Abastecimiento De Agua.docx

TECNOLOGICO NACIONAL DE MEXICO INSTITUTO TECNOLOGICO DE REYNOSA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA

COMPONENTES DE LOS SISTEMAS DE AGUA POTABLE. SEPTIMO SEMESTRE DE INGENIERIA CIVIL. PRESENTA ALEXIS ANTONIO BERMUDEZ ESCOBEDO JULIO CESAR GARCIA CORTINA JESUS ELIAS RAMOS SARMIENTO

ASIGNATURA ABASTECIMIENTO DE AGUA

CATEDRATICO ING. JOSE EDGARDO DEL CASTILLO CARDONA

CD. REYNOSA, TAMAULIPAS.

LUNES 28 DE AGOSTO, 2017.

Contenido INTRODUCCION ................................................................................................................................... 3 Tratamiento......................................................................................................................................... 4 Esquema de funcionamiento de una Planta de Tratamiento de Agua Potable .............................. 7 REGULARIZACION. ............................................................................................................................... 8 TANQUES DE REGULARIZACIÓN. ..................................................................................................... 8 CLASIFICACIÓN DE TANQUES. ......................................................................................................... 8 Tanques semienterrados. ............................................................................................................ 8 Tanques elevados. ....................................................................................................................... 9 Tanques superficiales. ................................................................................................................. 9 MATERIALES EMPLEADOS EN LA CONSTRUCCIÓN DE LOS TANQUES. ........................................... 9 LOCALIZACIÓN DE LOS TANQUES. ................................................................................................... 9 ESTUDIOS BÁSICOS. ....................................................................................................................... 10 CÁLCULO DEL SUMINISTRO DE AGUA. .......................................................................................... 10 ESTUDIO GEOLÓGICO. ................................................................................................................... 11 El ciclo de regulación. .................................................................................................................... 15 LINEA DE ALIMENTACION ................................................................................................................. 16 RED DE DISTRIBUCION ...................................................................................................................... 18 Información Requerida para el Planteamiento de la Red de Distribución de Agua Potable ........ 18 Red de Distribución de Agua Potable Abierta o Ramificada ......................................................... 19 Red de Distribución de Agua Potable Cerrada o Mallada ............................................................. 20 Ventajas y Desventajas de Cada Tipo de Red................................................................................ 21 FUENTES: ........................................................................................................................................... 24

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INTRODUCCION El agua es un elemento fundamental para la vida, pero debe reunir las condiciones de potabilidad necesarias. El consumo de agua sucia o contaminada causa problemas en la salud, pero también afecta la economía, el medio ambiente y la calidad de vida de la población. El consumo de agua de mala calidad o contaminada alta presencia de microorganismos

patógenos-

ocasiona

enfermedades

gastrointestinales,

parasitosis, diarreas agudas como el cólera, fiebre tifoidea y hepatitis A, entre otras. El agua potable es esencial para la vida. Es el líquido más importante de la naturaleza sin el cual no podríamos vivir. El agua potable nos ayuda a estar sanos, a hacer la digestión, mantiene la musculatura en buen estado, actúa refrigerando o calentando el cuerpo y ayuda a transportar el oxígeno entre las células de nuestro cuerpo.

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Tratamiento El tratamiento del agua para hacerla potable es la parte más delicada del sistema. El tipo de tratamiento es muy variado en función de la calidad del agua bruta. Se denomina estación de tratamiento de agua potable o estación potabilizadora de agua, al conjunto de estructuras en las que se trata el agua de manera que se vuelva apta para el consumo humano. Una planta de tratamiento de agua potable completa generalmente consta de los siguientes componentes:  Reja para la retención de material grueso, tanto flotante como de arrastre de fondo;  Desarenador, para retener el material en suspensión de tamaño fino;  Floculadores, donde se adicionan químicos que facilitan la decantación de sustancias en suspensión coloidal y materiales muy finos en general;  Decantadores, o sedimentadores que separan una parte importante del material fino;  Filtros, que terminan de retirar el material en suspensión;  Dispositivo de desinfección. En casos especiales, en función de la calidad del agua se deben considerar, para rendir estas aguas potables, tratamientos especiales, como, por ejemplo:  la osmosis inversa;  tratamiento a través de intercambio iónico;  filtros con carbón activado. Obviamente estos tratamientos encarecen el agua potable y solo son aplicados cuando no hay otra solución.

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Planta de tratamiento de agua potable.

Decantador

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Las plantas convencionales de tratamiento de agua superficial utilizan una secuencia de procesos más o menos estándar. Después de filtrar objetos grandes como peces y palos, se añaden coagulantes químicos al agua para lograr que las diminutas partículas en suspensión que enturbian el agua se atraigan entre sí para formar “flóculos”. La floculación—la formación de flóculos de mayor tamaño a partir de flóculos más pequeños— típicamente se logra por medio del agitado leve y constante del agua para estimular a las partículas y pequeños flóculos para que “choquen” entre sí, se adhieran, y formen un flóculo de mayor tamaño. Cuando los flóculos son lo suficientemente grandes y pesados para sedimentarse, el agua se traslada a estanques calmos de sedimentación o decantación. Cuando la mayoría de los sólidos se ha sedimentado, típicamente ocurre alguna forma de filtración ya sea por medio de arena o de membranas. La desinfección es usualmente el siguiente paso. Después de la desinfección, se pueden agregar diversos productos químicos para ajustar el pH, para prevenir la corrosión del sistema de distribución, o para prevenir la caries dental. El intercambio iónico o carbón activado se puede usar durante algunas partes de este proceso a fin de eliminar los contaminantes orgánicos o inorgánicos. Las fuentes de agua subterránea usualmente tienen una mayor calidad inicialmente y tienden a necesitar menos tratamiento que las fuentes de agua superficiales.

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Esquema de funcionamiento de una Planta de Tratamiento de Agua Potable  TOMA DEL RIO: Punto de captación de las aguas; REJA. Impide la penetración de elementos de gran tamaño (ramas, troncos, peces, etc.).  DESARENADOR: Sedimenta arenas que van suspendidas para evitar dañar las bombas.  BOMBEO DE BAJA (Bombas también llamadas de baja presión): Toman el agua directamente de un río, lago o embalse, enviando el agua cruda a la cámara de mezcla.  CAMARA DE MEZCLA: Donde se agrega al agua productos químicos. Los principales son los coagulantes (sulfato de alúmina), alcalinizantes (cal).  DECANTADOR: El agua llega velozmente a una pileta muy amplia donde se reposa, permitiendo

que se depositen las impurezas en el fondo. Para

acelerar esta operación, se le agrega al agua coagulantes que atrapan las impurezas formando pesados coágulos. El agua sale muy clarificada y junto con la suciedad quedan gran parte de las bacterias que contenía.  FILTRO: El agua decantada llega hasta un filtro donde pasa a través de sucesivas capas de arena de distinto grosor. Sale prácticamente potable.  DESINFECCIÓN: Para asegurar aún más la potabilidad del agua, se le agrega cloro que elimina el exceso de bacterias y lo que es muy importante, su desarrollo en el recorrido hasta las viviendas.  BOMBEO DE ALTA: Toma el agua del depósito de la ciudad.  DEPÓSITO: Desde donde se distribuye a toda la ciudad.  CONTROL FINAL: Antes de llegar al consumo, el agua es severamente controlada por químicos expertos, que analizan muestras tomadas en distintos lugares del sistema.

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REGULARIZACION. La falta de continuidad del servicio es una problemática común en los sistemas de agua potable en México, donde la mayor parte de las redes opera mediante tandeos o tandeadas, como se le conoce coloquialmente en México. Esta deficiencia es influenciada por diversos factores, tanto directa como indirectamente: crecimiento descontrolado de los asentamientos humanos, mantenimiento inadecuado, falta de monitoreo de las redes, interrupción de la energía eléctrica. Los horarios de servicio están también estrechamente vinculados con políticas de operación internas de los organismos de agua y saneamiento, y con los costos de energía eléctrica a lo largo del día. TANQUES DE REGULARIZACIÓN. El tanque de regulación (almacenamiento en algunos casos) es la parte del sistema de derivación/distribución que por una parte recibe un gasto desde la fuente de abastecimiento y por otra debe satisfacer las demandas variables de consumo humano y pecuario a lo largo del día. Los tanques de regulación tienen por objeto cambiar un régimen de aportaciones (de una fuente de abastecimiento), que siempre deriva caudales de forma constante (manantial, galería, ariete, etc.), a un régimen de consumos o demandas (de la red de distribución), que siempre es variable. El diseño, para reducir al mínimo su costo de inversión, debe considerar el almacenamiento de un volumen de agua cuando la demanda es menor que el gasto de llegada y el agua almacenada se utiliza cuando la demanda es mayor. Generalmente esta regulación se hace por períodos de 24 horas. CLASIFICACIÓN DE TANQUES. Los tanques pueden ser clasificados en función de su posición respecto al nivel del terreno, tal como se muestra a continuación: Tanques enterrados. Estos tanques se construyen bajo el nivel del suelo. Se emplean preferentemente cuando existe terreno con una cota adecuada para el funcionamiento de la red de distribución y de fácil excavación. La ventaja principal de los tanques enterrados es que protegen el agua de las variaciones de temperatura y ofrecen una perfecta adaptación al entorno. Tanques semienterrados. Los tanques semienterrados tienen parte de su estructura bajo el nivel del terreno y parte sobre el nivel del terreno. Se emplean generalmente cuando la altura topográfica respecto al punto de alimentación es suficiente y el terreno presenta dificultad de excavación.

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Tanques elevados. Los tanques elevados son aquellos cuya base está por encima del nivel del suelo, y se sustenta a partir de una estructura. Generalmente son construidos en localidades con topografía plana donde no se dispone en su proximidad de elevaciones naturales con altimetría apropiada. El tanque elevado se refiere a la estructura integral que consiste en el tanque, la torre y la tubería de alimentación y descarga. Tanques superficiales. Los tanques superficiales están construidos sobre la superficie del terreno. La construcción de este tipo de tanques es común cuando el terreno es "firme" o no conviene perder altura y se tiene la topografía adecuada.

MATERIALES EMPLEADOS EN LA CONSTRUCCIÓN DE LOS TANQUES. Los materiales que se utilizan con más frecuencia en la construcción de los tanques de regulación son: mampostería de piedra braza, concreto reforzado, concreto presforzado y acero.         

Mampostería Piedra Mortero Protección a la mampostería Concreto Cemento Agregados Acero estructural Materiales para sello de juntas

LOCALIZACIÓN DE LOS TANQUES. La ubicación y nivel del tanque deben ser fijados para garantizar que las presiones dinámicas en la red de distribución se encuentren dentro de los límites de servicio. El nivel mínimo de ubicación viene fijado por la necesidad de que se obtengan 6 las presiones mínimas y el nivel máximo viene impuesto por la resistencia de las tuberías de la red de distribución. La presión dinámica en la red debe estar referida al nivel de agua mínimo del tanque, mientras que la presión estática al nivel de agua máximo. Por razones económicas, sería recomendable ubicar el tanque próximo a la fuente de abastecimiento y dentro o en la cercanía de la zona de mayores consumos.

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El área para el emplazamiento del tanque no debe situarse en lugares que obstruyan el escurrimiento natural de aguas de lluvia. En la selección del sitio más adecuado, para ubicar un tanque de regulación, se deben considerar los siguientes factores:  

Es preferible que la alimentación del tanque se efectúe por gravedad, dada su mayor economía. La distribución a la red debe efectuarse por gravedad, por lo que el tanque debe tener la suficiente altura para asegurar, en cualquier instante y en todos los puntos de la red, una presión suficiente.

ESTUDIOS BÁSICOS. Los estudios básicos, técnicos y socioeconómicos que se deben realizar previamente al diseño hidráulico y estructural de un tanque de regulación o amortiguamiento de agua, son los siguientes: a. Determinación del consumo promedio de agua y sus variaciones según la población a beneficiar: actual, al inicio del proyecto y al final del proyecto. b. Estudio geológico del lugar donde será ubicado el tanque, para determinar las posibles fallas geológicas. c. Estudios geotécnicos para determinar las condiciones y estabilidad del suelo del lugar de emplazamiento de la obra. d. Estudio topográfico para conocer los desniveles y diferencias de carga que se pueden dar para el emplazamiento de la obra. Una vez que se cuente con la información previa, con la investigación directa y con los resultados de estudios complementarios necesarios, se podrá dilucidar la configuración y las dimensiones adecuadas del tanque que den la máxima eficiencia y el menor costo posible de la obra. CÁLCULO DEL SUMINISTRO DE AGUA. La estimación de las demandas de agua fue presentada en el Instructivo: “Estimación de las demandas de consumo de agua”. Dicho cálculo sirve para dimensionar el tanque y proyectar la capacidad de almacenamiento. El tanque se dimensiona en base al gasto máximo diario y la ley de las demandas de la localidad, además se debe contemplar en el dimensionamiento un volumen a extraer de almacenamiento para cubrir la demanda de emergencia, como puede ser una falla en el sistema de alimentación.

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ESTUDIO GEOLÓGICO. El estudio geológico o de reconocimiento del material parental permitirá determinar la existencia de fallas geológicas que puedan dañar tanque, así como la identificación del material rocoso que se dispone para su construcción. Uno de los aspectos primordiales para cumplir con el suministro de agua potable a una población es su almacenamiento y regulación. Operar un sistema de distribución conlleva a conocer los criterios básicos operativos que se implementan, desde la variación de consumo a lo largo del día por parte de los consumidores hasta el manejo de los sistemas de válvulas y equipos de bombeo que se encuentran en cada uno de los tanques de almacenamiento. Otro punto importante es el criterio. Este se aplica para cada maniobra o decisión que se deba tomar. El personal implicado en estas zonas de trabajo tienen el poder de la "toma de decisiones", que hará, entre otras cosas, que el sistema trabaje de manera eficiente, sin poner en riesgo el suministro y cuidando las instalaciones. Para un observador casual, el objetivo de este tipo de infraestructuras solo sirve para almacenar agua para un incendio, o simplemente para tener agua almacenada. Pero la operación, mantenimiento y objetivo de éstos va mas allá.

La operación debe ser constante, segura y eficiente.

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

Por otro lado, es importante mencionar la diferencia entre "almacenamiento" y "regulación". No todos los tanques tienen la capacidad de almacenar agua para eventos extraordinarios. El gasto que reciben es igual, o casi igual al gasto de salida hacia la red. No obstante, hay aquellos que tienen la capacidad (volumen adicional) de bombear agua por un tiempo determinado sin recibir un gasto de la fuente de abasto, ya sea por alguna falla en la conducción o en la planta que suministra (fallas eléctricas). Nos permite el almacenamiento de un volumen de agua cuando la demanda en la población es menor que el gasto de llegada y el agua almacenada se utiliza cuando la demanda es mayor. Esto es parte de la regulación. Generalmente esto se hace por periodos de 24 horas. Balance de suministro y demanda en la red. La demanda de agua a nivel doméstico e industrial en una ciudad varía a lo largo del día dependiendo principalmente de:

1. La zona geográfica de la localidad (por el clima que prevalece a lo largo del año). 2. La época del año. 3. El uso del agua durante el día y la noche. 4. El uso de las industrias y su alta demanda en horas pico.

Generalmente, el uso de agua a nivel doméstico varía. Por las mañanas el aumento es mayor conforme los usuarios se preparan para el trabajo o escuela, además de que se empiezan a hacer tareas del hogar. Luego el uso decrece al mediodía. Cerca de la hora de la cena la demanda se incrementa porque casi todos están en casa, se riegan jardines, lavan coches y realizan otras actividades que demandan agua.

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Variación diaria de la demanda del sistema. Fuente: AWWA

Tomando como base la gráfica anterior, podemos decir que la demanda de hora punta es 175% de la demanda promedio diaria. El llenado de los tanques en ciertas circunstancias debe hacerse durante las horas de demanda mínima, que es de 12:00 am a 6:00 am. Esto con el objetivo de no poner en riesgo el suministro a la red. La modificación de presiones en los sistemas de bombeo es también un elemento que permitirá mantener en buena operación el tanque. Con un almacenamiento adecuado, el agua puede bombearse a una velocidad más uniforme, no teniendo que seguir directamente el uso de los consumidores.

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Sistema de bombeo en un tanque superficial. (Comapa Nuevo Laredo) Consideraciones especiales: 1. Económicamente, más no funcionalmente en todos los casos, deberían recibir la aportación del gasto por gravedad. En muchos casos esto es casi imposible. 2. De la misma manera, el suministro a la red debería ser por gravedad, utilizando los tanques elevados. 3. Cuando se tengan desniveles mayores a 50 m.c.a, es conveniente localizar varios tanques para servir a zonas determinadas, ya sea por gravedad, o por bombeo si el nivel no lo permite. 4. Muy a menudo, la mejor alternativa es instalar los tanques en ubicaciones intermedias donde el sistema de distribución existente lo pueda soportar. En otra oportunidad escribiré como se determina la capacidad de un tanque de almacenamiento, tomando como base el gasto máximo horario, así como los accesorios que se utilizan en éstos.

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El ciclo de regulación. El tanque debe proporcionar un servicio eficiente bajo normas estrictas de higiene y seguridad. En la casi totalidad de las obras de abastecimiento la aportación o gasto de la conducción generalmente es continua durante las 24 horas y a través del año; en cambio, los consumos del sistema de distribución son variables en todos los casos, incrementándose las demandas a través del tiempo.

Cada caso es especial, y debe haber común acuerdo entre el proyectista y el operador de agua. Pensar en la eficiencia operativa a futuro y el crecimiento futuro de la población debe ser el punto base de este acuerdo. El uso de tecnologías, como la telemetría, debe ser una realidad, la automatización de nuestros sistemas de abastecimiento deben mejorar.

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LINEA DE ALIMENTACION Dentro de un sistema de abastecimiento de agua, se le llama línea de conducción, al conjunto integrado por tuberías, y dispositivos de control, que permiten el transporte del agua -en condiciones adecuadas de calidad, cantidad y presióndesde la fuente de abastecimiento, hasta el sitio donde será distribuida.

Las líneas de alimentación de agua se calculan siguiendo varios procedimientos existentes. Su diseño en general consiste en definir el diámetro en función de las pérdidas de carga, a partir del gasto que se conducirá y el material de la tubería.

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Se pueden presentar dos condiciones de operación de la tubería, por bombeo o gravedad.

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RED DE DISTRIBUCION Una Red de Distribución de Agua Potable es el conjunto de tuberías trabajando a presión, que se instalan en las vías de comunicación de los Urbanismos y a partir de las cuales serán abastecidas las diferentes parcelas o edificaciones de un desarrollo. Información Requerida para el Planteamiento de la Red de Distribución de Agua Potable El primer paso en el diseño de la Red de Distribución de Agua Potable es la definición de su trazado en planta, para lo cual es necesario estudiar las características de la vialidad, de la topografía y de la ubicación de los puntos de alimentación y estanques. Específicamente es necesario contar, como mínimo, con la siguiente información: 

Proyecto de Urbanismo del sector a dotar con la Red de Distribución. Específicamente, es necesaria la configuración de la vialidad que da acceso a las distintas parcelas y edificaciones, dado que el trazado se realizará principalmente siguiendo dicha configuración. Esto con miras a garantizar el libre acceso a la infraestructura para eventuales reparaciones y sustituciones por parte de la empresa operadora del sistema.

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Punto(s) de alimentación de la red. La forma en que será alimentada la Red establecerá en gran medida la ruta de sus tuberías principales, por lo tanto, es necesario tener en cuenta la ubicación de estanques compensadores existentes, así como de tuberías matrices de distribución desde la cual se abastecerá la Red a diseñar.

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Planos de Construcción o Catastro de Otros Servicios existentes en el Urbanismo. Eventualmente el trazado de la Red de Distribución de Agua Potable a diseñar podrá verse influenciado por la existencia de otras tuberías en las vías de comunicación del sector en estudio.

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Red de Distribución de Agua Potable Abierta o Ramificada Este tipo de red de distribución se caracteriza por contar con una tubería Principal de distribución (la de mayor diámetro) desde la cual parten ramales que terminarán en puntos ciegos, es decir sin interconexiones con otras tuberías en la misma Red de Distribución de Agua Potable.

Como vemos en la figura anterior el uso de redes ramificadas se sucede en desarrollos cuyo crecimiento se ha establecido a partir de una vialidad principal y en la que convergen una serie de calles ciegas, dado que las características topográficas impiden la interconexión entre los ramales para conformar circuitos cerrados.

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Red de Distribución de Agua Potable Cerrada o Mallada En este tipo de red, se logra la conformación de mallas o circuitos a través de la interconexión entre los ramales de la Red de Distribución de Agua Potable.

En esencia, la escogencia por una red del Tipo Cerrado se limita a la conveniencia en cuanto a la operación de la Red de Distribución, pues generalmente la configuración más económica queda definida por la Red del Tipo Abierto.

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Ventajas y Desventajas de Cada Tipo de Red Ante la posibilidad de tener que escoger entre una Red de Distribución de Agua Potable del Tipo Abierta o una del Tipo Cerrada, es conveniente tener en cuenta aspectos como los que referimos a continuación: 

La principal desventaja de las redes del tipo Abierto es que, ante la falla o rotura de alguna de las tuberías que la conforman, se tendrá que afectar (dejar sin servicio) a todos los usuarios que estén atendidos desde las tuberías aguas abajo de la rotura, mientras se realiza la reparación necesaria.

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Por otro lado, la ventaja principal de las Redes Cerradas es que este tipo de configuración es el más conveniente desde el punto de vista de eficiencia y de garantía del servicio. Es decir, ante la posible rotura de alguna de sus tuberías, se logrará afectar a menor cantidad de usuarios, al establecerse rutas alternas al flujo a través de las mallas que conforman a la red:

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En cuanto a cálculo, una pequeña ventaja que tiene la Red de Distribución de Agua Potable del Tipo Abierta, es que su resolución es directa, limitándose al cálculo de las pérdidas en cada tubería, para los caudales en tránsito, para obtener posteriormente los valores de Piezométrica y Presión en cada Nodo de ella. En el caso de las Redes Cerradas, es necesario realizar el balance de los caudales en tránsito en las tuberías, dada la relativa complejidad en la forma en que se realiza la distribución, razón por la cual es necesario recurrir a métodos iterativos como el Método de Cross, para su resolución.

En realidad, con el estado actual de la tecnología y el desarrollo de programas como EPANET, el cálculo de cualquier tipo de red es en realidad sencillo pero, ciertamente, si hablamos del cálculo manual, la realización de métodos iterativos representa ciertos inconvenientes.

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Finalmente hay que destacar que con frecuencia es conveniente, y de permitirlo las características del urbanismo, la colocación en la red de tuberías que no alimentarán de manera directa parcela alguna, de forma tal de “forzar” a que se establezcan alternativas de flujo en caso de falla de algunos de los ramales de la red (conformación de mallas). Por esta razón, en la mayoría de los desarrollos urbanos, la selección será por la conformación de una Red de Distribución de Agua Potable del Tipo Cerrada, pese a que pueda representar la colocación de mayor cantidad de tuberías, con el correspondiente incremento de costos. En estos casos predomina el criterio operativo o de confiabilidad sobre el económico.

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FUENTES: Línea de conducción por gravedad. (2012) (1st ed., pp. 12-23). Ciudad de México. Recuperado de http://www.sagarpa.gob.mx/desarrolloRural/noticias/2012/Documents/FICHAS%20 TECNICAS%20E%20INSTRUCTIVOS%20NAVA/FICHA%20TECNICA_L%C3%8 DNEA%20DE%20CONDUCCI%C3%93N.pdf Estación de tratamiento de agua. (2014). Recuperado de https://es.m.wikipedia.org/wiki/Estaci%C3%B3n_de_tratamiento_de_agua_potable Almacenamiento y regulación de agua en sistema de distribución. (2014). Recuperado de https://www.iagua.es/blogs/luis-anda-valades/almacenamiento-yregulacion-agua-sistema-distribucion Red de abastecimiento de agua potable. (2017). Es.m.wikipedia.org. Recuperado 28 Agosto, 2017, de https://es.m.wikipedia.org/wiki/Red_de_abastecimiento_de_agua_potable

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