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Artículo de Investigación
Influencia del coeficiente máximo horario en el diseño de tanques
de reserva de agua potable en Riobamba
Influence of the maximum hourly coefficient in the design of potable water reservoir
tanks in Riobamba
María Gabriela Zúñiga1, Bayron Santillán1, Carlos Izurieta1, Carolina Merino1
1Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Chimborazo, Riobamba, Ecuador, 060501;
bayron.santillan@unach.edu.ec; cizurieta@unach.edu.ec; diana.merino@unach.edu.ec
*Correspondencia: mariag.zuniga@unach.edu.ec
Citación: Zúñiga, M.; Santillán,
B.; Izurieta, C. & Merino, C.,
(2025). Influencia del coeficiente
máximo horario en el diseño de
tanques de reserva de agua
potable en Riobamba.
Novasinergia. 8(2). 32-55.
https://doi.org/10.37135/ns.01.16.
02
Recibido: 13 enero 2025
Aceptado: 31 marzo 2025
Publicado: 02 julio 2025
Novasinergia
ISSN: 2631-2654
Resumen: La escasez de agua, un problema global que afecta a
numerosas ciudades, se ve exacerbada por el crecimiento
poblacional, la contaminación de fuentes hídricas, el cambio
climático y el aumento en la demanda. Para asegurar un suministro
continuo, los tanques de almacenamiento, estructuras diseñadas para
regular la presión y almacenar el volumen necesario durante los picos
de demanda, son cruciales. Este estudio analizó la influencia del
coeficiente máximo horario (Kh) en el diseño de tanques de
almacenamiento para el cantón Riobamba. Para ello, se verificaron
los coeficientes máximos horarios de investigaciones previas, se
recopiló información de los sistemas de agua potable y se registraron
los niveles de llenado y vaciado, con mediciones horarias durante
siete días, a las nueve reservas de almacenamiento existentes. El
diseño de los tanques consideró volúmenes de regulación,
emergencia e incendios. Los resultados revelaron que los tanques de
la red Maldonado no satisface la demanda actual, generando
desabastecimiento en las redes Maldonado y San Martín de Veranillo
con un déficit de 2327 m3/día. Además, una proyección a 15 años
(hasta el 2039) indica que siete de las nueve reservas no tendrán la
capacidad suficiente para cubrir la demanda futura, generando un
déficit total de 2267 m3/día.
Palabras clave: Agua potable, Coeficiente de consumo horario (Kh),
Desabastecimiento, Redes de distribución, Tanques de reserva.
Copyright: 2025 derechos otorgados
por los autores a Novasinergia.
Este es un artículo de acceso abierto
distribuido bajo los términos y
condiciones de una licencia de
Creative Commons Attribution (CC
BY NC).
(http://creativecommons.org/licenses/
by/4.0/).
Abstract: Water scarcity, a global problem affecting many cities, is
exacerbated by population growth, pollution of water sources, climate
change, and increased demand. Storage tanks, structures designed to
regulate pressure and store the necessary flow during peak demand, are
crucial to ensure a continuous supply. This study analyzes the influence of
the maximum hourly coefficient (Kh) in the design of storage tanks for the
canton of Riobamba. For this purpose, the maximum hourly coefficients of
previous investigations were verified, information was collected from the
potable water systems, and the filling and emptying levels were recorded,
with hourly measurements during seven days, of the nine existing storage
tanks. The design of the tanks considered regulating emergency and fire
volumes. The results revealed that the Maldonado network tank does not
meet the current demand, generating shortages in the Maldonado and San
Martín de Veranillo networks. In addition, a 15-year projection (up to 2039)
indicates that seven of the nine systems will not have sufficient capacity to
meet future demand.
Keywords: Drinking water, Hourly consumption coefficient (Kh),
Shortage, Distribution networks, Reserve tanks.
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1. Introducción
La escasez de agua es un problema que aqueja a cientos de ciudades a nivel
mundial. El crecimiento poblacional a causa de la migración desmedida a las zonas
urbanas aumenta la densidad de la población, esto genera mayor demanda de los
servicios urbanos básicos como el suministro de agua potable, creando sistemas
altamente ineficientes que ocasiona inconvenientes a los habitantes [1].
En los sistemas de distribución de agua potable (SDAP), las fluctuaciones
significativas en la presión del agua son un fenómeno común, impulsado por las
variaciones diarias en la demanda de los consumidores. Durante las horas pico, el
aumento de las pérdidas de carga a lo largo de las tuberías de distribución provoca
caídas de presión, resultando en escasez de agua y descontento entre los usuarios.
Por otro lado, durante las horas de menor demanda, las presiones alcanzan sus
máximos, lo que puede llevar a fugas, roturas de tuberías y un consumo excesivo
de energía. Además, el bajo consumo nocturno incrementa el tiempo de retención
hidráulica, particularmente en los componentes de almacenamiento cercanos a los
puntos de consumo, favoreciendo procesos biológicos indeseables y afectando
negativamente la calidad del agua [2].
El cantón Riobamba ha experimentado un crecimiento significativo en toda la zona
urbana, lo que ha generado un incremento en la demanda de los servicios urbanos
básicos, especialmente en el suministro de agua potable. La Empresa Pública
Municipal de Agua Potable y Alcantarillado de Riobamba (EP EMAPAR), es la
entidad encargada de la captación, tratamiento y distribución de este recurso
hídrico, que abastece a la mayor parte de la población. Sin embargo, existen áreas
con déficit en la provisión de agua potable, que ha obligado a los habitantes de
dichas zonas a implementar soluciones alternativas de almacenamiento e incluso a
contratar camiones cisterna en las áreas donde no hay cobertura del líquido vital
[3].
Uno de los elementos esenciales para garantizar un flujo continuo a las redes de
distribución son los tanques de almacenamiento, que permiten regular la presión y
almacenar el volumen necesario para abastecer la variación de consumo de agua
potable de la población. La EP EMAPAR destaca que la provisión de agua potable
se lleva a cabo mediante nueve redes de distribución (ver Figura 1): Maldonado,
Piscín, La Saboya, El Carmen, San José de Tapi, Yaruquíes, El Recreo, Tratamiento
y San Martín de Veranillo. Estas redes de distribución están conectadas a nueve
reservas de agua potable: Maldonado, Piscín, La Saboya, El Carmen, San José de
Tapi, Yaruquíes, El Recreo, Tratamiento y San Martín de Veranillo [4]. Sin embargo,
esta última reserva aún no está operativa, por lo que la red de distribución San
Martín de Veranillo actualmente es abastecida por la reserva Maldonado.
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Figura 1. Ubicación de las reservas de agua potable distribuidas en el cantón Riobamba.
Para asegurar un diseño óptimo y una operación eficiente de los tanques de
almacenamiento de agua potable, es crucial considerar el patrón de consumo
horario del cantón. Este análisis permite identificar los factores clave que influyen
en la variación del consumo y lograr una gestión hídrica eficiente. [5] señalan que
los parámetros que inciden en el consumo de agua potable son: climatológicos,
sociodemográficos, socioeconómicos, de gestión y de calidad del agua.
El coeficiente de consumo máximo horario es un parámetro fundamental para el
diseño de sistemas de distribución, garantizando un suministro continuo y
satisfaciendo la demanda máxima de la población [6]. La norma CPE INEN 5 – 1992
recomienda utilizar estos coeficientes para dimensionar volúmenes de
almacenamiento y redes de distribución, debido a la variabilidad inherente de la
demanda hídrica y la necesidad de que los tanques de reserva estén dimensionados
para las fluctuaciones del consumo [7].
Estudios recientes en el cantón Riobamba han evidenciado variaciones
significativas en el coeficiente de consumo máximo horario (Kh) en diversas redes
de distribución de agua potable, desviándose de los parámetros establecidos por [7]
que recomienda un rango de 2 a 2.30. [8] analizaron cuatro redes (Maldonado,
Piscín, Saboya y San Martín de Veranillo), encontrando valores de Kh de 2.99, 2.61,
2.96 y 2.52, respectivamente, en una muestra de 379 usuarios. De manera similar,
[9] reportaron coeficientes de 2.16 (Red Tratamiento), 3.52 (Red Tapi), 1.74 (Red El
Recreo), 2.99 (Red El Carmen) y 2.43 (Red Yaruquíes), correlacionando las horas de
mayor consumo con las actividades cotidianas de los habitantes.
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El objetivo de este estudio es analizar la influencia del coeficiente máximo horario
en el diseño de los tanques de reserva de agua potable en Riobamba. Se busca
determinar cómo este coeficiente impacta la capacidad y eficiencia de los tanques,
y si los diseños actuales son adecuados para satisfacer la demanda de agua potable,
considerando las variaciones en el consumo a lo largo del día.
2. Metodología
La presente investigación, de carácter exploratorio, buscó obtener una
comprensión inicial del problema de abastecimiento de agua potable en el cantón,
analizando la estructura de los sistemas que lo suministran. Este análisis
comprendió el sistema de distribución en su conjunto, incluyendo las redes de
distribución, la cobertura del servicio (zonas y áreas de cobertura), las reservas de
agua potable, la capacidad de los tanques de almacenamiento, sus niveles de
llenado, el número de acometidas y la cantidad de habitantes abastecidos por cada
red. Esta investigación adoptó un enfoque cuantitativo, ya que posibilitó el análisis
estadístico para determinar los niveles medios de llenado de los tanques de
almacenamiento en cada reserva de agua potable. Además, permitió realizar
proyecciones del número de acometidas y habitantes, así como dimensionar los
volúmenes de almacenamiento requeridos para cada red de distribución. Esta
investigación fue de carácter exploratorio, ya que buscó determinar la influencia de
los coeficientes de consumo máximo horario en el diseño de tanques de reserva.
Además, permitió comparar si las reservas actuales satisfacían la demanda máxima
de la población presente y la proyectada a 15 años. Finalmente, se proporcionaron
recomendaciones para optimizar el diseño de los tanques de almacenamiento y
lograr una gestión hídrica más eficiente. La metodología propuesta proporcionó un
enfoque sistemático y riguroso para el desarrollo del estudio, facilitando una
gestión organizada en cada etapa. Siguiendo una secuencia lógica desde la
conceptualización del problema hasta la implementación de soluciones, se
abordaron las siguientes fases: identificación del problema en el cantón; recolección
de datos; diseño de volúmenes de almacenamiento; análisis comparativo de dichos
volúmenes; y, finalmente, la formulación de recomendaciones específicas para
mejorar el diseño y la operación de los sistemas. El procedimiento detallado para la
aplicación de esta metodología se presenta en la Figura 2.
Figura 2. Esquema metodológico de la investigación.
Recopilación de información de EP-EMAPAR (redes de distribución,
reservas de agua potable, número de acometidas, número de habitantes).
Validación coeficientes horarios (Kh) del cantón Riobamba, se obtiene
de investigaciones realizadas por [8] y [9]
Recolección de datos en campo, empleando la "Ficha de control
operacional", que utiliza la EP-EMAPAR en todas las reservas.
Depuración de datos y análisis estadístico para generar gráficas de
niveles medios de llenado y diseño de volúmenes en función de los
Kh.
Digitalización de los resultados obtenidos, comparar volúmenes
actuales con los volúmenes de diseño.
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2.1. Técnicas de recolección de datos
Para el desarrollo de este estudio, se implementó una estrategia de
recolección de datos que incluyó el uso de fichas de control operacional para
registrar los niveles de llenado y vaciado de los tanques de almacenamiento de cada
reserva de agua potable del cantón Riobamba. Se realizó un seguimiento periódico
de los registros diarios de operación de las nueve reservas administradas por la
empresa EP EMAPAR durante un período de siete días. Debido a que EP EMAPAR
ya contaba con una ficha de control operacional estandarizada (ver Figura 3), no fue
necesario elaborar un instrumento de recolección adicional. Para registrar el
porcentaje del nivel de llenado, los operadores visualizaban una regleta impresa en
la pared de los tanques, con valores de 0% a 100 % e intervalos de 5 %. Junto a la
regleta se encontraba una manguera transparente conectada directamente al tanque
que, mediante la presión ejercida por el agua, indicaba el porcentaje de nivel de
llenado en aquel intervalo de tiempo.
Figura 3. Ficha de control operacional de reserva de agua potable.
2.2. Población de estudio y tamaño de la muestra
La población de estudio correspondió a las nueve reservas de agua potable
existentes en el cantón, con sus respectivas redes de distribución, acometidas y
habitantes. El número de acometidas y habitantes se obtuvo del catastro de
acometidas de agua potable al mes de agosto de 2024 de la EP EMAPAR, que se
muestra en la Tabla 1. La muestra de estudio es toda la población beneficiaria de las
nueve reservas de agua potable.
Tabla 1. Número de acometidas y habitantes de cada red de distribución
N°
Red de distribución de agua potable
Número de usuarios
Acometidas
Habitantes
1
Red Maldonado
9734
44703
2
Red Piscín
3112
11653
3
Red Saboya
11892
73242
4
Red El Carmen
6223
30400
5
Red San José de Tapi
4462
14856
m3
00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
% DE NIVEL
VOLUMEN
CAUDAL DE SALIDA
ALIMENTACION
N-V (ENTRADA)
DISTRIBUCIÓN
N-V (SALIDA)
ALARMA - MÁXIMA
ALARMA - MÍNIMA
OBSERVACIONES
EP EMPRESA MUNICIPAL DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO RIOBAMBA
DIRECCIÓN TÉCNICA
CONTROL OPERACIONAL DE RESERVA DE AGUA POTABLE
DETERMINANTE
HORAS
CENTRO:
TANQUE:
CAPACIDAD:
FECHA:
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6
Red Yaruquíes
1583
7786
7
Red El Recreo
2727
8235
8
Red Tratamiento
1093
5017
9
Red San Martín de Veranillo
5746
30115
2.3. Análisis y validación de coeficientes de consumo máximo horario (Kh)
Los coeficientes de consumo máximo horario (Kh) del cantón Riobamba, se
obtuvo de investigaciones previas realizadas por [8] y [9]. Estos valores se tabularon
en una hoja de cálculo, en donde se organizan los Kh con su respectiva red de
distribución.
Para validar los datos, se realizó un análisis en Microsoft Excel, donde se calculó el
promedio aritmético de los Kh de cada red de distribución. Para garantizar el
principio de la conservación de la masa, se verificó que este promedio fuera igual a
1, dado que el Kh representa la relación entre el consumo máximo y el consumo
promedio diario. A fin de determinar el valor promedio aritmético, se empleó la
siguiente ecuación (1):
𝐾ℎ𝑃𝑟𝑜 = Ʃ 𝐾ℎ
𝑛 (1)
Donde:
ƩKh = sumatoria de los coeficientes de consumo máximo horario.
n = número de datos.
2.4. Procesamiento y análisis de datos para determinar los niveles de llenado
Tras la recopilación de datos de los porcentajes de niveles de llenado durante
siete días en las nueve reservas del cantón, a partir de la ficha de "Control
Operacional de Reserva de Agua Potable", estos se tabularon en una hoja de cálculo
de Microsoft Excel. Los datos fueron clasificados según cada red de abastecimiento,
incluyendo el número de tanques, la capacidad de almacenamiento y los registros
de los porcentajes de niveles de llenado. Concluido el procesamiento de datos, se
realizó un análisis estadístico utilizando el software Minitab 18. Se generaron
diagramas de cajas y bigotes para identificar y excluir valores atípicos, así como
para determinar la dispersión estadística, incluyendo los cuartiles Q1, Q2 (mediana)
y Q3. Este análisis permitió determinar el nivel medio de llenado por hora de los
tanques de almacenamiento de las nueve reservas de agua potable del cantón.
2.5. Determinación del volumen de regulación para cada red.
[7] establece que, para el diseño de sistemas de almacenamiento de agua
potable, se consideren los volúmenes destinados para regulación, protección contra
incendios y emergencia. El volumen de regulación se encuentra en función del Kh,
que está relacionado directamente con el caudal de salida [10]. Para obtener este
parámetro se emplearon las siguientes ecuaciones:
𝑄𝑚𝑒𝑑𝑅𝑒𝑑 = 𝑄𝑚𝑒𝑑 ∗ #𝐴𝑐𝑜𝑚𝑒𝑡𝑖𝑑𝑎𝑠 (2)
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𝑄𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑜𝑅𝑒𝑑 = 𝑄𝑚𝑒𝑑 ∗ #𝐴𝑐𝑜𝑚𝑒𝑡𝑖𝑑𝑎𝑠 ∗ 24ℎ (3)
𝑄𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 𝑄𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑜𝑅𝑒𝑑
ℎ (4)
𝑄𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 = 𝑄𝑚𝑒𝑑𝑅𝑒𝑑 ∗ 𝐾ℎ (5)
𝑉𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 𝑉𝑓𝑖 − 1 (6)
𝑉𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 𝑉𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 + [(𝑄𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 − 𝑄𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎)] ∗ 𝛥𝑡 (7)
Donde:
QmedRed = caudal medio de la red.
QdiarioRed = caudal diario de la red.
QEntrada = caudal de entrada.
QSalida = caudal de salida.
ViRegulación = volumen inicial de regulación.
Vr = volumen de regulación.
Qmed = caudal medio (valor obtenido de investigaciones previas).
#Acometidas = número de acometidas (catastro agosto 2024).
h = número de horas que ingresa agua a los tanques de almacenamiento.
Kh = coeficiente de consumo máximo horario (valor obtenido de
investigaciones previas [8], [9]).
Vfi-1 = volumen final en la hora anterior.
Δt = intervalo de tiempo (cada hora).
La norma CPE INEN 5 – 1992 recalca que los volúmenes contra incendios y
emergencias están directamente relacionados con el número de habitantes, en las
ecuaciones (8), (9) (10) y (11) se muestran las condiciones para los volúmenes contra
incendios y en las ecuaciones (12) y (13) para los volúmenes de emergencia [7].
𝑆𝑖𝑒𝑟𝑟𝑎 < 5000 ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑽𝒊 = 0 (8)
𝐶𝑜𝑠𝑡𝑎 < 3000 ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠. 𝑽𝒊 = 0 (9)
𝑃𝑜𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 ≤ 20000 ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑽𝒊 =50 ∗√𝑝(10)
𝑃𝑜𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 > 20000 ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑽𝒊 = 𝟏00 ∗√𝑝(11)
Donde:
Vi = volumen de protección contra incendios.
p = población (en miles de habitantes).
<5000 ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠. 𝑽𝒆 = 0 (12)
> 5000 ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠. 𝑽𝒆 =25% ∗𝑉𝑟 (13)
Donde:
Ve = volumen de emergencia.
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2.6. Población futura
El plan maestro de agua potable y alcantarillado del cantón Riobamba fue
diseñado para una vida útil estimada de 25 a 30 años. Considerando que han
transcurrido 10 años desde su implementación, se realizó un estudio de proyección
a 15 años del número de acometidas y habitantes para evaluar si la capacidad de las
reservas de agua potable del cantón satisface la demanda proyectada en este
período de diseño.
Para la proyección de la población futura y el cálculo de la tasa de crecimiento, se
aplicaron los tres métodos prescritos por la norma CPE INEN 5 – 1992: aritmético,
geométrico y exponencial [7]. El análisis estadístico reveló que el modelo de
proyección geométrico ofrecía la mayor capacidad predictiva, demostrando un
ajuste superior a los datos históricos. Esta superioridad radica en la capacidad del
modelo geométrico para capturar patrones de crecimiento compuesto, que son
característicos de poblaciones en desarrollo donde el crecimiento no es
necesariamente lineal. El modelo geométrico, al considerar una tasa de crecimiento
constante aplicada sobre la población acumulada, refleja de manera más precisa la
dinámica poblacional observada en el área de estudio. En la Tabla 2, se presenta la
población futura proyectada mediante los métodos geométrico y aritmético. Los
resultados obtenidos con el método exponencial fueron descartados debido a su
inadecuado ajuste a la población de análisis.
Tabla 2. Número de acometidas y habitantes de cada red de distribución
Red
Tasa de crecimiento
%
Método Aritmético
[acometidas]
Método Geométrico
[Acometidas]
Maldonado
1.83%
12406
12777
Piscín
3.14%
4578
4948
Saboya
1.95%
15370
15888
El Carmen
3.07%
9089
9795
San José de Tapi
3.35%
6704
7315
Yaruquíes
3.39%
2388
2610
Recreo
3.76%
4266
4746
Tratamiento
4.03%
1754
1977
San Martín de Veranillo
2.10%
7556
7848
3. Resultados
Los niveles de llenado medio de los tanques de almacenamiento en las nueve
reservas de agua potable del cantón Riobamba (ver Figura 4) evidencian una
fluctuación significativa en la demanda de este servicio básico por parte de la
población. Dicha variabilidad se debe a que el consumo de agua no presenta un
comportamiento constante a lo largo del día, sino que está directamente asociado
con los patrones de uso de los habitantes, los cuales reflejan hábitos y actividades
cotidianas que influyen en la dinámica de demanda. Adicionalmente, se observa
que al finalizar el ciclo diario (23h00), las reservas registran los siguientes
volúmenes residuales: reserva Maldonado con 3575 m3, reserva Piscín con 1080 m3,
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reserva Saboya con 3740 m3, reserva El Carmen con 2980 m3, reserva Tapi con 1420
m3, reserva Yaruquíes con 750 m3 y reserva El Recreo con 1030 m3. Estos valores
reflejan la capacidad remanente en cada reservorio al término de la jornada, lo cual
permite evaluar la eficiencia del sistema de distribución y la capacidad de respuesta
ante picos de demanda.
La Figura 4 muestra que el nivel mínimo de los tanques durante las horas de mayor
consumo se mantiene por encima del 30%. Si bien esto asegura la continuidad del
suministro, la práctica de no vaciar completamente los tanques durante la limpieza
y el mantenimiento podría favorecer la acumulación de sedimentos y la formación
de biopelículas. Estas condiciones pueden deteriorar la calidad del agua,
incrementando la turbidez, alterando el color y potencialmente promoviendo la
proliferación bacteriana.
La Tabla 3 presenta los resultados del cálculo del volumen de regulación para cada
reserva, obtenidos mediante la aplicación de las ecuaciones 2 a 7. Estos resultados
destacan la influencia crítica del coeficiente de consumo máximo horario (Kh) en el
dimensionamiento del volumen de regulación. Un Kh preciso es esencial para un
diseño adecuado, ya que determina la capacidad necesaria para satisfacer las
variaciones en la demanda. Se observa que el volumen de almacenamiento tiende a
un mínimo, idealmente cercano a cero, durante el intervalo de máxima demanda,
específicamente entre las 13h00 y 14h00, lo que indica una eficiente utilización de la
reserva. El volumen de regulación final se determina sumando el máximo volumen
positivo acumulado con el valor absoluto del máximo volumen negativo
acumulado, cuando este último existe.
La Figura 5 muestra los volúmenes de regulación calculados mediante dos métodos
de proyección poblacional: aritmético y geométrico. Se presentan tres escenarios: el
volumen de regulación para la población actual (línea azul), el volumen proyectado
con el método aritmético (línea gris) y el volumen proyectado con el método
geométrico (línea naranja). El análisis se centra en los resultados del método
geométrico, ya que representa el escenario de mayor demanda, aunque con
diferencias mínimas respecto al método aritmético.
En este sentido, se ha identificado que estos intervalos varían según la reserva:
Maldonado a las 21h00; Saboya a las 20h00; El Carmen a las 22h00; San José de Tapi
a las 14h00; Piscín a las 20h00; El Recreo a las 20h00; San Martin de Veranillo a las
20h00 y Yaruquíes a las 21h00. Para garantizar un suministro continuo y eficiente
en las horas de mayor demanda, se requiere los siguientes volúmenes de
almacenamiento en función de la población actual: Maldonado 2776 m3; Saboya
3742 m3; El Carmen 1476 m3; San José de Tapi a las 1038 m3; 1122 m3; El Recreo 745
m3; San Martin de Veranillo 2111 m3 y Yaruquíes 316 m3. En cuanto a la proyección
para la población futura, los volúmenes necesarios serían: Maldonado 3644 m3;
Saboya 4999 m3; El Carmen 2323 m3; San José de Tapi a las 1702 m3; 1784 m3; El
Recreo 1297 m3; San Martin de Veranillo 2884 m3 y Yaruquíes 521 m3. Los Kh son
determinantes para calcular los volúmenes de almacenamiento requerido,
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garantizando así la capacidad de abastecimiento durante los picos de demanda de
la población.
Tabla 3. Volumen de protección contra incendios y volumen de emergencia (Población Actual).
Intervalo
horario
Kh
N°
Horas
Q Entrada
m3/h
Q Salida
m3 /h
V Inicial
m3
V Final
m3
0
1
0.19
1
223.47
42.46
619.02
800.03
1
2
0.19
1
223.47
42.46
800.03
981.04
2
3
0.19
1
223.47
42.46
981.04
1162.05
3
4
0.19
1
223.47
42.46
1162.05
1343.06
4
5
0.19
1
223.47
42.46
1343.06
1524.08
5
6
0.84
1
223.47
187.72
1524.08
1559.83
6
7
2.56
1
223.47
572.09
1559.83
1211.22
7
8
2.47
1
223.47
551.97
1211.22
882.71
8
9
3.52
1
223.47
786.62
882.71
319.56
9
10
1.26
1
223.47
281.57
319.56
261.46
10
11
1.02
1
223.47
227.94
261.46
256.99
11
12
1.56
1
223.47
348.62
256.99
131.85
12
13
1.44
1
223.47
321.80
131.85
33.52
13
14
1.15
1
223.47
256.99
33.52
0.00
14
15
0.81
1
223.47
181.01
0.00
42.46
15
16
0.43
1
223.47
96.09
42.46
169.84
16
17
0.57
1
223.47
127.38
169.84
265.93
17
18
0.74
1
223.47
165.37
265.93
324.03
18
19
1.24
1
223.47
277.10
324.03
270.40
19
20
1.02
1
223.47
227.94
270.40
265.93
20
21
1.29
1
223.47
288.28
265.93
201.12
21
22
0.75
1
223.47
167.60
201.12
256.99
22
23
0.19
1
223.47
42.46
256.99
438.00
23
24
0.19
1
223.47
42.46
438.00
619.02
Novasinergia 2025, 8(2), 32-55 46
Novasinergia 2025, 8(2), 32-55. https://doi.org/10.37135/ns.01.16.02 http://novasinergia.unach.edu.ec
3.2. Volumen de regulación en redes de distribución ciudad Riobamba
2776
3644
3538
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Volumen [m3]
Horas [h]
Reserva Maldonado
3742
4999
4837
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Volumen [m3]
Horas [h]
Reserva La Saboya
1476
2323
2155
0
250
500
750
1000
1250
1500
1750
2000
2250
2500
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Volumen [m3]
Horas [h]
Reserva El Carmen
1038
1702
1560
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Volumen [m3]
Horas [h]
Reserva San José de Tapi
Novasinergia 2025, 8(2), 32-55 47
Novasinergia 2025, 8(2), 32-55. https://doi.org/10.37135/ns.01.16.02 http://novasinergia.unach.edu.ec
316
521
477
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Volumen [m3]
Horas [h]
Reserva Yaruquíes
1122
1784
1651
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Volumen [m3]
Horas [h]
Reserva Piscin
745
1297
1166
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Volumen [m3]
Horas [h]
Reserva El Recreo
2111
2884
2776
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Volumen [m3]
Horas [h]
Reserva San Martín de Veranillo
Novasinergia 2025, 8(2), 32-55 48
Novasinergia 2025, 8(2), 32-55. https://doi.org/10.37135/ns.01.16.02 http://novasinergia.unach.edu.ec
Figura 2.Volúmenes de regulación para las nueve reservas de agua potable del cantón Riobamba.
3.3. Volúmenes de protección contra incendios y volúmenes de emergencia
La Tabla 4 presenta los volúmenes de reserva para protección contra incendios y
emergencias, calculados según la metodología descrita. El análisis de estos volúmenes en
las distintas redes de distribución revela una correlación directa entre la población y la
capacidad de reserva. Estos resultados subrayan la importancia de dimensionar las reservas
de agua potable en función de la población atendida, asegurando un suministro adecuado
en situaciones críticas. Además, se destaca la necesidad de estudios técnicos detallados para
determinar los volúmenes óptimos de reserva, considerando factores como la densidad
poblacional, las características de la red y los riesgos específicos de cada zona.
Tabla 4. Volumen de protección contra incendios y volumen de emergencia (Población actual y futura).
Reserva
Volumen contra
incendios
[m3]
Volumen de
emergencia
[m3]
Volumen contra
incendios futuro
[m3]
Volumen de
emergencia futuro [m3]
Maldonado
669
694
764
911
Piscín
171
281
214
446
Saboya
856
936
988
1250
El Carmen
551
369
695
581
San José de Tapi
193
260
480
425
Yaruquíes
140
79
179
130
Recreo
143
186
193
324
Tratamiento
112
69
150
125
San Martín de Veranillo
549
528
642
721
276
500
444
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Volumen [m3]
Horas [h]
Reserva Tratamiento
Población Actual Población futura método Geométrico Población futura método Aritmético
Novasinergia 2025, 8(2), 32-55 49
Novasinergia 2025, 8(2), 32-55. https://doi.org/10.37135/ns.01.16.02 http://novasinergia.unach.edu.ec
3.4. Volumen total de almacenamiento
En la Figura 6 se muestra el volumen total de almacenamiento, que resulta de la suma
del volumen de regulación, volumen de protección contra incendios y volumen de
emergencia. Se revela un aumento generalizado en todas las reservas consideradas, lo que
sugiere una planificación anticipada para el crecimiento poblacional y de la demanda. Este
incremento es particularmente notable en reservas como Saboya, cuyo volumen de diseño
futuro (7237 m3) supera su diseño actual (5534 m3). Es crucial destacar que estas reservas,
además de satisfacer la demanda diaria, deben garantizar el suministro en situaciones
críticas. En este sentido, la reserva Maldonado, con la mayor población (44703 habitantes)
y los volúmenes de reserva para incendios (669 m3) y emergencias (694 m3) más altos,
también presenta un aumento significativo en su volumen de almacenamiento de diseño
futuro (5319 m3 vs. 4139 m3). Este resultado subraya la importancia de integrar las
proyecciones de crecimiento poblacional con las necesidades de almacenamiento, tanto para
el consumo regular como para eventos excepcionales. La correlación entre población,
volúmenes de reserva para emergencias y la capacidad de almacenamiento total evidencia
la necesidad de un enfoque integral en la planificación de sistemas de agua potable.
Figura 6. Volúmenes diseño futuro para las nueve reservas de agua potable del cantón Riobamba.
3.5. Análisis de volúmenes de diseño vs volúmenes existentes en el cantón Riobamba
En la Tabla 7 se indica el volumen actual de almacenamiento disponible en cada
reserva y los volúmenes obtenidos en función de los Kh, para la población actual y población
futura proyectada a 15 años del cantón Riobamba. Si bien se evidencia que no existe
desabastecimiento de agua potable para la población actual, es importante resaltar que la
reserva San Martín de Veranillo aún no se encuentra en funcionamiento.
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
Maldonado
Piscín
Saboya
El Carmen
San José de Tapi
Yaruquíes
Recreo
Tratamiento
San Martín de Veranillo
Volumen (m3)
Reservas
Volumen total de diseño futuro [m3] Volumen total de diseño actual [m3]
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Novasinergia 2025, 8(2), 32-55. https://doi.org/10.37135/ns.01.16.02 http://novasinergia.unach.edu.ec
Tabla 7. Análisis comparativo de volúmenes de almacenamiento existentes vs volúmenes de diseño.
Reserva
Volumen
existente [m3]
Volumen de diseño
población actual [m3]
Cumple
[Si/No]
Volumen de diseño
población futura [m3]
Cumple
[Si/No]
Maldonado
5000
4139
SI
5319
NO
Piscín
2000
1574
SI
2444
NO
Saboya
7000
5534
SI
7237
NO
El Carmen
3500
2396
SI
3599
NO
San José de Tapi
2000
1491
SI
2607
NO
Yaruquíes
1000
535
SI
830
SI
Recreo
1500
1074
SI
1814
NO
Tratamiento
1000
457
SI
775
SI
San Martín de Veranillo
4000
3188
SI
4247
NO
4. Discusión
Una gestión eficiente de los recursos hídricos requiere una infraestructura moderna
para asegurar un suministro permanente y minimizar su desperdicio. Sin embargo, enfrenta
diversos desafíos, como el envejecimiento de sistemas que comprometen la eficiencia del
sistema y contribuyen al aumento de pérdidas significativas de agua [11]. La falta de un
control eficiente en el sistema de bombeo actual hace que el desperdicio de agua sea
inevitable [12]. Los tanques de reserva del cantón Riobamba evidencia la necesidad de
implementar sistemas de control automatizados que permitan ajustar en tiempo real la
distribución de agua potable en función de la variación de la demanda de la población y
garantizar el proceso de renovación en los tanques de almacenamiento. Es necesario
implementar un sistema automatizado de control y monitoreo para tanques de agua,
diseñado para gestionar el nivel de llenado y optimizar el consumo energético según las
necesidades específicas del abastecimiento de agua potable [13].
Los resultados obtenidos indican que, en la actualidad, el cantón Riobamba no enfrenta un
desabastecimiento generalizado de agua potable. Las redes de distribución Maldonado,
Piscín, Saboya. Si bien se observa que no existe un desabastecimiento general para la
población actual, es crucial destacar que la reserva San Martín de Veranillo aún no está en
funcionamiento. Esta red, requiere un volumen de almacenamiento de 3188 m³, está siendo
abastecida actualmente por la reserva Maldonado. Esta situación genera un déficit de agua
potable en ambas redes, evidenciando que la reserva Maldonado no tiene la capacidad para
cubrir simultáneamente la demanda de ambas.
Se evidenció una notable diferencia entre la capacidad de almacenamiento y los volúmenes
de regulación necesarios para las redes de distribución de Yaruquíes y Tratamiento,
respectivamente. Esta situación se asoció directamente con un número reducido de
acometidas en ambas zonas, lo que también indicó una baja densidad de habitantes.
Adicionalmente, los coeficientes de consumo máximo horario fueron relativamente
pequeños y se encontraron dentro de los rangos establecidos por [7] con la excepción de la
red Yaruquíes, que registró un único valor fuera de este rango a las 07h00, de 2.4. El análisis
comparativo entre las redes Yaruquíes y Tratamiento con las otras siete redes del cantón
reveló una clara tendencia: un mayor número de acometidas se correlacionó con mayores
Novasinergia 2025, 8(2), 32-55 51
Novasinergia 2025, 8(2), 32-55. https://doi.org/10.37135/ns.01.16.02 http://novasinergia.unach.edu.ec
volúmenes de regulación. Esto recalcó que los factores socioculturales, las fuentes
económicas y la demografía influyeron en el dimensionamiento de los volúmenes de
regulación, ya que los Kh de las otras redes fueron altos y sobrepasaron los parámetros
establecidos por la norma, obteniendo así grandes volúmenes de regulación.
Las proyecciones realizadas mostraron un escenario preocupante para el año 2039, donde
se proyectó desabastecimiento en siete de las nueve reservas de agua potable del cantón,
dado que el volumen que requerirá la población será mayor que la capacidad de
almacenamiento. Para hacer frente a esta problemática a largo plazo, fue necesario plantear
una serie de acciones necesarias, tales como: actualizar el plan maestro de agua potable,
fortalecer y mejorar la infraestructura existente del sistema de distribución, implementar
nuevas reservas, buscar otras fuentes de captación, optimizar la gestión hídrica y disminuir
las pérdidas en las redes de distribución. Se proyectó que, para el 2039, las redes de
distribución Maldonado, Piscín, Saboya, El Carmen, San José de Tapi, Yaruquíes, El Recreo,
Tratamiento y San Martín de Veranillo requerirían volúmenes de almacenamiento,
respectivamente. Esto generaría déficits de 319 m³ en la red Maldonado, 444 m³ en la red
Piscín, 237 m³ en la red Saboya, 99 m³ en la red El Carmen, 607 m³ en la red San José de Tapi,
314 m³ en la red El Recreo y 247 m³ en la red San Martín de Veranillo. Para obtener un
almacenamiento de agua a largo plazo, se logra con un equilibrio entre el suministro
disponible y las extracciones realizadas. Este balance es crucial para evitar la
sobreexplotación de los recursos hídricos, garantizando su disponibilidad tanto para las
necesidades actuales como para las futuras generaciones [14].
[8] realizaron un estudio del consumo máximo horario en cuatro redes de distribución del
cantón Riobamba. Los resultados indicaron que el pico de consumo se registra a las 07h00
en las redes: Maldonado; Piscín y Saboya, y a las 06h00 en la red de San Martin de Veranillo.
El análisis de los niveles de llenado de estos tanques de reserva indica una disminución
significativa durante las horas pico, especialmente en la reserva Maldonado que abastece a
dos redes de distribución simultáneamente. Esta reserva experimento una reducción de
hasta el 60% de su capacidad, evidenciando la alta demanda y vulnerabilidad del sistema
durante estos periodos de tiempo.
El estudio realizado por [9] en el cantón Riobamba sobre consumo horario residencial de
agua potable, identifico que los picos de demanda se concentran en tres intervalos de
tiempo: de 06h00 a 09h00, de 11h00 a 14h00 y de 18h00 a 21h00, en las redes de distribución
de Tratamiento, San José de Tapi, El Recreo, El Carmen y Yaruquíes. Durante dichos
periodos, se observa en las gráficas de niveles de llenado medio una reducción significativa
en la capacidad de almacenamiento de los tanques de reserva. Para garantizar un suministro
continuo en las horas de mayor demanda, los operadores implementan estrategias de
reserva, cerrando las válvulas de salida durante los periodos de menor consumo, esto
permite acumular el volumen necesario para cubrir las solicitaciones de mayor consumo. Se
considera el cierre de válvulas debido a fugas de fondo que podrían presentar las redes de
distribución [15].
La relación entre el coeficiente de consumo máximo horario (Kh) y los volúmenes de
almacenamiento es directa y significativa: las redes con Kh elevados, que indican picos de
consumo intensos, requieren volúmenes de almacenamiento sustanciales para garantizar el
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suministro durante las horas de máxima demanda, como se observa en redes como
Maldonado, Saboya, El Carmen y San Martín de Veranillo; por el contrario, redes con Kh
bajos, como la red de Tratamiento, presentan volúmenes de almacenamiento menores
debido a picos de consumo menos pronunciados. Por lo tanto, el diseño eficiente y confiable
de los sistemas de agua potable demanda una consideración simultánea del Kh y el volumen
de almacenamiento, asegurando así la capacidad de respuesta ante las variaciones en la
demanda.
La presencia de volúmenes residuales al finalizar el ciclo operativo indica un desajuste entre
la demanda y la capacidad de almacenamiento. Atribuible a patrones de la demanda
estocásticos vinculados directamente a los hábitos poblacionales [16]. Las disparidades en
el acceso a servicios indispensables como el agua continúan siendo uno de los principales
obstáculos para transformar los asentamientos informales urbanos en áreas más inclusivas
y seguras para el desarrollo de la calidad de vida de sus habitantes [17]. El estudio realizado
por Llanos [18], subraya la importancia de determinar los coeficientes reales de variación en
el consumo de agua potable. Este conocimiento es crucial para optimizar la distribución del
recurso hídrico, permitiendo un abastecimiento equitativo que priorice áreas periurbanas y
nuevos asentamientos. Sin embargo, la confiabilidad de las ecuaciones (8) a (13) descritas en
la metodología provenientes de [7], utilizadas para calcular los volúmenes de
almacenamiento, es cuestionable debido a su posible desactualización. Esta discrepancia
podría explicar por qué los volúmenes de almacenamiento actuales no satisfacen la
demanda real.
La calidad de agua se ve influenciada significativamente por factores críticos como: la
proliferación de algas (identificables por pigmentos como los carotenoides y clorofila); la
acumulación de sedimentos en suspensión (asociados a parámetros de turbidez); la
colonización de microorganismos patógenos (bacterias, virus) y concentración de sustancias
orgánicas [19]. Las gráficas de niveles de llenado medio destacan la presencia de volúmenes
residuales con tiempos de retención prolongados al finalizar el ciclo operativo, esto
compromete la integridad microbiológica y fisicoquímica del recurso, porque promueve la
acumulación de sedimentos, la proliferación de bacterias y la formación de biopelículas
adhesivas en las superficies internas de almacenamiento. El agua contaminada representa
una amenaza directa a la salud pública, al facilitar la transmisión de patógenos o
enfermedades [20]. El riesgo de contaminación se incrementa exponencialmente en países
en desarrollo debido a: ausencias de normativas, escasa atención al monitoreo de la calidad
de agua, infraestructura obsoleta y limitaciones presupuestarias [21]. Dado que la entidad
encargada realiza la operación y el mantenimiento de las reservas cada seis meses, es crucial
analizar la calidad de las redes de distribución. Un indicador clave para este análisis es la
presencia de tanques que no se vacían por completo.
5. Conclusiones
Los coeficientes de consumo máximo horario (Kh) desempeñan un papel importante
en el diseño de tanques de reserva de agua potable, que ayudan a garantizar la eficiencia y
sostenibilidad de este recurso hídrico. Estos coeficientes representan la demanda máxima
horaria de agua potable, que está estrechamente relacionado con las costumbres, hábitos,
Novasinergia 2025, 8(2), 32-55 53
Novasinergia 2025, 8(2), 32-55. https://doi.org/10.37135/ns.01.16.02 http://novasinergia.unach.edu.ec
actividades económicas y la demografía de la zona de estudio. Es importante destacar que
los resultados obtenidos muestran que las redes de distribución que registran Kh por encima
de los parámetros que establece [7] requieren un volumen de almacenamiento mayor en
comparación a las redes que si se encuentran dentro de los parámetros que indica la
normativa. Sin embargo, también es importante considerar el número de acometidas de
cada red. En la red Yaruquíes se evidencia que a pesar de registrar Kh fuera de los rangos
recomendados por la normativa, requiere un volumen menor en comparación a la red El
Recreo que si cumple con los parámetros establecidos, esta diferencia se atribuye al menor
número de conexiones domiciliarias en la red Yaruquíes, que sugiere una menor demanda
per cápita.
Los niveles de llenado medio de los tanques de almacenamiento de las nueve reservas
muestran que la fluctuación está directamente asociada al patrón de consumo de agua
potable de la población. También se evidencia que las reservas de agua potable mantienen
niveles por encima del 50% de su capacidad en el transcurso del día, está situación indica
un desajuste entre la demanda real y la capacidad de almacenamiento. Una gestión hídrica
más eficiente va a permitir distribuir este recurso a las redes que presentan déficit de agua
potable e incluso llegar a las zonas donde no existe cobertura de este servicio vital.
Los resultados obtenidos al comparar los volúmenes de diseño en función a los Kh con el
volumen actual de almacenamiento evidencian el déficit de agua potable que tiene el cantón
de Riobamba, específicamente en dos redes de distribución: Maldonado y San Martín de
Veranillo. La demanda diaria estimada para la red de distribución Maldonado es de 4139
m3, mientras que su capacidad de almacenamiento es de 5000 m3, en tal virtud esta reserva
si cubre la demanda de la población actual. Sin embargo, es preciso considerar que esta
reserva también abastece a la red de distribución San Martín de Veranillo que su demanda
diaria estimada es de 3188 m3. Por lo tanto, la demanda total que debe cubrir está reserva es
de 7327 m3, frente a su capacidad limitada de 5000 m3 va a generar déficit de 2327 m3 y en
consecuencia desabastecimiento de agua potable para el cantón. El inicio de operaciones de
la reserva San Martín de Veranillo permitirá optimizar significativamente la distribución de
agua potable, ya que cada red contará con un suministro autónomo de abastecimiento,
disminuyendo el déficit de agua potable del cantón en la actualidad.
La presente investigación subraya la urgencia de implementar una planificación estratégica
a largo plazo para la gestión sostenible de los recursos hídricos en el cantón. Las
proyecciones indicaron un posible desabastecimiento de agua potable para el año 2039, con
un déficit crítico en 7 de las 9 reservas de almacenamiento, lo que comprometería la
satisfacción de la demanda poblacional futura. Ante la proyección de desabastecimiento de
agua potable para 2039 y el déficit crítico en las reservas de almacenamiento en Riobamba,
esta investigación recomienda enfáticamente la implementación inmediata de medidas de
gestión a corto plazo. Estas incluyen: la optimización de la infraestructura existente para
minimizar pérdidas por fugas, la gestión de la demanda a través de programas de
concientización y la promoción de dispositivos ahorradores, la protección de cuencas
hidrográficas mediante la conservación de ecosistemas, la inversión en tecnología de
monitoreo y control para una gestión eficiente, y la creación de un plan de gestión integral
con la participación activa de todos los actores relevantes. Además, se sugiere el fomento de
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Novasinergia 2025, 8(2), 32-55. https://doi.org/10.37135/ns.01.16.02 http://novasinergia.unach.edu.ec
la investigación para desarrollar estrategias innovadoras en la gestión del agua. La
implementación de estas medidas, junto con una planificación estratégica a largo plazo,
permitirá mitigar el riesgo de desabastecimiento y asegurar la sostenibilidad hídrica en
Riobamba.
Contribución de los Autores
Conceptualización, M.G.Z.; metodología, M.G.Z. y C.I.; validación, C.M.; análisis
formal, B.S.; investigación, M.G.Z. y B.S.; curación de datos, B.S.; redacción—preparación
del borrador original, M.G.Z. y B.S.; redacción—revisión y edición, C.I. y C.M.; supervisión,
M.G.Z. y C.I. Todos los autores han leído y aprobado la versión publicada del manuscrito.
Conflicto de Interés
Los autores manifiestan que no existe ningún tipo de conflicto de interés, ya sea,
financiero, personal o académico, que pueda influir en los resultados y conclusiones de este
estudio.
Declaración sobre el uso de Inteligencia Artificial Generativa
En la preparación de este artículo, se utilizó Gemini para corrección gramatical y de
signos de puntuación. Todo el contenido fue revisado y aprobado por los autores.
Referencias
[1] S. E. Martinez, O. Escolero, y L. Wolf, “Total Urban Water Cycle Models in Semiarid Environments-
Quantitative Scenario Analysis at the Area of San Luis Potosi, Mexico”, Water Resources Management,
vol. 25, núm. 1, pp. 239–263, ene. 2011, doi: https://doi.org/10.1007/s11269-010-9697-6.
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