OBRAS DE CAPTACION: POZOS PERFORADOS

OBRAS DE CAPTACION: POZOS PERFORADOSABASTECIMIENTO DE AGUA

INDICE1.POZOS PERFORADOS22.PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO33.CONVENIENCIA DE SU APLICACIN44.CRITERIOS DE DISEO54.1.Periodo de Diseo54.2.Profundidad del Pozo54.3.Dimetro del pozo54.4.Longitud, dimetro y material de Rejilla.64.4.1.Longitud de la Rejilla64.4.2.Dimetros de las rejillas:74.4.3.Material de la Rejilla84.5.Filtro de Grava95.PROCEDIMIENTOS DE DISEOS105.1.Bsqueda y anlisis de Informacin para la determinacin de la capacidad y calidad del acufero105.2.Investigaciones y trabajo de campo106.BIBLIOGRAFIA117.ANEXOS127.1.Esquema de pozo perforado127.2.reas abiertas de rejillas Jonson del tipo telescpico137.3.Metales de las rejillas y sus aplicaciones.14

1. POZOS PERFORADOS

Un pozo es una estructura hidrulica que debidamente diseada y construida permite efectuar la extraccin econmica de agua de una formacin acufera. Para tal fin, se necesita considerar los siguientes factores: Una aplicacin inteligente de los principios de la hidrulica en el anlisis del pozo y del comportamiento del acufero. La destreza al perforar y construir los pozos lo que permite tomar ventaja de la condicin geolgica. Una seleccin tal de los materiales que asegure una larga duracin de la estructura.

El pozo perforado consiste en la abertura de un orificio de forma vertical, en general de forma cilndrica y de dimetro mucho menor que la profundidad. El agua penetra a lo largo de las paredes creando un flujo de tipo radial. El nivel de agua en el pozo de bombeo es ms bajo que en cualquier otro lugar de la formacin que rodea a este de manera que le agua se desplaza desde la formacin hacia el pozo, tratando de reponer el volumen extrado por la bomba. La fuerza o presin que impulsa el agua hacia el pozo, la carga representada por la diferencia de niveles del agua dentro del pozo y en otro punto cualquiera fuera de aquel.

1.1Elementos que componen el Pozo perforado.

Ademe del pozo: Es una tubera generalmente de acero, colocada con holgura dentro de la perforacin. Este componente proporciona una conexin directa entre la superficie y el acufero, y sella el pozo de las aguas indeseables superficiales o poco profundas; adems soporta las paredes el aguajero de perforacin.

Tubera Ranurada (rejilla): Consiste en una tubera ranurada fabricada especialmente para la captacin del agua subterrnea. La ranuracin depende del tipo de material no consolidado tal como la arena, que se encuentre en el acufero. La rejilla permite que el agua fluya libremente hacia el pozo desde la formacin saturada, evitando que la arena penetre y adems acta como un retenedor estructural que estabiliza el agujero dentro del material consolidado.

Empaque de grava o filtro de grava: Proporciona una zona anular de alta permeabilidad, aumentando el radio efectivo del pozo y su gasto de explotacin.( Ver anexo No.7.1 elementos de pozo perforado).

2. PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO

El funcionamiento de los pozos est basado en el principio de cmo el agua almacenada en los materiales del acufero es cedida por drenaje gravitacional.La ley de Darcy, es la expresin que rige el principio bsico que gobierna el flujo de agua subterrnea, y la misma relaciona la velocidad del flujo con las prdidas de energa que tienen lugar a lo largo de su recorrido. El anlisis es aplicable a las condiciones de acufero libre y confinado. Las conclusiones de Darcy, se pueden expresar asi:

En la cual V es la velocidad del agua, h la diferencia de cargas ente dos puntos separados por una distancia igual a l, i es el gradiente hidrulico y k una constante que depende de las caractersticas del acufero.Debe entenderse que al efectuarse la extraccin del agua de un pozo, con equipo de bombeo, ocurre un abatimiento de la superficie libre del agua dentro del ademe detenindose hasta que ocurra un equilibrio con la aportacin de los mantos acuferos, esto provoca una depresin llamada cono de abatimiento y el cual influye directamente sobre el caudal extrado y la clase de material que rodea al pozo.Curva de abatimiento

3. CONVENIENCIA DE SU APLICACIN

Un cuerpo de agua subterrnea presenta diversas ventajas con relacin a los cuerpos superficiales ya que por el lado de la calidad del agua, la filtracin natural del agua hace menos costoso el tratamiento que deba darse a esta para tornarla potable; por otro lado, un acufero puede tener una gran extensin por lo cual podr planearse la captacin lo ms cercana posible a la zona de demanda, ahorrando por tanto en costos de infraestructura para la fase de conduccin del sistema de suministro

4. CRITERIOS DE DISEO

4.1. Periodo de Diseo

20 25 aos:Fciles de ampliar cuando el crecimiento y las tasas de inters son bajas, menor del 3% anual.10 15 aos:Cuando las tasas de crecimiento e inters son altas, mayor del 3% anual.4.2. Profundidad del Pozo

La profundidad que se espera darle al pozo se determina por lo general mediante el registro de pozo de prueba, de los registros de otros pozos cercanos en el mimo acufero o durante la perforacin del pozo, por lo general el pozo se determina en el fondo del acufero. Esto es de desear por las razones siguientes: Se utilizan mayor espesor del acufero como intervalo de captacin del pozo lo que mejora su capacidad especfica. Puede obtenerse mayor abatimiento disponible, permitiendo al pozo erogar ms caudal.Una excepcin a estas reglas serian: Cuando se sita la rejilla centrndola entre las partes superiores e inferiores del acufero, prctica que a veces se sigue para lograr un uso ms eficiente de una cierta longitud de rejilla en un acufero artesiano uniforme. Cuando se encuentra agua de mala calidad en la parte inferior del acufero, en tal caso el pozo deber de completarse hasta una profundidad de excluya esa agua y obtener as la mejor calidad que se encuentre disponible.4.3. Dimetro del pozo

El dimetro del pozo debe de escogerse de modo que satisfaga los siguientes requisitos: El ademe debe de ser lo suficientemente amplio para que permita acomodar la bomba con la tolerancia adecuada para su instalacin y funcionamiento. El dimetro del intervalo de captacin del pozo debe ser tal que garanticen una buena eficiencia hidrulica del mismo. Al escogerse el dimetro del pozo el factor que gobierna es el tamao de la bomba que va a necesitarse para la descarga deseada o potencial del pozo. El dimetro de ademe deber ser dos nmeros mayor que el dimetro nominal de la bomba, y bajo ninguna circunstancia deber escoger un dimetro menor de por lo menos un numero ms grande que los tazones de la bomba. En la tabla siguiente se muestran los tamaos de ademe que se recomiendan:Dimetros recomendados de pozosProduccin Prevista del Pozo (m3/min)Dimetro nominal de los tazones de la bomba (cm)Dimetro optimo del ademe del pozo (cm)Mnimo dimetro de ademe (cm)

menos de 0.41015 ID [footnoteRef:1] [1: ID Dimetro interior]

12.5 ID

0.3 - 0.712.520 ID15 ID

0.6 - 1.5 1525 ID20 ID

1.3 - 2.52030 ID25 ID

2.3 - 3.42535 OD [footnoteRef:2] [2: OD Dimetro exterior]

30 OD

3.2 - 5.03040 OD 35 OD

4.5 - 6.83550 OD40 OD

6.0 -12.04060 OD50 OD

Si el ademe de la tabla se escoge de acuerdo a la tabla anterior, existir una luz adecuada para la instalacin de la turbina vertical; el eje de la misma constituir la plomada y no se forzara la bomba, aunque el ademe se halle ligeramente fuera de la lnea y no exactamente a plomo. Esta luz o tolerancia es plenamente adecuada para bombas sumergibles. Asimismo, si la bomba se emplaza por debajo de alguna seccin enrejillada, habr suficiente rea alrededor de los tazones como para permitir que el agua pase hacia abajo hasta la captacin de la bomba como un mnimo de la perdida.4.4. Longitud, dimetro y material de Rejilla.4.4.1. Longitud de la RejillaLa longitud ptima de rejilla debe de escogerse con relacin al espesor de acufero, abatimiento disponible y estratigrafa de la formacin. Las reglas que siguen se pueden aplicar a cuatro situaciones:Acuferos artesianos homogneos: En este tipo de acuferos, deber enrejillados de un 70 a un 80 por ciento del espesor del material acufero, suponiendo que el nivel del agua no descienda por debajo del techo de este. Si el acufero tiene menos de unos 8 metros de espesor, es suficiente con enrejillar el 70 por ciento. Si su espesor se halla comprendido entre 8 y 15 metros, deber colocarse rejilla en un 75 por ciento de este. Si es mayor de 15 metros deber de enrejillarse no menos del 80 por ciento.Las longitudes de rejillas indicadas harn posibles captar alrededor del 90 por ciento o ms de la mxima capacidad especfica que se podra obtener al enrrejillar todo el acufero.Acuferos artesianos heterogneos: en este tipo de formacin acufera lo mejor es enrejillar el estrato ms permeable.La definicin del estrato ms permeable puede definirse con algunas de las siguientes pruebas: Se realizan pruebas de permeabilidad de las muestras que representan los estratos respectivos de la formacin acufera. Se realizan anlisis granulomtricos de aquellas muestras que representan los correspondientes estratos de la formacin, mediante una comparacin de las curvas granulomtricas, se deducen la permeabilidad relativa de cada muestra. Se hacen luego una inspeccin visual y una comparacin, de los materiales que representan cada estrato. La permeabilidad relativa de cada uno se estima mediante una apreciacin de la bastedad limpieza (ausencia de limo y arcilla) del material.

Acuferos freticos homogneos: tanto la teora como la experiencia han demostrado que al enrejillar el tercio inferior del acufero se obtiene el mejor diseo para esta condicin, sin embargo se pueden enrejillar la mitad inferior del acufero para obtener una mayor capacidad especifica.En los pozos de nivel fretico, la seleccin de rejillas presenta una alternativa con dos factores:Se obtienen la mayor capacidad especfica cuando se usan la mayor longitud de tubera posible.Se obtiene mayor abatimiento disponible si se utilizan la menor longitud posible de rejilla.4.4.2. Dimetros de las rejillas:

El dimetro de la rejilla se escoge de manera que se cumpla el principio bsico de proveer suficiente rea de entrada para que la velocidad de acceso del agua al pozo no exceda de un cierto valor estipulado. Por pruebas de laboratorios y por pruebas de campo se ha determinado que si la velocidad de entrada a travs de la rejilla es menor o igual a 3 cm/seg, se obtendrn los siguientes resultados: La prdida por friccin en las aberturas ser de un valor despreciable La velocidad de incrustacin ser mnima La velocidad de corrosin ser tambin mnima La velocidad se calcula dividiendo la descarga deseada o que se espera obtener por el rea total abierta de las ranuras de la rejilla. Si la cifra que se obtiene es mayor que 3 cm/s, se deber aumentar el dimetro de la rejilla de modo que se provea suficiente rea abierta y la velocidad se aproxime a lo indicado. Si la velocidad calculada de esa manera es menor, (1.5 cm/s), se podr entonces reducir el dimetro de la rejilla en cierta proporcin. Se tiene que garantizar que el dimetro de la rejilla sea tan grande como se pueda, para mantener el valor de la velocidad de entrada por debajo del valor lmite de 3 cm/s.Se supone que la bomba se colocar sobre la rejilla y que las prdidas de carga relacionadas con el flujo vertical ascendente del agua a travs de la rejilla son pequeas. La mayor parte de los fabricantes de las rejillas suministran tablas que indican el rea abierta por metro de cada tamao de sta y para diversos anchos de ranuras. En el anexo 7.2 se muestran los ejemplos para cada ancho de rejilla.4.4.3. Material de la Rejilla

El material de la rejilla debe ser seleccionado segn: Contenido mineral del agua. Presencia de jaleas bacterianas. Requisitos de resistencia de la rejilla. Mediante anlisis de qumicos del agua se puede determinar si el agua es corrosiva o incrustante. El agua corrosiva causa la corrosin de la rejilla y esta a su vez, falla o deterioro del pozo, invasin de una excesiva cantidad de arena en el pozo. Por lo anterior se hace necesario utilizar un material que evite la corrosin. El agua incrustante ostenta estas caractersticas por la tendencia a depositar minerales en la superficie de la rejilla y en los poros de la formacin cercana a estas. Tales disposiciones obstruyen las aberturas de las rejillas.

El agua corrosiva puede estar determinada por los siguientes ndices:

Valor bajo de pH. Si este es menor que 7 el agua es cida y existen condiciones de corrosividad. Oxgeno disuelto. Si este excede de 2 ppm, el agua es corrosiva. El oxgeno disuelto se encuentra de preferencia en los pozos freticos someros. Sulfuro de hidrgeno. Su presencia puede establecerse por su olor caracterstico a huevo podrido. Concentraciones de 1 ppm pueden causar corrosin severa. Slidos disueltos totales. Si el contenido mineral disuelto excede de 1000 ppm la conductividad elctrica del agua es suficientemente alta como para causar corrosin electroltica. Para evitar esto utilizar rejillas de un solo metal. Dixido de carbono. Si la presencia de este gas excede de 50 ppm, el agua es corrosiva. Cloruros. Si el contenido sobrepasa de 50 ppm, el agua es corrosiva. Agua incrustante. El agua con esta caracterstica tiene tendencia a depositar minerales en la superficie de la rejilla y en los poros de las formaciones cercanos a ellos. Se obstruyen las formaciones de la rejilla.

El agua incrustante puede estar determinada por los siguientes ndices:

Alto valor de pH, por encima de 7.5. Dureza de carbonatos, si excede de 300 ppm se formaran costras de cal. Hierro. Si su contenido sobrepasa las 2.0 ppm Las rejillas de pozos con agua de estas caractersticas deben ser construidas con metales resistentes que soportan la accin corrosiva. Los materiales ms comunes son Everdur y acero inoxidable 304. La bacteria denominada bacteria ferruginosa, presente en algunas aguas, es un organismo molesto que causa obstruccin de los poros de la formacin acufera y de las aberturas de una rejilla. Estas bacterias produce material pegajoso de consistencia viscosa causando oxidacin y precipitacin de hierro disuelto y manganeso. Debido al efecto combinado de la proliferacin de los microorganismos y minerales precipitados en un corto tiempo se produce la obstruccin casi completa del pozo. ( ver anexo No.7.3 metales de las rejillas de pozos y sus aplicaciones)

4.5. Filtro de Grava

Los filtros de grava y su diseo dependen de las condiciones geolgicas que existen en la formacin inmediata al pozo, y el propsito del mismo es retener todo el material de la formacin. Se debern disear los espesores, basados en el anlisis granulomtrico de los materiales ms finos que componen el acufero, y se debern construir todas las curvas granulomtricas de todos los estratos que componen el acufero. Debe multiplicarse el tamao de arena correspondiente al 70% de retencin, por un factor que va desde 4 hasta 6, usando un factor de 4 como multiplicador si la formacin es fina y uniforme, usando 6 si esta es ms gruesa y no uniforme. El lmite mximo para el espesor del filtro de grava debe ser como mximo 20 cms.

5. PROCEDIMIENTOS DE DISEOS

5.1. Bsqueda y anlisis de Informacin para la determinacin de la capacidad y calidad del acufero

Para el diseo de Pozos profundos se debe contar con la siguiente informacin Geolgica y estratigrfica. Tipo de formaciones geolgicas presentes en el rea de investigacin Caractersticas fsicas de los acuferos (magnitud, espesor, lmites, permeabilidad, rendimiento especfico, permeabilidad de los acuferos adjuntos, coeficiente de almacenamiento, etc). Hidrolgico: Nivel piezomtrico para el cual es necesario conocer la profundidad y los cambios de altura de las capas freticas. Precipitacin anual, escorrenta y posibles recargas al sub-suelo, prdidas por evaporacin, transpiracin y descargas de aguas subterrneas. Calidad del agua: Caractersticas minerales del agua de cada acufero.5.2. Investigaciones y trabajo de campo

Para Obtener la informacin mencionada se deben realizar las siguientes investigaciones:

Investigacin GeolgicaPara evaluar la fuente se utiliza la informacin geolgica disponible, (en Nicaragua normalmente INETER administra dicha informacin) conjuntamente con la informacin geolgica que se obtiene en el reconocimiento de campo. Tales informaciones son interpretadas por un experto en el campo de la hidrogeologa quien define de esta forma las formaciones existentes y las caractersticas de los acuferos.

Inventario de Pozos.Se debe hacer una investigacin de los pozos que existan en la zona, de fotografas areas y planos geolgicos para hacer un avalo tentativo, a fin de determinar las condiciones de los acuferos utilizables. Los planos de suelos y fuentes superficiales que hayan sido preparados en base a las fotografas areas, pueden ser utilizados para localizar acuferos poco profundos.

Otro tipo de Investigaciones En caso de que las investigaciones anteriores resulten insuficientes para determinar la presencia y caractersticas de un acufero se podr realizar tambin cualquier de las siguientes investigaciones: Investigacin geofsica Mtodo de refraccin ssmica: Este mtodo no es adaptable a zonas pequeas, debido a la interferencia de vibraciones.

Revisin de la Oferta y Demanda de Agua Una vez revisada la capacidad de produccin, recarga y dems caractersticas fsicas del acufero, incluyendo su posible calidad fsico qumica, se deber revisar que la capacidad de produccin del pozo sea la suficiente para cubrir la demanda de agua requerida.

5.3. Dimensionamiento o Diseo Preliminar

Una vez definida las caractersticas del acufero y conocida la capacidad de bomba requerida se podr proceder al clculo del dimetro del pozo, longitud de la tubera ciega y ranurada, seleccin del tipo, dimetro y material de las rejillas y el dimensionamiento del filtro de grava de acuerdo a los criterios de diseo mencionados.

Se debe mencionar sin embargo que el dimensionamiento final de estos elementos se definir al momento de la perforacin, la cual incluir el registro de los materiales litolgicos a partir de los cuales se establecer las longitudes de tubera y dems criterios.

6. BIBLIOGRAFIA

MSc. Ing. Yalena Navarro Cajina. Asignatura de abastecimiento de agua. Centro de investigacin y estudios en medio ambiente. CIEMA UNI. Managua. 2001.

Valdez E.C. Abastecimiento de agua potable. Volumen I. UNAM. Mxico. 1994.

E.E. Johnson, INC. El agua Subterranea y los pozos. Primera edicin Minnesota. 1975.

7. ANEXOS

7.1. Esquema de pozo perforado

7.2. reas abiertas de rejillas Jonson del tipo telescpico

7.3. Metales de las rejillas y sus aplicaciones.

1Ing. Mirtha Bravo Obando; Ing. Vernica Valentina GaloDimetro de la rejilla en pulgadas rea de captacin por pie lineal en pulgadas cuadradas

Abertura No.10Abertura No.20Abertura No.40Abertura No.60Abertura No.80Abertura No.100Abertura No.150

310193242435565

414264457587488

5183355727394112

62139658587111132

8285187113116131160

103665110143147166203

124277130170174180223

143871123163177198251

153976132175190217268

163569123164171198250

183978139186193224283

204788156209218252318

244687158217266307389

264991166227278321406

3057108192268239379480

3665124224307376434550

METAL ALEACINCOMPOSICIN NOMINALAPLICACIONES SUGERIDAS

Monel70% Nquel30% cobreAlto cloruro de sodio combinado con oxigeno disuelto, como en el agua del mar. No se necesita por general agua subterrnea potable

Acero inoxidable74% acero18% cromo8% nquelSulfuro de hidrogeno. Oxigeno disuelto. Dixido de carbono. Bacterias ferrosas. Excelente resistencia

Everdur96% cobre 3% slice1% manganesoAlta dureza Total, Alto cloruro de sodio en ausencia de oxigeno disuelto. Alto contenido de hierro. Extremadamente resistente a los tratamientos con cidos.

Bronce rojo al silicio 83% cobre16% zinc1% sliceUsado para las mismas condiciones de Everdur, pero inferior y no tan resistente. Se usan para guas no muy activas.

Hierro armaco 99.84% hierro puro (doblemente galvanizado)No es resistente a la corrosin, pero acta satisfactoriamente en varias areas. Se utilizan en pozos para riegos, en donde las aguas son relativamente neutras.

Acero99.35/99.72 hierro 0.09/0.15 carbono0.20/0.50 manganeso(doble galvanizacin)No es resistente a la corrosin. Por lo general se usa en pozos no permanentes, tales como de prueba o pozos para desecacin. Alcanzan una vida til satisfactoria, especialmente si el agua no es corrosiva o incrustante.