GRUPO 7.pdf

DOCENTE : Ing. CORONADO ZULOETA OMAR

INTEGRANTES :

BOBADILLA GUADALUPE PEDRO FLORES PÉREZ ALEJANDRO LLATAS BAUTISTA JUNIOR D. MORI REYES DENNY VALDERRAMA MONTEZA MANUEL

20 de noviembre de 2015 INGENIERÍA CIVIL - UNPRG

DISEÑO DE OBRAS DE INGENIERÍA DE DRENAJE

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

TEMA: EL AGUA SUBTERRÁNEA Y LAS OBRAS DE CAPTACIÓN

DISEÑO DE OBRAS DE INGENIERÍA DE DRENAJE P á g i n a 2 | 52

Contenido INTRODUCCIÓN: ............................................................................................................................ 3

IMPORTANCIA DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS .......................................................................... 4

USOS Y USUARIOS DEL AGUA DISPONIBLE: ................................................................................ 4

VENTAJAS DEL AGUA SUBTERRÁNEA: ........................................................................................ 5

DESVENTAJAS DEL AGUA SUBTERRÁNEA:.................................................................................. 5

TIPOS DE RESERVAS DE AGUAS SUBTERRÁNEAS (ACUÍFEROS): ............................................... 6

INFORMACIÓN REQUERIDA PARA LA EXPLOTACIÓN DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS: ............ 8

SITUACIÓN ACTUAL EN NUESTRO PAÍS........................................................................................ 8

PLAN HIDROGEOLÓGICO NACIONAL: ......................................................................................... 10

POZOS TUBULARES. ................................................................................................................... 11

DISEÑO DE POZOS DE AGUA: ..................................................................................................... 12

CÁLCULO DEL REGIMEN DE EQUILIBRIO .................................................................................... 15

CÁLCULO EN RÉGIMEN DE NO EQUILIBRIO (DURANTE EL BOMBEO) ........................................ 17

TIPOS Y FORMAS DE POZOS TUBULARES: ................................................................................. 19

MÉTODOS DE PERFORACIÓN DE POZOS .................................................................................... 20

SISTEMAS DE CAPTACION EN POZOS TUBULARES ................................................................... 23

SISTEMA DE CAPTACIÓN (Conjunto de Bombeo). ....................................................................... 23

SISTEMA DE ÉMBOLOS O PISTÓN ACOPLADOS A UN MOLINO (BOMBEO EÓLICO) U OTRAS MÁQUINAS ACCIONADAS EN SUPERFICIE. ................................................................................. 29

3.2.- VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS SISTEMAS DE BOMBEO NEUMÁTICO: ...................... 31

POZOS A TAJO ABIERTO O TIPO NORIA: .................................................................................... 32

MÉTODOS HIDRÁULICOS MÁS UTILIZADOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO DE OBRAS DE TOMA. .. 33

TIPOS DE CAPTACIONES DE AGUAS ........................................................................................... 35

CAPTACIÓN EN POZOS PROFUNDOS .......................................................................................... 38

Pozos: .......................................................................................................................................... 43

POZOS TIPO NORIA ..................................................................................................................... 46

PARTES CONSTITUTIVAS ............................................................................................................ 46

ESTUDIOS PRELIMINARES .......................................................................................................... 47

PROSPECCIÓN ............................................................................................................................. 48

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES..................................................................................... 51

BIBLIOGRAFÍA Y LINKOGRAFÍA................................................................................................... 52




INTRODUCCIÓN:

Se consideran aguas subterráneas

aquellas que se encuentren bajo la

superficie del suelo en la zona de

saturación y en contacto directo con

ésta o con el subsuelo (parte

profunda del terreno por debajo de la

capa laborable). Se trata de un

recurso de elevada cuantía con

respecto a las aguas superficiales,

que está sufriendo procesos

acusados de contaminación

procedente de distintos orígenes.

Las aguas subterráneas constituyen

un recurso dotado de valor

estratégico y son ampliamente

utilizadas, tanto para riego como para

abastecimiento urbano e industrial, así como para fines medioambientales (al estar relacionadas con

numerosos humedales y ecosistemas hidrodependientes) por lo que deben mantener una calidad

apropiada en función del uso al que se destinen.

El agua subterránea es un recurso importante, pero de difícil gestión, por su sensibilidad a la contaminación

y a la sobreexplotación.

El agua subterránea se usa desde la antigüedad. Civilizaciones como la Mesopotámica, tenían la

concepción del uso integrado de agua superficial y agua subterránea. El acceso no era sencillo y todo se

centraba en la inspección del subálveo (la lámina de agua más cercana a la superficie). Anteriormente, las

técnicas de exploración y explotación del agua subterránea eran deficientes. Sin embargo, a mediados de

los 50, apareció la bomba de turbina y las técnicas de perforación y exploración se desarrollaron de forma

extraordinaria. Ambos avances facilitaron y abarataron los costes asociados a la explotación del recurso

subterráneo dando lugar a una “revolución silenciosa del agua subterránea” que se ha manifestado en las

regiones áridas y semiáridas mediante crecimientos locales espectaculares a corto plazo, muy dinámicos y

altamente productivos. Una de las explicaciones a la mayor rentabilidad de estos sistemas agrícolas estriba

en el hecho de que los propios productores han de asumir los costes asociados a la extracción y explotación

de las aguas subterráneas lo que les obliga a optimizar y maximizar el uso del agua y buscar cultivos

altamente competitivos.

En la actualidad existen diversos métodos para la explotación de las aguas subterráneas, sobre todo en los

estudios de sondeo que se necesitan hacer. Las posibles obras de captación para este tipo de aguas son:

Cajas de manantiales

Pozos

Galerías filtrantes

Los sistemas constructivos que hablaremos en el presente informe son los pozos; específicamente en los

pozos tubulares y pozos a tajo abierto o tipo noria.




IMPORTANCIA DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS “Las aguas subterráneas (la parte de todos los recursos hídricos que se encuentra por debajo de la

superficie de la tierra) representan más del noventa y cinco por ciento de las reservas mundiales de agua

dulce. Dadas sus ingentes reservas y su amplia distribución geográfica, su buena calidad en general y su

resistencia ante las fluctuaciones estacionales y la contaminación, las aguas subterráneas representan una

garantía de que la población mundial actual y futura contará con un abastecimiento de agua asequible y

seguro. Las aguas subterráneas son predominantemente un recurso renovable que, cuando se gestiona

adecuadamente, garantiza un abastecimiento a largo plazo que contribuya a atender las crecientes

demandas y a mitigar los impactos del cambio climático previsto. En términos generales, el desarrollo de

las aguas subterráneas requiere una inversión de capital menor que el desarrollo de las aguas superficiales

y se puede poner en práctica en un plazo de tiempo más corto.” De la Declaración de Alicante

agenda de acción resultado de

los debates celebrados en el

marco del Simposio

Internacional para el Uso

Sostenible de las Aguas

Subterráneas (ISGWAS) que

tuvo lugar en Alicante, España,

los días 23-27 enero del 2006.

El total de agua existente en

la Tierra es prácticamente

constante y la inmensa

mayoría de ella se encuentra

en los mares y océanos

(97%) el resto es la

considerada como agua dulce (3%) pese a que contiene un cierto tenor de sales en disolución (excepto el

agua atmosférica).

Si analizamos ahora la fracción de agua dulce nos encontramos que casi el 77% de la misma se encuentra

como hielo en los casquetes polares y en los glaciares. El fenómeno del calentamiento global pese que

derrite este hielo no ayuda porque la mayor parte del agua va a parar al mar.

Nos queda entonces poco más del 0,6% de toda el agua de la Tierra como agua líquida que aquí hemos

llamado disponible (8,8 Km3).

USOS Y USUARIOS DEL AGUA DISPONIBLE: Agricultura y ganadería: 71% (15% de la tierra explotada se riega y produce el 40% de los

alimentos). 20-60% del agua empleada en el riego se pierde. 10% de las tierras irrigadas se

atiende con aguas de desecho. 15.500 a 20.000 m3 para producir 1 tn de carne vacuna y entre

1.500 y 3.000m3 para producir 1 tn de cereal.

Industria: 21% (un pantalón de jean: 11 m3)

Doméstico: 6% En el mundo per cápita: 800 m3/año. El 75% de la población europea dependen

de las aguas subterráneas para el abastecimiento de agua potable.

Recreativo, calefacción, medicinal, etc.: 2%




VENTAJAS DEL AGUA SUBTERRÁNEA:

Presencia universal: En la mayoría de los lugares hay agua potable o que lo sumo requiere

desinfección.

Buena calidad natural: El contenido salino es variable con los sitios y el tiempo transcurrido desde

la infiltración. En muchos sitios el agua subterránea posee temperatura, minerales y en general un

contenido salino que la hace apetecible y saludable.

Protección natural:

Por su ubicación a varios metros por debajo de la superficie

A menudo protegida por estratos continuos de terreno de baja permeabilidad.

La infiltración se efectúa en general muy lentamente, los movimientos son laminares.

En la práctica se alumbra agua subterránea, en sitios en donde el suelo y las aguas

superficiales están fuertemente contaminados, y aun así el agua subterránea resulta

potable o de calidad aceptable para el uso deseado.

Accesibilidad: Las aguas subterráneas están en casi todas partes. La limitación para su

alumbramiento suele ser económica.

Elevada inercia química: La inercia química es la propiedad de las especies químicas de no

reaccionar químicamente. Es decir, es la poca tendencia de una especie química a reaccionar

químicamente con otras.

DESVENTAJAS DEL AGUA SUBTERRÁNEA:

No son visibles

No siempre se sabe su origen

No siempre se comprende su dinámica

Es más difícil controlar su calidad

Es más difícil regular la construcción de nuevas captaciones

Su elevada inercia química (ventaja inicial) se vuelve una desventaja cuando son contaminadas.

CONSECUENCIAS DEL USO NO SOSTENIBLE DEL AGUA SUBTERRÁNEA:

Agotamiento

Salinización creciente

Contaminación en aumento




Ciclo del agua y las presencia de aguas subterráneas

TIPOS DE RESERVAS DE AGUAS SUBTERRÁNEAS (ACUÍFEROS):

LIBRE O NO CONFINADO: Aquel en que su límite superior es la zona de saturación. Un pozo

construido para explotar un acuífero de este tipo se denomina freático. El nivel de agua dentro del

pozo coincide con el nivel de agua dentro del acuífero. Su superficie libre se encuentra a presión

atmosférica

CONFINADO O ARTESIANO: (también llamado cautivo, bajo presión). Son aquellos en los que el

agua contenida se encuentra confinada bajo una presión mayor que la atmosférica. Esta situación

se debe a que se encuentran limitados por estratos impermeables (acuíclusos). En la naturaleza

existen más que los acuíferos confinados, los semiconfinados, que se encuentran limitados por

estratos de baja permeabilidad (llamados acuitardos) pero no completamente impermeables. Son

en general artesianos y presentan intercambio vertical con los acuíferos supra o subyacentes.

NIVEL ESTÁTICO: Nivel de agua dentro del pozo cuando no se extrae agua del mismo. En el caso

de acuífero artesiano, coincide con el nivel que asume la línea piezométrica representativa de la

energía que posee el agua del acuífero en coincidencia con el emplazamiento del pozo. El nivel

estático de un pozo freático (que explota un acuífero libre) caría directamente con la intensidad de

las precipitaciones, cercanía de cuerpos superficiales de agua y cambios en la presión

barométrica.




Tipos de reservas de agua subterránea

Puede apreciarse en la figura que existen distintos tipos de capas de agua freática y que aunque en un

determinado sitio se alumbre la napa luego de atravesar un estrato arcilloso de muy baja permeabilidad la

misma no ascenderá por no ser artesiana. Esta situación de capas de agua subsuperficiales freáticas se

da con cierta frecuencia en la realidad y a menudo ocurre que siendo los estratos confinantes acuitardos,

ambos acuíferos freáticos conforman una sola unidad hidrogeológica.




INFORMACIÓN REQUERIDA PARA LA EXPLOTACIÓN DE LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS: Estudios Hidrogeológicos

Calidad del Agua

Caudal de explotación

Sondeos para determinación de caudales

Capacidad de recarga de acuífero

SITUACIÓN ACTUAL EN

NUESTRO PAÍS

No existen suficientes

estudios hidrogeológicos.

No hay control del agua

extraída de pozos.

Reservas totales medidas

de agua subterráneas en

08 valles ascienden a

9025 MMC.

Reservas totales

estimadas en todos los

valles de vertiente del

Pacífico están entre

35000 y 40000 MMC.

Se ha inventariado un

total de 27000 pozos en

costa, repartidos en

37cuencas; la mayoría de

pozos construidos a tajo

abierto (pozos cochas)

con escaso rendimiento y

para uso doméstico rural.

Sólo 22% (6167 pozos)

son tubulares, pero

muchos carecen de

equipos y un alto

porcentaje (39%) está

abandonado o inutilizado,

mientras que restantes se utilizan mayormente sólo en épocas de estiaje y sequía, por sus altos

costos de operación.




Pozos tubulares construidos en zonas áridas de costa tienen por lo general profundidades entre

40 y 100 m; nivel freático entre 10 y 30 m y caudales que se obtienen varían entre 12 y 100 l/s.

FUENTE: Autoridad Nacional del Agua

Sólo 22% (6167 pozos) son tubulares, pero muchos carecen de equipos y un alto porcentaje (39%)

está abandonado o inutilizado, mientras que restantes se utilizan mayormente sólo en épocas de

estiaje y sequía, por sus altos costos de operación.

Uso del agua subterránea en la región sierra Minería:

Fuente: Autoridad Nacional del Agua (ANA).




MARCO NORMATIVO PERUANO: Entre ellos se tienen:

Autoridad Nacional del Agua (2008)

Ley de recursos hídricos (2009)

Reglamento de Ley de Recursos Hídricos (2010)

PLAN HIDROGEOLÓGICO NACIONAL: Proyecto requiere una inversión de US$ 4 millones.

Perú está sobre "un colchón de agua“.

Mayor cantidad de reservas se encuentran en selva.

Para grandes proyectos hidráulicos en el Perú




Estudios hidrogeológicos, con finalidad de conocer capacidad actual de acuíferos

Simulación matemática de acuíferos e incidencia de recursos superficiales, para conocer niveles

freáticos, y planificar entrega futura de agua superficial al acuífero así como su explotación y

aprovechamiento del agua subterránea.

Monitoreo de calidad química del agua subterránea.

POZOS TUBULARES.

DESCRIPCIÓN:

Un pozo es una perforación vertical, en general es de forma cilíndrica y de diámetro mucho menor que la

profundidad. El agua penetra a lo largo de las paredes creando un flujo de tipo radial. Se acostumbra

clasificar a los pozos en "poco profundos o someros" y "profundos". Los pozos someros “excavados” son

aquellos que permite su explotación del agua freática y o subálvea.

El siguiente cuadro resume algunas características de los pozos artesianos y freáticos:

Tipo de acuífero ¿Cómo se encuentra

la superficie del

agua?

Tipo de pozo

Freático A presión atmosférica

(normal)

Pozo raso

Artesiano A una presión mayor que la

atmosférica Pozo artesiano o profundo

En el gráfico siguiente pueden apreciarse los tipos de acuíferos mencionados.




DISEÑO DE POZOS DE AGUA: Pasos para el diseño de pozos de agua:

Desde la posibilidad hacia la necesidad : se conocen las características hidrogeológicas de la

región y el pozo se diseña a partir del caudal requerido y luego de las dimensiones de la bomba

que se vaya a emplear, seleccionada por el Q y la AMT de diseño (requeridos o posibles).

De abajo hacia arriba: el filtro o rejilla se define, en diámetro y longitud, conociendo las

características hidrogeológicas y el Q de diseño.

Posteriormente puede completarse el diseño del pozo hacia la superficie.

SE PLANTEA LA CONSTRUCCIÓN DE UN POZO TUBULAR DE AGUA CUANDO:

1. Hay certeza de la existencia de un acuífero

Profundidades: se deben conocer las profundidades del techo y piso del acuífero. Resulta

también importante conocer el espesor de los estratos confinantes.

Tipo de acuífero: situación (presencia de estratos confinantes, material que lo constituye,

granulometría, estabilidad de las distintas formaciones, etc.).

Calidad de agua: del acuífero a explotar y de otros acuíferos supra o subyacentes que

eventualmente deban aislarse.

2. Se conocen los parámetros hidráulicos del acuífero a explotar

Transmisividad y coeficiente de almacenamiento.

O alternativamente se manejan capacidades específicas.

Resulta esencial conocer cuál será el rendimiento estimado del pozo en función de las características

hidrogeológicas mencionadas. Un parámetro manejado a menudo por los perforistas es la capacidad

Existe uno o más acuíferos

•Tipo de acuífero

•Profundidades

•Calidad de agua

Se conocen sus parámentros hidráulicos

•Transmisividad y coeficiente de almacenamiento

•O alternativamente se manejan capacidades específicas

•Nivel piezométrico estático y estimación del nivel dinámico

Dimensiones del pozo

•Caudal + elevación: elección de la bomba

•Diámetro y longitud del filtro y diseño del prefiltro

•Diámetro y longitud de ademe o camisa

FUENTE: Aguas Subterráneas. Conocimiento y Explotación- 2012- Ing. Norberto O. Bellino - Instituto de Ingeniería

Sanitaria - Facultad de Ingeniería - Universidad de Buenos Aires




específica que les permite estimar el descenso o depresión que sufrirá la perforación a partir del caudal

requerido. Este descenso está limitado por varios factores y preferentemente debe evitarse que el cono de

depresión alcance a la unidad de filtrado o rejilla, para evitar que parte de la misma, al quedar descubierta,

deje de actuar como superficie de aporte de agua a la captación.

Nivel piezométrico estático:

Permite estimar, conjuntamente con las consideraciones planteadas en el punto anterior el nivel

dinámico, parámetro fundamental para definir la bomba y los diámetros de los entubados. En

ocasiones estas medidas condicionan también las dimensiones del filtro del pozo.

Dimensiones del pozo: Se completa su definición a partir de los datos anteriores con:

Caudal + elevación: permiten la elección de la bomba

El caudal y la altura manométrica total AMT (suma de la profundidad del nivel dinámico de bombeo más

la elevación y las pérdidas de carga), permiten seleccionar la bomba. Sus dimensiones condicionan al

pozo, al establecer un diámetro mínimo (y para algunas bombas un diámetro máximo también) de la tubería

en cuyo interior se instalará el cuerpo de bomba.

El caudal estará limitado por las condiciones hidrogeológicas mencionadas y por la necesidad de preservar

a la captación y al acuífero. En general es preferible construir más de una captación y disminuir el caudal

extraído en cada una de ellas. Además así se disminuye el riesgo de una falla general del aprovisionamiento

de agua.

La altura manométrica total (AMT) en general puede conseguirse con la misma bomba instalada dentro

de la perforación, empero si la elevación es muy grande y ello obliga a incrementar la potencia y el tamaño

de la bomba puede ser conveniente que la bomba de pozo sólo haga llegar el agua a la superficie del

terreno o poco más y que luego una segunda bomba se encargue de la elevación sobre el nivel del suelo.

De esta manera puede hacerse posible además la disminución del tamaño de los entubados del pozo.

Diámetro y longitud del filtro y diseño del prefiltro

El filtro se define en función del caudal, pero también del espesor de la capa o manto del acuífero.

Los fabricantes de filtros deben informar de su superficie libre o abierta y conviene limitar la velocidad

máxima de pasaje del agua a través de las mismas, para por una parte limitar la pérdida de carga (como

vimos proporcional al cuadrado del caudal) y por el otro evitar el fenómeno de la deposición de sales (ver

Química del Agua Subterránea).

En el filtro se dan dos fenómenos contrapuestos: por un lado la corrosión que tiende a aumentar el área

libre si bien las formas irregulares no tienen la misma eficiencia a la hora de evaluar las pérdidas de carga

que las formas regulares empleadas por los fabricantes y por el otro la incrustación que actúa en el sentido

de disminuir el área libre o abierta.

Diámetro y longitud de ademe o camisa

La longitud estará definida en el caso de que deba aislarse un acuífero superior, por el perfil litológico. En

otros casos se establecerá en función del nivel dinámico de bombeo y la consecuente profundidad de

instalación del equipo de bombeo.

Para establecer el diámetro interior habrá que tener en cuenta el tamaño de las tuberías que deban

bajarse por su interior y el de la propia bomba, además del requerido para efectuar las maniobras

constructivas necesarias.




OTROS FACTORES A CONSIDERAR

Tener en cuenta la existencia de

reglamentos. En las distintas

jurisdicciones (estados,

provincias, municipios) suelen

existir reglamentos que

establecen características

constructivas o restricciones

tales como lugar de

implantación, caudal a extraer,

etc.

El uso a que se va a destinar el

agua. Por ejemplo si el agua no

se va a emplear para uso potable

es posible explotar acuíferos que

no la posean, cuidando en todos

los casos de no perturbar a los

acuíferos con agua de mejor

calidad.

Las bombas, disponibilidad de

energía y los materiales

existentes en el mercado local:

Este factor es esencial en el

diseño de un pozo. Por ejemplo

hay que verificar la existencia de

servicio técnico capacitado para

el mantenimiento y las

reparaciones que se requieran

(repuestos y mano de obra

capacitada) accesibles tanto por

la ubicación geográfica como por

los costos que impliquen.

Capacidad de la empresa que va a ejecutar los trabajos: personal y equipamiento: Siempre se

deben verificar los antecedentes de la empresa constructora, evaluando su capacidad y

nivel de cumplimiento de los compromisos asumidos.

Espacio existente en el sitio de construcción: Tanto para construir como para efectuar tareas de

mantenimiento y reparación, se necesita contar con espacio suficiente, sobre el terreno y en

elevación.

En cada paso de la decisión: LOS COSTOS: Los ingenieros no deben obviar en cada paso de sus

decisiones el factor costo. La solución a adoptar será como siempre de compromiso entre lo mejor

de la técnica y los costos tanto iniciales como de operación o explotación.




CÁLCULO DEL REGIMEN DE EQUILIBRIO Con el cálculo de este parámetro se determinará si el acuífero posee o no una recarga natural que

equilibra la extracción (explotasión del acuífero), cabe resaltar que para ello se deben de realizar

exploraciones de sondeo.

Cuando se bombea desde un acuífero en el pozo se establece el cono de depresión cuyas dimensiones

van en aumento hasta que transcurrido cierto tiempo, el bombeo continua y el cono se estabiliza, no

aumenta la depresión ni se extiende el radio de influencia.

En ese momento se ha alcanzado el equilibrio y ello se debe a que el cono de depresión interceptó un área

de recarga tal que el caudal que ingresa al acuífero compensa el caudal extraído.

La recarga se puede deber a un cuerpo de agua superficial o por haber interceptado otro acuífero. Otra

forma es que provenga del agua retenida en el estrato superior confinante. Estos si bien son de muy baja

permeabilidad al estar en contacto en una gran superficie pueden aportar un caudal considerable por

percolación vertical.

PARÁMETROS EN LA ECUACIÓN:

PERMEABILIDAD:

K=Caudal a través de una sección transversal unitaria. (

𝑚3/𝑚2 . 𝑑í𝑎 )

TRANSMISIVIDAD:

T=Caudal a travésde una sección de ancho unitario y del

espesor del acuífero es T=K*b (𝑚3/𝑚2. 𝑑í𝑎)

El gradiente hidráulico es unitario en ambos casos (m/m)




ACUÍFERO LIBRE:

Derivado de las fórmulas de Darcy y

con la hipótesis de que 𝑟1 y 𝑟2 son

los suficientemente grandes, y 𝑆1 y

𝑆2 serán despreciables frente a b

(espesor de la zona saturada). La

fórmula será:

𝑄 =2 × 𝜋 × 𝐾 × 𝑏 × (𝑆1 − 𝑆2)

ln (𝑟2𝑟1

)

La diferencia con el acuífero libre será que antes h era

una altura variable ya que el nivel de saturación en

correspondencia con el pozo desciende, pero ahora b

es un espesor constante ya que la altura de aporte no

varía (el acuífero no se vacía). Entonces la ecuación

quedará igual a la primera

𝑄 =2 × 𝜋 × 𝐾 × 𝑏 × (𝑆1 − 𝑆2)

ln (𝑟2𝑟1

)

Es decir que con un ensayo de bombeo a un caudal Q constante y con dos pozos de observación ubicados

a distancias r1 y r2 del pozo de explotación, en los que se miden, una vez alcanzado el equilibrio,

abatimientos s1 y s2 respectivamente, se puede determinar K.




CÁLCULO EN RÉGIMEN DE NO EQUILIBRIO (DURANTE EL BOMBEO) FÓRMULA DE THEIS: Con esta ecuación se puede predecir el abatimiento en cualquier momento una vez

iniciado el bombeo

𝑠 = ℎ0 − ℎ =𝑄

4𝜋 × 𝑇∫

𝑒−𝑢

𝑢𝑑𝑢

∞

𝑢

, 𝑢 =𝑟2 × 𝑆

4 × 𝑇 × 𝑡 𝑊𝑢 = ∫

𝑒−𝑢

𝑢𝑑𝑢

∞

𝑢

Donde:

u= argumento de la funcion de pozo

Wu= función de pozo (La solución de la integral que da W(u) se tabula en función de u.)

s= descenso del nivel en un punto del acuífero ubicado a distancia r del pozo (m)

ℎ0= altura piezométrica inicial (m)

h= altura piezométrica después de un tiempo de bombeo t (m)

Q= caudal constante de bombeo (m3/dia)

S= coeficiente de almacenamiento (adimensionial)

t= tiempo medido desde que se inica el bombeo a caudal de Q (días)

T= transmisibilidad del acuífero (m2/día)

r= distancia medida desde el pozo de bombeo a un punto de descenso s (m).

La Figura 3 muestra la curva típica de Theis, útil para determinar las parámetros hidrogeológicos de

acuíferos confinados usando datos de pruebas de bombeo. También se pueden trazar isolíneas de tiempo

graficando el abatimiento en función del radio e isolíneas de radio, graficando el abatimiento en función del

tiempo. También se puede obtener el valor de la siguiente tabla




TABLA 01 DE LA FUNCIÓN DEL POZO (RESUMIDA) FÓRMULA DE THEIS

K x 10-14 K x 10-12 K x 10-10 K x 10-8 K x 10-6 K x 10-4 K x 10-2 K x 10-0

1.0 ……… 31.6590 27.0538 22.4486 17.8435 13.2383 8.6332 4.0379 0.21940

1.5 ……… 31.2535 26.6483 22.0432 17.438 12.8328 8.2278 3.6374 0.10000

2.0 ……… 30.9658 26.3607 21.7555 17.1503 12.5451 7.9402 3.3547 0.04890

2.5 ……… 30.7427 26.1375 21.5323 16.9272 12.3220 7.7172 3.1365 0.02491

3.0 ……… 30.5604 25.9552 25.9552 16.7449 12.1397 7.5348 2.9591 0.01305

3.5 ……… 30.4062 25.8010 21.1959 16.5907 11.9855 7.3807 2.8099 0.006970

4.0 ……… 30.2727 25.6675 21.0623 16.4572 11.8520 7.2472 2.6813 0.003779

4.5 ……… 30.1549 25.5497 20.9446 16.3394 11.7342 7.1295 2.5684 0.002073

5.0 ……… 30.0495 25.4444 20.8392 16.234 11.6289 7.0242 2.4679 0.001148

5.5 ……… 29.9542 25.3491 20.7439 16.1387 11.5336 6.9289 2.3775 0.0006409

6.0 ……… 29.8672 25.2620 20.6569 16.0517 11.4465 6.8420 2.2953 0.0003600

6.5 ……… 29.7872 25.1820 20.5768 15.9717 11.3665 6.7620 2.2201 0.0002034

7.0 ……… 29.7131 25.1079 20.5027 15.8976 11.2924 6.6879 2.1508 0.0001155

7.5 ……… 29.6441 25.0389 20.4337 15.8286 11.2234 6.6190 2.0867 0.0000658

8.0 ……… 29.5795 24.9744 20.3692 15.764 11.1589 6.5545 2.0269 0.0000377

8.5 ……… 29.5189 24.9137 20.3086 15.7034 11.0982 6.4939 1.9711 0.0000216

9.0 ……… 29.4618 24.8566 20.2514 15.6462 11.0411 6.4368 1.9187 0.0000125

9.5 ……… 29.4077 24.8025 20.1973 15.5922 10.9870 6.3828 1.8695 0.000007185

Extraido del libro: Pozos y Acuíferos – M. Villanueva y A. Iglesias

EJEMPLO:

Se tienen los siguientes datos de un pozo tubular

Se extraen de un pozo: Q=50 m3/h ó Q=1200 m3/dia

Profundidad del pozo es: p= 60 m

Diámetro del pozo Ø=0,200m (8”)

Profundidad hasta el filtro: pf=50 m

Longitud del filtro h=10 m es el espesor del acuífero

Nivel estático: n=12 m

Transmisividad: T=150 m3/dia.m

Coeficiente de almacenamiento S=5 x 10 -4

Queremos predecir el abatimiento del pozo para una operación contínua de 45 días si suponemos que no

se verifica en ese plazo recarga.

SOLUCIÓN:

1) Según Theis:

𝑢 =𝑟2 × 𝑆

4 × 𝑇 × 𝑡




𝑢 =0.1002 × 5 × 10−4

4 × 150 × 45

𝑢 = 1.852 × 10−10

2) Para el cálculo de Wu, interpolando en tabla 01 de la función del pozo (resumida) fórmula de Theis,

se obtiene lo siguiente

1.5 → 22.0432

1.852 → ?2.0 → 21.7555

Entonces u = 21.841

3) Calculamos el Abatimiento:

𝑠 =𝑄

4𝜋 × 𝑇𝑊𝑢

𝑠 =1200

4 × 𝜋 × 150× 21.84 = 13.90𝑚.

4) Calculamos del nivel dinámico (ND)

𝑁𝐷 = 13.90 + 12 = 28.90𝑚.

Dato esencial para el diseño del pozo, ya que la profundidad de instalación del cuerpo de la bomba está

íntimamente relacionada con este nivel y que el diámetro del ademe o camisa, debe permitir que dicho

cuerpo descienda hasta esa profundidad.

DISEÑO DEFINITIVO DE POZOS: Se debe considerar:

a) El nivel dinámico máximo

b) Longitud de Tubería ranurada

c) Adicionar 2m en la base para trampa de arena

d) Adicionar 0.40m de tubería ciega sobre la superficie del terreno

TIPOS Y FORMAS DE POZOS TUBULARES: Los pozos se clasifican en cinco tipos de acuerdo con el método de construcción. (tomado del Manual De

Perforación Manual De Pozos Y Equipamiento Con Bombas Manuales – COSUCODE- Lima 2004)

Pozo taladrado: Aquel en que la excavación se hace por medio de taladros rotatorios, ya sean

manuales o impulsados por fuerza motriz. Su principal ventaja es que pueden construirse con

herramientas manuales, además su gran diámetro proporciona una considerable reserva de agua

dentro del pozo mismo.




Pozo a chorro: Aquel en que la excavación se hace mediante un chorro de agua a alta velocidad. El

chorro afloja el material sobre el cual actúa y lo hace rebalsar fuera del hueco.

Pozo clavado: Aquel que se construye clavando una rejilla con punta, llamada puntera. A medida que

esta se calva en el terreno, se agregan tubos o secciones de tubos enroscados. Son de pequeño

diámetro.

Pozo perforado: La excavación se hace mediante sistemas de percusión o rotación. El material

cortado se extrae del hueco con un achicador, mediante presión hidráulica, o con alguna herramienta

hueca de perforar, etc.

Cada tipo de pozo tiene sus ventajas particulares, que pueden ser, la facilidad de construcción, tipo de

equipo requerido, capacidad de almacenamiento, facilidad de penetración o facilidad de protección contra

la contaminación.

MÉTODOS DE PERFORACIÓN DE POZOS Una perforación es un hueco que se hace en la tierra, atravesando diferentes estratos, entre los

que puede haber unos acuíferos y otros no acuíferos; unos consolidados y otros no consolidados. Cada

formación requiere un sistema de perforación determinado, por lo que a veces un mismo pozo que pasa

por estratos diferentes obliga a usar técnicas diferentes en cada uno de los estratos.

Una misma perforación puede atravesar varios acuíferos, por lo que es conveniente valorar cada uno de

ellos para definir cuales deben ser aprovechados a la hora de terminar el pozo.

La determinación de si una formación es acuífera o no, así como de su permeabilidad, se hace con base

en las muestras que el perforador obtiene durante el transcurso de la perforación; de aquí la gran

importancia que tiene realizar un buen muestreo.

Existen métodos mecanizados y manuales para perforar pozos, pero todos se basan en dos modalidades:




Percusión: El método se basa en la caída libre de un peso en sucesión de golpes rítmicos dados

contra el fondo del pozo.

Las partes típicas de un equipo motorizado de perforación a percusión son:

Tren de rodaje: Estos equipos vienen generalmente montados sobre un chasis de acero sobre cuatro

ruedas con neumáticos, pero también las hay motadas sobre un camión.

Bastidor: Es una caja de ángulos de acero y brazos articulados en donde se ubican las piezas vitales

de la perforadora y soporta además a la torre.

Mástil o Torre: Generalmente son de tipo telescópica y viene en dos tramos de 36 pies cuando esta

extendida y 22 pies cuando está recogida, con sus respectivos dispositivos de extensión. El largo

de la torre está en función con la sarta de perforación.

Tiro de remolque: Es el mecanismo que va unido al tren de rodaje de la perforadora.

Motor: Para poder accionar todo el equipo de perforación se necesita un motor ya sea a combustión

interna o con energía eléctrica como en el caso de algunos equipos soviéticos.

Rotación: Estos equipos se caracterizan porque trabajan girando o rotando la broca, trícono o

trépano perforador. Un equipo de perforación por rotación motorizado típico, tiene las siguientes

partes:




Mesa de rotación: Su función es la de recibir la fuerza necesaria del motor para poder girar la sarta

de de perforación. Estas mesas pueden ser accionadas por acople directo o por engranajes y son

redondas con tamaño de acuerdo a la magnitud del equipo de perforación.

Barra giratoria o Kelly: Es una barra generalmente cuadrada de 4” de lado y que pasa por el centro

de la mesa rotatoria y recibe de esta el necesario movimiento giratorio para poder perforar.

El extremo inferior se acopla a las brocas y el extremo superior al eslabón giratorio llamado Swivel

que lo soporta conjuntamente con toda la sarta de perforación. La barra es de acero de alta dureza

y es hueca por el centro (2”), para de esta manera permitir el paso del lodo de perforación hidráulico.

Swivel o eslabón giratorio: Es un mecanismo que va acoplado a la parte superior del Kelly, es una

pieza hueca en el centro. Aquí se acopla la manguera que viene desde la bomba de lodos.

Drill pipe o tubería liviana de perforación: Tubería construida con acero especial y se usa

agregándose cada vez que se introduce el Kelly totalmente en el pozo y vuelve a sacarse, ya que

de esta manera a dejado el espacio disponible para la tubería.

Drill collars o tubería pesada de perforación: También conocida como Botellas o Sobrepeso.

Son tubos de 6” ó más y de 10‘a 20’ de largo y con un peso de 500 a 700 Kg. Su finalidad es

aumentar el peso de la sarta de perforación y conseguir fácilmente el corte con los tríconos.

Tríconos o brocas de perforación: Las brocas tienen la función de desagregación de las rocas

durante la perforación de un pozo. Existe una amplia gama de tríconos y cada uno está diseñado

para determinadas desagregar rocas con determinadas características mecánicas y abrasivas.

Bomba de lodos: Su función principal es tomar el lodo de perforación de la poza de lodos y llevarla

por la manguera hacia el Kelly y al fondo del pozo. El lodo asciende a la superficie llevando en

suspensión el detritus de la perforación. Por un canal pasa al la poza de sedimentación donde se

depositan por su propio peso partículas grandes y pesadas, arena, etc.

Motor: Pueden ir acoplados al chasis del remolque o puede usarse el mismo motor del camión del

equipo de perforación. La potencia depende de la magnitud del equipo de perforación.

La principal ventaja de este método es que es más rápido que el método a percusión. Así

mismo, se emplea una combinación de ambas modalidades.




SISTEMAS DE CAPTACION EN POZOS TUBULARES Partiendo de un diseño de pozo tubular ya establecido se pueden aplicar varios sistemas de captación para

extraer el agua, esto consiste en seleccionar el equipo de bombeo definitivo del pozo tubular, basándose

en la siguiente información técnica:

Diseño Técnico del Pozo.

Verticalidad y alineamiento del Pozo.

Curva de Rendimiento del Pozo.

Caudal de bombeo.

Condiciones de descarga del Pozo.

Diseño Técnico del Pozo.

Estamos haciendo referencia a las especiaciones técnicas, normatividad, características de suelo, etc; que

tenemos en cuenta para diseñar el pozo tubular.

Verticalidad y Alineamiento del Pozo.

Se verificará la verticalidad y alineamiento en toda la longitud del entubado, siguiendo las especificaciones

técnicas. De establecerse marcadas desviaciones y/o desalineamiento y/o roturas de fundas que

imposibiliten el libre descenso de la bomba, no se procederá con adaptar el sistema de bombeo.

Curva de Rendimiento del Pozo.

Se determinará en esta prueba el rendimiento óptimo seguro de operación del pozo y su eficiencia

hidráulica. Para tal efecto, se medirán los descensos del nivel de agua en función del tiempo de transcurrido

para diferentes caudales.

Condiciones de descarga del Pozo.

La tubería de descarga debe ser dotada de una válvula de regulación adecuada, permitiendo maniobras

rápidas para la modificación del caudal.

La descarga de agua bombeada (caudal) donde el acuífero se encuentra en condiciones libres o en áreas

de afloramientos debe ser realizado de manera de evitar recarga inducida hacia el pozo.

Caudal de bombeo.

Determinar el caudal significa que caudal se utilizara o se extraerá del pozo tubular.

SISTEMA DE CAPTACIÓN (Conjunto de Bombeo).

Es el conjunto de materiales y equipamientos utilizados para extraer el agua del pozo tubular. De acuerdo

con la necesidad y la disponibilidad de energía, pueden ser utilizados entre otros:

Bomba sumergida accionada por energía eléctrica, acoplada a la tubería de impulsión.

Bomba de superficie accionada por energía eléctrica, acoplada a la tubería de impulsión.

Air-lift: Tuberías de aducción de agua, de aire e inyector acoplados a la unidad de aire comprimido

(compresor)




Sistema de émbolos o pistón acoplados a un molino (bombeo eólico) u otras máquinas accionadas en

superficie.

1. BOMBA SUMERGIBLE.

Una bomba sumergible es una bomba que tiene un impulsor sellado a la carcasa. El conjunto se sumerge

en el líquido a bombear. La ventaja de este tipo de bomba es que puede proporcionar una fuerza de

elevación significativa pues no depende de la presión de aire externa para hacer ascender el líquido.

Se trata de una bomba de tipo centrífuga que acoplada a un motor sumergible, se constituye en un conjunto

donde el eje de unión de una parte (Bomba) y la otra (motor) es de pequeña extensión, reduciendo con

esto las pérdidas de carga, demanda de energía, riesgos de daños, etc. Este equipamiento presenta la

ventaja de que una vez definido el nivel de bombeo (nivel dinámico) para un determinado caudal de

explotación, puede trabajar posteriormente debajo de este punto. El motor sumergible es alimentado por

un cable eléctrico blindado y que puede operar a grandes profundidades sin riesgo de infiltración de agua

y reducción de su aislamiento (Salvo daños físicos al mismo). Estos conjuntos moto-bombas pueden

trabajar con caudales pequeños (1 m3/h) hasta caudales de centenas de metros cúbicos por hora, durante

miles de horas, sin requerir su remoción (siempre que sean operados convenientemente de forma

periódica).

http://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_%28fluidos%29




Ventajas de las bombas sumergibles

Las bombas sumergibles tienen una gran ventaja sobre las externas: consumen menos electricidad.

Estas bombas poseen bajo caudal y son compactas.

En la entrada de agua poseen un compartimiento en el cual se encuentra un material filtrante que evita

que la suciedad entre a la bomba.

La ventaja de este tipo de bomba es que puede proporcionar una fuerza de bombeo significativa pues

no depende de la presión de aire externa para hacer ascender el líquido.

Cuadro de instrucciones de operación de bombas sumergibles.

2. BOMBA DE SUPERFICIE.

En una "bomba aspirante", un cilindro que contiene un pistón móvil está conectado con el suministro de

agua mediante un tubo. Una válvula bloquea la entrada del tubo al cilindro. La válvula es como una puerta

con goznes, que solo se abre hacia arriba, dejando subir, pero no bajar, el agua. Dentro del pistón, hay una

segunda válvula que funciona en la misma forma. Cuando se acciona la manivela, el pistón sube. Esto

aumenta el volumen existente debajo del pistón, y, por lo tanto, la presión disminuye. La presión del aire

normal que actúa sobre la superficie del agua, del pozo, hace subir el líquido por el tubo, franqueando la

válvula-que se abre- y lo hace entrar en el cilindro. Cuando el pistón baja, se cierra la primera válvula, y se

abre la segunda, que permite que el agua pase a la parte superior del pistón y ocupe el cilindro que está

https://es.wikipedia.org/wiki/Cilindro

https://es.wikipedia.org/wiki/Pist%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Tuber%C3%ADa

https://es.wikipedia.org/wiki/V%C3%A1lvula

https://es.wikipedia.org/wiki/Pist%C3%B3n




encima de éste. El golpe siguiente hacia arriba hace subir el agua a la espita y, al mismo tiempo, logra que

entre más agua en el cilindro, por debajo del pistón. La acción continúa mientras el pistón sube y baja.

Una bomba aspirante es de acción limitada, en ciertos sentidos. No puede proporcionar un chorro continuo

de líquido ni hacer subir el agua a través de una distancia mayor a 10 m. entre la superficie del pozo y la

válvula inferior, ya que la presión normal del aire sólo puede actuar con fuerza suficiente para mantener

una columna de agua de esa altura. Una bomba impelente vence esos obstáculos.

Las bombas de transmisión por ejes son aquellas en donde el cuerpo de bomba se encuentra dentro de la

perforación a una determinada profundidad y donde la potencia es transmitida por medio de ejes, los cuales

pueden ser lubricados por agua y soportada su carga axial por bujes de caucho con estrellas centrales de

bronce, o también existe la posibilidad de encontrar transmisiones lubricadas por aceite sobre cojinetes de

bronce y protegido esto por tubos de acero, sin tener en cuenta si el motor funciona con energía eléctrica

o si es de combustión interna.




3. AIR-LIFT: TUBERÍAS DE ADUCCIÓN DE AGUA Y DE AIRE E INYECTOR ACOPLADOS A LA

UNIDAD DE AIRE COMPRIMIDO (COMPRESOR).

El “Air-lift” o elevación de agua por aire, es un método de bombeo que consiste en mezclar aire con el

líquido que quiere elevarse consiguiendo un conjunto de menor densidad (emulsión) que por diferencias de

pesos específicos eleva al líquido al nivel deseado.

Este sistema consta de una tubería (línea neumática) que conduce el aire comprimido desde el sistema

compresor y lo descarga por una boquilla en el extremo inferior de una tubería de mayor diámetro, llamada

tubería de educción, sumergida en el líquido a bombear a un punto tal ubicado a una profundidad

determinada por debajo del nivel de agua del pozo. Por esta tubería de aducción asciende la mezcla aire-

agua.

Las sistemas Air-lift han sido utilizados por muchos años para extraer agua de pozos perforados (incluso

sin desarrollar), aunque también se ha empleado extensivamente para elevar petróleo de pozos profundos,

en su variante denominada Gas-lift, en la cual se inyecta gas natural a presión, en lugar de aire, para elevar

crudo. También ha tenido un gran campo de aplicación en el bombeo de químicos corrosivos. A

continuación se dará una descripción más detallada del principio de funcionamiento.

3.1.- PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO:

Al colocar una tubería en un pozo perforado en el que se mantiene constante el nivel freático (nivel estático

de agua), el nivel de líquido dentro del tubo eductor es igual al de la perforación circundante. Se dice

entonces que la columna de agua dentro y fuera de la tubería está en equilibrio.

Esquema de un Sistema Air-lift instalado en un pozo tubular.




Si se inyecta aire a través de la línea neumática se rompe este estado de equilibrio. Como la densidad de

la mezcla de aire-agua es menor que la densidad del agua circundante, esta comienza a elevarse. A medida

que se va sacando agua, la misma formación va segregando más agua para mantener el nivel estático o

freático, fluyendo al interior de la tubería de educción bajo la presión de la columna de agua que se

encuentra por encima de su extremo inferior (inmersión del tubo) y empuja de esta manera la mezcla aire-

agua hacia arriba, en un esfuerzo por restaurar el equilibrio.

En base a los datos hidrogeológicos consultados (véase Capítulo II), que arrojan datos del rendimiento de

los pozos en la Alta Guajira y de los requerimientos de bombeo necesarios, se puede considerar que el

flujo en los estratos sedimentarios es del tipo Permanente, es decir, que existe un equilibrio entre el caudal

extraído y el que es suplido por la formación. Se hace esta acotación, en base a la suposición expresada

en el párrafo anterior.

Arreglo de tuberías:

Existen básicamente dos configuraciones, que se muestran en las siguientes figuras:

Línea de aire externa al tubo eductor: (Configuración VA)

Línea de aire concéntrica al tubo eductor (Configuración VC)

La configuración de la línea de aire externa al tubo eductor se ha probado como la más eficiente, pero

requiere mayor espacio en la perforación, lo que podría limitar en algunos casos el tamaño del tubo eductor.

La segunda configuración, aunque menos eficiente debido a las mayores perdidas por fricción, tiene la

ventaja de que su construcción es más sencilla y que se puede utilizar en perforaciones de diámetro

reducido o que no cuenta con la preparación adecuada (encamisado). Además, esta última configuración

permite ajustar los parámetros de operación en el caso de que existan variaciones en el nivel de agua,

simplemente alterando la longitud de la línea de aire, sumergiéndola o elevándola, según sea el caso.




SISTEMA DE ÉMBOLOS O PISTÓN ACOPLADOS A UN MOLINO (BOMBEO EÓLICO) U

OTRAS MÁQUINAS ACCIONADAS EN SUPERFICIE. En vista de que el agua salobre se extraería de un pozo cuyo nivel freático se encuentra a una profundidad

considerable, se requería seleccionar y proyectar el sistema de bombeo más adecuado. Con este fin se

diseñó un sistema de bombeo neumático o de elevación de agua por aire (Air-lift), empleando un molino

tipo granja americana de fabricación nacional que está acoplado al cabezal de un pequeño compresor

reciprocante. Al girar el rotor por la acción de los vientos, se acciona el cabezal del compresor, el cual

comprime aire y lo envía a través de una manguera a un depósito ubicado al pie de la torre del molino.

Una vez alcanzada la presión requerida en el depósito, se inyecta aire a presión al pozo a través de una

tubería de acero galvanizado insertada en el pozo y cuyo extremo de descarga se encuentra sumergido en

el acuífero a una profundidad adecuada previamente calculada. Al inyectarse el aire se produce la emulsión

de agua-aire y esta se eleva por diferencia de densidades, fluyendo dentro de la tubería de educción

concéntrica a la tubería de aire y finalmente es descargada en un tanque de almacenamiento de agua.

La selección de esta tecnología por sobre otras, se basó primordialmente en el mínimo mantenimiento

requerido, la facilidad de instalación y la alta confiabilidad, parámetros acordes con la filosofía de diseño de

la planta. Si bien es cierto, que el bombeo fotovoltaico o por generación eléctrica eólica (uso de un

aerogenerador) es más eficiente que un sistema Air-lift, sin embargo, su alto costo inicial y la falta de

infraestructura de instalación y mantenimiento para estos equipos importados, no garantizan un

funcionamiento fiable.

Otra opción sencilla que se evaluó fue la implementación del molino granja americana que usa el clásico

pistón (barra basculante), cuyo movimiento alternativo se consigue con un sistema de biela-manivela

acoplado al rotor del molino. Pero en vista de lo arenoso del estrato del subsuelo en la Guajira, tiende haber

un desgaste excesivo del pistón, puesto que al efectuarse el bombeo se arrastran partículas de arena que

tienen un efecto abrasivo, deteriorándolo en poco tiempo. De hecho, el propio fabricante recomienda

revisión y mantenimiento del pistón cada 6 meses, lo que implica desmontaje del sistema a cargo de obreros

especializados y por consiguientes un riesgo para el correcto suministro de agua para la planta, si el

mantenimiento lleva más tiempo de lo que puede durar el almacenamiento de reserva de agua salobre.

Por estas razones se sugiere la adquisición de la torre y rotor del molino fabricado por Industrias Marullo y

su modificación respectiva para que opere un sistema de bombeo neumático.

Como ejemplo se coloca un que molino tiene una torre de 12 mt. y un rotor de 3 mt. de diámetro y consta

de 20 aletas rígidas soldadas a los rayos de una rueda. Tanto la torre como el rotor están construidos en

acero y galvanizados en caliente, para evitar su corrosión. El rotor está montado sobre una base giratoria,

la cual tiene soldada una veleta, de manera que al cambiar la dirección del viento la base gira y garantiza

que el rotor siempre esté orientado frente a la corriente de viento.

Las modificaciones implican la sustitución del sistema biela-manivela montado sobre la base giratoria por

el arreglo conformado por el cabezal del compresor y de una caja de engranajes multiplicadora (relación

1:3) ubicada entre el rotor y el cabezal; esta última para garantizar las revoluciones necesarias que permitan

entregar el caudal de aire requerido, aún para las condiciones en las que se presentan bajas velocidades

de los vientos.

El rotor y la caja de engranajes estarán unidos mediante un acople elastómerico, que amortigüe las

vibraciones producidas y que son dañinas para los equipos. El cabezal de compresor elegido es de la casa

Ingersoll-Rand modelo SS3,




En la Figura, mostrada a continuación se muestra el orden de montaje de los componentes especificados.

Orden de montaje de los componentes del sistema de bombeo neumático

Una de las ventajas de este sistema era que se puede bombear varios pozos simultáneamente usando la

misma estación compresora, en este caso el molino.

La instalación se tiene un depósito de aire (almacén de energía neumática) del cual parten las dos líneas

de aire, una para el pozo de agua salobre y otra para la tanquilla de agua destilada, cada una de las cuales

tiene su válvula reguladora de presión (se regula también el caudal) y su respectivo manómetro. Se

seleccionaron tuberías de acero galvanizado en caliente de ½”. Para ambas líneas de aire, en vista de que

se tiene una mayor resistencia que las tuberías de PVC en el caso de que accidentalmente reciban algún

impacto. Así se reducen riesgos de fuga que pudieran afectar el rendimiento del bombeo. En cuanto a las

tuberías de educción (por las que se eleva la mezcla de aire agua), se recomienda tuberías de acero

galvanizado de 2” y 1 ½” para el bombeo del pozo y de la tanquilla de recolección de destilado

respectivamente, basado esta elección de bombeo.

Acople

elastomerico

Caja de

engranajes

Cabezal

compresor Rotor




3.2.- VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS SISTEMAS DE BOMBEO NEUMÁTICO: 3.2.1. Ventajas:

♦ No existen partes móviles dentro del pozo, por lo tanto los requerimientos de mantenimiento, tanto en

costos como en tiempo, son considerablemente menores en comparación con otros sistemas de bombeo.

♦ Siempre que el pozo produzca agua, se puede bombear una gran cantidad de agua, incluso desde

pequeñas perforaciones, que no resultarían rentables utilizando otros sistemas de bombeo.

♦ No es una limitante, el que la perforación no se encuentre perfectamente alineada.

♦ Se puede bombear agua con altos contenidos en lodos y arenas sin problema alguno, condiciones de

operación que causaría daños progresivos en bombas de accionamiento mecánico.

♦ No es necesario que el conjunto molino-compresor, se encuentre justo encima del pozo. El molino puede

ser ubicado en sitios donde la incidencia de los vientos sea más favorable, sobre un montículo o colina. Sin

embargo, a efectos de reducir costos (reduciendo las perdidas por longitud de tubería de aire se reduce la

potencia del compresor), se recomienda no colocarlo a más de 400 mts del pozo.

♦ Varios pozos pueden ser bombeados simultáneamente desde una estación compresora central.

♦ Se puede variar el régimen de bombeo (condición sujeta al rendimiento del pozo) sin alterar en mucho la

eficiencia del sistema.

♦ Debido al fenómeno producido, se tiende a oxigenar el agua, aspecto muy positivo para su tratamiento.

3.2.2. Desventajas:

La principal desventaja del Air-lift, es su baja eficiencia. Aunque bajo condiciones favorables se han

conseguido rendimientos de hasta un 50%, se considera que un rendimiento del 33% en condiciones

normales es un valor aceptable.

Finalmente, y reiterando las ideas antes expuestas en relación a la importancia del radio de sumersión,

para que pueda lograrse una buena elevación de la emulsión se necesita una gran sumersión, lo que hace

que no pueda ser instalado en pozos que no tengan una buena profundidad por debajo del nivel de agua

dentro del pozo.




POZOS A TAJO ABIERTO O TIPO NORIA: Descripción:

Los pozos a tajo abierto o tipo noria son destinados a la explotación de aguas subterráneas y constituyen

una de las captaciones más antiguas y aún existen en operaciones obras que fueron construidas hace más

de dos milenios.

Estas obras se construyen generalmente excavadas a mano; por lo tanto el diámetro interior no puede ser

inferior a 1,2 m, debido a que la excavación se dificulta al llegar al acuífero, donde se deben emplear

equipos de bombeo para su agotamiento. Los caudales obtenidos en estas condiciones son en general

inferiores a los que se obtienen en los pozos profundos perforados.

Los pozos a tajo abierto o tipo noria están sustentadas en el conocimiento de las características

hidrodinámicas del acuífero sobre el cual se construirá un pozo que permita prever de agua en términos

económicamente rentables.

Por consiguiente la decisión de perforar un pozo estará sujeto a los resultados obtenido en el estudio

hidrogeológico, prueba de pozo, análisis de las características del material encontrado durante la

perforación, análisis de la calidad del agua y finalmente el caudal máximo permisible a explotarse mediante

el pozo sin que altere las condiciones medioambientales del acuífero y de su entorno.

Para el diseño de estos pozos; deben tomarse en cuenta los siguientes factores:

Diámetro y longitud de la entubación ciega.

Diámetro y profundidad de la perforación.

Necesidad o no de prefiltro de grava. Diseño del mismo

Diseño de rejilla o filtro.

Los usos de los pozos generalmente tienen fines: doméstico - poblacional, industrial, agrícola y pecuario.




Pozo a tajo abierto sin equipo (extraen con balde) utilizado (uso doméstico)

Uno de los componentes de la hidráulica subterránea es la hidrodinámica, la cual estudia el funcionamiento

del acuífero y el movimiento del agua en un medio poroso es decir cuantifica la capacidad de almacenar y

transmitir agua. Para determinar las características del acuífero en el área estudiada se deben realizar

pruebas de bombeo, metodología recomendable para evaluar las características hidráulicas del acuífero

en condiciones casi naturales. Dentro de los parámetros hidrodinámicos, tenemos:

* Transitividad (T):

Es la medida de la capacidad del acuífero para transmitir el agua. Se expresa en m2 /seg.

* Permeabilidad (K):

Es la facilidad con el agua fluye a través de los poros. Se expresa en m/seg.

* Coeficiente de almacenamiento (S):

El coeficiente de almacenamiento para un acuífero libre corresponde a su rendimiento específico.

MÉTODOS HIDRÁULICOS MÁS UTILIZADOS PARA ANÁLISIS Y DISEÑO DE OBRAS DE

TOMA.

1. Hidráulica de orificios

Teoría orientada hacia el diseño de los puntos de control de la toma de agua y su descarga a los sistemas que la conducirán hacia la zona de demanda. Dadas las dimensiones de una carga hidráulica, es posible conocer los caudales que circulan por los orificios abiertos o controlados por válvulas y compuertas.

Se puede afirmar que todas las obras de toma incluyen para su control, alguno de estos componentes. Los análisis para orificios se han desarrollado y verificado a nivel laboratorio, contándose con las herramientas de cálculo adecuadas y de buena aproximación.




2. Hidráulica de columnas de succión y sistemas de bombeo

Se torna importante en la generalidad de los casos, desde un depósito de recolección de agua precipitada captada en trampas, hasta el caso de los pozos profundos emplazados en acuíferos, en los cuales se requiere la selección cuidadosa de la combinación necesaria de la bomba y el motor.

Mediante el análisis de las cargas que deberá vencer el equipo de bombeo (profundidad del estrato, pérdidas por fricción en las tuberías y pérdidas menores), se conoce la potencia que requiere un motor para transmitir a la bomba la energía que a su vez cederá al agua. La operación teórica óptima del conjunto bomba-motor ocurriría en caso de que estas cantidades fuesen iguales, sin embargo, los motores presentan pérdidas de energía que se traducen en calentamiento y la bomba presenta también pérdidas en el rodete, siendo necesario incrementar la Potencia necesaria del motor por un factor que nivele este hecho para que se transmita al flujo de agua la potencia que este necesita.

3. Hidráulica de conductos a presión

En este caso es importante la definición de la carga de trabajo, diámetros, longitudes, parámetros de construcción, ubicación de válvulas y/o compuertas de control, pérdidas locales y pérdidas por fricción en la tubería.

La descarga y nivel asociado son muy importantes en el diseño de la toma, ya que su conocimiento permite prever obras tales como disipadores de energía o depósitos de bombeo o rebombeo.

4. Métodos para aforo de corrientes

El conocimiento del flujo que escurre por la sección de un río, es necesario en el diseño de cualquier dimensionamiento de una toma, ya que es necesario valorar el potencial de la corriente contra el nivel de la demanda requerida. Hidráulica de pozos

El flujo de agua subterránea constituye un aspecto importante dentro de la geohidrología, ya que es un caso especial de flujo a través de un medio poroso. El estudio del agua subterránea presenta diferentes grados de dificultad en la medida que se deseen considerar todos los aspectos: fronteras o limitantes geológicos, carácter tridimensional del flujo, etc. En este sentido, resulta prácticamente imposible resolver analíticamente un flujo de agua tridimensional, al menos que las condiciones de simetría del caso estudiado, posibiliten reducir las ecuaciones a un sistema bidimensional, lo cual puede lograrse en la mayoría de los casos

El tratamiento de análisis de acuíferos en medios porosos está regido por la ecuación de Darcy, ley que relaciona la velocidad del flujo con las pérdidas de energía que tienen lugar a lo largo de su recorrido. El análisis es aplicable a las condiciones de acuífero libre y confinado.

El potencial de un pozo se conoce a través de las pruebas de bombeo, en las cuales mediante el registro de caudal de bombeo - abatimiento del nivel en el pozo, se obtienen los parámetros de formación del medio filtrante como son: el coeficiente de permeabilidad y el de almacenamiento, los cuales enmarcan el posible rendimiento del acuífero que se desea explotar.




El flujo de agua subterránea queda definido por los parámetros de presión, densidad, velocidad, temperatura y viscosidad del agua infiltrada en una formación geológica, siendo estas en la mayoría de los casos las variables a definir.

Un medio poroso recibe el nombre de isotrópico si sus propiedades hidráulicas y mecánicas son iguales en cualquier dirección desde un punto seleccionado; si estas varían se denomina anisotrópico.

Con el manejo cuidadoso de la hidráulica de pozos es posible reducir el alto nivel de incertidumbre que en la mayoría de los casos acompaña los estudios de un acuífero.

TIPOS DE CAPTACIONES DE AGUAS

CAPTACIÓN DE AGUAS ATMOSFÉRICAS

CAPTACIÓN DE AGUAS SUPERFICIALES

CAPTACIÓN DE AGUAS SUBÁLVEAS

Estas son llamadas aguas freáticas se caracterizan por estar a presión atmosférica, a poca profundidad o relativamente baja y no estar confinadas, pues circulan a través de mantos porosos como arena, grava, tobas poco coherentes, aluviones, etc. Estas aguas se captan mediante pozos a cielo abierto, galerías filtrantes o mediante sistemas de puyones (well point), o pozos Ranney, un ejemplo claro de aprovechamiento de estas aguas son los pozos emplazados en el subálveo de cauces superficiales, sobre todo en aquellos casos en los que el acuífero es alimentado por la corriente.

Pozos a cielo abierto o pozos someros

Al utilizar pozos a cielo abierto o someros, se recomienda tengan un diámetro mínimo de 1.50 m, si es circular y si es rectangular debe tener también 1.50m, en el lado menor. Estos pozos tienen una profundidad generalmente comprendida entre 10 y 20 m, y raras veces podrá ir más allá de los 25 m. Si la pared del pozo, tipo indio, es de concreto, la parte situada en el estrato permeable debe llevar perforaciones de acuerdo con un previo estudio granulométrico, pero si no se dispone de estos datos, se recomienda que el diámetro de las perforaciones sea de 2.5 a 5.0 cm, colocadas a tresbolillo (ver figura 4.1) a una distancia de 15 a 25 cm centro a centro. Pozos con ademe de mampostería de piedra o tabique, se dejarán espacios sin juntear en el estrato permeable, procurando mantener el espaciamiento ya recomendado.

En los pozos tipo indio la cimbra se forma previamente en el exterior y en el sitio de la construcción, se arma el refuerzo y se va colando el ademe o pared, mismo que por su propio peso y el auxilio




de la excavación se va hincando a medida que se profundiza el pozo. El ademe se forma en anillos de un 1.00 a 1.50 m de altura, con el diámetro requerido y espesor mínimo de 0.30 m, dependiendo este último del peso que debe tener el anillo para vencer la fricción entre el concreto y el suelo. El espesor del pozo insertado en la zona de saturación del acuífero lleva orificios distribuidos en la forma indicada. El primer anillo va provisto de una cuchilla biselada para concentrar la carga del peso o del lastre que se coloca encima, con el objeto de que la estructura se hunda a medida que se calzan los anillos, profundizando el pozo a medida que el procedimiento avance.

Estos pozos se recomiendan para aprovechar acuíferos freáticos someros, de fuerte espesor y constituido por materiales fragmentarios no cementados o sin consistencia, como las capas de origen aluvial que se encuentran en las márgenes de los ríos o en el fondo de los valles.

POZO EXCAVADO

Como estas aguas están a poca profundidad, la calidad bacteriológica es deficiente ya que no reciben una buena filtración, si a esto se agrega que por lo general las corrientes subterráneas siguen la pendiente topográfica del terreno, para no empeorar su calidad deben tomarse precauciones para que no entre agua que no se haya filtrado por lo menos a través de 4.00 m de suelo.

Generalmente estos pozos son de bajo e incierto rendimiento por la alimentación de la fuente misma (por lo general no más de 25 l /s. y cuando son hechos en los cauces de los ríos no más de 40 l/s, excediéndose en pocas ocasiones). En programas hidrométricos para el registro de niveles de agua en una zona productiva, suele ayudar el registro o historia de la profundidad del nivel en estas estructuras. Pozos someros




Pozo con ademe de mampostería de tabique

Las obras de captación a través de pozos someros consisten en una batería de pozos interconectados, como se muestra en la figura, siendo las condiciones ideales tener un acuífero extenso, conectado con el cuerpo superficial de agua y requerir un gasto de extracción pequeño.

La aplicación de pozos someros a un acuífero se ve limitado por el número de unidades a considerar, llegando al límite que, de requerirse un número excesivo de pozos, sea preferible la solución de una Galería Filtrante.

CAPTACIÓN DE AGUAS SUBTERRÁNEAS

Los cuerpos de agua subterránea o acuíferos se clasifican en función de sus condiciones de operación relativas a la presión a la cual está sometido el cuerpo de agua.

Un acuífero es una estructura hidráulica natural que almacena y permite el flujo de agua subterránea a través de ella. Existen en general dos tipos de acuíferos: libre y confinado. El acuífero libre se caracteriza por tener el almacenamiento bajo presión atmosférica, no así el confinado, en el cual el almacenamiento está a presión hidráulica; en este caso, la presión depende de diversos factores, entre otros, elevación de la zona de recarga, espesor del confinante, etc.

Un cuerpo de agua subterránea presenta diversas ventajas con relación a los cuerpos superficiales ya que por el lado de la calidad del agua, la filtración natural del agua hace menos costoso el tratamiento que deba darse a esta para tornarla potable; por otro lado, un acuífero puede tener una gran extensión por lo cual podrá planearse la captación lo más cercana posible a la zona de demanda, ahorrando por tanto en costos de infraestructura para la fase de conducción del sistema de suministro

Es posible que el agua subterránea atraviese estratos del subsuelo que la puedan contaminar, por lo cual en estos cuerpos de agua es muy importante el control de componentes del agua en el punto de la toma, estableciendo los parámetros permisibles en función de los usos que se vayan a dar al agua de la fuente.

La explotación de agua subterránea requiere de equipos bomba-motor y pozos que puedan ser perforados o excavados (a cielo abierto), con profundidades variables, por lo que se deben usar desde pequeñas motobombas para gastos bajos, hasta equipos de gran caballaje para grandes caudales. El caudal de explotación posible debe ser definido de los estudios previos del balance de componentes de entrada y salida al acuífero. En cualquier caso, el caudal de diseño de la




captación en la fuente no deberá rebasar el caudal máximo si se va a abastecer directamente la demanda desde el pozo o campo de pozos. Si la producción máxima necesaria no puede ser entregada por la captación, es posible la utilización de tanques de regulación, con lo cual se reducen los requerimientos solicitados en la fuente.

La instalación típica de un pozo de bombeo queda definida por las siguientes estructuras:

Columna de succión del pozo (pichancha, tazones, tubería de succión).

Columna de descarga (tubería de descarga, válvula check de retención, válvula de compuerta, válvula de admisión y expulsión de aire, válvula de alivio contra golpe de ariete, etc.).

Caseta de control eléctrico del equipo de bombeo (tablero de control para arranque y paro del equipo).

Acometida eléctrica (poste, transformador, cableado).

Depósito de descarga.

Medidor totalizador de volúmenes extraídos.

CAPTACIÓN EN POZOS PROFUNDOS

El rendimiento uniforme y considerable de un pozo profundo, se debe a que es posible que el acuífero es extenso y sus oríg enes se encuentren a grandes distancias del lugar de la captación, evitando rápidas fluctuaciones del nivel piezométrico, además de presentar una temperatura uniforme a lo largo del año. Tiene el inconveniente de un alto costo de operación y, debido a los grandes recorridos subterráneos del agua, es probable que contenga minerales disueltos.

Para mayor información de la ubicación y el equipamiento de los pozos someros y profundos consultar las secciones 3a. de Geotecnia y 4a. de Electromecánica del Libro V "Ingeniería Básica" del MAPAS "Manual de Diseño de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento"

El escurrimiento del agua a través de un medio poroso subterráneo es muy lento y puede variar de 6 m/día en arena, cuarzo y grava con un gradiente muy inclinado, a 3 m/año en areniscas de textura fina. La velocidad media de filtración, "V", es proporcional al gradiente hidráulico “S”, relacionado según la ley de Darcy como:

V KS

El coeficiente de permeabilidad o de proporcionalidad "K" tiene unidades correspondientes a una velocidad de filtración y suele expresarse en m/s.

Ampliación del Concepto de Acuífero

Un acuífero puede definirse como una fracción o unidad geológica que puede almacenar significativas cantidades de agua, actuando como depósito y reserva de agua subterránea.

Los acuíferos más apegados a esta definición son aquellos constituidos por rocas no consolidadas, tales como gravas y arenas, que por otra parte, representan el mayor número de las formaciones en explotación.

La mayoría de los acuíferos conforman grandes extensiones cuya alimentación puede ser natural por el aporte de aguas pluviales, corrientes superficiales, lagos y embalses o bien artificial por la contribución proveniente de agua de exceso de irrigación, pérdidas en canales, etc.




Dentro del acuífero el agua escurre por gravedad desde las zonas de recarga hacia las de descarga, como son: ríos, el mar, embalses, o bien, descarga superficialmente formando los llamados manantiales. La mayor descarga artificial tiene lugar a consecuencia del aprovechamiento que realiza el hombre mediante la explotación de pozos. Generalmente el volumen de agua removida o recargada representa una pequeña fracción de la capacidad total del almacenamiento subterráneo.

Los acuíferos se clasifican en dos grandes grupos:

1. Acuíferos libres 2. Acuíferos confinados

Un acuífero libre es aquel que está a la presión atmosférica y escurre libremente bajo la fuerza

que sobre el flujo ejerce la gravedad. Su nivel líquido sirve como límite superior de la zona de

saturación, que como su nombre lo indica, presenta todos los intersticios del terreno ocupado por

agua, a diferencia de la zona superior llamada de aireación que inicia en la superficie del terreno

en donde los espacios vacíos están ocupados parcialmente por agua y aire. Este acuífero libre se

encuentra pues, entre la superficie del terreno y un estrato impermeable. En un pozo construido

en un acuífero de esta naturaleza el nivel del agua dentro de éste, se encuentra a presión

atmosférica, por tanto, el nivel estático del agua en el pozo coincide con el nivel del agua en el

acuífero para ese punto.




Los acuíferos confinados son conocidos comúnmente como artesianos. No corren libremente y están contenidos entre dos estratos impermeables por lo que están sujetos a una presión mayor que la atmosférica. Si se construye un pozo en un acuífero de este tipo, el nivel de agua se elevará sobre el lecho confinado. En este caso se tendrá un pozo artesiano.

Si el pozo se construye en un terreno cuya superficie quede por debajo del nivel piezométrico, se origina un pozo llamado “artesiano surgente”, dado que existe una presión hidráulica que impulsa el agua a salir o brotar en la superficie.

Un acuífero confinado se transforma en acuífero libre cuando la superficie piezométrica cae por debajo de la superficie del techo del confinante. También es común que exista un acuífero confinado por debajo de un acuífero libre.




Tipos de Acuíferos

Para la construcción de una obra de captación de agua subterránea es necesario tener conocimiento de las características del suelo y de la hidráulica del agua subterránea.

El agua subterránea es una fuente importante para el abastecimiento de agua, sobre todo en suelos de material granular y ocupa el segundo lugar en la distribución de los volúmenes de agua sobre la tierra con un 2%.

Captación de Agua Subterránea somera

Hidráulica de las aguas subterráneas:

El comportamiento del movimiento del agua en el subsuelo no tiene el mismo comportamiento que el agua superficial. El comportamiento del agua subterránea se aproxima a la Ley de Darcy, que fue establecida experimentalmente.

La ecuación de continuidad establece que la descarga específica o flujo a través de un cilindro es:

𝑣 = 𝑄 / 𝐴




Donde:

𝑣 = 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 (𝑚/𝑠)

𝑄 = 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 (𝑚3

𝑠)

𝐴 = Á𝑟𝑒𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 (𝑚2)

Según el experimento de Darcy, él estableció que la velocidad del flujo a través de un medio poroso (v), es proporcional a la diferencia de presiones entre dos secciones de un volumen de control y la longitud entre ellas.

Por lo que se tiene:

𝑣 = 𝐾 (𝑑ℎ / 𝑑𝑙)

Donde:

𝑲 = 𝐶𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑 ℎ𝑖𝑑𝑟á𝑢𝑙𝑖𝑐𝑎 𝒅𝒉/𝒅𝒍 = 𝒊 = 𝐺𝑟𝑎𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 ℎ𝑖𝑑𝑟á𝑢𝑙𝑖𝑐𝑜 𝑜 𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑.

𝒉 = 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 ℎ𝑖𝑑𝑟á𝑢𝑙𝑖𝑐𝑎

La conductividad hidráulica se conoce también como coeficiente de permeabilidad. Otra forma de expresar la ecuación de Darcy es:

𝑄 = 𝑣 𝐴 𝑜

𝑄 = 𝐾 𝑖 𝐴 Las obras de captación pueden clasificarse.

Verticales: pozos y sondeos.

Horizontales: zanjas, drenes y galerías.

Mixtos: pozos con drenes radiales, galerías con pozos.




Pozos:

Pueden ser superficiales o profundos, dependen de la naturaleza de las formaciones geológicas y de la hidráulica subterránea.

Pozos Excavados

Es probablemente el tipo de captación más antiguo. En la actualidad se excava con máquinas y en rocas duras con explosivos. Sigue siendo la elección más adecuada para explotar acuíferos superficiales, pues su rendimiento es superior al de un sondeo de la misma profundidad. Otra ventaja en los acuíferos pobres es el volumen de agua almacenado en el propio pozo Diámetro= 1 a 6 metros o más Profundidad = generalmente 5 a 20 metros.

Sondeos

Son las captaciones más utilizadas en la actualidad. Los diámetros oscilan entre 20 y 60 cm. y la profundidad en la mayoría de los casos entre 30-40 m. y 300 o más. Si la construcción es correcta, se instala tubería ranurada sólo frente a los niveles acuíferos, el resto, tubería ciega.

En acuíferos de muy poco espesor .Profundidad de 2 a 4 metros y longitudes de unas decenas a varios centenares de metros. Se excavan una o varias zanjas, que, siguiendo la pendiente topográfica, vierten a un pozo colector desde el que se bombea. Se utilizan tanto para explotación del agua subterránea poco profundas como para el drenaje necesario para la estabilidad de obras.

Cono de descensos: El agua comienza a fluir radialmente hacia el sondeo, y, transcurrido un tiempo, por ejemplo unas horas, la superficie freática habría adquirido la forma que se presenta en la siguiente figura, denominada cono de descensos. Esto puede apreciarse realmente si en los alrededores del sondeo que bombea existen otros sondeos para observación de los niveles.

http://www.monografias.com/trabajos6/auti/auti.shtml

http://www.monografias.com/trabajos/geologia/geologia.shtml




Profundidad del pozo:

La profundidad total de un pozo se rige fundamentalmente por:

Espesor y niveles relativos del acuífero o acuíferos que se vayan a explota. El pozo se perforará a una profundidad que garantice un caudal específico alto, y el mayor abatimiento disponible, que permita incrementar la producción razonablemente.

La profundidad a que se encuentra el nivel freático más profundo por explotar, cuando existen varios.

La calidad del agua, factor que en ocasiones limita la profundidad y otras la propicia. El caudal a extraer.

Las obras de captación horizontales.- Tuvieron una mayor difusión en épocas ya pasadas, y en la actualidad solo perduran en algunos lugares.

Las galerías ya existían en la Mesopotamia en el siglo IV antes de Cristo. Con una topografía del terreno adecuada y una ligera pendiente de las galerías, el agua sale al exterior por gravedad, sin bombeo.

Los drenes son similares a las galerías, pero son tubos de pequeño diámetro, perforados con máquina, normalmente hasta unas decenas de metros.

Se excavan una o varias zanjas, que, siguiendo la pendiente topográfica, vierten a un pozo colector desde el que se bombea.




Dentro de las obras de captación mixtas las más comunes son los pozos excavados con drenes radiales. Estos se utilizan en los mismos casos que los excavados pero con mayor rendimiento, ya que los drenes radiales permiten aumentar el área de captación

Clasificación: Estas se pueden clasificar de diferentes formas:

1.- Según su método constructivo:

• Zanjas de percolación

• Drenes de infiltración

• Túneles de infiltración Las zanjas son de fácil construcción y pueden tener una gran capacidad y prolongada vida útil sin embargo si las zanjas son descubiertas el agua recolectada estará expuesto a la contaminación bacteriana y el crecimiento de algas.

Los drenes y túneles de infiltración son más caros de construir y su diseño es más complicado. Los drenes pueden estar sujetos a colmatación. La ventaja de los drenes y túneles es que son completamente subterráneos de tal forma que el agua recolectada esta protegida contra la contaminación. Los drenes tienen poros, perforaciones o uniones abiertas que permiten el ingreso del agua subterránea. Estos pueden ser de cerámica, arcilla vitrificada, concreto, plástico y asbesto cemento.

Forro filtrante: Su función principal será de impedir que el material fino del acuífero llegue al interior del conducto, sin ofrecer una alta resistencia a la filtración. Se considera que cuando la permeabilidad del forro filtrante es veinte veces mayor que la permeabilidad del acuífero se proporciona un drenaje libre.

Los espesores de cada capa no deben exceder los 0.15 m.




POZOS TIPO NORIA

Las norias o sínies son máquinas de tracción animal usadas tradicionalmente para extraer agua

de pozos en los que la capa freática se ubica a escasa profundidad. Las norias de extracción de

agua constituyen una tipología muy extendida en diversas zonas del mundo y su introducción en

el Mediterráneo aparece estrechamente ligada a la expansión árabe que se produjo en época

medieval, a partir del siglo XI. El origen de la noria andalusí se ha establecido en Siria y Egipto, de

forma que este tipo de artefactos llegaron a las Baleares con la ocupación islámica, formando parte

de un conjunto de conocimientos técnicos e instrumentales vinculados a una nueva agricultura. En

esta estrategia agrícola, los espacios irrigados ocupaban un lugar central, convirtiéndose las norias

en un ingenio muy útil y popular en el ámbito rural. La incorporación de este tipo de elementos

cambió radicalmente el paisaje agrario, favoreciendo el policultivo de plantas que requerían

regularmente agua y sistemas de riego estables y eficientes.

PARTES CONSTITUTIVAS

Existen distintos tipos de norias. En función de los componentes que presentan, pueden

clasificarse en norias de rueda sencilla, doble y de hierro.

Las de rueda sencilla se caracterizan por presentar sólo una rueda y normalmente la

pastera de madera adosada. Las piezas de madera solían fabricarse con almendro o pino,

pues son más resistentes al agua, y se impermeabilizaban con brea o una capa de

alquitrán, favoreciendo así su durabilidad y resistencia a la putrefacción.




Las de rueda doble son más complejas, ya que presentan rueda horizontal o rodet. En

estos casos, normalmente, la pastera está construida utilizando otros materiales

constructivos (piedra, argamasa, etc.) y se ubica bajo la rueda. Finalmente,

Las maquinarias de hierro son las más modernas, su introducción se generalizó a partir

de 1920-25 El metal sustituyó a la madera en la confección de algunas de las piezas

sometidas a un mayor roce. La sustitución de los mecanismos de madera por otros de

metal favoreció una reducción de tamaño de los componentes y la construcción de pozos

con una rueda y un diámetro menor. De esta forma, parte de la rueda y los cadufos

también se realizaron en metal y, en algunos casos, todo el sistema se sustituyó por una

bomba de agua mecanizada.

ESTUDIOS PRELIMINARES

Antes de tomar la decisión de construir alguna obra para la captación de aguas subterráneas es

recomendable realizar estudios preliminares, con el fin de tener estimaciones de los recursos

existentes.

Debe realizarse un recuento de todas las captaciones subterráneas existentes en la zona

abarcada por las napas subterráneas que se trata de aprovechar, dentro del radio de influencia

del pozo. En este proceso de recuento debe recopilarse información relacionada con ubicación

geográfica, tipos y características de la obra, niveles estáticos de la napa y sus fluctuaciones,

condiciones de explotación, capacidades máximas, estratigrafía y todo antecedente que se

estime de interés.

Será necesario recopilar antecedentes de las captaciones subterráneas existentes, así como

conocer el régimen pluviométrico del sector.

Además, es recomendable realizar un estudio hidrogeológico de la zona donde se construirá el

pozo, en el que se haga especial mención de las características de interés de los acuíferos

existentes, tales como naturaleza de los rellenos, alimentaciones o recargas disponibles, extensión

y dimensiones de los acuíferos, características de permeabilidad y almacenamiento de los mismos

(transitividad, coeficiente de almacenamiento, rendimiento específico, etc.

También es recomendable la observación y estudio de cartas que reflejen la fisiografía y topografía

del área en análisis. Mediante este material es posible establecer claramente las hoyas

hidrográficas de influencia en las cuencas, subcuencas y microcuencas; posibles recargas

naturales y dirección del flujo de aguas subterráneas.

Si los antecedentes existentes no son suficientes, se deberá investigar, programar y ejecutar las

actividades adicionales que sean necesarias, como investigaciones geológicas detalladas,

pruebas de agotamiento e infiltración en pozos existentes y prospecciones de diferente índole,

entre otras.




PROSPECCIÓN

Para la hidrología subterránea las características de los materiales geológicos relacionados con

algunas propiedades específicas de los mismos, permiten identificar materiales o masas

homogéneas que, correlacionadas con las características hidrodinámicas, aportan un buen

conocimiento de la geología subterránea. Información imprescindible para la obtención de la

geometría de los acuíferos y en general de las estructuras geológicas subterráneas.

En el estudio o prospección de aguas subterráneas encontramos por una parte, los métodos

denominados superficiales que no requieren de pozos o perforaciones para su implementación, y

por otra, aquellos que se aplican en perforaciones ya existentes o realizadas con dicho fin,

conocidos como registros geofísicos, siendo en general estos últimos más costosos.

Métodos geofísicos superficiales.

A pesar de que existe una serie de este tipo de métodos prospectivos con el fin de ubicar aguas

subterráneas para su explotación, dos son los de mayor importancia:

Método sísmico: este método se basa en la velocidad de transmisión de las ondas elásticas en

los diferentes tipos de materiales del subsuelo como respuestas a la inducción de vibraciones

artificiales por sistemas mecánicos. Las vibraciones se detectan por medio de sismógrafos en

varias direcciones y distancias desde la fuente de energía, y se gravan en papel fotográfico o cintas

magnéticas para su posterior interpretación.

La velocidad de propagación de la onda longitudinal, única de interés con el fin de la explotación

de aguas subterráneas, depende del grado de compactación y del estado de consolidación del

material o formación geológica.

La limitación principal de este método, es que no se puede obtener información de capas que

se encuentran bajo estratos de material denso (basaltos, calizas compactas), donde la velocidad

de propagación es mayor en la superficie que en la profundidad.

Método eléctrico: su característica principal es que permite determinar la resistividad o

conductividad eléctrica de las formaciones geológicas expuestas. Las principales propiedades

físicas de las rocas o formaciones que intervienen en las medidas eléctricas de este método son:

resistividad (ρ), constante dieléctrica (ε), permeabilidad magnética (μ) y propiedades

electroquímicas.

Sin duda, la propiedad de mayor importancia desde el punto de vista de la prospección es la

resistividad, que se define como: la resistencia que opone un cubo de ancho unitario al paso de

una corriente eléctrica de 1 ampere, que circula en sentido perpendicular a sus dos caras, entre

las cuales existe una diferencia de potencial (voltaje) de 1 volt, siendo la unidad de medida de

la resistividad el ohm-metro (ver figura 5).




Figura 5. Método eléctrico de resistividades, generación del campo eléctrico

Los factores de mayor influencia en el valor de la resistividad de las rocas son la constitución

mineralógica, el grado de saturación y calidad del agua que la satura, la porosidad, la edad

geológica y el grado de compactación. Otros factores que también influyen son la temperatura,

presión y humedad.

Tabla 3. Resistividad eléctrica según tipo de material

Tipo de medio Ohms-metro Tipo de medio Ohms-metro

Granito saturado 20-100 Caliza y arenisca 50-3000

Caliza saturada 50-20 Pizarra 50-300 Agua salina 1-10 Rocas metamórficas 100-10000 Agua potable 50-300 Grava 100-10000 Agua de mar < 0,2 Arena 130-1000 Agua destilada > 500 Limo 30-500 Arcilla 10-100

La resistividad como concepto se rige por la ley de Ohm, que establece que la caída de

potencial (Δv), es proporcional a la intensidad de la corriente eléctrica (I) que circula por un

conductor, multiplicado por una constante de proporcionalidad (R), denominada resistencia.

Matemáticamente lo anterior se expresa como:

Esta relación se aplica a medios homogéneos. Por otra parte, la resistividad aparente (Ra), es la

resistividad que se obtiene aplicando los datos obtenidos sobre un medio heterogéneo, y se

obtiene con la siguiente ecuación:

Donde Ke es un coeficiente que depende del tipo de dispositivo electródico que se utilice. Se

denomina dispositivo electródico al arreglo geométrico que existe entre un par de electrodos de

corriente A y B, y otro par de electrodos de potencial M y N en los métodos existentes para




determinar resistividad de materiales. Un arreglo geométrico muy común es el utilizado en el

método de Schlumberger (ver figura 5).

Los sondeos eléctricos del subsuelo o verticales (SEV), se realizan a través de una serie de

determinaciones de resistividad aparente, efectuadas con el dispositivo y separando los electrodos

de emisión y recepción de manera creciente. En la medida que se separan los electrodos la

profundidad de evaluación es mayor, cuando los electrodos están muy juntos, las mediciones

corresponderán a las capas superficiales. Pero a medida que estos se separan, las mediciones

efectuadas medirán resistividades en las capas que se encuentran a mayor profundidad. La

profundidad de las mediciones en general es del orden de 1/5 a 1/3 de la separación entre los

electrodos A y B, aunque esta relación varía de acuerdo con las características de los materiales

atravesados.

Con la información de las resistividades obtenidas se confeccionan perfiles de suelos

representativos de la geometría y características de las formaciones atravesadas por los sondeos.

Es muy importante realizar una calibración previa del equipo, la cual se efectúa en pozos existentes

o en afloramientos específicos conocidos.

Construcción y habilitación de norias

Según el referido documento, es recomendable construir las norias a orillas de quebradas principales o de esteros, emplazándolas en lugares protegidos de crecidas. En la construcción y habilitación de norias se parte de la base que la simple excavación de un pozo, sin revestimiento interno, no es una alternativa adecuada, por los riesgos de derrumbes y mala calidad del agua.

En la figura 7 se muestran 4 alternativas de construcción de norias: a) construcción con revestimiento de piedra, sin utilizar material agregante; en los casos b y c se ha incorporado el uso de concreto en las paredes externas e internas, incluyéndose la construcción de tapa en la boca del pozo; la alternativa d muestra el uso de tubos de concreto tipo alcantarillado (perforado), de 1 m de diámetro y 0,5 m de altura, los cuales se van instalando a medida que el pozo se va profundizando. El diámetro del pozo debe ser unos 50 cm mayor que el diámetro exterior de los tubos, para localizar en ese espacio grava seleccionada que cumple la función de filtro.

Rendimiento de las norias

El rendimiento o cantidad de agua que puede entregar una noria depende de su profundidad, diámetro y de las características del acuífero enterceptado. Sin embargo, dada la poca profundidad, su rendimiento es bajo, de 2 a 3 l / s.

Para conocer el rendimiento de una determinada noria se recurre a la ejecución de pruebas de bombeo, las cuales permiten definir el caudal máximo que se puede extraer sin que la noria se agote. La publicación Manual de Riego de PRODECOP (1998), sugiere el siguiente procedimiento:

Etapa 1. Bombear toda el agua de la noria, con un caudal constante, hasta agotarla. El objetivo de esta etapa es producir el vaciado y limpieza de los poros drenantes. Extraída toda el agua, dejar que se recupere el nivel estático.

Etapa 2. Consiste en la ejecución de pruebas de bombeo utilizando 3 caudales diferentes y crecientes, evaluando en cada caso, el abatimiento del nivel de agua en el interior de la noria. El bombeo de cada caudal debe hacerse durante 1 hora, totalizando 3 horas. Para evaluar el abatimiento debe medirse las profundidades del nivel freático inicialmente cada 1 min y luego cada




2 ó 3 min. Terminada esta prueba, dejar que la noria se recupere, registrando los niveles de ascenso del agua al interior de ella, con frecuencia de 2 min.

Etapa 3. Seleccionar el caudal máximo que no provoque un abatimiento rápido y que no deje a la noria sin agua en poco tiempo. Realizar la prueba por 3 o más horas, registrando los niveles de abatimiento y recuperación. El caudal seleccionado corresponderá al caudal que entrega la noria, permitiendo no agotarla en un tiempo prolongado.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

1. Las obras de captación deben de localizarse en zonas donde el suelo se estable y resistente a la erosión, procurando que la captación se haga en un sector recto del cauce. En caso de necesitarse la captación en una curva, aquella debe ubicarse en la parte exterior de la curva, tomando las debidas medidas de la protección de la obra.

2. Para toda obra de explotación de aguas subterráneas es necesario un minucioso estudio de los acuíferos disponibles ya que de ahí se definen si el agua extraída satisface la demanda que se pretende cubrir.

3. Es necesario que nuestro país concluya con la implementación del PLAN HIDROGEOLÓGICO NACIONAL. Ya que esto permitirá que existan muchos más estudios sobres los acuíferos en nuestro país. Con vistas a satisfacer una demanda de agua cada vez mayor siendo las aguas superficiales insuficientes.

4. Existen diferentes métodos para el cálculo de K (permeabilidad) y s (Abatimiento). Estos valores serán tan confiables como lo son el estudio de exploración. Valores muy importantes en el diseño, ya que ellos determinan la profundidad que tendrá el pozo.

5. Para escoger adecuadamente un sistema de bombeo es necesario tener en cuenta además de la información técnica base el tipo de tecnología con la que se cuenta. Ya que en nuestro país existen zonas con ausencia de energía eléctrica o vías de comunicación para un abastecimiento de combustible constante.

6. Una vez analizado el tema de las obras de captación que existe en una obra civil, se recomienda realizar los estudios respectivos para su diseño. Y en futuro de su construcción no tener problema.

7. Se recomienda dar mayor importancia al mantenimiento en los proyectos de explotación de recursos hídricos a través de pozos, ya que muchos proyectos en nuestro país han fracasado por este factor.




BIBLIOGRAFÍA Y LINKOGRAFÍA.

AGUAS SUBTERRANEAS - Conocimiento y Explotación - Ing. Norberto O. Bellino - Instituto de Ingeniería Sanitaria - Facultad de Ingeniería - Universidad de Buenos Aires – 2012.

Manual de perforación de pozos tubulares para la investigación y captación de agua subterránea en el “sistema acuífero guaraní”

Ley de recursos hídricos - ley nº 29338 – autoridad nacional de agua https://www.academia.edu/10205563/el_agua_subterranea_y_los_acuiferos

http://www.bvsde.ops-oms.org/tecapro/documentos/agua/igaleriasf.pdf

https://es.scribd.com/doc/19283450/69/Pozos-a-cielo-abierto-o-pozos-someros

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