Sectorización en Redes AP Mexico
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Subdireccin General de Infraestructura Hidrulica Urbana
SECTORIZACINenenredesredesdedeaguaaguapotablepotable
Gerencia de Estudios y ProyectosGerencia de Estudios y Proyectos
octubre, 2006
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ANTECEDENTESANTECEDENTES
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ANTECEDENTESANTECEDENTES
Uno de los principales problemas que tiene un sistema de abastecimiento de agua potable es su
baja eficiencia operativa.
La mayorLa mayora de los prestadores a de los prestadores de los servicios requieren de los servicios requieren mejorar el servicio, tanto en mejorar el servicio, tanto en volumen suministrado como en volumen suministrado como en presipresin de entrega.n de entrega. Lamentablemente, no Lamentablemente, no
siempre se trabaja en el siempre se trabaja en el orden adecuado y las orden adecuado y las inversiones no reflejan los inversiones no reflejan los beneficios esperados.beneficios esperados.
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ANTECEDENTESANTECEDENTES
Las redes de suministro difcilmente logran distribuir uniformemente el agua, lo que da lugar a los tandeos; primero se abastecen algunas zonas y despus a otras, lo que se traduce en que los usuarios pueden estar sin servicio varias horas, o varios das.
La sectorizaciLa sectorizacin aparece como una n aparece como una alternativa que permite dividir las alternativa que permite dividir las grandes redes de distribucigrandes redes de distribucin en n en sectores aislados que faciliten su sectores aislados que faciliten su
operacioperacin y control.n y control.
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Con esto en mente, se Con esto en mente, se ha decidido elaborar un ha decidido elaborar un cuadernocuaderno que permita que permita
transmitir conceptos transmitir conceptos bbsicos sobre el tema.sicos sobre el tema.
La sectorizacin se ha puesto de moda,y son muchos los organismos que
la quieren.en redes de agua potable
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DOCUMENTODOCUMENTO
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No pretende ser una referencia tcnica obligada que compita o
supla a las publicaciones de expertos en la materia.
Objetivo:compartir conceptos de manera muy sencilla y clara, que adems invite a la lectura, y sirva para comprender lo que implica la sectorizacin de una red de distribucin de agua.
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DOCUMENTODOCUMENTO
en redes de agua potable
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Contenido:1. Introduccin2. Red de distribucin
3. Sectorizacin
4. Experiencias
ConfiguracinOperacin normalProblemas comunes de operacin
Factibilidad tcnica y econmicaEtapas de la sectorizacinDefinicin de sectoresArmona con el sistema comercialReduccin de prdidasControl de presiones
Quertaro, Cd. de Mxico, Mrida, Monterrey, Tijuana.
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DOCUMENTODOCUMENTO
en redes de agua potable
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Sector = distrito hidromSector = distrito hidromtricotrico
es una porcin delimitada de la red de distribucin que busca ofrecer a
todos los usuarios contenidos, la misma oportunidad de recibir un
servicio de calidad.
DEFINICIDEFINICINN
Los sectores sern aislados del resto de la red a travs de seccionamientos que aseguren su independencia.
Los caudales de entrada y las presiones deben ser medidos, lo que permitir un mejor control de la demanda, el consumo y las prdidas de agua.
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ETAPAS DE LA ETAPAS DE LA
SECTORIZACISECTORIZACINN
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ETAPAS DE LA SECTORIZACIETAPAS DE LA SECTORIZACINN
Catastro actualizado y confiable de la infraestructura existente.11
Anteproyectos del sistema, definiendo puntos de alimentacin y posibles interconexiones emergentes.22
Implementacin de un sector piloto, incluyendo vlvulas y medidores de presin y gasto.33
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ETAPAS DE LA SECTORIZACIETAPAS DE LA SECTORIZACINN
Calibracin de un modelo de simulacin hidrulica con base en las mediciones en el sector.44
Ajustar el proyecto piloto a partir de la simulacin.55
Ampliacin de la experiencia piloto a dos o tres sectores ms.66
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DEFINICIDEFINICINN
DE SECTORESDE SECTORES
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DEFINICIDEFINICIN DE SECTORESN DE SECTORES
Generalmente se considera sectores de 20 a 100 hectreas; en ciudades densamente pobladas los sectores pueden ser de 10 a 15 hectreas.
Ajustar el sector a la geometra de la red y adaptarlo a las condiciones de operacin.
Separar la red primaria y la secundaria, de modo que no decaiga la presin en las conducciones principales.
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PROBLEMA COMPROBLEMA COMN N
DE OPERACIDE OPERACINN
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Uno de los problemas ms graves en las redes de agua potable se vincula con el incremento de la presin debido a la cada del consumo durante la madrugada.
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Hora del da
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Variacin de la demanda
Variacin de la demanda
Variacin de la presin
Variacin de la presin
Pmx = 89 mca
Qmn = 58 L/s
mca = metros de columna de agua1 mca = 0,1 kg/cm2 = 0,088 bar
Sector Santa Luca 1 Ciudad de Mxico*
* Capella Vizcano, A. Control de presiones y reduccin de fugas en el sector Sta. Luca 1, D.F., junio 2002, Mxico
Gasto mGasto mnimo nimo nocturnonocturno
58 L/s58 L/s
PresiPresin mn mxima xima nocturnanocturna
89 L/s89 L/s
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La instalacin de vlvulas reguladoras de presin (VRP) ayuda al control de presiones.
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Hora del da
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)
Pmx = 40 mca
Qmn = 21 L/s
Variacin de la demanda
Variacin de la demanda
Variacin de la presin
Variacin de la presin
mca = metros de columna de agua1 mca = 0,1 kg/cm2 = 0,088 bar
Volumen de agua recuperada en un da.
Sector Santa Luca 1 Ciudad de Mxico*
* Capella Vizcano, A. Control de presiones y reduccin de fugas en el sector Sta. Luca 1, D.F., junio 2002, Mxico
Gasto mGasto mnimo nimo nocturnonocturno
21 L/s21 L/s
PresiPresin mn mxima xima nocturnanocturna
40 L/s40 L/s
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Las experiencias documentadas de diversos pases relacionan la presin con el caudal de fugas con lasiguiente expresin:
PRESIPRESIN vs. FUGASN vs. FUGAS
Qfugas = C Hx
Donde:H presin en la tubera.C coeficiente que resulta del ajuste de los datos obtenidos
experimentalmente y que depende del material y del estado de la tubera.
x exponente de ajuste (valor medio = 1,15).
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EJERCICIOEJERCICIO
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El Instituto de Ingeniera de la UNAM elaborun ejercicio, con fines puramente didcticos,
EJERCICIOEJERCICIO
tubera con D = 400 mm
tubera con D = 300 mmtubera con D = 200 mm
tubera con D = 100 mm60 m
Red propuesta (plana) :Consumo por nudo: 1 L/s
Fugas en los nudos: Q = 0,02 H 1.15200 nudos
a fin de reflejar las consecuencias de diversas acciones sobre una red de distribucin.
Demanda: 200 L/sDemanda: 200 L/s
C=0,02
X=1,15
Valores sugeridos para este ejercicio
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EJERCICIOEJERCICIO
Configuracin de la red en planta
Dimetros en mm
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EJERCICIOEJERCICIO
Al hacer la simulacin hidrulica,se obtienen las presiones en los nudos
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EJERCICIOEJERCICIO
Distribucin de caudales
consumo 200 L/s
fugas 244 L/ssuministro 444 L/s
consumo 200 L/s
fugas 244 L/ssuministro 444 L/s
Fugas = 55 %Fugas = 55 %
1,00 + 1,23
2,23
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EJERCICIOEJERCICIO
Ante la magnitud de las fugas, se opta por sectorizar la red de la siguiente forma:
11
77 5566
443322Lnea principal de
distribucin
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EJERCICIOEJERCICIO
Red sectorizada Presiones en los nudos
Al hacer la simulacin hidrulica,se obtienen las presiones en los nudos
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EJERCICIOEJERCICIO
Red sectorizada Caudales en los nudos
Fugas = 52 %Fugas = 52 %
consumo 200 L/s
fugas 214 L/s
suministro 414 L/s
consumo 200 L/s
fugas 214 L/s
suministro 414 L/s
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EJERCICIOEJERCICIO
Reparacin de la redEl ejercicio simula el proceso de reparacin a travs de la eliminacin de fugas*; esto es,
utilizando un valor del coeficiente C = 0
Se supone la reparacin de la siguiente forma: primero la lnea principal de distribucin y despus
cada sector en el orden de su numeracin.
Qfugas = C Hx = 0
* Sin olvidar el carcter didctico de este ejercicio, y la imposibilidad de reducir a cero las fugas en una red real.
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EJERCICIOEJERCICIOSimulacin hidrulica, despus de reparar la LPD y los 3 primeros sectores
consumo 200 L/s
fugas 137 L/ssuministro 337 L/s
consumo 200 L/s
fugas 137 L/ssuministro 337 L/s
Fugas = 41 %Fugas = 41 %
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EJERCICIOEJERCICIO
Evolucin de la red sectorizada reparada
150
200
250
300
350
400
450
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Avance en la reparacin de la red ( % )
C
a
u
d
a
l
s
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m
i
n
i
s
t
r
a
d
o
(
L
/
s
)
Reparada la LPDReparada la LPD
Reparado el S2Reparado el S2
Reparado el S3Reparado el S3
Reparado el S1Reparado el S1
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EJERCICIOEJERCICIO
Control de presionesSe instalan ahora 7 vlvulas reductoras de presin a fin de reducir las fugas.
Se realiza nuevamente la simulacin, calibrando las VRP a una presin de salida de los 15 mca.
12 6
54
3 7
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EJERCICIOEJERCICIO
Red sectorizada y bajo control de presiones Presiones en los nudos
Simulacin hidrulica
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EJERCICIOEJERCICIO
Caudales en los nudos
consumo 200 L/s
fugas 103 L/ssuministro 303 L/s
consumo 200 L/s
fugas 103 L/ssuministro 303 L/s
Fugas = 34 %Fugas = 34 %
Red sectorizada y bajo control de presiones
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EJERCICIOEJERCICIOReparacin de la
red sectorizada y controladaproceso de reparacin a travs de la eliminacin de
fugas*, utilizando un valor del coeficiente C = 0
Se supone la reparacin de la siguiente forma: primero la lnea principal de distribucin y despus
cada sector en el orden de su numeracin.
Qfugas = C Hx = 0
* Sin olvidar el carcter didctico de este ejercicio, y la imposibilidad de reducir a cero las fugas en una red real.
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EJERCICIOEJERCICIO
Red sectorizada y bajo control de presiones,Presiones en los nudos
Simulacin hidrulica
reparada la lnea principal de distribucin
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EJERCICIOEJERCICIO
Caudales en los nudosRed sectorizada y bajo control de presiones,
Simulacin hidrulica
reparada la lnea principal de distribucin
Fugas = 27 %Fugas = 27 %
consumo 200 L/s
fugas 74 L/ssuministro 274 L/s
consumo 200 L/s
fugas 74 L/ssuministro 274 L/s
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EJERCICIOEJERCICIO
Evolucin de la red sectorizada, controlada y reparada
150
200
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300
350
400
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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Avance en la reparacin de la red ( % )
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Reparada la LPDReparada la LPD
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EJERCICIOEJERCICIO
Comparacin del suministro
150
200
250
300
350
400
450
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Avance en la reparacin de la red ( % )
C
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Evolucin de la red sectorizada reparada
Sin control de presionesSin control de presiones
con control de presionescon control de presiones
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EJERCICIOEJERCICIO
0
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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Avance en la reparacin de la red ( % )
F
u
g
a
s
(
%
)
ComparaciComparacin del nivel de fugasn del nivel de fugasEvolucin de la red sectorizada reparada
Sin control de presionesSin control de presiones
con control de presionescon control de presiones
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010
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0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Avance en la reparacin de la red ( aos )
F
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g
a
s
(
%
)
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EJERCICIOEJERCICIO
Si se considera un programa intenso de reparacin de la red (2% anual), esta quedara reparada totalmente en 50 aos.
ConclusionesConclusiones
reducir las fugas en un 10% se lograra
aproximadamente en 20 aos.
Si no se controlan las presiones,
Sin control de presionesSin control de presiones
Con control de presionesCon control de presiones
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EJERCICIOEJERCICIO
Ahorro de Ahorro de consumosconsumos
Medicin Aumento de tarifas Cultura del agua
A partir de la red sectorizada, se suponen ahora consumos en los nudos de 0,80 L/s
Consumo de los usuarios = 0,80 * 200 = 160 L/s
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EJERCICIOEJERCICIO
Red sectorizada,Consumo por nudo = 0,80 L/s Presiones en los nudos
Simulacin hidrulica
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EJERCICIOEJERCICIO
Caudales en los nudos
Simulacin hidrulica
Red sectorizada,Consumo por nudo = 0,80 L/s
Fugas = 59 %Fugas = 59 %
consumo 160 L/s
fugas 234 L/s
suministro 394 L/s
consumo 160 L/s
fugas 234 L/s
suministro 394 L/s
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Fugas = 52 %Fugas = 52 %
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EJERCICIOEJERCICIO
Comparacin del suministro en la red sectorizada:
Consumo por nudo0,80 L/s
Consumo por nudo1,00 L/s
Fugas = 59 %Fugas = 59 %
consumo 160 L/sfugas 234 L/s
suministro 394 L/s
consumo 160 L/sfugas 234 L/s
suministro 394 L/s
consumo 200 L/sfugas 214 L/s
suministro 414 L/s
consumo 200 L/sfugas 214 L/s
suministro 414 L/s
El suministro disminuye un 5%El suministro disminuye un 5% Las fugas aumentan un 7%Las fugas aumentan un 7%
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Se instalan las 7 vlvulas reductoras
de presin.
Red sectorizada y controladaConsumo por nudo = 0,80 L/s
Se instalan las 7 vlvulas reductoras
de presin.
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EJERCICIOEJERCICIO
Presiones en los nudos
Simulacin hidrulica
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EJERCICIOEJERCICIOSimulacin hidrulica
Caudales en los nudos
Red sectorizada y controladaConsumo por nudo = 0,80 L/s
Se instalan las 7 vlvulas reductoras
de presin.
Fugas = 41 %Fugas = 41 %
consumo 160 L/s
fugas 110 L/s
suministro 270 L/s
consumo 160 L/s
fugas 110 L/s
suministro 270 L/s
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EJERCICIOEJERCICIO
Finalmente:
si por consecuencia de alguna accin de las ya descritas, los usuarios reducen sus consumos ( 0,80 L/s ),
si se instalan 7 vlvulas controladoras de presin, y
si se repara solamente la lnea principal de distribucin
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Red con menor consumo (ahorro), controlada y con la LPD reparada
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EJERCICIOEJERCICIOSimulacin hidrulica
Caudales en los nudos
Fugas = 33 %Fugas = 33 %
consumo 160 L/s
fugas 79 L/s
suministro 239 L/s
consumo 160 L/s
fugas 79 L/s
suministro 239 L/s
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RESUMENRESUMEN
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RESUMENRESUMENResultados obtenidos en las diversas acciones sobre la red propuesta, con la demanda por nudo de 1 L/s
274303398414444(L/s)Suministro
2734505255( % )
74103198214244(L/s)Fugas
200200200200200(L/s)Consumo
VRP y reparada LPDcon VRP
Reparada LPDconvencional
SECTORIZADAconvencional
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RESUMENRESUMENResultados obtenidos en las diversas acciones sobre la red propuesta, con la demanda por nudo de 0,8 L/s
239270394(L/s)Suministro
334159( % )
79110234(L/s)Fugas
160160160(L/s)Consumo
VRP yreparada LPDcon VRPconvencional
SECTORIZADA
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Fugas = 55 %Fugas = 55 %
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Red sectorizada, los usuarios reducen sus consumos ( 0,80 L/s ), se instalan 7 vlvulas controladoras de presin, y se repara solamente la lnea principal de distribucin
Red original:consumo 200 L/s
fugas 244 L/s
suministro 444 L/s
consumo 200 L/s
fugas 244 L/s
suministro 444 L/s
Acciones:
Resultados:
Fugas = 33 %Fugas = 33 %
consumo 160 L/s
fugas 79 L/s
suministro 239 L/s
consumo 160 L/s
fugas 79 L/s
suministro 239 L/s
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RESUMENRESUMEN
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CONCLUSIONESCONCLUSIONES
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CONCLUSIONESCONCLUSIONES
Los resultados aqu mostrados no sugierende manera alguna que sea equivocada la idea de actualizar tarifas, incrementar la micromedicin o lograr el ahorro del agua por parte de los usuarios. Lo que se pretende mostrar, es que estas decisiones deben estar acompaadas por las acciones adecuadas sobre la infraestructura hidrulica, de lo contrario, slo sern buenas intenciones e inversiones mal enfocadas.
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Las acciones de reduccin de fugas sern ineficientes mientras no se controlen las presiones en la red.
Este control generalmente requiere de una sectorizacin, cuyas principales ventajas son:
red primaria ser ms eficiente, Identificacin de sectores ms daados, y
por lo tanto prioritarios,
Los ahorros de consumo o de reparaciones, podrn conducirse a zonas con carencias o bien reducir el suministro.
CONCLUSIONESCONCLUSIONES
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CONCLUSIONESCONCLUSIONES
En trminos generales, el anlisis permite sensibilizar a los operadores sobre las diversas posibilidades de accionar en el camino hacia lograr una eficiencia de equilibrio, haciendo notar que salir simplemente a reparar fugas no es la forma de optimar los trabajos y las inversiones. Se hace hincapi una vez ms en la necesidad de controlar las presiones en cualquier red de distribucin como parte fundamental del proceso de sectorizacin.
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