8, un rango menor que el registrado 
por Vargas (2012). El cloro por su parte se mantuvo constante durante las primeras semanas, pero el 14 
de Marzo se recalculó la cantidad de cloro que se debía agregar al sistema, ya que se obtuvieron valores 
muy altos de cloro en las mediciones. 

Estos resultados se pueden apreciar mejor en la Gráfica 1y la Gráfica 2mostradas a continuación.  

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Gráfica 1 Cloro residual en el sistema de recirculación. 

 

Gráfica 2 pH residual en el sistema de recirculación

 

 

Con el  fin  de  controlar  la proliferación y  el  desarrollo  de  bacterias y microorganismos en  las  redes  de 
distribución,  se  deben  controlar  los  parámetros  fisicoquímicos  en  la  red,  pues  existen  bacterias 
patógenas cuyo crecimiento es potenciado por un pH ácido o básico. 

6.1.2.  Pruebas microbiológicas: Conteo de Unidades Formadoras de Colonias 

A  lo  largo  de  los  cinco  meses  de  recirculación  se  tomaron  tres  recuentos,  mediante  el    método 
Escobillón; el primero se realizó  el 12 de Abril, el segundo el 26 de Abril del  2013 y el último el 17 de 
Mayo del 2013. Estas pruebas fueron tomadas en uno de los testigos de centro para cada tubería; los 

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testigos  fueron  elegidos  de  acuerdo  con  la  agenda  que  se  elaboró  al  inicio  del  proyecto  para  la 
extracción de los testigos. 

En  Abril se evaluaron los testigos de centro número 10, El 17 de febrero se muestrearon los testigos de 
centro  número 5,  y  el 9  de  Mayo   se  muestrearon  los  testigos  de  centro  número 1.  Estos testigos  de 
centro  fueron  los  que  presentaron  visualmente  un  mayor  número  de  microorganismos  entre  los 
extraídos para dichos  días. 

Los resultados del recuento se reportaron en unidades formadoras de colonias por área de testigo; los 
recuentos  son  comparables,  puesto  que  todas  las  áreas  son  iguales.  En  la  Gráfica  3  se  muestran  los 
resultados obtenidos en las mediciones. 

Gráfica 3 Recuento en placa para análisis de mesófilos. 

 

 

Se evidencia un decrecimiento en las bacterias presentes en las biopelículas a lo largo del tiempo, en las 
tres  tuberías.    La  tubería  de  velocidad  media  es  la  que  presenta  un  mayor  recuento  de  bacterias;  la 
tubería de mayor velocidad presenta la menor carga bacteriana, lo que era de esperarse a causa de la 
dificultad  que  representa  una  velocidad  de  flujo  alta  para  las  bacterias  pioneras  al  momento  de 
adherirse a la tubería. Por último la tubería de menor velocidad fue la que presentó un valor de UFC/28 
cm

2

  medio.  En  el  día  475 se  presentó  una variación de  la  tendencia  antes  descrita  pues  la  tubería  de 

menor velocidad es la que menos carga bacteriana presenta.  

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6.1.3.  Testigos de Borde 

Semanalmente se desmontaron los testigos de borde de cada tubería;  en cada una solo hubo un testigo 
ubicado  cerca  a  los  vertederos  por  lo  que  la  magnitud  de  los  errores  debidos  al  procedimiento  de 
manipulación,  es  mayor  en  estos  a  diferencia  de  los  testigos  de  centro;    los  últimos  representan  un 
parámetro más confiable para  la  realización  del  análisis  y  la  evaluación  del  comportamiento  debido  a 
que se extrae un par diferente cada semana. 

Para determinar el espesor de las biopelículas en cada tubería, se pesaron los testigos en una balanza 
con un nivel de precisión de cuatro cifras decimales. Los posibles errores   asociados con el cálculo, se 
disminuyeron con la calibración de los instrumentos y el establecimiento de un tiempo para la remoción 
del exceso de agua con el fin de evitar la alteración de los resultados, debido a la  tasa de evaporación 
presentada.  

A continuación se muestra la variación de los espesores de la biopelícula en función a la velocidad. 

Tabla 3 Espesor y velocidad de crecimiento de la biopelícula formada en la tubería con velocidad de 1m/s. 

TUBERÍA 1 

Peso inicial (g) 

69,4591 

  

Fecha 

Días 

ρ 

Peso  

Biomasa 

Espesor 

Velocidad crecimiento 

(dd/mes) 

(-) 

(kg/m

3

(g) 

(g) 

(μm) 

(μm/día) 

07/02/2013 

398,00 

996,968  71,2756 

1,8165  455,5061 

1,144487675 

14/02/2013 

405,00 

997,205 

71,288 

1,8289  458,5065 

0,428633037 

21/02/2013 

412,00 

997,735 

71,372 

1,9129  479,3106 

2,972016122 

28/02/2013 

419,00 

997,355  71,3114 

1,8523  464,3031 

-2,143936706 

07/03/2013 

426,00 

997,155  71,2839 

1,8248  457,5016 

-0,971641375 

14/03/2013 

433,00  997,5985  71,2938 

1,8347  459,7792 

0,325366803 

21/03/2013 

440,00 

997,13 

71,29 

1,83 

459,47 

-0,044354936 

04/04/2013 

454,00 

997,548  71,3457 

1,8866  472,8093 

0,952903813 

11/04/2013 

461,00  997,2304  71,3019 

1,8428  461,9795 

-1,547118579 

18/04/2013 

468,00  997,29005  71,2832 

1,8241  457,2642 

-0,673619212 

25/04/2013 

475,00 

997,308  71,2628 

1,8037  452,1422 

-0,731713889 

02/05/2013 

482,00 

997,548  71,2991 

1,84  461,1307 

1,284075106 

09/05/2013 

489,00 

996,779  71,3083 

1,8492  463,7939 

0,380455376 

 

La Tabla 3 muestra que en las primeras semanas de medición se presentó un crecimiento del espesor de 
la  biopelícula  debido  a  que  se  suministró  un  nuevo  costal  de  pasto.  Esto  evidencia  la  relación  directa 
entre la velocidad de crecimiento de la película biológica y la cantidad y calidad del nutriente presente 
en el agua. Por el contrario en los días 419, 426, 440, 461, 468, y 475 se presentaron decrecimientos en 
la  velocidad  de  formación  de  las  biopelículas,  lo  que  traduce  en  una  disminución  del  espesor  de  la 
misma.  Del día 461 al 475 no se cambió el pasto con la frecuencia de las primeras semanas, por lo que 

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Efecto de la velocidad de flujo sobre el crecimiento y desprendimiento de biopelículas 
alimentadas con CODB mediante pastos en redes de distribución de agua potable

 

 

 

 

 

 

Laura Tamayo  

Proyecto de grado                                   

 

48 

 

 

se dió un decrecimiento paulatino y posible desprendimiento de la película biológica relacionado con la 
disminución de sustrato. 

 

 

Tabla 4 Espesor y velocidad de crecimiento de biopelícula formada  en tubería con velocidad de 3 m/s. 

TUBERÍA 2 

Peso inicial (g) 

67,8272 

  

Fecha 

Días 

ρ 

Peso   Biomasa  Espesor 

Velocidad crecimiento 

(dd/mes) 

(-) 

(kg/m

3

(g) 

(g) 

(μm) 

(μm/día) 

07/02/2013 

398,00 

997,38  68,8272 

1  250,6567 

0,629790755 

14/02/2013 

405,00  997,255  68,8229 

0,9957  249,6102 

-0,149505809 

21/02/2013 

412,00 

998,09  68,8888 

1,0616  265,9079 

2,328243445 

28/02/2013 

419,00  997,4222  68,7104 

0,8832  221,3706 

-6,362462114 

07/03/2013 

426,00  997,836  68,819 

0,9918  248,4877 

3,873868312 

14/03/2013 

433,00  997,5985  68,839 

1,0118  253,5589 

0,72445633 

21/03/2013 

440,00 

997,18  68,8221 

0,9949  249,4284 

-0,590076242 

04/04/2013 

454,00  9,98E+02  68,8079 

0,9807  2,46E+02 

-0,259922455 

11/04/2013 

461,00  997,2304  68,7252 

0,898  225,1235 

-2,952281662 

18/04/2013 

468,00 

997,29  68,488 

0,6608  165,6489 

-8,49637164 

25/04/2013 

475,00  997,308  68,3501 

0,5229  131,0779 

-4,938719852 

02/05/2013 

482,00  997,524  68,6869 

0,8597  215,4585 

12,05437337 

09/05/2013 

489,00  996,806  68,6926 

0,8654  217,0432 

0,226394416 

 

La Tabla 4 muestra que en la tubería de mayor  velocidad se presentaron cambios más drásticos en la 
velocidad  de  desarrollo.    En  los  días  426  y  482  se  observaron    días  de  crecimiento  importante  en  el 
espesor de la película, mientras que los patrones de decrecimiento en los días 419, 461, 468, y 475 son 
acelerados,  pues  se  disminuye  mucho  el  espesor  de  la  misma.  Se  observa  el  mismo  patrón  de 
decrecimiento, por la falta de nutrientes, que en la tubería 1, por lo que se evidencia la importancia del 
sustrato en el desarrollo de la biopelícula, y la influencia de la velocidad de flujo en la magnitud de la 
variación de la velocidad de desarrollo de las biopelículas. 

 

 

 

 

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Efecto de la velocidad de flujo sobre el crecimiento y desprendimiento de biopelículas 
alimentadas con CODB mediante pastos en redes de distribución de agua potable

 

 

 

 

 

 

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Proyecto de grado                                   

 

49 

 

 

Tabla 5 Espesor y velocidad de crecimiento de biopelícula formada en la tubería con velocidad de 2 m/s. 

TUBERÍA 3 

Peso inicial (g) 

67,426 

  

Fecha 

Días 

ρ 

Peso   Biomasa  Espesor 

Velocidad crecimiento 

(dd/mes) 

(-) 

(kg/m

3

(g) 

(g) 

(μm) 

(μm/día) 

07/02/2013 

398,00  997,5233  68,6515 

1,2255  307,1357 

0,771697696 

14/02/2013 

405,00  997,4248  68,7266 

1,3006  325,9895 

2,693400741 

21/02/2013 

412,00  997,6555  68,8154 

1,3894  348,1663 

3,168112529 

28/02/2013 

419,00  997,4222  68,7104 

1,2844  321,9299 

-3,748057859 

07/03/2013 

426,00  997,836  68,6356 

1,2096  303,0558 

-2,696294006 

14/03/2013 

433,00  997,5985  68,7151 

1,2891  323,0508 

2,856427676 

21/03/2013 

440,00 

997,23  68,698 

1,272  318,8833 

-0,595357107 

04/04/2013 

454,00  9,97E+02  68,7538 

1,3278 

332,798 

0,993904462 

11/04/2013 

461,00  997,2304  68,6272 

1,2012 

301,134 

-4,523421206 

18/04/2013 

468,00 

997,29  68,6244 

1,1984  300,4141 

-0,10284471 

25/04/2013 

475,00  997,308  68,5825 

1,1565  289,9054 

-1,501240344 

02/05/2013 

482,00  997,548  68,658 

1,232  308,7571 

2,693092419 

09/05/2013 

489,00  996,833  68,7079 

1,2819  321,4932 

1,819442361 

 

 

En la Tabla 5 se observa que en los días señalados anteriormente, se presentó  la misma tendencia de 
decrecimiento en el desarrollo tradicional de la biopelícula. Puesto que el ciclo de crecimiento en las tres 
tuberías presenta un patrón similar bajo diferentes velocidades de flujo, se entiende que los nutrientes 
representan un factor importante en el crecimiento o decrecimiento del espesor de la biopelícula. Por 
otro lado los regímenes de flujo influencian los rangos de variación de la velocidad, siendo las tuberías 
con  mayor  y  menor  velocidad  de  flujo  las  que  presentan  la  mayor  variación.  La  formación  y  el 
desprendimiento de estas presentan una mayor sensibilidad bajo velocidades de flujo altas y bajas.  

En  la  Gráfica  4  y  la  Gráfica  5se  muestra  el  comportamiento  del  espesor  en    las  tres  tuberías  y  se 
evidencia cual presenta un mayor espesor y por tanto el desarrollo es más favorable.  

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alimentadas con CODB mediante pastos en redes de distribución de agua potable

 

 

 

 

 

 

Laura Tamayo  

Proyecto de grado                                   

 

50 

 

 

Gráfica 4 Espesor de biopelículas formadas en el montaje 

 

Se observa que el desarrollo de la biopelícula se ve favorecido por menores velocidades de flujo y que 
los  espesores  en  las  tuberías  2  y  3,  presentan  una  mayor  cercanía  entre  sí,  que  el  mostrado    por  las 
tuberías 1 y 2.  

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Proyecto de grado                                   

 

51 

 

 

Gráfica 5 Velocidad de crecimiento del espesor de la biopelícula en cada tubería. 

 

En la Gráfica 5 se muestra   la dinámica de crecimiento que se presenta  en las tablas. El crecimiento y 
decrecimiento  de  la  biopelícula  es  mayor  para  la  tubería  2  en  donde  se  tiene  una  velocidad  de  flujo 
mayor. La tubería que presenta cambios menos bruscos en la velocidad de crecimiento del espesor de la 
película  biológica,  es  la  1  por  lo  que  se  entiende    que  la  velocidad  de  flujo  no  es  directamente 
proporcional a la velocidad de crecimiento de las biopelículas. 

6.1.4.  Testigos de Centro 

Los  testigos  de  centro  fueron  retirados  por  pares  cada  semana,  desde  el  número  24  hasta  llegar  al 
número 1. La extracción comenzó el 7 de Febrero del 2013 y finalizó el 1 de Mayo del mismo año.  

Estos testigos son un buen indicativo para la cuantificación del crecimiento de las biopelículas, debido a 
que sólo se retiraron del montaje una vez para realizar las respectivas mediciones. Además caracterizan 
la  influencia  de  la  película  biológica  en  el  medio  y  en  el  comportamiento  hidráulico  del  sistema  de 
abastecimiento.  En  el  presente  análisis  se  caracterizó  la  subcapa  laminar  viscosa  de  acuerdo  con  el 
coeficiente de rugosidad, que varía por la presencia de los microorganismos en la red.  

En  el  trabajo  realizado  por  María  Ximena  Trujillo  se  mostró    la  geometría  de  los  testigos  de  centro, 
obteniéndose   una longitud de  7 centímetros y un ancho de  4 centímetros. El comportamiento en un 

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Laura Tamayo  

Proyecto de grado                                   

 

52 

 

 

punto dentro de la tubería, está determinado por el promedio de las medidas de los dos testigos que se 
extrajeron cada semana. 

 Los  resultados  del  espesor  de  la  biopelícula,  la  subcapa  laminar  viscosa  y  la  rugosidad  en  la  primera 
tubería; se muestran en la Tabla 6. 

Tabla 6 Comportamiento de la biopelícula en testigos de centro para la tubería 1 (velocidad de flujo 1 m/s). 

 

Como se observa en esta tabla, los testigos que se encuentran aguas arriba del montaje, los de mayor 
numeración, presentan un mayor espesor de la biopelícula y por ende la formación de biopelícula más 
importante se presentó en los testigos número 24 y 23. A pesar de que los testigos de aguas abajo se 
midieron posteriormente y estuvieron sometidos a un mayor tiempo de recirculación, la formación de 
biopelícula  no  fue  tan  alta  como  en  los  mencionados  anteriormente,  lo  que  indica  que  estos  últimos 
presentan  formaciones  jóvenes,  ya  sea  por  desprendimiento  o  por  los  periodos  de  disminución  de 
nutrientes que no habían ocurrido cuando se midieron los testigos aguas arriba.  

El  comportamiento  de  la  tubería  1  muestra  una  tendencia  a  que  la  subcapa  laminar  viscosa  exceda 
siempre el espesor de la biopelícula desarrollada.  

A  continuación  se  muestra  el  comportamiento  de  las  biopelículas  en  los  testigos  de  centro  para  la 
tubería de PVC a 3 metros por segundo. 

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Laura Tamayo  

Proyecto de grado                                   

 

53 

 

 

 

Tabla 7 Comportamiento de la biopelícula en testigos de centro para la tubería 2 (velocidad de flujo 3m/s). 

 

En esta tubería se presentan valores menores de espesor de biopelícula que para  la tubería  anterior, 
por lo que se concluye que  a menor velocidad se  potencia un mejor desarrollo y mejores condiciones 
para la formación de las mismas, pues como se observa en laTabla 7 los espesores, a groso modo, son 
menores a los determinados en la Tabla 6. 

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alimentadas con CODB mediante pastos en redes de distribución de agua potable

 

 

 

 

 

 

Laura Tamayo  

Proyecto de grado                                   

 

54 

 

 

Tabla 8 Comportamiento de la biopelícula en testigos de centro de la tubería 3 (velocidad de flujo 2m/s). 

 

 

En la Tabla 8 se  puede observar que la tendencia es  que la subcapa laminar viscosa excede el espesor 
de la biopelícula desarrollada, en la mayoría de los casos; este comportamiento es recurrente en las tres 
tuberías.  

Se  observa  que  los  valores  de  la  subcapa  laminar  viscosa  en  las  primeras  semanas  de  medición,  es 
considerablemente mayor al registrados en semanas posteriores. Esto se puede atribuir a la disminución 
de la frecuencia y calidad de los nutrientes suministrados, pero concuerda con los datos obtenidos para 
los testigos de centro. 

En la Gráfica 6 mostrada a continuación,  se observa el comportamiento del espesor de  la biopelícula  
para cada tubería. 

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Efecto de la velocidad de flujo sobre el crecimiento y desprendimiento de biopelículas 
alimentadas con CODB mediante pastos en redes de distribución de agua potable

 

 

 

 

 

 

Laura Tamayo  

Proyecto de grado                                   

 

55 

 

 

Gráfica 6 Espesor de biopelículas desarrolladas en los testigos de centro. 

 

Para  las  tres  velocidades  manejadas  en  el  montaje  se  tuvo      un  comportamiento  similar,  ya  que  los 
espesores fluctúan, relativamente, bajo los mismos rangos.  

Se observa que al inicio de las mediciones la biopelícula de mayor espesor era la de menor velocidad; 
consecuentemente  la  de  menor  espesor  era  la  de  mayor  velocidad.  Sin  embargo,  a  medida  que 
transcurrieron  los  días  el  desarrollo  de  la  película  biológica  comenzó  a  fluctuar  y  a  disminuir  por  la 
ausencia de sustrato, el espesor de  la biopelícula de la tubería con v=3 m/s  presentó  una tendencia a 
aumentar, mientras que la de la velocidad media (2m/s), decayó en la primera mitad del tiempo y tuvo 
un  comportamiento  fluctuante  la  otra  mitad.    Se  concluye  que  el  espesor  de  la  biopelícula  no  tiene 
ninguna relación con la velocidad de flujo, pues la película biológica presente en las tuberías 1  y 2, es 
muy similar. 

 

6.1.5.  Relación entre el espesor de la subcapa laminar viscosa, el espesor de la biopelícula y 

la rugosidad relativa 

En  los  testigos  de  centro  se  realizó  un  análisis  más  exacto  acerca  de  la  influencia  del  espesor  de  la 
biopelícula  en  la  rugosidad  relativa  de  la  tubería  y  de  la  consecuente  influencia  en  la  hidráulica  del 
sistema.  Lo  anterior  debido  a  que  estos  no  fueron  extraídos  semanalmente,  lo  que  hizo    que  se 
disminuyera el error aleatorio asociado con la toma de datos en proyectos experimentales. 

En la Gráfica 7, mostrada a continuación, se muestra la comparación del espesor de la subcapa laminar 
viscosa, el espesor de la biopelícula y la rugosidad relativa. 

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alimentadas con CODB mediante pastos en redes de distribución de agua potable

 

 

 

 

 

 

Laura Tamayo  

Proyecto de grado                                   

 

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Gráfica 7 Relación entre el espesor de la biopelícula, la subcapa laminar viscosa y la rugosidad relativa de la tubería 1. 

 

 

En la Gráfica 7 se  observa  que la rugosidad absoluta, ks, se mantiene casi constante en la primera mitad 
del periodo de muestreo, mientras que en la otra mitad se presenta una fluctuación en los valores que 
toma la misma.   Al comparar la rugosidad con el espesor de  la subcapa laminar viscosa, se  puede ver 
que  el  flujo  es  turbulento  hidráulicamente  liso  debido  a  que  la  subcapa  laminar  es  mayor  que  la 
rugosidad, lo que produce una turbulencia completa.   

La magnitud  de  la  rugosidad  relativa  se  encuentra  fuertemente  influenciada  por  la  velocidad  de  flujo, 
pues los rangos que llega a tomar esta variable son mayores y menores a medida que la velocidad de 
flujo  aumenta,  en  comparación  con  velocidades  menores.  En  el    día  461  la  tubería  presentó  una 
rugosidad elevada,  mostrada en la gráfica anterior por un pico.  

 

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Gráfica 8 Relación entre el espesor de la biopelícula, la subcapa laminar viscosa y la rugosidad relativa de la tubería 2. 

 

En la Gráfica 8se observa que la los valores que toma la rugosidad en la tubería 2 son mucho  mayores, 
llegando hasta a 1200 μm, y menores, alcanzando los  210 μm. La tendencia de fluctuación de ks es más 
notable  en  esta  tubería,  aunque  el  espesor  de  la  biopelícula  y  de  la  subcapa  laminar  viscosa,  por  su 
parte, se mantienen relativamente constantes.   

En las primeras semanas de medición se presentó un aumento en la subcapa laminar viscosa en las tres 
tuberías, que pudo ser ocasionado por cambios en los regímenes de flujo. Se presentó un cambio en el 
régimen de flujo el día 440 en las tres tuberías para ajustar el caudal, al inicialmente medido. 

 

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Gráfica 9 Relación entre el espesor de la biopelícula, la subcapa laminar viscosa y la rugosidad relativa de la tubería 3. 

 

La Gráfica 9 muestra que en la tubería tres se observa que aunque que la rugosidad excede a la subcapa 
laminar  viscosa,  que  a  la  vez  supera  al  espesor  promedio,  al  igual  que  en  las  otras  dos  tuberías,  el 
espesor de la subcapa laminar viscosa no está muy lejos de alcanzar el tamaño de ks. Adicionalmente se 
infiere  que  los  desprendimientos  masivos  producidos  en  las  tuberías  se  presentaron  durante  las 
semanas que disminuyo el sustrato disponible. 

Gráfica 10 Relación entre la rugosidad de la tubería y el Número de Reynolds en las tres tuberías. 

 

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En la Gráfica 10 se observa que uno de los efectos hidráulicos importantes que tiene la biopelícula en 
las tuberías de distribución de agua potable, es el aumento del valor de la  rugosidad absoluta, pues en 
todos los valores de rugosidad siempre es superior a 1,5 µm que sería la del PVC sin biopelícula. Esto 
también lo identifico Latorre (2004) y Trujillo (2012). 

 

6.1.6.  Efectos de la biopelícula en las pérdidas por fricción dentro de las tuberías 

La medición de las pérdidas por fricción se realizó desde el 31 de Enero del 2013 hasta el 24 de Mayo del 
mismo año. Estas mediciones se realizaron con el fin de determinar todas las características hidráulicas 
necesarias para establecer el factor de fricción y el régimen de flujo que se presenta en cada tubería.  

Las mediciones de las pérdidas de energía o la caída en las líneas piezométricas a lo largo de la longitud 
(L), se realizó mediante la lectura de los piezómetros aguas arriba y aguas abajo de la tubería. Con esos 
datos se determinó  el caudal, la altura del vertedero, y la temperatura que permitieron establecer las 
pérdidas  por  fricción,  como  se  muestra  en  el  Anexo  1.  Adicionalmente  se  calcularon  los  esfuerzos  
cortantes  en las tuberías, la velocidad de corte, la subcapa laminar viscosa y el tipo de flujo presente, 
con el fin de determinar la relación existente entre el espesor de la biopelícula, la rugosidad relativa y el 
espesor de la subcapa laminar viscosa en el análisis presentado anteriormente en el documento.  

El  factor  de  fricción  y  el  número  de  Reynolds  se  determinaron    con  los  factores  que  se  midieron  
experimentalmente y se procedió  a graficar estas variables en el diagrama de Moody, con el objetivo de 
identificar la influencia de las biopelículas en el comportamiento de la rugosidad relativa en las tuberías 
representadas por las líneas de Moody. 

 

6.1.6.1. 

Diagrama de Moody 

A continuación se muestran las gráficas del Diagrama de Moody para las tres tuberías con  velocidades 
diferentes.  

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Gráfica 11 Diagrama de Moody para la tubería con velocidad de 1 m/s. 

 

La Gráfica 11muestra la variación del factor de fricción de Darcy-Weisbach con respecto al número de 
Reynolds, durante 98 días para la tubería con v=1 m/s. Aunque se presenta una tendencia en los datos, 
el factor de fricción no sigue la forma convencional del Diagrama de Moody  ya que presentan algunos 
saltos  en  las  curvas.  Se  evidencia  que  la  variación  de  los  factores  de  fricción  alcanzados  es  alta  y  se 
alcanzan límites superioresa medida que el número de Reynolds disminuye. También se observa que el 
cociente de la rugosidad sobre el diámetro presento un valor mínimo de 0.002 hasta alcanzar valores de 
0.03. 

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Gráfica 12 Diagrama de Moody para la tubería con velocidad de 3 m/s. 

 

 

En la Gráfica 12 se observa un rango mayor del cociente de la rugosidad sobre el diámetro mínimo que 
el  de  la  tubería  1.  En  esta  tubería  se  evidencia  más  claramente  que  con  el  aumento  del  número  de 
Reynolds se disminuye el factor de fricción.  Los factores de fricción presentados en esta tubería son, en 
general, mayores  a  los  presentados  en  las  tuberías  de  menor  velocidad,  aunque  se  presentan  días  en 
que  las  mediciones  reflejan  la  propiedad  que  tienen  las  biopelículas  de  absorber  y  liberar  energía  del 
flujo gracias a sus propiedades visco-elásticas, lo que hace que se presenten  saltos significativos en los 
datos observados (Picologlou, Zelver, & Characklis, 1980). 

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Gráfica 13 Diagrama de Moody para la tubería con velocidad de 2 m/s. 

 

En  la  tubería  3  se  presenta  la  misma  tendencia  de  aumento  del  factor  de  fricción  que  se  le  puede 
atribuir  a  la  biopelícula  que  contribuye  a  este  aumento,  pues    la  estructura  filamentosa  de  la  misma  
aumenta la resistencia del flujo con el aumento del número de Reynolds. 

6.1.6.2. 

Efecto de la disminución de sustrato en el factor de fricción 

A continuación, en la Gráfica 14, Gráfica 15 y Gráfica 16, se muestran los cambios que se presentaron en 
los  factores  de  fricción  durante  las  tres  semanas  en  que  no  se  cambió  el  pasto,  disminuyendo  así  la 
cantidad de  sustrato disponible para el desarrollo que  venían teniendo las biopelículas hasta la fecha.  
Esta alteración en el curso normal del proyecto experimental, tuvo el mayor impacto entre los días 475 y 
482,  por  lo  que  se  analizaron  los  factores  de  fricción  obtenidos  contra  los  números  de  Reynolds 
establecido en las mediciones de las respectivas fechas.  

Por último se observa que la relación entre el tiempo y el factor de fricción es proporcional a ya que con 
el transcurso del tiempo de recirculación se obtienen factores de fricción más altos; también se escala 
en las curvas representadas por el cociente de rugosidad  y diámetro de la tubería, características del 
diagrama de Moody. 

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Gráfica 14 Relación del factor de fricción y el número de Reynolds en los días 475 y 482 en la tubería 1. 

 

La tendencia que se presenta en estos días en las tuberías de menor velocidad es muy similar, pero en el 
día 482, semana en la cual se colocó nuevo pasto en el montaje, se observa un aumento en el factor de 
fricción  reflejado  en  la  línea  de  tendencia  de  los  datos.  La pérdida  de  atura  íezométrica en  la 
tubería debida a la fricción se puede explicar por la disminución del espesor de la biopelícula que se dio 
en los días 468 y 475 a causa de la falta de sustrato.  

Gráfica 15 Relación del factor de fricción y el número de Reynolds en los días 475 y 482 en la tubería 2. 

 

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64 

 

 

 

Para  la  tubería  de  mayor  velocidad  se  evidencia  con  más  claridad,  el  efecto  de  la  disminución  del 
sustrato en el montaje.  Aunque se tiene una línea de pendiente de magnitud cercana de acuerdo a la 
línea de tendencia de las dos series de datos, el factor de fricción aumentó cuando se cambió el pasto. 

Gráfica 16 Relación del factor de fricción y el número de Reynolds en los días 475 y 482 en la tubería 3 

 

Los valores  del día 468 de recirculación se encuentran por debajo que los obtenidos en el día 475. Se 
observa entonces como a medida que aumenta la velocidad, el impacto en el crecimiento y espesor de 
la  biopelícula  es  más  fuerte;  esto  se  puede  atribuir  a    que  con  el  aumento  de  velocidad  se  tienen 
desprendimientos mayores, más que la de la   influencia del factores de ficción dentro de las tuberías.  

Se observa también como la biopelícula afecta el comportamiento del factor de fricción con respecto al 
número de Reynolds a causa de la perturbación de estructura filamentosa de la misma, que contribuye 
al aumento de la resistencia del flujo. Con mayor velocidad de flujo se estimulan en mayor medida los 
filamentos presentes en la película biológica.  

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Ilustración 7  Factor de fricción para Reynolds de 170000 para tubería 1. 

 

 

Ilustración 8 Factor de fricción para Reynolds de 170000 para tubería 2. 

 

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66 

 

 

Ilustración 9 Factor de fricción para Reynolds de 170000 para tubería 3. 

 

Las ilustraciones 7, 8 y 9 muestran que el factor de fricción presenta una tendencia global a aumentar 
con  el  paso  de  los  días.  Los  saltos  o  fluctuaciones  del  mismo  se  deben  a  desprendimientos  de  la 
biopelícula  por  efectos  del  esfuerzo  cortante  del  flujo.  Se  presentan  ciertos  picos  bajos  en  los  días  en 
que hubo limitación de nutrientes, por no cambiar el costal de pasto, y se evidencia un pico en las tres 
tuberías en las semanas cuando se cambió el costal después del periodo en que no se cambió el costal. 

6.2. Análisis cualitativo 

 
Se realizó un análisis mediante el método de comparación visual utilizando el registro fotográfico de las 
tuberías de vidrio. Se evalúa la propiedad organoléptica del color del agua, que aunque no representa la 
evolución de  la biopelícula sino los efectos del cambio de los costales de  pasto, es  un indicativo de  la 
calidad del agua que es distribuida en las redes de agua potable. Es necesario que el agua distribuida por 
el acueducto presente un color, olor, turbiedad y apariencias deseables para procurar la satisfacción de 
los usuarios. 

 

Tabla 9 Registro fotográfico tuberías de vidrio. 

Registro fotográfico 

Velocidad  y  días  de 
recirculación 

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67 

 

 

 

 

7 de Febrero 
Velocidad: 1 m/s 

 

14 de Febrero 
Velocidad: 1m/s 

 

 

21 de Febrero 
Velocidad: 2 m/s 

 

 

28 de Febrero 
Velocidad: 2 m/s 

 
 

 

7 de Marzo 
Velocidad : 2m/s 

 

 

14 de Marzo 
Velocidad: 1m/s 

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alimentadas con CODB mediante pastos en redes de distribución de agua potable

 

 

 

 

 

 

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Proyecto de grado                                   

 

68 

 

 

 

 

21de Marzo 
Velocidad: 2m/s 

 

 

4 de Abril 
Velocidad: 1m/s 

 

 

11 de Abril 
Velocidad :2m/s 

 

 

18 de Abril 
Velocidad :1m/s 

 

 

25 de Abril 
Velocidad :2 m/s 

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Efecto de la velocidad de flujo sobre el crecimiento y desprendimiento de biopelículas 
alimentadas con CODB mediante pastos en redes de distribución de agua potable

 

 

 

 

 

 

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2 de Mayo 
Velocidad :2 m/s 

 

 

9 de Mayo 
Velocidad :2 m/s 

 

 

En el registro fotográfico se pueden observar las imágenes que muestran más claramente los cambios 
en  el  color  de  la  tubería  y  el  material  adherido  a  las  paredes  del  tubo  de  vidrio.  El  tubo  que  mejor 
evidenció  estos cambios  fue  el correspondiente a la menor velocidad. Se observa que  los días en que 
más  cambio  de  color  hubo  fueron  los  días  cercanos al  cambio  del costal  de  pasto;  sin  embargo  no  se 
puede evidenciar cambios significativos en el desarrollo de biopelículas en la tubería de vidrio. Los días 
en que se observaron mayores coloraciones y presencia de biopelícula fueron en los 440 y 454 días de 
recirculación, correspondientes a las fechas de 21 de Marzo y 4 de Abril de 2013. 

 

6.3. Análisis comparativo con estudios anteriores 

 
El  presente  proyecto  se  realizó  con  la  finalidad  de  extender  el  proyecto  de  medición  que  comenzó 
Trujillo  en  el  2011  y  continuó  Vargas  en  el  2012.    Con  el  fin  de  evaluar  la  dinámica  de  crecimiento  y 
desprendimiento de las biopelículas en el sistema de recirculación alimentado con pasto como fuente de 
CODB, se recrearon las condiciones de cloro residual, velocidad de flujo y procedimiento para realizar las 
mediciones, para elaborar una comparación y contribución a los proyectos antes mencionados. 

 

 

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alimentadas con CODB mediante pastos en redes de distribución de agua potable

 

 

 

 

 

 

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6.3.1.  Conteo de Unidades formadoras de Colonia 

 

Gráfica 17 Recuento en placa para análisis de mesófilos. 

 

 

En  la  Gráfica  17  se  puede  apreciar  que  las  mediciones  más  altas  se  tuvieron  los  primeros  días  de 
recirculación del montaje; se puede inferir que la ausencia de sustrato y el efecto tóxico de la cloración 
es muy significativo, pues en los días de altos conteos se realizó el cambio de costal de pasto después de 
un periodo largo de no contar con sustrato de calidad. Adicionalmente se observa que en los tres ciclos 
el efecto tóxico de la cloración continúa a lo largo del período de recirculación ya que se vio afectada 
considerablemente la formación de biopelícula en las tres tuberías.  

Esto respalda lo concluido por María Ximena Trujillo en la tesis de “Modelación física de biopelículas en 
redes de distribución de agua potable alimentadas con carbono orgánico disuelto.” que planteó que sí 
es  posible  prevenir  la  formación  de  biopelículas  en  los  sistemas  de  distribución  de  agua  potable, 
minimizando la entrada de materia orgánica biodegradable a la red de distribución  y manteniendo la 
concentración recomendada de desinfectante. 

 

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6.3.2.  Comparación  de  la  rugosidad  absoluta,  los  espesores  de  la  biopelícula  y  la  subcapa 

laminar en cada tubería 

 

Gráfica 18 Continuación datos de Trujillo y Vargas del espesor promedio, rugosidad y espesor de la subcapa laminar testigos 

de centro de la tubería 1. 

 

 

La Gráfica 18 muestra que en los primeros días de mediciónla rugosidad es menor que  el espesor de la 
subcapa laminar viscosa, por lo que se maneja un flujo turbulento hidráulicamente liso, aunque cuenta 
con  algunos  segmentos  que  corresponden  a  flujo  turbulento  transicional.  Con  el  paso  de  los  días  se 
observa  como  el  flujo  se  transforma  en  turbulento  hidráulicamente  rugoso,  pues  a  partir  del  día  104 
Vargas (2012) calculó  una rugosidad mayor que el espesor de la subcapa laminar. 

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Gráfica 19 Continuación datos de Trujillo y Vargas del espesor promedio, rugosidad y espesor de la subcapa laminar testigos 

de centro de la tubería 2. 

 

En la Gráfica 19 se puede observar como la magnitud de la rugosidad relativa se encuentra influenciada 
por la velocidad de flujo, ya que se alcanzan valores más altos de rugosidad en la tubería 2 (3 m/s). Para 
el  espesor de la biopelícula y  de la subcapa laminar viscosa no se evidencia una influencia importante 
de  la  velocidad.  El  espesor  de  la  subcapa  laminar  se  mantuvo  relativamente  constante  durante  la 
totalidad de días durante los cuales  se realizaron las mediciones, aunque  se  presentaron picos en los 
días que cambiaron las condiciones de flujo o de concentración de sustrato. 

 

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Gráfica 20 Continuación datos de Trujillo y Vargas del espesor promedio, rugosidad y espesor de la subcapa laminar testigos 

de centro de la tubería 3. 

 

En tres tuberías se observa que la rugosidad excede a la subcapa laminar viscosa; está a su vez es mayor, 
en la mayoría del tiempo, que el espesor promedio de la tubería. Se concluye que los desprendimientos 
tienen un comportamiento similar al de la rugosidad pues  los picos y mínimos  de ambas variables se 
dan en los mismos días.  

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6.3.3.  Comparación de espesores de testigos de centro 

 

Gráfica 21 Datos de Trujillo, Vargas y Tamayo de espesor promedio testigos de centro. 

 

Se observa en la Gráfica 21 que la tendencia de crecimiento de las biopelículas se mantuvo  constante; 
globalmente se observa que la tubería que mayor espesor presenta, es la de menor velocidad, seguida 
por  la  de  velocidad  media  y  por  último  la  tubería  con  mayor  velocidad.  Los  saltos  de  espesor  que  se 
presentan  en  los  días  160  y  406  corresponden  al  cambio  del  orden  de  los  testigos  de  borde,  pues  se 
comienzan las mediciones nuevamente de los testigos aguas arriba que presentaron un espesor mayor a 
los testigos de borde aguas abajo.  

Gráfica 22 Datos de Trujillo, Vargas y Tamayo de espesor promedio testigos de borde. 

 

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En la Gráfica 22 se observa que en los primeros días de medición el desarrollo de la biopelícula fue más 
lento  en  la  tubería  de  mayor  velocidad,  pero  una  vez  formada  se  mantuvo  el  espesor  sin  caídas 
repentinas,  lo  que  puede  ser  explicado  por  que  a  velocidades  de  flujo  mayores  se  incrementa  la 
transferencia  de  masa  entre  el  flujo  y  la  biopelícula,  permitiéndole  a  ésta  entrar  en  contacto  con 
nutrientes  limitantes  del  crecimiento.  Sin  embargo  se  observó  que  en  la  última  etapa  de  medición  el 
desprendimiento de la biopelícula ocurre con más facilidad en la tubería de mayor velocidad.  

Gráfica 23 Datos de Trujillo, Vargas y Tamayo de velocidad de crecimiento del espesor de la biopelícula en testigos de borde 

 

 

En  la  Gráfica  23la  tasa  de  cambio  del  espesor  de  la  biopelícula  en  los  primeros  días  muestra  que  la 
tubería con v=1,5 m/s fue la que presentó un mayor crecimiento inicial, mientras que en la de v=3 m/s el 
desarrollo de biomasa fue el menor, lo que se puede atribuir a que resulta más difícil la adherencia de 
los microorganismos pioneros al material liso, con velocidades altas. En las demás secciones de la gráfica 
se  mantiene  relativamente  constante  la  velocidad  de  desarrollo,  lo  que  indica  que  la  tendencia  en 
ambos  casos  es  similar.  Además  una  vez  la  película  biológica  se  formó,  las  mayores  fluctuación  de 
velocidad se dieron en la tubería 2.  

 

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6.3.4.  Comparación  de  los  efectos  de  la  biopelículas  en  las  perdidas  por  fricción  en  los 

trabajos de Trujillo (2011), Vargas (2012) y Tamayo (2013) 

 

A continuación se muestran los diagramas de Moody para cada tubería, con los datos totales de Trujillo, 
Vargas y los obtenidos y expuestos en el presente trabajo. Se debe tener en cuenta que la velocidad de 
la tercera tubería sufrió una variación de 0.5 m/s en su velocidad y esto pudo alterar los resultados. En 
rojo  se  presentan  los  resultados  obtenidos  en  el  último  periodo  de  medición  y  en  grises  los  datos 
obtenidos en los dos trabajos antes mencionados.  

Gráfica 24 Diagrama de Moody datos Trujillo, Vargas y Tamayo ( v= 1 m/s). 

 

De  la  Gráfica  24se  puede  observar  que  el  factor  de  fricción  tiene  a  aumentar  con  el  tiempo  de 
recirculación.  Se  observa  también  que  la  relación  entre  el  tiempo  y  el  factor  de  fricción  son  
proporcionales,  debido  a que  con el  paso  de  los  días  de  recirculación  se  obtienen  factores  de  fricción 
más altos y rugosidades relativas mayores. 

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Gráfica 25 Diagrama de Moody datos Trujillo, Vargas y Tamayo ( v= 3 m/s). 

 

En la Gráfica 25 la Gráfica 26el comportamiento del factor de fricción presenta una mayor flexibilidad 
como producto de la presencia de biopelículas. Se observan unos valores altos debido a que después de 
un periodo de no cambiar el pasto y disminuir el sustrato, se aumentó la concentración de CODB en el 
sistema. 

El rango de valores que toma el valor de fricción para la tubería de velocidad media es el mayor, pero 
esto no se  puede  tomar como dato verídico, pues  Vargas modificó  la velocidad de  flujo lo que  puedo 
haber causado estas irregularidades. Comparando las primeras tuberías, se observa que durante todas 
las mediciones se presentaron valores de fricción mayores en aquellas tuberías de menor velocidad.   

 

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Gráfica 26 Diagrama de Moody datos Trujillo, Vargas y Tamayo ( v= 2 m/s). 

 

 

 
 

 

 

 

 

 

 

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7.  CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 
 

Del presente estudio se concluyó que el principal efecto hidráulico de la biopelícula en las tuberías de las 
redes de  distribución de  agua potable,  consistente en todas las pruebas realizadas, es  el aumento del 
valor de  rugosidad absoluta. Este a su vez depende de la cantidad y calidad del sustrato disponible y de 
la velocidad de flujo. 

Las  mediciones  mostraron  que  el  factor  que  más  impacto  tiene  en  la  dinámica  de  crecimiento  y 
desprendimiento de las biopelículas en sistemas de distribución de agua, fue la constancia con la que se 
suministró sustrato, o la disponibilidad de materia orgánica para uso de los microrganismos presentes 
en la película biológica. 

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

La disminución de la calidad del nutriente tuvo una influencia importante en el factor de fricción. Éste 
disminuyó cuando el cambio del costal de pasto fue mayor a una semana. 

Los  desprendimientos  fueron  mayores  en  la  tubería  con  mayor  velocidad;  esto  se  le  atribuye  a  los 
esfuerzos  de  cortante  presentes  en  las  paredes  de  las  tuberías,  que  para  mayores  velocidades  son 
mayores. 

El  pasto  kikuyo,  usado  como  fuente  de  carbono,  causó  variaciones  importantes  en  los  factores  de 
fricción  y  las  características  hidráulicas  del  sistema.  Se  observó  que  es  un  nutriente  de  calidad, 
aprovechable por los microorganismos de la biopelícula, pues se presentaron crecimientos importantes 
del  espesor  en  las  fechas  donde  se  realizó  el  cambio  de  costal.  Adicionalmente  los  desprendimientos 
fueron mayores durante los días en que se mantuvo el mismo costal por más de una semana.   

Se  recomienda  tener cuidado  al momento  de  realizar  las  mediciones,  pues si la  bomba  chupa  aire  las 
mediciones se ven afectadas y se deben repetir. 

Es  recomendable  implementar  un  método  de  seguimiento  cualitativo  de  las  biopelículas  diferente  al 
registro fotográfico del tubo de vidrio, ya que los cambios observados en las fotografías no representan 
lo que ocurre dentro de las tuberías de PVC. Se podría realizar un mejor control cualitativo si se utilizan 
cámaras de inspección dentro de las tuberías y una cámara de video sumergible para observar el cambio 
de color de las paredes a medida que se desarrolla la película biológica. 

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80 

 

 

8.  BIBLIOGRAFÍA 
Almeida, J. L. (1998). FORMACIÓN DE BIOPELÍCULAS Y SU IMPACTO EN LOS SISTEMAS DE CONDUCCIÓN 
DE AGUA. Asociación Peruana de Ingeniería Sanitaria y Ambiental , 1-14. 

Bernal, M. A. (2009). Reglas de operación para el desprendimiento de biopelículasen sistemas de 
distribución de agua potable.
 Bogotá D.C: Universidad de los Andes. 

Carmen San José, Belén Orgaz. (2010). La biopelículas microbianas, un bunker de uso habitual. 
Recuperado el 12 de Marzo de 2013, de 
http://www.analesranf.com/index.php/mono/article/viewFile/1110/1127 

Castilla, T. V. (2012). BIOPELÍCULAS ALIMENTADAS CON CODB MEDIANTE PASTOS: DINÁMICA DE 
CRECIMIENTO Y DESPRENDIMIENTO EN SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE.
 Bogotá: 
Universidad de los Andes. 

CIACUA. (2009). Investigación sobre los factores que generan la formación, crecimiento y posterior 
desprendimiento de biopelículas en las redes matrices de acueducto. Fase I.
 Bogotá, D.C.: Centro de 
Investigaciones en Acueducto y Alcantarillado. 

Gea-Izquierdo Enrique, Loza-Murguía Manuel. (Febrero de 2013). Calidad del agua y Salud: Las 
biopelículas y Legionella.
 Recuperado el 20 de Abril de 2013, de 
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Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental 
Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados - CIACUA 
Efecto de la velocidad de flujo sobre el crecimiento y desprendimiento de biopelículas 
alimentadas con CODB mediante pastos en redes de distribución de agua potable

 

 

 

 

 

 

Laura Tamayo  

Proyecto de grado                                   

 

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Efecto de la velocidad de flujo sobre el crecimiento y desprendimiento de biopelículas 
alimentadas con CODB mediante pastos en redes de distribución de agua potable

 

 

 

 

 

 

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Proyecto de grado                                   

 

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83 

 

 

9.  ANEXOS 

9.1. ANEXO CÁLCULOS HIDRÁULICOS DE LAS TUBERÍAS CON PRESENCIA DE BIOPELÍCULAS 

 

La  determinación  de  los  parámetros  más  relevantes  fueron  definitivos  en  la  fase  de  construcción  del 
proyecto, esto fue realizado por María Ximena Trujillo en el año 2011 y los resultados para la tubería 1, 
para la tubería 2 y para la tubería 3 se muestran en el Tabla 10. 

Tabla 10 Parámetros relevantes para el cálculo hidráulico. 

 

 

Antes  de  prender  la  bomba  se  registra  es  la  altura  inicial     

 

  de  cada  uno  de  los  vertederos  con  el 

limnímetro.  Posteriormente  se  prende  la  bomba  y  se  comienzan  a  registrar  las  alturas  piezómetricas; 
por cada medida se registra además la temperatura, la altura del vertedero y el tiempo en que se realiza 
la medición. 

Con  los  datos  obtenidos  se  procede,  en  principio,  a  calcular  la  viscosidad  cinemática  del  agua  y  la 
densidad de la misma al interpolar con los datos encontrados en la literatura, y los mismos usados por 
Tatiana. Estos se muestran en el cuadro a continuación: 

C

(-)

0,008551

n

(-)

2,460025

φ

(m)

0,108

A

(m

2

)

0,009

L

(m)

2,765

Q

(L/s)

7,7658

Q

(m

3

/s)

0,0078

v

(m/s)

0,8477

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84 

 

 

Tabla 11 Cambio de la viscosidad y densidad del agua con la temperatura. 

 

Fuente:  [Base  de  datos].  [Consultado  el  31  de  Enero  de  2013].  <Disponible  en>: 
http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/qui/denh2o.pdf 

Tomando los datos del 31 de Enero de 2013, se muestran a continuación las temperaturas  registradas 
para la tubería número 1. 

 

Tabla 12 Datos registrados de temperatura por medición. 

Medición 

Temp (°C) 

Minutos 

24.9 

155 

25.2 

160 

25.3 

164 

25.4 

168 

25.4 

172 

25.4 

176 

25.5 

179 

25.5 

181 

25.5 

184 

10 

25.6 

186 

 

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

μ

ρ

(ºC)

(kg/ms)

(kg/m³)

20

0,001003

998,29

21

0,000979

998,09

22

0,000911

997,38

23

0,000933

997,62

24

0,000911

997,38

25

0,000891

997,13

26

0,000871

996,86

27

0,000852

996,59

28

0,000833

996,31

29

0,000815

996,02

30

0,000798

995,71

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Laura Tamayo  

Proyecto de grado                                   

 

85 

 

 

 

 

   

        

   

 

 

   

   

      

 

   

   

   

    

        

   

   

        

   

  

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

donde: 

 

 

 

 la viscosidad en la temperatura medida 

 

 

        

   

= la viscosidad consignada en la Tabla 11 para el límite máximo en el que fluctúa la 

temperatura medida en la tubería dentro de las 10 mediciones. 

 

 

        

   

= la viscosidad consignada en la Tabla 11  para el límite mínimo en el que fluctúa la 

temperatura medida en la tubería dentro de las 10 mediciones.  

 

 

   

=límite  máximo  para  la  temperatura  en  la  que  fluctúa  la  medición  en  los  registros 

realizados. 

 

   

=límite mínimo e para la temperatura en la que fluctúa la medición en los registros Reemplazando 

los valores en la ecuación se tiene: 

 

 

         

  

  

 

      

      

       

          

  

  

         

  

  

  

Ahora para encontrar la densidad en la temperatura medida se usa la misma ecuación pero 
reemplazando la viscosidad por los valores respectivos de las densidades. 

 

 

   

        

   

 

 

   

   

      

 

   

   

   

    

        

   

   

        

   

  

Ecuación 9. Interpolación de la densidad según la temperatura medida. 

Reemplazando se obtiene 

 

 

        

  

 

 

 

      

      

       

         

  

 

 

        

  

 

 

  

Los resultados se muestran en la Tabla 13. 

 

 

 

 

 

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Laura Tamayo  

Proyecto de grado                                   

 

86 

 

 

Tabla 13 Resultados de viscosidad, densidad y viscosidad cinemática para ejemplo. 

μ 

ρ 

(ºC) 

(kg/ms) 

(kg/m

3

24.9 

8.93E-04 

997.1550 

25.2 

8.87E-04 

997.0760 

25.3 

8.85E-04 

997.0490 

25.4 

8.83E-04 

997.0220 

25.4 

8.83E-04 

997.0220 

25.4 

8.83E-04 

997.0220 

25.5 

8.81E-04 

996.9950 

25.5 

8.81E-04 

996.9950 

25.5 

8.81E-04 

996.9950 

25.6 

8.79E-04 

996.9680 

 

Con  los  datos  de  temperatura  y  de  altura  del  vertedero  se  procede  a  calcular  la  velocidad  de  flujo 
haciendo uso de la ecuación de calibración para el primer vertedero esbozado en laTabla 1. La fórmula 
se retoma en la Ecuación 910

La viscosidad cinemática se calcula dividiendo la viscosidad µ por la densidad ρ, como se muestra: 

   

 
 

 

        

     

  

        

  

 

 

          

  

 

 

 

 

Tomando la altura para la medición 1, se tiene que  

 

           y si la altura inicial del vertedero uno 

fue 11.53 cm entonces: 

            

 

   

 

 

    

                         

    

       

 

 

 

  

 

     

            

 

   

Ecuación 9.Cálculo del caudal para cada tubería. 

La velocidad entonces se calcula como: 

       

 

     

 

 

          

 

 

 

 

         

 

             

Ecuación 10.Cálculo de la velocidad para cada tubería. 

 

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Laura Tamayo  

Proyecto de grado                                   

 

87 

 

 

El diámetro usada en la ecuación anterior es el diámetro interno de las tuberías registrado por María 
Ximena en su proyecto de grado. 

El siguiente paso es calcular el número de Reynolds como se muestra a continuación: 

    

     

 

 

                

 

 

        

    

 

 

              

 

Las  pérdidas  por  fricción  se  calculan  con  los  registros  de  la  altura  piezométrica  aguas  arriba  y  aguas 
abajo para cada tubería. Con estos datos se realiza un promedio excluyendo los piezómetros conectados 
a la parte superior de las tuberías, ya que no arrojan datos razonables por la presencia de burbujas.  El 
promedio  se  realiza  aguas  arriba   

     

   y  aguas  abajo   

     

   así  la  pérdida  de  la  altura 

piezométrica  

 

  es la diferencia de   

     

  y   

     

 .  

Con estos datos se hace uso de la ecuación de Darcy-Weisbach que se muestra a continuación: 

     

 

 

 

 

 

  

 

 

 

Los datos de las alturas piezométricas se pueden observar en el anexo 9.2  

 

 es igual a 0. 13 m, 

entonces reemplazando los valores se tiene:  

           

      
      

     

    

 

 

 

(     

 

 

)

 

          

La rugosidad absoluta ahora se calcula con la Ecuación 5, resolviendo para ks, entonces se tiene: 

 

 

√ 

          

  

(

 

 

    

 

    

  √ 

)    

 

          (  

 

   

√ 

 

    

     √ 

)

              (  

     

 

√       

 

    

            √       

)                 

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

 

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Laura Tamayo  

Proyecto de grado                                   

 

88 

 

 

 

 

 

 
 

      

 

 

 

 

      

 

          

  

 

 

      

 

 

 

 

     

      

         

  

  

 

 

Ahora se debe determinar:  

 

  √

 

 

 

    √

       

  

   

      

  

  

         

 

 

 para finalmente calcular el espesor de 

la subcapa laminar viscosa: 

 

 

        

 

 

 

 

        

         

     

  

       

 

 

         

  

 

 

                       

 

 

9.2. 

ANEXO BASE DE DATOS SEMANAL, MEDICIONES:

 

 

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P2

P3

P4

Pprom

P2

P3

P4

Pprom

(m)

(-)

(m)

(kg/ms) (kg/m3)

(m2/s)

(m

3

/s)

(m/s)

(-)

(m)

(m)

(m)

(m)

(m)

(m)

(m)

(m)

(m)

(m)

(m)

(m)

(-)

(m)

(kg/ms

2

)

(m/s)

(μm)

11.53

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1.009

1.006

1.007 0.949 0.978 0.978

0.968

0.057

0.031

0.028

0.039

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170.69

11.53

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0.985

0.984

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0.945

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11.53

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11.53

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11.53

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11.53

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11.53

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0.862

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11.53

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10.49
10.49
10.49
10.49
10.49
10.49
10.49
10.49
10.49
10.49
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0.000

0.003

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10.14

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0.002

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3

FECHA

Días

Tubería 

de PVC

1/

31

/2

01

3

391.00

H

0

1

2

2/

7/

20

13

398.00

1

2

3

H

L

v

Re

Q

Toma

τ

0

v*

δ'

h

f_P2 

h

f_P3

h

f_P4

h

f_promedio

fprom

ks

AGUAS ARRIBA

AGUAS ABAJO

μ

ρ

ν

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background image

 

 

 

10.34

30.200

0.001

997.130

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1.010

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201195

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