Instalaciones Hidrosanitarias Unidad I

Sistemas de abastecimiento de agua

Fernando Alejnadre Avalos (2010)

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Sistemas de  Sistemas de abastecimiento La fuente de agua determina  comúnmente la naturaleza de  l las obras de colección,  b d l ió purificación, conducción y  distribución

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Sistemas de abastecimiento Sistemas de abastecimiento • El principal problema que se presenta en el  abastecimiento de agua es la relación que debe existir abastecimiento de agua es la relación que debe existir  entre la oferta y la demanda. Comúnmente, la oferta ha  sido siempre inferior a la demanda. Por ello, el  abastecimiento debe plantear una solución en el sentido  d d de identificar con precisión las fuentes de las que es  f ó l f d l posible disponer, los costos que genera traer el agua de las  fuentes detectadas y las opciones que existan para  purificar el agua traída purificar el agua traída. • Por lo tanto es tarea del proyectista convertir los objetivos  t ói teóricos (diponibilidad, cantidad, calidad y confiabilidad)  (di ibilid d tid d lid d fi bilid d) en un diseño real y económico, tomando en cuenta las  circunstancias y recursos locales.

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• Los componentes que integran los sistemas de abastecimiento de agua ya sea para los grandes conglomerados urbanos b como para las l pequeñas ñ comunidades rurales tienen las mismas funciones: captar, captar conducir, conducir tratar y distribuir el agua.

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Fuentes de abastecimiento La fuente de abastecimiento debe proporcionar el gasto máximo diario requerido por las necesidades futuras, tomando en cuenta los periodos de d ñ diseño indicados. d d Deben b efectuarse f análisis físicos, químicos y bacteriológicos para garantizar la calidad del agua o en su caso determinar el proceso de potabilización adecuado Fernando Alejnadre Avalos (2010)

Fuentes de abastecimiento

La distribución espacial y temporal del agua es producto de los mecanismos del Ciclo Hidrológico, dando origen a las fuentes que aprovecha el hombre para su desarrollo.

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El agua se encuentra disponible en la naturaleza en dos tipos de fuentes: C Convencionales i l Agua superficial A Agua subterránea bt á

No convencionales No convencionales Agua atmosférica Agua de mar Agua de mar Agua residual

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Fuentes convencionales Las dos principales fuentes de agua potable son: las superficiales y las subterráneas. Las aguas g superficiales p incluyen y ríos, lagos g y acuíferos someros, siempre se encuentran disponibles, son visibles y accesibles; y si su contaminación es natural, esta se puede remover con facilidad. Están sujetas a contaminación por parte del hombre y sus actividades diarias Estas aguas se deben proteger para evitar que diarias. sean un medio de transporte de agentes causantes de enfermedades. Fernando Alejnadre Avalos (2010)

F Fuentes convencionales t i l El agua subterránea: Son las aguas que se filtran en el terreno. Generalmente su calidad es mejor que la de las superficiales, ya que el agua al ir pasando d por las l diferentes dif t capas de d la l tierra ti se va filtrando, haciéndose más pura y libre de materia orgánica y bacterias. bacterias Inlcuye pozos, pozos galerías, galerías manantiales etc. Estas son muy importante, sobre todo en zonas áridas,, yya q que es p prácticamente la única fuente de abastecimiento de agua potable, y se debe tener cuidado en no sobre explotarla ya que es un recurso no renovable. Fernando Alejnadre Avalos (2010)

• Una Una vez detectadas las fuentes deberá evaluarse  vez detectadas las fuentes deberá evaluarse técnica y económicamente las opciones más  convenientes de acuerdo con la demanda de que  q se trate. • En el caso de las fuentes superficiales fuentes superficiales el costo  suele ser menor que en las subterráneas subterráneas, debido  a que la construcción de pozos y la extracción del  líquido en éstas aumentan los costos de  abastecimiento y operación. b t i i t ió

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Captación Las obras de captación, son obras civiles y equipos electromecánicos que se utilizan utili an para reunir y disponer adecuadamente el agua de la fuente de abastecimiento, ya sea superficial o subterránea. N Normalmente l t se incorpora i a la l línea lí d conducción. de d ió

Líneas de conducción Se denomina línea de conducción a la parte del sistema constituida por el conjunto de conductos, estructuras de operación, de protección y accesorios especiales destinados a transportar el agua desde el lugar de la captación hasta el sitio de entrega. La línea de conducción es la parte del sistema que transporta el ag a desde el sitio de la captación agua captación, hasta unn tanq tanquee de regulación o una planta potabilizadora. Fernando Alejnadre Avalos (2010)

Potabilización Se refiere a los procesos empleados para modificar favorablemente la calidad del agua de manera que sea apta para consumo humano. humano Abarca una serie de procesos y operaciones unitarias denominadas en su conjunto “tren de tratamiento”. La obra de ingeniería que constituye las unidades necesarias para producir el agua potable se denomina “planta potabilizadora”.

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Almacenamiento  y regulación Las estructuras de almacenamiento y regulación son las obras civiles y electromecánicas que permiten recibir, almacenar y/o regular el agua de d conducción d ió para incorporarla a la red de distribución Generalmente estas distribución. estructuras son tanques elevados o tanques q superficiales. p Fernando Alejnadre Avalos (2010)

Distribución Los sistemas de distribución permiten entregar el agua a los consumidores cuando y donde se requiera, en la calidad, cantidad y con presión adecuadas. Los Sistemas de Distribución incluyen: bombas, bombas tuberías, válvulas de regulación, tomas domiciliarias, líneas principales y medidores.

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Características del Abastecimiento Características del Abastecimiento Condiciones específicas (de la localidad)  Tamaño de la población, densidad o dispersión de las viviendas en la localidad.  Condiciones socioeconómicas. socioeconómicas  Nivel de servicio existente en la localidad.  Condiciones topográficas, meteorológicas e hidrológicas que prevalecen en el área del proyecto.  Restricciones locales l l de d planeación l ó (participación ( ó de la comunidad, requerimientos institucionales, ) etc.). Fernando Alejnadre Avalos (2010)

Características del Abastecimiento Características del Abastecimiento Continua  Criterios locales de diseño (calidad del agua, dotación por habitante, distancias máximas, coeficientes de variación de la demanda presión mínima, demanda, mínima etc.). etc )  Normas locales de diseño (dimensiones estándar de tubos, tipos y capacidad de bombas, etc.).  Materiales de construcción disponibles en la región.  Infraestructura y fuentes de energía disponibles en la región.  Capacidad de fabricantes locales y de distribución de equipos.

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Redes de distribución Una red de distribución (red) es el conjunto de tuberías accesorios y estructuras que conducen el tuberías, agua desde tanques de servicio o de distribución hasta las tomas domiciliarias o hidrantes públicos; con el fin de proporcionar agua a los usuarios para consumo doméstico, público, comercial, industrial y para condiciones extraordinarias como el extinguir incendios. proporcionar p este servicio todo el La red debe p tiempo, en cantidad suficiente, con la calidad requerida y a una presión adecuada. Fernando Alejnadre Avalos (2010)

Componentes de una red • Tuberías • Piezas especiales • Válvulas – Aislamiento o seccionamiento Aislamiento o seccionamiento – Control • Hidrantes • Tanques de distribución • Tomas domiciliarias • Rebombeos • Cajas rompedoras de presión Fernando Alejnadre Avalos (2010)

Esquema del recorrido del agua

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Fuentes de abastecimiento a) b) c)) d) e) f) g)

Pozos Galerías filtrantes Manantiales i l Agua de Mar Presas Agua pluvial Agua pluvial Otros Fernando Alejnadre Avalos (2010) Material Recopilado por Arq. Hugo César Tarelo Barba

Pozos •

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•

•

Un pozo es un orificio o túnel vertical perforado en la tierra, hasta una  profundidad suficiente para alcanzar lo que se busca normalmente una profundidad suficiente para alcanzar lo que se busca, normalmente una  reserva de agua subterránea (originalmente) del nivel freático o materias  como el petróleo (pozo petrolífero). Generalmente de forma cilíndrica, se  suele tomar la precaución de asegurar sus paredes con piedra, cemento o  madera para evitar su derrumbe madera para evitar su derrumbe. Los pozos tradicionales para buscar agua están en los patios de las casas y  tienen un brocal (pared que sobresale del nivel del suelo hasta una altura  suficiente para que nadie caiga al interior), un cigüeño o una polea para  subir el cubo y una tapadera para evitar que caiga suciedad al interior. b l b d d d l En las ciudades el nivel freático puede estar contaminado por filtración de  aguas residuales, por lo que su agua se utilizará para jardinería, baldear  p , g , p q ,y p los pisos, fregar, etc. en vez de para beber. Lo que normalmente, y siempre  que se podía, se hacía de la fuente. Los restos más antiguos de un pozo datan del siglo XII a. C. y proceden de  Persia desde donde se extendieron por todo el mundo.

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A fuentes de abastecimiento

Galerías filtrantes Galerías filtrantes •

•

•

La galería filtrante o galería de captación es una galería subterránea construida  para alcanzar un acuífero cuya estructura permeable esta diseñada con la finalidad para alcanzar un acuífero cuya estructura permeable esta diseñada con la finalidad  de captar las aguas subterráneas. A diferencia de los pozos, que se construyen con  la misma finalidad, la galería filtrante es aproximadamente horizontal. La galería  puede terminar en una cámara de captación donde generalmente se instalan las  p g g bombas hidráulicas para extraer el agua acumulada. En otros casos la galería  puede tener una finalidad mixta de captación y conducción prolongandose directamente o mediante obras auxiliares (acueductos, canalizaciones) hasta el  lugar donde se va a aprovechar el agua (p.e. fuentes) Las galerías filtrantes modernas frecuentemente son más semejantes a un dren. Es  d i decir, están constituidas por un tubo perforado, enterrando y rodeado de un  á i id b f d d d d d estrato filtrante. Se utilizan también al interior del cauce de un río, paralelo a éste.  El agua captada se conduce a una cámara desde la cual es bombeada. Este sistema de captación fue empleado con asiduidad por los romanos, que  dejaron abundantes muestras del mismo en la zona de Mérida (Rabo de Buey el dejaron abundantes muestras del mismo en la zona de Mérida (Rabo de Buey, el  Borbollón) y fuera de ella.

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Galerías filtrantes Galerías filtrantes

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A fuentes de abastecimiento

Manantiales Los manantiales, la fuente de agua más pura del planeta ¿Qué son los manantiales? En términos generales, puede decirse que son nacimientos o brotes naturales de  aguas subterráneas. Más precisamente, se trata de puntos o zonas de un  t terreno en los que una cantidad apreciable de agua fluye a la superficie de  l tid d i bl d fl l fi i d modo natural, procedente de un acuífero o depósito subterráneo. O sea  que son vertedores o desagües por los que emerge la recarga recibida por  el acuífero que se encuentra bajo ellos. • Cuando el flujo natural de aguas subterráneas o provenientes de partes  más profundas del interior del planeta (aguas fósiles) aparece en la más profundas del interior del planeta (aguas fósiles) aparece en la  superficie de los continentes, se forman los manantiales; pero cuando ese  flujo hídrico llega a cursos de agua se une a ellos. También puede formar  lagunas o lagos.

Figura 1. Manantial de Chapultepec, en Patzcuaro Michoacán, Patzcuaro, Michoacán México México.

•

Su origen puede ser atmosférico (caso del agua de lluvia que se filtra en la tierra y surge en otro lugar de menor  altitud) o ígneo (por lo cual nacen manantiales de agua caliente y géiseres). l d) í ( l l l d l é )

•

Los manantiales se pueden clasificar de acuerdo con varios criterios: 

•

Según el tipo de surgimiento de las aguas: a) rocosos, o sea los que brotan entre rocas basales; b) de vertedero o  Según el tipo de surgimiento de las aguas: a) rocosos, o sea los que brotan entre rocas basales; b) de vertedero o "vertientes", cuando el lugar de la salida original de las aguas queda obturado por rocas de desprendimiento que la  obligan a brotar en la superficie por un conducto situado generalmente en la parte inferior de la ladera.

•

Por otra parte, según la dirección del curso que las aguas subterráneas siguen antes de su salida al exterior, se  dividen en a) descendentes o de derrame, cuando los valles están situados bajo el nivel de las aguas subterráneas, y dividen en a) descendentes o de derrame, cuando los valles están situados bajo el nivel de las aguas subterráneas, y  b) ascendentes, cuando las aguas manan por presión hidrostática. Fernando Alejnadre Avalos (2010) Material Recopilado por Arq. Hugo César Tarelo Barba

Manantiales

• •

•

•

Figura 2. Distintas clases de manantiales, según el tipo de su surgimiento. Además, según su formación se dividen en a) manantiales de estratos, los cuales se forman entre capas impermeables; b) de desborde,  cuando se localizan en el borde de capas impermeables, formando una hondonada de la cual surgen las aguas, y c) de turbación o de  falla, que es cuando las aguas se acumulan y ascienden por fallas o fracturas en que coinciden capas permeables con capas  impermeables. Por último, de acuerdo con la periodicidad de salida de sus aguas se diferencian en a) manantiales perennes, pues su flujo es continuo,  o b) episódicos, periódicos o intermitentes, si es que fluyen normalmente en tiempos cortos, de manera más o menos regular, como lo  hacen por ejemplo los géiseres. Ahora bien en el año 2001 el señor Julián Orbanejo informó por la Internet que la oceanógrafa Débora Kelley de la Universidad de Ahora bien, en el año 2001 el señor Julián Orbanejo informó por la Internet que la oceanógrafa Débora Kelley, de la Universidad de  Washington, había descubierto una nueva clase de manantiales de origen no volcánico, producto de un reacción química entre las  aguas del Atlántico que bañan los mantos rocosos de un punto llamado "Ciudad perdida". En la reacción se forman gases como metano  e hidrógeno, y se genera calor que contribuye a la formación de los manantiales. Además de que el material que se produce en ellos es  de carbonita de color claro, común en las cavernas, los géiseres que emiten pueden alcanzar alturas de más de 50 metros, siendo que  los hasta ahora conocidos alcanzan nada más entre los 18 y los 24 metros. Según el informante, la importancia de este descubrimiento  alcanzará no solo a los oceanógrafos y a los geólogos, sino a los biólogos y a los microbiólogos. l á l l ó f l ól i l biól l i biól

http://www.imta.mx/index.php?option=com_content&view=article&id=176:los-manantiales-la-fuente-de-agua-mas-puradel-planeta&catid=52:enciclopedia-del-agua&Itemid=80 Fernando Alejnadre Avalos (2010)

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A fuentes de abastecimiento

Agua de mar Agua de mar Más del 70 por ciento de la Tierra está ocupado por agua. Pero el agua de mar no es agua pura, sino que contiene ciertas cantidades otras materias, bien disueltas, bien en  suspensión. La composición química del agua del mar es descrita a menudo en trabajos que parecen escritos por alquimistas que, dejándose arrastrar por su  imaginación, la describen compuesta por toneladas de metales preciosos.  Es cierto que el mar contiene, diseminados en el seno de sus aguas, algunos de esos metales, pero su extracción, a escala industrial y económica, a pesar de los repetidos  ensayos hechos en muchos lugares, no es rentable.  Sin embargo, si estos metales no son, por el momento, aprovechados por el hombre, la sal que el océano contiene, sabor que pueden apreciar todos los que la prueban, ha  sido altamente utilizada a través de la historia, por lo que su valor es infinitamente superior al que podrían tener los metales.  Aunque la salinidad y la composición química varia de un mar a otro ‐lo que comporta cambios de densidad así como otros parámetros físicos y químicos‐ anotamos aquí la  composición química media aproximada de 1 litro de agua de mar:

•

Componente

Cantidad Unidades

•

Cloruro de sodio

24 0 24,0

gramos

•

Cloruro de magnesio

5,0

gramos

•

Sulfato neutro de sodio

4,0

gramos

•

Cloruro de calcio

1,1

gramos

•

Cloruro de potasio

0,7

gramos

•

Bicarbonato de sodio

0,2

gramos

•

Bromuro de sodio

0,096

gramos

•

Ácido bórico

0,026

gramos

•

Cloruro de estroncio

0,024

gramos

•

Fl Fluoruro d de sodio di

0 003 0,003

gramos

•

Agua destilada

1.000

mililitros •

(Salinidad aproximada 34.5% - pH 7.9-8.3)

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Agua de mar Agua de mar

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A fuentes de abastecimiento

Presas •

EEn ingeniería se denomina presa o represa a una barrera fabricada con piedra, hormigón o  i i í d i b f bi d i d h i ó materiales sueltos, que se construye habitualmente en una cerrada o desfiladero sobre un río  o arroyo[1] con la finalidad de embalsar el agua en el cauce fluvial para su posterior  aprovechamiento en abastecimiento o regadío, para elevar su nivel con el objetivo de  d i l derivarla a canalizaciones de riego, o para la producción de energía mecánica al transformar  li i d i l d ió d í á i lt f la energía potencial del almacenamiento en energía cinética, y ésta nuevamente en mecánica  al accionar la fuerza del agua un elemento móvil. La energía mecánica puede aprovecharse  directamente, como en los antiguos molinos, o de forma indirecta para producir energía  eléctrica, como se hace en las centrales hidroeléctricas. lé t i h l t l hid lé t i

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A fuentes de abastecimiento

Agua pluvial Agua pluvial La lluvia (del lat. pluvĭa) es un fenómeno atmosférico de tipo acuático que se inicia con la condensación del vapor de agua  contenido en las nubes. contenido en las nubes. Según la definición oficial de la Organización Meteorológica Mundial, la lluvia es la precipitación de partículas líquidas de agua de  diámetro mayor de 0,5 mm o de gotas menores, pero muy dispersas. Si no alcanza la superficie terrestre, no sería lluvia sino  virga y si el diámetro es menor sería llovizna.[1] La lluvia se mide en milímetros al año, menos de 200 son insuficientes,  entre 200 y 500 son escasas, entre 500 y 1.000 son suficientes, entre 1.000 y 2.000 son abundantes y más de 2.000 son  excesivas. La lluvia depende de tres factores: la presión, la temperatura y, especialmente, la radiación solar. En las últimas décadas, se ha producido un fenómeno que causa lluvias con mayor frecuencia cuando la radiación solar es menor,  es decir, por la noche. Descripción: Imagen de París en La Plaza de Europa bajo la lluvia, cuadro del pintor francés Gustave Caillebotte.La lluvia es el agua en forma de  gotas que cae del cielo y moja. Cuando éstas alcanzan un diámetro superior a los 0,5 mm, caen a la tierra por la gravedad a  una velocidad superior a los 3 m/s. En estos momentos, se produce la lluvia. El agua puede volver a la tierra, además, en forma de nieve o de granizo. Dependiendo de la superficie contra la que choque, el  sonido que producirá será diferente.

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Agua pluvial Agua pluvial • Agua pluvial, sistema de recuperación. El sistema consiste en los siguientes componentes: 1. Superficie captadora 2. Tubería de bajada de aguas pluviales 3. Filtros 4. Cisterna captadora 5. Alimentación auxiliar 6. Sistema de bombeo 7 Tubería de distribución 7. Tubería de distribución

1. La superficie captadora determina la cosecha posible. Entre  mas grande mejor!  Generalmente se utiliza la azotea de su casa.  2. La tubería de bajada de aguas pluviales está dimensionada  según las reglas técnicas y no difiere del sistema tradicional 3. El componente mas importante en el sistema es el filtro. Tienen que ‐retener las partículas orgánicas y minerales contenidas debido a la contaminación de la superficie captadora ‐ funcionar de manera auto purgante, es decir que no deben de requerir mayor mantenimiento y limpieza ‐ no deben de contaminar el agua ‐ se construyen de material no degradable (acero inoxidable) 4. La cisterna es similar a una cisterna de agua potable con tres diferencias constructivas: ‐Debe de recibir agua de la cisterna de agua potable cuando no hay suficiente precipitación (5) ‐Debe de tener una salida de seguridad, que permite filtrar exceso de agua a la canalización o al cielo libre ‐Debe de tener la salida flotante abajo de la superficie para evitar la succión de sedimentos ni partículas flotantes El cálculo del tamaño de la cisterna se realiza a base de los datos estadísticos de precipitación pluvial para el lugar y considerando el ahorro  requerido. 5. véase pto. 4. 6. Sistema de bombeo: Se puede utilizar un sistema hidroneumático o un sistema tradicional de gravedad (Tinaco).  7. La tubería de distribución no difiere de un sistema convencional, conocido e instalado por cualquier plomero. Fernando Alejnadre Avalos (2010) Material Recopilado por Arq. Hugo César Tarelo Barba

Agua pluvial Agua pluvial El filtro:  En el diseño del filtro se debe de considerar las condiciones climáticas regionales. La característica para uso en México exige  principalmente una gran capacidad para poder filtrar mucha precipitación en poco tiempo. Así se usa generalmente un filtro  de malla de acero inoxidable. La apertura libre del filtro puede ser de 150um, pero preferimos un material de 300um para  asegurar el caudal necesario en poco volumen constructivo. Generalmente se construye un registro de filtro para cada  bajada de agua pluvial bajada de agua pluvial.  El filtro se construye en forma de registro y sirve para  ‐ separar los sólidos del agua ‐ dirigir los sólidos y exceso de agua al drenaje ‐ Auto limpiar los poros de la malla  Ejemplo constructivo: 

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A fuentes de abastecimiento

Datos técnicos y explicativos Saturnismo

S d Se denomina i saturnismo t i o plumbosis l b i all envenenamiento i t que produce d ell plomo l (Pb) cuando d entra t en ell cuerpo humano. Es llamado así debido a que, en la antigüedad, los alquimistas llamaban "saturno" a dicho elemento químico. Se denomina saturnismo hídrico al que se produce a través del agua ingerida, pues el plomo, mineral inoxidable muy maleable, no confiere gusto al agua ni a los alimentos. Precipita con HCl. El nombre que recibe esta enfermedad viene del dios romano Saturno y es llamada así porque a este dios se le representa como un demente y esta enfermedad produce alucinaciones y hace que el enfermo sea muy agresivo. Previo a esto se presentan los cólicos saturninos, saturninos ya en la etapa de intoxicación. intoxicación Previa a la intoxicación existe una etapa de contaminación. Cuando el plomo entra en el organismo, las enzimas que metabolizan los aminoácidos azufrados lo transforman en sulfuro de plomo. Para detectar la presencia de plomo en la sangre, el análisis más utilizado es el llamado espectrofotometría de absorción atómica en cámara de grafito. El saturnismo genera anemia, debido a que el plomo en la sangre bloquea la síntesis de hemoglobina y altera el transporte de oxígeno a la sangre y hacia los demás órganos del cuerpo. Se cree que estas reacciones son provocadas tras la sustitución de los metales como el calcio, el hierro y el zinc por plomo dentro de las enzimas, al no ser de misma química, provoca que no cumplan debidamente las funciones enzimáticas. Es también una causa menos frecuente de hipertensión arterial secundaria. El plomo es un metal pesado neurotóxico que, cuando está presente en la sangre, circula por todo el organismo ocasionando daños neurológicos irreversibles al llegar al cerebro. Beethoven p padeció esta enfermedad,, la cual es muyy p posible q que le p provocase la sordera y agriase g su carácter.

Fernando Alejnadre Avalos (2010) Material Recopilado por Arq. Hugo César Tarelo Barba

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