Factores que Favorecen el Crecimiento de Algas en Redes de Distribución

Las redes de distribución de agua potable (RDAP) requieren un cierto nivel de mantenimiento, por esto una inadecuada desinfección puede llevar al crecimiento de microorganismos. Hoy en día, las nuevas tuberías de PVC son blancas y pueden llegar a ser transparentes dejando pasar la luz solar, permitiendo la generación de algas y cianobacterias. Resulta de gran importancia determinar si se produce el crecimiento de estos organismos bajo ciertas condiciones y de esta manera entender el efecto hidráulico de este crecimiento en RDAP. Para llevar a cabo este estudio se utilizó un montaje de recirculación que simula las condiciones de una RDAP. Para ello se mantuvo desinfectado el sistema y el agua se recirculó constantemente. Además, el tanque fue alimentado con fosfato diámonico (DAP) para proporcionar los nutrientes suficientes. Para poder evaluar el crecimiento de estos organismos se realizó una Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) y se hicieron 2 pruebas hidráulicas semanales durante 82 días. Al finalizar esta investigación no se evidenció crecimiento de algas y cianobacterias en la superficie interna de la tubería, resultados que son coherentes con los hidráulicos. Paralelamente se logró establecer que la rugosidad calculada con las ecuaciones tradicionales no es confiable pues actualmente los materiales están fabricados con una nueva tecnología que los hace cada vez más lisos, por lo tanto estos análisis no reflejan la rugosidad real.

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IAHR          

 

 

 

 

 

 

 

 

             CIC 

XX SEMINARIO NACIONAL DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA 

 

BARRANQUILLA, COLOMBIA, 8 AL 10 DE AGOSTO DE 2012 

 

Factores que Favorecen la Generación y Crecimiento de Algas en Redes de 

Distribución de Agua Potable 

 

Sara C. Gacharná y Juan G. Saldarriaga 

Centro de Investigaciones en Acueductos y Alcantarillados (CIACUA), Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental,  

Universidad de los Andes, Bogotá, Colombia 

<sc.gacharna41@uniandes.edu.co>, <jsaldarr@uniandes.edu.co> 

 

RESUMEN 
Las redes de distribución de agua potable (RDAP) requieren un cierto nivel de mantenimiento, por 
esto una inadecuada desinfección puede llevar al crecimiento de microorganismos.  Hoy en día, las 
nuevas tuberías de PVC son blancas y pueden llegar a ser transparentes dejando pasar la luz solar, 
permitiendo la  generación de algas  y  cianobacterias. Resulta de  gran importancia determinar si  se 
produce el  crecimiento de estos organismos  bajo  ciertas condiciones  y  de  esta manera entender el 
efecto  hidráulico  de  este  crecimiento  en  RDAP.    Para  llevar  a  cabo  este  estudio  se  utilizó  un 
montaje  de  recirculación  que  simula  las  condiciones  de  una  RDAP.  Para  ello  se  mantuvo 
desinfectado el  sistema  y  el agua se recirculó  constantemente.  Además,  el  tanque fue alimentado 
con  fosfato  diámonico  (DAP)  para  proporcionar  los  nutrientes  suficientes.    Para  poder  evaluar  el 
crecimiento  de  estos  organismos  se  realizó  una  Microscopía  Electrónica  de  Barrido  (MEB)  y  se 
hicieron  2  pruebas  hidráulicas  semanales  durante  82  días.    Al  finalizar  esta  investigación  no  se 
evidenció crecimiento de algas y cianobacterias en la superficie interna de la tubería, resultados que 
son coherentes con los hidráulicos. Paralelamente se logró establecer que la rugosidad calculada con 
las  ecuaciones  tradicionales  no  es  confiable  pues  actualmente  los  materiales  están  fabricados  con 
una  nueva  tecnología  que  los  hace  cada  vez  más  lisos,  por  lo  tanto  estos  análisis  no    reflejan  la 
rugosidad real.   
 
 
PALABRAS CLAVES:
 Algas, redes de distribución de agua potable, Rugosidad.  

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

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INTRODUCCIÓN 
 
Problemática actual 

Las  redes  de  distribución  de  agua  potable  son  sistemas  de  tuberías  complejos  que  requieren  un 
cierto nivel de mantenimiento. Al minimizar los costos de operación de mantenimiento a la RDAP 
puede causar el desarrollo de biopelículas, y crecimiento de algas y cianobacterias. Para complicar 
las cosas, algunas tuberías de PVC blancas son transparentes a la luz solar, proporcionando luz para 
ayudar  al  crecimiento de las algas  y  a las cianobacterias.  Nutrientes más luz solar pueden  causar 
desarrollo  de  estos  organismos  en  sistemas  de  distribución  de  agua  potable.  Las  algas  y 
cianobacterias se acumulan en las paredes de las tuberías y luego una vez que éstas se establecen en 
el sistema de tuberías son difíciles de quitar sin costosos químicos y limpieza a fondo (Clark et al., 
1996). 

Lo que permite el crecimiento y desarrollo de algas y cianobacterias dentro de los sistemas 

de  distribución  de  agua  potable  es  la  disponibilidad  de  nutrientes  que  se  transporta  en  ella.  Esta 
contaminación se debe a diferentes actividades humanas que han llevado a la fertilización excesiva 
de muchos cuerpos de agua, lo que conlleva a una proliferación excesiva de algas y cianobacterias 
de agua dulce (WHO, 2003). 

Es  así  como  resulta  de  gran  importancia,  tratar  de  recrear  el  ambiente  de  las  redes  de 

acueducto lo más cercano posible a la realidad para establecer los factores tanto ambientales como 
hidráulicos que influyen en el desarrollo de las mismas.  Por lo tanto, el objetivo de este estudio fue 
determinar  si  en  una  tubería  de  PVC  blanco  bajo  condiciones  de  luz  solar  puede  efectuarse  el 
crecimiento  de  algas  y  de  esta  manera  entender  el  efecto  hidráulico  del  crecimiento  de  algas  en 
sistemas de distribución de agua potable.  

 
Algas y Cianobacterias 

El término cianobacteria se refiere a organismos unicelulares, microscópicos, algunos de los cuales 
forman colonias  y así llegan a tamaños visibles a simple vista como partículas diminutas de color  
verde-azul.  Estos  organismos  están  usualmente  finamente  dispersos  a  través  del  agua  y  pueden 
causar turbidez considerable si  alcanzan altas densidades. Al igual que las cianobacterias, algunos 
tipos  de  algas  son  unicelulares;  este  es  el  caso  de  las  Diatomeas.  Además,  un  gran  número  de 
especies  de  algas  son  organismos  macroscópicos  y  multicelulares  que  pueden  llegar  a  crecer  e 
incluso  alcanzar  cientos  de  metros  (Van  den  Hoek  et  al.,  1995).  Las  algas  y  cianobacterias  se 
encuentran en abundancia tanto en condiciones ambientales normales como en medios extremos de 
temperatura, pH, concentración salina, y radiación (Seckbach, 2007). 

 
Desarrollo de algas y cianobacterias en RDAP 

Las cianobacterias se encuentran entre los organismos más primitivos de la tierra, pues su origen se 
estima hace unos  3500  millones  de años. El crecimiento de cianobacterias  y las  algas  está ligado, 
invariablemente,  a  la  eutrofización  de  las  aguas.    Las  dos  sustancias  consideradas  como  las  más 
importantes en este crecimiento son compuestos nitrogenados y fosfatos.  Éstos junto con el dióxido 
de  carbono,  son  generalmente  las  materias  primas  cuya  disponibilidad  determina  la  cantidad  y 
calidad del crecimiento de estos organismos (Geldreich, 1996). 

Este  crecimiento  puede  afectar  el  agua  potable  pues  la  mayoría  de  los  componentes  en  las 

redes  de  distribución  pueden  llegar  a  ser  excelentes  entornos  microbianos.  Sin  embargo,  la 
persistencia y la proliferación de microorganismos en estos sistemas están influenciadas por varios 
factores  (Geldreich,  1996).  La  mayoría  de  las  superficies  expuestas  son  colonizadas  por 
microorganismos que forman biopelículas (Ridgway & Olson, 1981). 

Existen  datos  que  muestran  el  desarrollo  de  biopelículas  que  contienen  algas  y 

cianobacterias (Allen et al., 1980). Por esta razón, las algas y las cianobacterias han sido implicadas 
en  la  producción  de  sedimentos  en  los  suministros  de  aguas  industriales,  causando  coloración  del 

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agua, induciendo la corrosión de concreto  y de metales, reduciendo la potabilidad del agua tratada 
por su presencia en los sistemas de distribución, interfiriendo con el tratamiento químico del agua, y 
causando enfermedades en humanos y animales (Matheson, 1952). 

Como la mayoría de las algas no pueden crecer y multiplicarse sin luz, las únicas algas que 

pueden  ser  encontradas  en  las  tuberías  de  los  sistemas  de  distribución  serían  en  primer  lugar, 
aquellas que no se remueven en el proceso de tratamiento, en segundo lugar, aquellas que tienen la 
capacidad de crecer en la oscuridad; y tercero, las que se desarrollan en un depósito descubierto que 
contenga agua tratada. 

Finalmente,  se  estima  que  los  actuales  tratamientos  de  agua  no  son  100%  eficaces  en  la 

eliminación de las algas y cianobacterias (Steynberg  et al., 1998; Steynberg et al., 1996). Por esta 
razón algunas de ellas son capaces de penetrar en los sistemas de agua potable.  Puesto que las algas 
pueden viajar por todo  el camino desde el origen hasta el punto  final, los niveles detectados en el 
agua de la llave son exclusivamente de algas que no se eliminan por el tratamiento (Codony et al., 
2003). 

 
Factores que determinan el crecimiento de algas y cianobacterias 

La disponibilidad de nutrientes, luz, y una mezcla de condiciones como el tiempo de residencia del 
agua,  la  temperatura,    las  condiciones  hidráulicas,  material  de  la  tubería,  tipo  y  concentración  del 
desinfectante,  y  características  físicas  de  las  algas,  son  unos  de  los  mayores  determinantes  del 
crecimiento  en  los  sistemás  de  distribución  de  agua  potable.    La  interacción  de  estos  factores  son 
complejos  y  variables,  y  a  su  vez  pueden  determinar  la  biomasa  y  la  composición  de  estos 
organismos a lo largo de la RDAP. 

 
Evidencia del crecimiento de alga y cianobacterias en RDAP 

Existen  varios  estudios  en  los  cuales  se  ha  encontrado  evidencia  del  crecimiento  de  algas  en  los 
sistemas de distribución de agua.  En un principio este problema se ha venido presentando con una 
mayor  recurrencia  en  los  sistemas  de  irrigación  o  de  riego  en  el  sector  agrícola.    En  ellos  se 
demuestra  que  debido  al  espesor  de  los  tubos  de  PVC  blancos,  estos  permiten  la  filtración  de  luz 
solar y en ellos se puede establecer el crecimiento de algas (Clark et al., 1996). 

No obstante este ha sido un campo poco estudiado al interior de los sistemas de distribución 

de agua potable, porque aunque hay crecimiento de algas este es muy limitado; en los últimos años 
se  han  realizado  unas  investigaciones  que  han  arrojado  resultados  positivos  en  cuando  el 
crecimiento de estos organismos.    

Actualmente  hay  dos  estudios  sobre  la  presencia  de  algas  o  sus  toxinas  en  biopelículas  en 

tuberías  de  agua  potable.    Estos  estudios,  utilizando  microscopía  electrónica  de  barrido  en  una 
superficie  de  la        tubería,  encontraron  fragmentos  de  diatomeas  y  otros  fragmentos  de  algas  o 
“microfósiles”  embebidos  o  incrustados  en  la  biopelícula.  Por  otra  parte,  otros  autores  han 
encontrado que algunas algas pueden crecer heterotróficamente en la oscuridad, y se han encontrado 
cianobacterias  en  bajos  niveles  en  aguas  subterráneas.    Además,  las  toxinas  de  las  algas  se 
mantienen  relativamente  estables  en  la  oscuridad,  y  pueden  durar  por  lo  menos  una  semana  en  el 
agua (EPA, 2002). 

Adicionalmente,  en  España  se  llevó  a  cabo  el  análisis  de  agua  de  la  llave  y  en  éste  se 

encontró evidencia del crecimiento de algas.  En esta investigación experimental se aislaron cepas 
de cianobacterias  que se encuentran dentro del  grupo  Cyanophyta.   En él se tomaron muestras  de 
agua  directamente  de  la  llave,  luego  se  realizó  filtración  por  membrana  de  las  muestras 
correspondientes  y se llevaron a incubar en medio R2A.  Allí se estableció que efectivamente hay 
crecimiento de estos organismos en los sistemas de distribución de agua potable.  Este fenómeno se 
puede  deber  a  la  circulación  del  agua  y  a  la  resistencia  de  estos  microorganismos  a  los 
desinfectantes como el cloro, por medio de las esporas (Codony et al., 2003).

 

 

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Figura 1.- Vista en planta del modelo.

 

 

 
 
MODELO FÍSICO 
 

A fin de simular las  características de una  RDAP  y  cumplir con  el  objetivo  del  estudio se usó un 
montaje  de  recirculación  en  el  cual  fue  posible  medir  las  pérdidas  por  fricción  en  la  tubería  y 
evaluar generación y el crecimiento de algas y cianobacterias. 

El modelo utilizado se encuentra constituido por dos tanques (un tanque de almacenamiento 

y  un tanque elevado vertical), los  cuales  están  conectados  entre sí por una tubería.  El  sistema de 
tubería  usado  es:  un  tubo  de  PVC  Biaxial  de  80  metros  de  longitud  sin  uniones  y  6  pulgadas  de 
diámetro nominal. Esta tubería de PVC cuenta con un diámetro exterior de 168.28 mm, un diámetro 
interior de 159.04 mm y un espesor de pared de 4.62 mm. 

En  la  Figura  1  se  muestra  el 

esquema  general  del  modelo,  así  como  su 
vista en planta:  
Como  se  aprecia  en  la  Figura  1  la  tubería 
sale  del  tanque  elevado  número  1  (tanque 
elevado) 

llega 

al 

tanque 

de 

almacenamiento.    El  tanque  elevado  es  el 
encargado  de  suministrar  una  altura 

piezométrica  suficiente  para  poder  alcanzar 
las  velocidades  requeridas  para  realizar  las 

pruebas.    El  tanque  de  llegada  o  tanque  de  almacenamiento,  construido  en  concreto,  recibe  la 
descarga  de  agua  proveniente  de  la  tubería  para  luego  ser  recirculada  hacia  el  tanque  elevado  por 
medio de una motobomba.  En el tanque de llegada, la tubería se conecta a un vertedero rectangular 
con el cual se puede medir el caudal que está fluyendo a través del mismo. 

La tubería, al final, tiene una válvula de control de caudal que se encuentra a 0,53 m de la 

llegada del tubo al tanque de almacenamiento.  Aguas arriba de la válvula, se encuentra un tramo de 
tubería aproximadamente de 1,07 m en el cual se encuentra ubicado el caudalímetro y luego a 0,98 
m se halla situado el sensor de presión. 
 

Aspectos hidráulicos

 

Para evaluar los aspectos hidráulicos, el sistema está provisto de tres piezómetros ubicados tanto al 
comienzo como al final de la tubería al lado de las mangueras que se conectan al sensor de presión 
(Figura 2), mediante los cuales es posible determinar las pérdidas por fricción y además hacer una 
comparación  entre  unos  datos  manuales  como  automatizados.    Un  posible  crecimiento  de  algas 
incrementaría estas pérdidas por fricción.  Los piezómetros se encuentran ubicados a una distancia 

de  66,08  metros  entre  ellos.    El  sensor 
diferencial  de  presión    se  encuentra  ubicado 
aguas  abajo  de  la  tubería.    A  este  se  le 
conectaron  dos  mangueras;  una  manguera 
ubicada aguas abajo de una rejilla que permite 
alcanzar  un  flujo  turbulento  hidráulicamente 
liso,  y  otra  manguera  aguas  arriba  de  los 

testigos extraíbles. 

Con el fin de determinar el efecto que tienen las algas y las cianobacterias en las pérdidas 

por fricción, se tomaron lecturas piezométricas y del sensor de presión aproximadamente de dos 
veces a la semana. 

Para calcular las pérdidas por fricción y pérdidas menores se realizaron 17 pruebas para cada 

toma  de  datos,  variando  el  caudal  de  tal  forma  que  se  pudieron  obtener  diferentes  valores  del 

  Figura 2.- Distribución de los piezómetros en la tubería. 

 

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número de Reynolds.  De esta manera, se puedo  conocer la  rugosidad relativa de la tubería  y por 
consiguiente se pudo determinar si ésta se ve afectada a lo largo del estudio por el crecimiento de la 
película de algas.

 

 

Aspectos microbiológicos 

Para  llevar  a  cabo  la  medición  cualitativa  de  las  algas  fue  necesario  la  instalación  de  testigos 
extraíbles  en  los  últimos  tres  metros  de  la  tubería,  con  los  cuales  se  pudo  efectuar  el  análisis  de 
crecimiento progresivo de la película de algas al interior de la  tubería de PVC. 

Para realizar la determinación cualitativa del crecimiento de algas en la tubería, se realizaron 

dos  metodologías.    La  primera  consistió  en  instalar  un  testigo  extraíble  aguas  abajo  de  la  tubería 
(testigo de borde), el cual se asegura de tal forma que permita su fácil extracción.  Este testigo es 
una  sección  extraída  de  la  misma  tubería  que  coincide  con  el  orificio  realizado  y  que  permanece 
sumergido  en  el  agua  por  el  diámetro  interno,  mientras  que  por  el  diámetro  externo  se  encuentra 
sujeto  a  una  tapa  cuyo  diámetro  interno  es  igual  al  externo  del  mismo.    Adicionalmente,  se 
instalaron  dos  abrazaderas  en  la  parte  exterior  de  cada  tapa,  para  evitar  que  la  presión  interna 
desprendiera el testigo. 

La segunda metodología consistió en tener testigos de centro, al mismo tiempo con el testigo 

de  borde  de  la  primera  metodología;  estos  testigos  de  centro  están  formados  por  unos  agujeros 
rectangulares  en  la  parte  superior  de  cada  una  de  las  tuberías,  en  donde  las  partes  del  material 
extraídas  fueron  fijadas  al  igual  que  el  testigo  de  borde  a  unas  tapas  más  grandes  y  estas  fueron 
fijadas  a  su  vez  a  unas  abrazaderas.    Estos  testigos  fueron  instalados  aguas  arriba  del  testigo  de 
borde, a fin de no alterar la medición de las pérdidas de energía (Figura 3). 
 
 
 
 
 
 

Figura 3.-Testigos extraíbles. 

DISEÑO EXPERIMENTAL 
 
Suministro de nutrientes 

A  fin  de  favorecer  el  crecimiento  de  las  algas  en  la  tubería,  es  necesario  suministrar  la  cantidad 
apropiada de nutrientes. 

A lo largo de la investigación se añadieron 55.63 gramos de fosfato diamónico (DAP), cuya 

fórmula química es (NH

4

)

2

PO

4

, cada ocho días en el tanque de almacenamiento, a fin de cumplir los 

requerimientos  mínimos  de  nutrientes.      A  medida  que  fue  progresando  el  estudio,  se  empezó  a 
observar el desarrollo y crecimiento de algas en distintas estructuras del montaje con excepción de 
la tubería, por lo tanto la dosis de DAP no fue modificada.  Mediante el empleo de estos nutrientes, 
fue posible simular las condiciones de crecimiento de algas que en un sistema real de distribución 
de agua potable se produciría en períodos muy largos. 

 
Recirculación diaria 

A  fin  de  lograr  un  crecimiento  de  algas  la  tubería  del  montaje,  el  agua  se  recirculó  diariamente 
durante un periodo de 8 horas, tratando de simular un sistema de distribución de agua a presión.  La 
recirculación del sistema se realizó con una apertura mínima de las válvulas de control de caudal, 
garantizando una velocidad aproximada de 0.5 m/s.  Esta velocidad permitió en tesis anteriores el 
crecimiento de biopelículas, por lo tanto se usó como referencia para permitir el crecimiento de las 
algas y cianobacterias. 

 

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Mantenimiento del cloro residual libre mínimo en el sistema 

Para la cloración del sistema se decidió usar hipoclorito de calcio HTH granular. Como la idea era 
simular  un  sistema  de  distribución  de  agua  potable,  fue  necesario  mantener  una  concentración  de 
cloro  mínimo  dentro  del  modelo;  según  el  RAS  la  concentración  de  cloro  residual  libre  aceptable 
dentro de cualquier punto de la red es de 0.3 – 2 mg/L. Partiendo de esto, se decidió mantener una 
concentración de 0.5 mg/L para el diseño experimental de estudio. 

 
Pruebas microbiólogicas: Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) 

Se  realizó  Microscopía  Electrónica  de  Barrido  (MEB),  utilizando  el  microscopio  electrónico  de 
barrido de La Universidad de los Andes.  Para ello se tomaron muestras de la superficie interna de 
los  testigos,  usando  el  método  de  escobillón,  para  llevarlas  a  observación.    También  se  tomaron 
muestras  de las paredes  del  tanque de almacenamiento,  de las estructuras  de disipación  (llamados 
gaviones), y además se realizaron análisis a muestras de agua tanto del tanque de almacenamiento 
como de la tubería de 6”. 

Para  realizar  la  observación  en  el  microscopio  se  utilizó  el  método  de  platina  de 

enfriamiento.  Este método consiste en un portamuestras de temperatura controlada que al acoplarse 
al  microscopio  permite  enfriar/calentar  la  muestra  en  un  intervalo  de  temperatura  que  va  desde  -
25

o

C  hasta  +50

o

C  a  300  Pa  (Laboratorio  de  Caracterización  MEB).  Este  método  es  muy  útil  en 

microscopios  de  presión  variable  o  de  bajo  vacío,  en  los  cuales  se  hace  necesario  controlar  la 
evaporación  del  agua  de  las  muestras  húmedas,  como  las  tomadas  para  este  estudio,  ya  que 
mediante  el  enfriamiento  de  éstas,  la  evaporación  del  agua  puede  hacerse  más  lenta  o  detenerse 
completamente dependiendo de la presión en la cámara (Laboratorio de Caracterización MEB). 

 
RESULTADOS 
 

Los  resultados  corresponden  a  los  datos  tomados  durante  12  semanas,  exactamente  82  días  de 
recirculación del montaje. 
 

Pruebas microbiólogicas 

Para  el  análisis  microbiológico  MEB  se  procedió  a  tomar  muestras  de  los  testigos  extraíbles  y 
demás estructuras del montaje. 
 
Pared del tanque de almacenamiento 
En  la  Figura  4  se  pueden  observar  estructuras  de  algas  de  agua  dulce.    Esta  microfotografía 
corresponde  a  una  muestra  tomada  de  la  pared  del  tanque  de  almacenamiento,  ubicada  cerca  al 
vertedero.    En  ella  se  puede  ver  filamentos  alargados  muy  uniformes  que  parecen  ser  de  la 
cianobacteria Phormidium (Figura 5).  Estos organismos son similares en morfología a  Lyngbya  y 
Oscillatoria.  Los  filamentos son largos, cilíndricos,  y pueden ser curvados o en forma de espiral.  
Finalmente, estas estructuras son delgadas y firmes (The Silica Secchi Disk Database).  
 
 

 

 

 

 

 

Figura 4.-Estructuras de algas, muestra 

tomada de pared del tanque de 

almacenamiento. 

 

Figura 5.-Phormidium kützing: cianobacteria 

larga y cilíndrica, que puede ser curvada o en 

forma de espiral. 

 

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Estructuras de disipación de energía 
En  la  Figura  6  se  puede  observar  una  microfotografía 
tomada  a  las  muestras  tomadas  del  gavión  1  del  montaje.  
En  la  imagen  se  puede  ver  las  mismas  estructuras  que  se 
encontraron  en  la  muestra  anterior  de  la  pared  del  tanque 
(Figura  4).  Además,  de  esas  estructuras,    se  puede 
observar  diatomeas,  las  cuales  se  pueden  identificar 
absolutamente por su morfología característica (Figura 6).   
Estas  células  se  agrupan  en  colonias  unidas  por  un 
material  mucilaginoso  que  estas  secretan  a  través  de  sus 
poros (The Silica Secchi Disk Database). 
 
Testigos extraíbles, de centro y de borde 
En  la  Figura  7  se  puede  observar  la  muestra  tomada  del  testigo  de  borde  en  donde  se  aprecian 
estructuras  que  se  pueden  deber  al  enfriamiento  de  la  muestra,  en  donde  se  congela  todo  el 
espécimen.  Estas  formas  pueden  deberse  a  restos  de  agua  congelada,  pero  también  pueden  ser 
estructuras pertenecientes a algún tipo de hongo 
filamentoso, o alguna cianobacteria. Además, al 
realizar  la  toma  de  muestras,  usando  el  método 
de  escobillón  a  cada  testigo,  no  se  observó  una 
película bacteriana, de algas o de cianobacterias, 
a  simple  vista.  La  posible  ausencia  de 
microorganismos  en  la  superficie  interna  de  la 
tubería  puede  ser  la  razón  por  la  cual  no  hay 
evidencia de algún microorganismo en varias de 
las  fotografías  que  fueron  tomadas  a  la 
microscopía realizada en los testigos.  

 
Pruebas hidráulicas 

Durante  el  tiempo  de  recirculación  del  agua  en  el  montaje,  se  tomaron  2  lecturas  piezométricas 
semanales. Simultáneamente se tomaron lecturas automáticas en el programa de computador, tanto 
del sensor diferencial de presión como del caudalímetro; esto para cada uno de los caudales que se 
probaron.  Además se midió la altura de la lámina de agua del vertedero y la temperatura. Con esta 
información  se  calculó  el  factor  de  fricción  (f)  en  cada  medición  y  el  número  de  Reynolds,  que 
posteriormente  fueron  ubicados  en  el  Diagrama  de  Moody.    De  esta  manera  se  pudo  conocer  la 
rugosidad de la tubería, observando si esta presentó alguna variación durante el tiempo de estudio a 
causa del crecimiento de las algas o cianobacterias. 

 

Pérdidas por fricción  

En la  Figura 8 se puede observar un grupo 
de  datos  que  se  encuentran  en  un  rango  de 
tiempo que va desde Septiembre 20 de 2011 
hasta  Diciembre  7  de  2011.    Cuando  el 
Número de Reynolds es mayor, así como su 
caudal,  el  factor  de  fricción  aumenta  de 
igual  manera.    Por  el  contrario  cuando  el 
flujo  es  menor  y  por  consiguiente  el 
Número de Reynolds es menor, su factor de 
fricción  decrece  en  comparación  con  los 

anteriores  y  estos  no  se  ajustan  de  manera 
apropiada al Diagrama de Moody.   

  Figura 6.-Microfotografía de la 

muestra tomada del gavión 1. 
 

  Figura 7.-Microfotografía de los testigos. Izq.: 

testigo de borde. Der.: testigo de centro número 
29. 
 

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De esta forma se puede observar que cada vez que se tienen caudales mayores se obtienen 

rugosidades absolutas mayores comparadas a las obtenidas cuando se miden datos con caudales más 
bajos,  pero  que  se  encuentran  dentro  de  lo  normal  para  este  tipo  de  material.    Las  rugosidades 
correspondientes a Números de Reynolds menores, llegan a ser muy pequeñas e incluso negativas 
comparadas con los valores reportados para el PVC. 

Diagrama de Moody basado en las diferentes ecuaciones desarrolladas. 
A  lo  largo  de  la  historia  se  han  desarrollado  diferentes  ecuaciones  que  describen  el  FTHL;  sin 
embargo, desde su aparición, estas inducen a un error mínimo el cual ha ido aumentando debido a la 
creación de nuevos materiales para las tuberías que son mucho más lisos de los utilizados durante 
los estudios que dieron pie al desarrollo  de las diferentes ecuaciones.  

Las  ecuaciones  que  expresan  el  límite  inferior  de  la  zona  de  transición,  zona  de  especial 

interés para este estudio, se ilustran a continuación y se muestran gráficamente en la Figura 9 dentro 
del diagrama de Moody. En ella se pueden ver ligeras variaciones entre los resultados obtenidos por 
las diferentes ecuaciones.   

Además de poder observar estas diferencias entre las ecuaciones se procedió a analizar los 

datos  obtenidos  durante  el  estudio  en  el  nuevo  Diagrama  de  Moody,  para  poder  tener  un  mejor 

entendimiento  acerca  del  comportamiento  del 
factor  de  fricción  y  de  la  rugosidad  obtenida.  
En  la  Figura  9  se  puede  observar  la  forma  en 
que  algunos  datos  se  ubican  en  el  límite  del 
Flujo Turbulento Hidráulicamente Liso (FTHL) 
establecido por Prandtl (Figura 9, línea naranja), 
mientras  que  hay  otros  puntos  que  se  ubican 
tanto por encima de este límite como por debajo 
de éste.   

Teniendo  en  cuenta  el  comportamiento 

de  los  puntos  que  representan  los  datos 
registrados  durante  el  tiempo  del  estudio,  se 
puede  apreciar  que  todos  se  encuentran  debajo 

del límite del FTHL establecido por Colebrook-White (Figura 9, línea roja); por lo tanto la totalidad 
de los datos  se encuentran por fuera de la zona de transición en el Diagrama de Moody (Figura 9). 

Estos  resultados  son  coherentes  con  los  resultados  obtenidos  en  el  Diagrama  de  Moody 

convencional (Figura 8), aunque en la Figura 8 no se pueden observar de manera clara los límites de 
las diferentes ecuaciones y cómo se distribuyen los datos con respecto a estos autores. 
 
Análisis de Rugosidad 
Al obtener datos de las mediciones experimentales de presión y caudal, se pudo realizar el cálculo 
respectivo  para  adquirir  el  factor  de  fricción  y  luego  la  rugosidad  absoluta  de  la  tubería  de  PVC 
Biaxial  de  6  pulgadas  de  diámetro.    Al  observar  estos  datos  de  rugosidad  se  pueden  apreciar  que 
cuando se toman datos con caudales mayores se obtienen Ks mayores comparadas con las obtenidas 
cuando  las  pruebas  se  realizaban  con  caudales  más  pequeños.  En  este  último  caso,  se  obtuvieron 
rugosidades muy pequeñas, cercanas a cero, inclusive rugosidades negativas. 

Debido  a  este  fenómeno  se  procedió  a  llevar  a  cabo  otro  tipo  de  análisis  encontrando  una 

variable a para entender mejor el comportamiento de estas rugosidades. 

Una  vez  obtenida  la  rugosidad  (Ks),  de  la  manera  tradicional,  se  procedió  a  calcular  la 

variable a de la siguiente manera: 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

[1] 

 

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Una  vez  obtenidos  estos  resultados  se  procede  a  realizar  una  gráfica  a  vs.  Número  de  Reynolds 
(Figura 10). En la imagen se puede observar como los datos siguen una regresión tipo potencial y se 
encuentran dentro de un rango que va desde cero hasta 3.65.  A medida que aumenta el Número de 
Reynolds  la  variable  a  también  asciende,  pero  este  fenómeno  de  crecimiento  se  puede  observar 
mejor  y  más  acentuado  cuando  el  Re  es  menor.    Por  lo  tanto,  cuando  éste  va  aumentando  el  a  se 
eleva pero con una tendencia a estabilizarse.  

Estos  resultados  de  la  variable  a  nunca 

sobrepasan el número 4, ni mucho menos el 5.21, 
número  establecido  por  Colebrook-White  como 
límite  del  FTHL.    Esto  es  coherente  con  los 
resultados  obtenidos  en  los  análisis  anteriores, 
pues en ellos se establece este mismo efecto en el 
que  los  datos  no  sobrepasan  la  línea  límite  del 
FTHL  establecida  por  Colebrook-White  (Figura 
8; Figura 9). 

Por  otro  lado  para  las  rugosidades 

positivas  obtenidas  a  partir  de  los  datos 

registrados en cada una de las mediciones, se procedió a realizar otro análisis adicional.  Una vez 
calculada la variable a para Ks positivas se realizó un nuevo procesamiento de datos para obtener 
una nueva rugosidad.  Este cálculo se realizó siguiendo utilizando la siguiente ecuación: 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[2] 

 

Una vez obtenidos estos datos se realizó el diagrama de Ks obtenido a partir de la variable a 

(Ks’) vs. Ks obtenido de la manera normal y tradicional, con una línea con un ángulo de 45

o

 (Figura 

11).  En él se puede observar que las rugosidades obtenidas son cero o muy cercanas a este número. 

En  la  Figura  11  se  puede  observar  que  todos  los  puntos  se  encuentran  sobre  la  línea 

horizontal de las abscisas, mostrando que el Ks’ es igual o muy cercano a cero.  De esta forma el 
análisis muestra que la rugosidad de la tubería no se está percibiendo y podría deberse al PVC y la 
forma en que está hecha o al método tradicional en que se está realizando el análisis hidráulico para 
calcular la rugosidad absoluta.  En otras palabras las pérdidas por fricción están sobreestimadas con 
las fórmulas actuales y por lo tanto el diseño de una red es más costoso. 

 

 

 

 

 

 

 
CONCLUSIONES 

 
Aspectos microbiológicos  
Se  probó  tanto  la  presencia  como  el  crecimiento  de  algas  y  cianobacterias  dentro  del  montaje  de 
recirculación  utilizado  para  este  estudio,  mediante  las  pruebas  de  Microscopía  Electrónica  de 
Barrido  (MEB).    En  ellas  se  pudo  observar  diferentes  estructuras  pertenecientes  a  algún  tipo  de 

  Figura 11.-

 

Esquema de análisis de Rugosidad, Rugosidad calculada 

a partir de a vs. Rugosidad normal. 
 

  Figura 10.-

 

Esquema de análisis de rugosidad, a vs. 

Número de Reynolds. 
 

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cianobacteria.    Estas  fueron  comparadas  con  varias  microfotografías  pertenecientes  a  la  Base  de 
Datos de Connecticut College llamada The Silica Secchi Disk Database.   

En los resultados obtenidos del análisis de los testigos, se pueden observar otras estructuras 

filamentosas que posiblemente son organizaciones que pertenecen a fragmentos de agua congelada 
debido al método usado para realizar la observación en el microscopio.   

Se puede concluir ya que si se detallan los resultados hidráulicos, la rugosidad absoluta que se 

obtuvo  a  lo  largo  de  las  pruebas  es  mucho  menor  a  las  reportadas  en  diferentes  estudios  con 
respecto  a la rugosidad  de una tubería  con biopelícula.  Por el  contrario  esta rugosidad hallada se 
encuentra tanto dentro de los valores normales como por debajo de estos. Por lo tanto, es de gran 
importancia afirmar que no hubo crecimiento de algas en la superficie interna de la tubería de PVC 
Biaxial, y por lo tanto durante el desarrollo de este estudio, no hubo formación de ninguna clase de 
biopelícula en la tubería. 
 
Aspectos hidráulicos 
Los resultados fueron analizados en el Diagrama de Moody tradicional (Figura 8).  A partir de estos 
datos  se  puede  observar  un  comportamiento  muy  interesante  de  las  condiciones  hidráulicas  del 
montaje.    Cuando  se  tenían  caudales  relativamente  grandes  y  como  consecuencia  Números  de 
Reynolds mayores, se obtuvieron factores de fricción a su vez más grandes.  Por el contrario cuando 
se  tenían  Re  menores  se  obtuvo  un  descenso  en  el  f.    Al  calcular  la  rugosidad  a  partir  de  estos 
factores de fricción obtenidos, se hallaron valores que se encuentran dentro del rango reportado en 
la literatura, pero también se aprecian valores mucho más pequeños e incluso negativos en algunos 
casos.  Estos resultados se encuentran por debajo, sobre y por encima de la línea límite del FTHL 
propuesta  por  Prandtl  y  Colebrook-White.  Esto  se  puede  observar  en  el  Diagrama  de  Moody 
tradicional y en el Diagrama de Moody basado en las diferentes ecuaciones desarrolladas (Figura 8; 
Figura 9). 

Cuando se analizan los resultados obtenidos por el cálculo de rugosidad absoluta, se puede 

ver una relación entre ésta y la ubicación con respecto al límite establecido por Prandtl.  Al observar 
las rugosidades positivas, se observa que los puntos se ubican por encima del límite de 2.51, pero 
cuando las rugosidades son negativas estos datos se ubican por debajo del límite de 2.51.  En último 
lugar, cuando Ks es tan cercana al cero, estos datos se localizan sobre la línea límite equivalente al 
valor teórico de 2.51. 

Por otro lado el  cálculo  de la nueva variable  a  muestra resultados  coherentes con el  límite 

establecido  por la  ecuación de Colebrook-White.  En ellos  se puede observar un rango de valores 
entre cero y 3.65, siempre por debajo del 5.21 establecido por este autor (Figura 10).  Esto quiere 
decir  que  la  ecuación  es  de  tipo  conservativo  y  que  solo  refleja  una  línea  límite  entre  la  zona  de 
transición y el FTHL. Debido a que esta ecuación es conservativa se debe reevaluar. 

Finalmente, observando la Figura 11, se pueden apreciar nuevos valores de Ks obtenidos a 

partir  de  la  variable  a  calculada.    Estos  resultados  muestran  un  comportamiento  un  poco  extraño, 
pues  todos  los  datos  de  rugosidad  Ks’  (Ks

a

)  son  iguales  a  cero,  o  tan  pequeños  que  se  pueden 

considerar  como  cero.    Este  fenómeno  se  puede  relacionar  con  el  hecho  de  que  hoy  en  día  los 
materiales  con  los  que  están  hechas  las  tuberías,  en  este  caso  específico  el  PVC,  llegan  a  ser  tan 
lisos que el análisis convencional que se utiliza para estudiar la hidráulica se queda grande y ya no 
se  acomoda  a  las  nuevas  características.    En  este  caso  cuando  se  calcula  la  rugosidad,  ésta  no  se 
percibe.  Es  por  esta  razón  que  una  vez  realizados  estudios  posteriores,  de  tipo  experimental,    se 
sugiere  plantear  una  nueva  ecuación  para  así  poder  realizar  un  análisis  apropiado  de  la  rugosidad 
para este tipo de materiales de nueva tecnología.

  

 

 
 
 
 

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