República Bolivariana de VenezuelaMinisterio del Poder Popular para la Educación Superior

Instituto Universitario PolitécnicoSantiago Mariño

Extensión Barinas

Barinas, Marzo del 2016

Bachiller:Mariajosé Pulgar

CI. 21.167.626Infraestructura

INFRAESTRUCTURA

Las obras de captación de agua superficial, derivación o toma en ríos se conoce como: “bocatoma”. A través de estas estructuras se puede captar el caudal de diseño de un proyecto, que por lo general corresponde al caudal máximo diario.

Obra de Captación Superficial (Bocatoma)

Captación de agua superficial

El agua recolectada se debe por lo menos filtrar y clorar. La calidad física y química del agua al comienzo de la lluvia no es aceptable, ya que arrastra y adsorbe partículas de polvo y otros contaminantes atmosféricos y de los tejados, por tal razón, este sistema no debería ser utilizado en zonas donde haya un desarrollo industrial importante donde; la contaminación del aire produciría agua de mala calidad como, por ejemplo, el fenómeno de lluvia ácida

Cisterna para la captación de agua Pluvial

(SO2 + H2O H2SO4)

Las cisternas son sistemas de recolección y almacenamiento de aguas lluvias. Esta es una solución viable en zonas rurales donde no se dispone fácilmente de otras fuentes de agua.

Cisterna

Generalidades: 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%. La principal fuente de agua en la zona del pacífico de Nicaragua es subterránea.

Captación de Agua Subterránea somera

Captación de agua subterránea

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:

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:

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

v = K (h / l) Donde: K = Conductividad hidráulica

h/l = i = Gradiente hidráulico o pérdidas de energía por unidad de longitud. h = Carga hidráulica

v = Q / A Donde: v = Velocidad (m/s) Q = Caudal (m3/s) A = Área transversal del cilindro (m2)

Pueden ser superficiales o profundos, dependen de la naturaleza de las formaciones geológicas y de la hidráulica subterránea. Los pozos se pueden clasificar en pozos excavados que son hechos manualmente con un diámetro de orificio amplio (0.8 a 1.20 m, pudiendo alcanzar hasta 2 m) y son poco profundos, por lo general su profundidad no es mayor de 20 metros. Los pozos hincados son realizados golpeando un tubo con un martillo o martinete y pueden alcanzar profundidades hasta 25 m, en tierra no muy compacta. El diámetro de la perforación es del orden de 50 mm (2”). Los pozos perforados son de mayor profundidad y de pequeño diámetro alcanzando profundidades mayores a 150 m. Pudiendo ser pozos perforados pocos profundos y muy profundos, ejemplo de estos son los localizados en la Ciudad de Diriamba, donde el nivel freático se localiza a 130 m de profundidad como promedio. Los pozos para la explotación de agua subterránea deben diseñarse para obtener la mayor productividad, asociada con el máximo gasto específico, para reducir al mínimo los costos de operación y mantenimiento, para lo cual se seleccionan los materiales que garanticen la vida económica del pozo, dimensionando sus elementos estructurales a fin de obtener costos de construcción razonables.

Pozos

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.

Profundidad del pozo

En pozos alojados en materiales granulares, la tubería de ademe suele estar forrada por una parte de tubo ciego o liso, que forma la cámara de bombeo y por el cedazo, malla o tubo filtro, que constituye la tubería de producción.

Tubería de Ademe

Diámetro de la cámara de bombeo: Éste queda definido por el caudal que se va extraer, ya que de éste depende el diámetro de los tazones de la bomba. Generalmente el ademe ciego que formará la cámara de bombeo, se le asigna un diámetro mínimo de 3” (75 mm) mayor que el diámetro de los tazones de la bomba.

Dademe = Dtazones + 3”

El diámetro de los tazones (pulgadas) en términos generales; es igual a la raíz cuadrada del caudal máximo (litros por segundo), más una pulgada.

Dtazones = (Q)1/2 + 1”

El diámetro de la perforación corresponde al diámetro del ademe más un espacio adicional para el filtro anular de grava cuando requiera:

Dperforación = Dademe + 2 o 3”

Con los criterios anteriores se satisfacen los siguientes requisitos: La bomba turbina, ya sea o no con motor sumergible, se puede alojar holgadamente en la cámara de bombeo.Se tiene satisfactoria eficiencia hidráulica, con pérdida por fricción razonable.Se absorben pequeñas desviaciones o torceduras de la cámara, con lo que la columna de la bomba queda sensiblemente vertical.Solo en casos muy especiales, el diámetro de la cámara podrá ser tan solo 2” (50 mm) mayor que el del exterior de los tazones, para diámetros pequeños de éstos.

El diseño de la malla o tubo filtro depende de los siguientes factores, tanto para pozos con filtro natural como artificial:

Longitud: Se fija en función de la permeabilidad y espesor de los estratos productores. Abertura: Se selecciona para proteger el material de las formaciones alrededor del tubo filtro, impidiendo el paso de materiales finos al interior de éste, ya sea con o sin el auxilio del filtro artificial de grava La distribución y el número de las aberturas depende del tipo y fabricante del cedazo, así como el filtro proyectado. Diámetro: Se determina en función de la velocidad del agua a través del cedazo, la cual no deberá ser mayor de 3 cm/s, para minimizar las pérdidas por fricción a través de las ranuras, reducir las posibilidades de arrastre de arenas finas y contrarrestar los fenómenos de corrosión e incrustación de aguas.

Diseño del tubo filtro o tubería productora

Depende del tipo de acuífero, del abatimiento máximo disponible y del espesor y estratificación de los acuíferos. No es necesario que la malla cubra totalmente el espesor del acuífero para obtener la máxima producción del pozo. Si la formación del acuífero es homogénea, la longitud del tubo de cedazo se seleccionará entre un 70 a un 80% del espesor del acuífero, obteniéndose así el 90 o 95% del máximo gasto específico disponible para el mismo tubo de longitud igual al espesor del acuífero.

Longitud de la tubería productora

Para cumplir su función el material deberá ser granular, limpio, redondeado y ligeramente más grande que los finos del acuífero, para que durante el desarrollo del pozo se mezcle con el más grueso del propio acuífero, incrementando con ello la permeabilidad y transmisibilidad de la zona periférica colindante con el pozo. Un filtro debe cumplir con las siguientes especificaciones:• Su permeabilidad será cien veces mayor que la del material del acuífero protegido,

permitiendo así un flujo fácil, con un mínimo de pérdidas hidráulicas.• Que los granos del acuífero sean retenidos por el filtro, sin obstruirse.• Que las partículas menores del propio filtro sean retenidas por sus granos de mayor

tamaño, para lo cual su material debe estar bien graduado y contener un máximo de 5% de finos.

Diseño del filtro grava

Se define como el ancho del espacio anular comprendido entre las tuberías de ademe y las paredes del agujero perforado. Un filtro con espesor 2 a 3 veces el diámetro de sus partículas es funcional, pero en la práctica de campo se requieres espesores mínimos de 3” (75 mm), hasta profundidades de 75 m, aumentando hasta 6” (150 mm) para grandes profundidades.

Espesor del filtro

Diseño de los componentes de una galería de infiltración Tubo recolector: Se deberá tomar en cuenta lo siguiente: La sección transversal deberá tener la capacidad suficiente para que se escurra el caudal de diseño, la sección mínima será 200 mm (8”) a 250 mm (10”)El tipo de material puede ser de asbesto cemento, hierro fundido, hormigón simple o armado o PVC (cloruro de polivinilo)La pendiente, debe producir una velocidad de aproximadamente 0.60 m/s, para evitar sedimentación del material fino.Las pérdidas por fricción deben ser mínimasSe deberá proveer un máximo de área abierta o perforada, para que el agua pase del acuífero al conducto a una velocidad tal que arrastre la menor cantidad de fino posible. Las velocidades serán entre 5 a 10 cm/s, con un coeficiente de contracción de entrada por orificio de 0.50

La longitud mínima de galería (L) estará en función del caudal de diseño Qd y del caudal de rendimiento máximo por unidad de longitud (Qu)

L = Qd / Qu 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.El diámetro de los huecos del filtro no tiene que ser menor que todas las partículas del acuífero, basta con que el diámetro de los huecos del filtro sea menor que el D85 del material del acuífero.Pozo colector: Su función es recibir el agua que escurre y además permitir el bombeo de ella. Puede ser rectangular o circular, sus dimensiones serán las necesarias para permitir labores de limpieza y mantenimiento del pozo, conductos válvulas de la bomba. El fondo del pozo deber estar 0.60 m por debajo de la cota invert del tubo colector.Pozo de inspección: Para el mantenimiento de la galería es conveniente colocar cámaras de inspección en el extremo inicial y a intervalos regulares aproximadamente de 50 m, para diámetros menores de 600 mm (24”) y 100 m para diámetros mayores de 600 mm (24”)Mantenimiento: La falla más común en las galerías de infiltración es la que ocurre en el forro filtrante. Esta falla consiste en la penetración de partículas finas en el foro de gravas y en el conducto, se debe quizás a una selección inadecuada de la granulometría del filtro o una colocación equivocada durante la construcción.