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Acueducts and Networks

FRANCISCO RAMON MARTINEZ AMARILLA

UM23438SHY31753

ACUEDUCTS AND NETWORS

ATLANTIC INTERNATIONAL UNIVERSITY

HONOLULU, HAWAI

14 DE MARZODE 2013

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INDICE

1- Introducción, pagina 2

2-Evaluacion de los problemas legales y sociales que se pueden generar en de obras: pagina 3, 4, 5, 6,7

3-Implementacion de la gestión ambiental vinculado con el proyecto y su zona de influencia : pagina 8,9

4-Analisis Económico de las alternativas: pagina 9

5- Análisis Técnico de las alternativas: pagina 9

6-Caracterisiticas del Diseño: pagina 10

7-Tareas de Campaña: página 10, 11

8-Proyecto Ejecutivo: página 11, 12

9-Problemas típicos: pagina 12, 13, 14, 15, 16,17, 18, 19, 20 ,21

10-Conclusiones y Recomendaciones

11- Bibliografía: pagina 22

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2-INTRODUCCION

Los temas abordados en esta materia guardan relación directa con el abastecimiento de agua potable a zonas cuyas características hidrogeológicas no permiten la utilización de agua superficial, ni subterránea de la zona, debido principalmente al alto contenido de sal del subsuelo.

Con la utilización de acueductos de longitudes considerables se subsana el problema y es un sistema ya utilizado en los países vecinos como el Chaco Argentino de las mismas condiciones que el Chaco Paraguayo.

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CONTENIDO

2. Evaluación de los problemas legales y sociales que se pueden generar en las obras.

2.1. Derechos sobre la fuente

La Ley No.3239/2007 de los recursos Hídricos del Paraguay, sancionada por el Congreso de la Nación Paraguaya entre otros dice:

Capitulo I-Objetivos

Articulo 1º: La presente Ley tiene por objeto regular la gestión sustentable e integral de todas las aguas y los territorios que la producen, cualquiera sea su ubicación, estado físico o su ocurrencia natural dentro del territorio paraguayo, con el fin de hacerla social, económica y ambientalmente sustentable para las personas que habitan el territorio de la Republica del Paraguay.

Capitulo II-Principios

Articulo 2º: todas las relaciones jurídico-administrativas y la planificacio0n en torno a la gestión del agua y las actividades conexas a ella serán interpretadas y eventualmente, integradas en función a la Política Nacional de los Recursos Hídricos y a la Política Ambiental Nacional

Articulo 3º: La gestión integral y sustentable de los recursos hídricos del Paraguay se regirá por los siguientes Principios:

a) Las aguas, superficiales y subterráneas, son propiedad de dominio publico del Estado y su dominio es inalienable e imprescriptible.

b) El acceso al agua para la satisfacción de las necesidades básicas es un derecho humano y debe ser garantizado por el Estado, en cantidad y calidad adecuada.

c) Los recursos hídricos poseen usos y funciones múltiples y tal característica deberá ser adecuadamente atendida, respetando el ciclo hidrológico y favoreciendo siempre en primera instancia el uso para el consumo de la población humana.

d) La cuenca hidrográfica es la unidad básica de gestión de los recursos hídricos.e) El agua es un bien natural condicionante de la supervivencia de todo ser vivo y los

ecosistemas que los acogen.f) Los recursos hídricos son un bien finito y vulnerable.g) Los recursos hídricos poseen un valor social, ambiental y económico.h) La gestión de los recursos hídricos debe darse en el marco del desarrollo

sustentable, debe ser descentralizada, `participativa y con perspectiva de genero.i) El Estado paraguayo posee la función intransferible e indelegable de la propiedad y

guarda de los recursos hídricos nacionales.Capitulo IV-Marco Jurídico

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Articulo 6º: En la Republica del Paraguay los recursos hídricos superficiales y subterráneos son bienes del dominio público del Estado.Articulo 7º: El uso y el aprovechamiento de los recursos hídricos serán regulados por el Estado, dentro del marco de la Ley, en función de la soberanía de la Nación y atendiendo los intereses sanitarios, sociales, ambientales y respetando la prelación de usos de los mismos.Articulo 8º: La gestión de los recursos hídricos compartidos con otros países, re regirá y/o normara por los tratados, convenios y acuerdos internacionales aprobados y ratificados por el congreso Nacional y que se encuentra en vigencia.

Capitulo VI-Derechos de uso y aprovechamiento de los Recursos Hídricos.

Articulo 13º: Todo habitante de la Republica del Paraguay es sujeto de derecho de uso y aprovechamiento de los recursos hídricos con diversos fines, en armonía con las normas, prioridades y limitaciones establecidas en la presente Ley, con excepción a lo establecido en la Ley No.1614/00”General del Marco Regulatorio y Tarifario del Servicio Publico de Provisión de Agua Potable y Alcantarillado Sanitario para la Republica del Paraguay.Articulo 14º: El derecho de uso y aprovechamiento de los recursos hídricos no podrá ser otorgado ni transferido a un Estado extranjero o sus representantes.

2.2. Derechos de paso o servidumbres

El Código Civil de la Republica del Paraguay: Titulo IX-De los derechos Reales sobre cosas ajenas.Capitulo I-De las servidumbres PredialesSección I. De las Disposiciones GeneralesArt.2188. En virtud del derecho real de servidumbre de puede ejercer ciertos actos de disposición o de uso sobre un inmueble ajeno, o impedir que el propietario ejerza algunas de las facultades inherentes al dominio.En caso de duda respecto de la existencia, extensión, o modo de ejercicio de la servidumbre, se estará a favor de la libertad del inmueble gravado.Art.2191: Las servidumbres prediales puede ser constituidas coactivas o voluntariamente. Por titulo, si fuesen continuas y aparentes, o discontinuas de cualquier clase. Las aparentes y continuas pueden también ser constituidas por usucapión.

Sección III- De la servidumbre de Acueducto

Art.2215: Consiste esta servidumbre en el derecho real de hacer entrar en un inmueble propio las aguas procedentes de heredades ajenas.Art.2216:Puede constituirse servidumbre de acueducto:

a) Respecto de aguas que corran de acuerdo con la concesión de la autoridad competente.

b) De las que naturalmente o por medios mecánicos afloren a la superficie.

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c) De las que se encuentren reunidas en represas o canales pertenecientes a particulares, siempre que estos hubieren concedido la disposición de ellos.Art.2217: El titular del derecho de acueducto deberá llevar las aguas por el rumbo que permita su libre descenso, siempre que por la naturaleza del suelo no resulte excesivamente dispendiosa la obra.Verificadas estas condiciones, el acueducto se establecerá en la dirección que menos perjuicio ocasione al predio sirviente, juzgándose tal el trayecto mas corto para la heredad sirviente. Y al menos costoso para el interesado, salvo prueba en contrario.

2.3. Seguridad del sistema

La seguridad del sistema de abastecimiento de agua potable desde el inicio del proceso: la toma de agua cruda pasando por la Planta de Tratamiento, la impulsión de agua tratada atreves de los acueductos hasta los centros de distribución y su posterior distribución por las redes de distribución deberán tener la suficiente seguridad de las infraestructuras integrantes del proceso. En el caso de acueductos de grandes longuitudes, 100 o mas kilómetros, pueden ser vulnerables en forma intencional debido a al fácil acceso hasta las tuberías, ubicados a poca profundidad, generalmente la generatriz superior de las mismas están a, 1.20 m desde la superficie natural del terreno.El tipo de de tuberías utilizadas deberán cumplir con las normas en cuanto a espesores y durabilidad y además deberán contar con sistemas de detección temprana con transmisión inmediata a los centros de distribución que deberán contar con operadores en forma permanente atendiendo cualquier anormalidad que pudieran ocurrir.

2.4. Confiabilidad

La confiabilidad del sistema de abastecimiento dependerá exclusivamente de la eficiencia del servicio prestado, relacionado directamente con la calidad del agua suministrada, la continuidad del servicio y especialmente la atención al usuario.

2.5. Reacción del público

La reacción del público a la prestación del servicio de agua, dependerá de las acciones preliminares que se tomen antes de la implantación del servicio; como ser presentación del proyecto en audiencias publicas con claridad, especificando los beneficios que traerán el consumo de agua potable especialmente desde el punto de vista de la salud.En esas audiencias se deberá explicar con meridiana claridad el costo de la tarifa, especialmente en las poblaciones rurales e indígenas y establecer de antemano los subsidios de tarifas (tarifas sociales) vigentes en el país.

2.6. Impacto en la economía local

El agua potable en la economía local es incuestionable por los beneficios que traen primeramente en el mejoramiento de la salud con la prevención de varias enfermedades de origen hídrico, poniendo en vigencia del slogan de la OMS” Por cada dólar invertido en

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agua y saneamiento estamos ahorrando siete dólares en la atención a enfermedades ocasionadas por enfermedades de origen hídricas.”La implantación del agua potable se traduce en un aumento de la vida media de la población servida, una disminución de la mortalidad en general y en particular de la población infantil, reducción del numero de horas perdidas con diversas enfermedades, estos hechos reflejan un aumento considerable de las horas de trabajo de los miembros de una comunidad, aumentando con esto la producción.La influencia de agua desde el punto de vista económico, hace sentir el desarrollo industrial por constituir una materia prima en muchas industrias, como las de bebida como medio de operación como agua para calderas.

2.7. Impacto ambiental

Como toda obra de infraestructura tiene su impacto en el ambiente y necesariamente deberá cumplir con las leyes ambientales vigentes. La evaluación del proyecto desde el punto de vista ambiental lo realiza en el país la SEAM –Secretaria del Medio Ambiental, que es una institución con rango de ministerio y depende directamente del Poder Ejecutivo.La licencia ambiental es un procedimiento administrativo indispensable, por la cual la SEAM, autoriza la localización y operación del emprendimiento que utilizara los recursos ambientales, consideradas efectivamente contaminantes o aquellas que de cualquier forma pueda causar una degradación ambiental considerando las normativas vigentes en el marco legal.El marco legal vigente exige el cumplimiento de las leyes, resoluciones y Decretos que rigen la Política Nacional de los Recursos Hídricos y que se menciona a continuación:

Ley 3239-07: De los Recursos Hídricos de la Republica del Paraguay.Resolución SEAM 222-02: Por la cual se establece el padrón de calidad de las aguas en el territorio Nacional.Resolución SEAM 404-04: Por la cual se establece la obligatoriedad de presentar estudios ambientales por cuencas y microcuencas y se establecen los términos oficiales de referencia para su presentación.Resolución SEAM 170-06: Por la cual se aprueba la reglamentación del consejo de aguas públicas.Resolución SEAM 255-06: Por la cual se establece la clasificación de las aguas superficiales de la Republica del Paraguay.Resolución SEAM 50-06: Por la cual se establecen las normativas para la gestión de los recursos hídricos del Paraguay.

2.8 .Aspectos urbanísticos

El servicio de abastecimiento de agua potable a una determinada población urbanizada incide positivamente en cuanto al mejoramiento urbanístico y mejor aun si viene acompañado de un sistema de colección de efluentes cloacales que como consecuencia inmediata de la disponibilidad del agua va aumentar en muy poco tiempo. Las aéreas verdes, plazas y parques contaran con agua para su utilización en el riego de las plantas que son necesarias especialmente en las zonas de poca precipitación anual como el Chaco paraguayo con una precipitación media anual por debajo de los 700mm. Las actividades

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deportivas como ser la natación podrán ser desarrolladas con la construcción de piletas públicas o privadas. La hotelería será beneficiada con el mejoramiento de su infraestructura sanitaria.

3- Implementación del Plan de Gestión Ambiental vinculado con el proyecto y su zona de influencia.

a-Impacto Ambiental

Mitigación del recurso aire mediante el control de generación de polvo en zona de obras en etapa constructiva.

Mitigación del recurso aire mediante el control de generación de gases y partículas en zona de obras en etapa constructivaMitigación del recurso aire mediante el control de polución sonora y generación de vibraciones en zona de obras en etapa constructiva

Mitigación del recurso aire mediante el control de olores desagradables en zona de obras en etapa constructiva

Mitigación del recurso suelo mediante el control de disposición adecuada de contaminantes resultantes de productos utilizados en obra

Mitigación del recurso suelo mediante el uso racional de las superficies afectadas a obra resultantes de tipos de equipos, transporte y materiales incorporados en obra.

Mitigación del recurso hídrico mediante el control y sugerencias técnicas de disposición de suelos removidos y restos de obras en superficies afectadas a obra

Mitigación del recurso hídrico, superficial y/o subterráneo, mediante el control de restos de obras que puedan causar contaminación.

Mitigación del paisaje natural mediante sugerencias técnicas ambientales.

b-Impactos Sociales

Mitigación de conflictos sociales en zona de obras por riesgo de daño cultural y patrimonial.

Mitigación de conflictos sociales en zona de obras por riesgo de daño a infraestructuras existentes.

Mitigación de conflictos sociales en zona de obras por riesgo de implementación de servidumbres.

Mitigación de conflictos sociales en zona de obras por riesgos de accidentes de tránsito.

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Mitigación de conflictos sociales en zona de obras por riesgos de alteración de la seguridad de la población.

4-Analisis económico de las alternativas.

4.1. Costo directo de las distintas alternativas

4.2 .Costos indirectos

4.3. Costos de operación

4.4. Costos de mantenimiento

4.5. Costos de confiabilidad del servicio

4.6. Costos de seguridad

5-Analisis técnico de las alternativas

5.1. Alternativas de toma

5.1. a. Superficial

5.1. b. Subterránea

5.2. Alternativas de trazas y tuberías

5.3. Alternativas de bombeos

5.4. Evaluación de volúmenes de cisternas

6-Caracterisiticas del diseño

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6.1. Área a servir

6.2. Demanda

6.3. Fuente

6.4. Sistemas de tratamiento

6.5. Trazas posibles

6.6. Gravedad o bombeo

6.7. Problemas especiales (Golpe de Ariete, cavitación, etc.)

7- Trabajos de campo

7.1. Análisis de calidad de agua de la fuente

7.2. Topografía

7.3. Trazas con perfil longitudinal, perfiles transversales y planimetrías

7.4. Relevamiento taquimétrico de predios

7.5. Batimetrías de zonas de toma

7.6. Estudios de suelos

7.7. Perforaciones dependen de la estructura a realizar y las características de suelos. EnPlantas de Tratamiento, Estaciones de Bombeo, entre 8 y 10 m son suficientes, salvo que sean necesarios pilotes.

En tomas, se pueden requerir mayores profundidades (25 m)

Para la tubería, la profundidad será 1 m más que el fondo de zanja. Es fundamental laClasificación universal. También es necesario tener características como la cohesión

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y el ángulo de fricción interna a fin de dimensionar la zanja y ver su estabilidad.

8-Proyecto ejecutivo

En esta etapa se deberá definir la ingeniería de proyectos en las diferentes especialidades multidisciplinarias.

8.1. Hidráulica

En base a los cálculos hidráulicos se definen los diámetros de tuberías, accesorios y válvulas de los distintos componentes del proyecto, además los tipos de materiales a ser empleados, los equipos de bombeo con las características técnicas: de caudal y altura manométrica, la potencia de los motores en base a las curvas características de cada equipo y la cantidad necesaria a ser empleados.Todos los equipos dimensionados deberán contar con las especificaciones técnicas y los datos garantizados del fabricante de cada equipo a ser suministrado.Los cálculos de dimensionamiento deberán ser realizados por Ingenieros especializados en Hidráulica.

8.2. Sanitaria

Los especialistas en Ingeniería Sanitaria deberán definir en base a la calidad de la fuente de agua elegida los procesos de Tratamiento a ser utilizada y el tipo de Planta de Tratamiento: ya sea Plantas Convencionales o Compactas. También los módulos a ser construidos en las distintas etapas del periodo de diseño adoptado conforme al crecimiento poblacional.

8.3. Estructuras Los Ingenieros Estructuralista son los responsables de los cálculos estructurales necesarios recomendados por los diseños hidráulicos y sanitarios y los estudios geotécnicos.

8.4. MecánicaEsta parte de la especialidad se encarga de los cálculos diseñados de los distintos componentes mecánicos del sistema, diseñados por los otros especialistas. Deberán especificar los materiales de los equipos de bombeo, tuberías para el acueducto conforme a las presiones de servicio de los mismos.

8.5. Electricidad

Se encarga del dimensionamiento eléctrico de todos los componentes del sistema y el suministro de engría eléctrica necesaria para el funcionamiento del sistema.

8.6. Telecontrol

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Esta especialidad se encarga de la telemetría u otro sistema de control de los diferentes componentes del sistema, y su transmisión a la oficina de control (Control Center)

8.7. TopografíaLos topógrafos deberán definir la planialtimetria de los componentes del sistema en base a los diseños hidráulicos y sanitarios.

8.8. Geotecnia

Realizaran los estudios geotécnicos de los componentes del sistema a fin de establecer los tipos de fundaciones y/o excavaciones y la determinación del tipo de suelo disponible.

8.9. AmbienteLos especialistas ambientales deberán definir los controles a ser realizados conforme al Plan de Gestión Ambiental elaborado.

8.10. AccesosLos ingenieros viales deberán definir con antelación a la movilización de obra los Accesos mas seguros y diseñar las vías que permitan el acceso rápido en los sitios de obras.

9-Problemas típicos

Desde el punto de vista práctico y elemental existen tres tipos deProblemas básicos en la hidráulica de las tuberías:a) Uno es el dimensionamiento de la tubería, es decir el cálculo de su diámetro interno.b) El segundo es la verificación del caudal que pasa por una tubería existente o proyectada.c) El tercero es verificar la pérdida de energía que ocurre al escurrir un caudal determinado por una tubería de diámetro dado.Estos problemas básicos se resuelven a partir de las ecuaciones fundamentales de la hidráulica y del análisis dimensional.

En base a estas hipótesis, las ecuaciones

- Ecuación de la conservación de la materia (Continuidad) Q = cte.

- Ecuación de la conservación de la energía (Bernoulli)

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- Ecuación de la conservación de la cantidad de movimiento

Ecuaciones de cálculo se pueden clasificar en dos grandes grupos: I- Empíricas: Hazen y Williams II- Racionales: Darcy Weisbach

I-Empíricas

Son aquéllas que no tienen en cuenta la viscosidad del líquido llamadas muchas veces fórmulas antiguas, de las cuales todavía tiene uso importante la FÓRMULA de HAZEN – WILLIAMS, que permite el cálculo de la pérdida de energía en forma directa:

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II- Racionales

Son aquéllas que tienen en cuenta: la viscosidad del líquido (a partir de las experiencias Osborne Reynolds en 1883) el concepto de capa límite (creado por Ludwig Prandtl en 1904).Las más destacadas son las expresiones racionales que han permitido el trazado del diagrama universal de resistencia de Rouse y el desarrollo de expresiones racionales de cálculo.

Número de Reynolds

Por medio del análisis dimensional se llega a la expresión:

Que se denomina ecuación de Darcy – Weisbach, siendo f el coeficiente de fricción.Este coeficiente f ha sido estudiado por numerosos investigadores durante el siglo XIX y XX, los cuales han expresado su valor mediante fórmulas diversas.

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Colebrook y White obtuvieron valores experimentales sobre tuberías comerciales, y llegaron a una expresión que abarca tanto tuberías rugosas como lisas en régimen turbulento.

Actualmente se utilizan ecuaciones aproximadas a la de Colebrook White para el cálculo de f, como la expresión de Swamee-Jain:

Con precisión en el siguiente rango:

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Cálculo de la Pérdida de Energía

Datos Q caudal en m³/s D diámetro en m

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L longitud del conducto en m

K rugosidad absoluta de la tubería en m T temperatura en º C o la viscosidad cinemática en m²/s Solución 1) Cálculo de la viscosidad cinemática en m²/s Se obtiene de tabla o gráficos en función de la temperatura o con la expresión

4) Cálculo del número de Reynolds

5) 2) Cálculo de la sección

3) Cálculo de la velocidad media a partir de la ecuación

Cálculo de la relación

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6) Cálculo del coeficiente f

a) Con el Nº de Reynolds se entra en el diagrama de Rouse por la absisa superior y se busca la curva D/k correspondiente, y a partir de allí se toma la ordenadaizquierda que es directamente el coeficiente de fricción f.

b) La otra alternativa para calcular f es iterar a partir de un valor inicial supuesto directamente con la ecuación de Colebrook-Whitec) Utilizar la ecuación de Swamee-Jain y obtener directamente el valor de f

Con el valor de f supuesto se calcula el valor de

.De allí de obtiene una nueva f; colocado y el calculado coincidan

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7-Calculo de J con la expresión:

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8- Cálculo de J

Con esta formula de calcula la perdida de carga total a los largo de la longitud total del acueducto. Las perdidas de carga localizadas generalmente en acueductos donde el diámetro resultante es del orden de 500 a 1200 mm, dependiendo del caudal necesario, la perdida localizada total pueden ser estimadas con la expresión practica de:

JL= 10V2/2g

9-Altura Manométrica total

La altura manométrica total se calcula con la expresión:

Hm = Hg + Hj + HL

Hm = altura manométrica total

Hg =desnivel topográfico

Hj =perdida de carga a lo largo de la tubería

HL =perdida de carga localizada

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10-Potencia del conjunto electro-bomba (motor y bomba)

Bomba: la elección de la bomba se hace en función de dos parámetros:

Altura manométrica (m) y el Caudal necesario (m3/h)

La potencia se calcula por la formula:

P= αQHm/75ή (cv)

Siendo:

P= Potencia en cv

α=1000 kg/m3

Q=caudal en m3/seg

ή=rendimiento del conjunto motor bomba

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

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Una de las principales prioridades de las poblaciones urbanas y rurales es el abastecimiento de agua en cantidad y en calidad suficiente para atender sus necesidades básicas, relacionadas con la salud y el desarrollo de las actividades industriales.El recurso agua no necesariamente es suficiente y si lo fuera como en el caso de Paraguay donde la oferta de agua es del orden de 18.000 m3/año por habitante y la demanda es de 112 m3/por habitante/año. Si bien esta disponibilidad es muy alta no esta uniformemente distribuida en el territorio nacional, observándose dos regiones con características hídricas bien diferenciados: El Chaco, con déficit hídrico durante todo el año y la región oriental con mayor disponibilidad de agua.Esta mala distribución territorial del agua impulso a realizar a nivel nacional estudios de factibilidad a fin de proveer agua a las zonas con escasas posibilidades de obtención de agua por medios de fuentes superficiales o subterráneas a nivel local. La alternativa seleccionada para dotar de agua potable al Chaco central fue la de utilizar la fuente superficial del Rio Paraguay a la altura de Puerto Casado, tratar el agua en ese lugar y transportar a los centros de consumo por medio de ACUEDUCTOS de una longitud de aproximadamente 202 kilómetros. De aquí la importancia de esta materia como solución a un problema largamente sufrida.La ventaja de tomar una fuente superficial como el Rio Paraguay es la de tener asegurada el abastecimiento durante todo el año, ya que la variación de caudales tanto en época de estiaje como de crecidas no afecta la calidad del agua cruda.El modulo del Rio Paraguay es de 6000 m3/seg, suficiente como para abastecer a todo el Chaco Paraguayo y a casi toda la región oriental del País.La desventaja es la gran longitud del acueducto más de 200 km, desde la planta de tratamiento hasta los centros de consumo, esta longitud hace que se deba tomar medidas de seguridad para proteger las instalaciones a lo largo del recorrido.La recomendación es la de aprovechar la construcción de acueductos no solo para provisión de agua potable sino también para propósito múltiples como ser su utilización en sistema de regadío.

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BIBLIOGRAFIA

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