DISEO DE POZOSIng. Guillermo Aguilar

DISEO DE POZOSa) Nivel Estatico : Es el Nivel del agua subterranea en un pozo cuando este no esta sometido a bombeo Ej: 15 m. b) Nivel Dinamico : Es el Nivel del Agua en un pozo cuando se esta bombeando. Ej. 18.0 m c) Abatimiento (s) : Es la diferencia entre los dos Niveles antes mencionados. Ej. 18 15 = 3 m

d) Pozo : Es una estructura hidraulica que provee economicamente agua, si esta ha sido bien diseada y bien construida.

Pozo Acuifero Nivel Estatico

Abatimiento del Nivel de Agua

Acuifero Tuberia Ranuda

Estrato Impermeable

OBJETIVOS DE LOS POZOSa) Abastecimiento sostenido de las demandas de agua y acorde con el potencial de acuifero. b) Proveer agua libre de contaminantes y sedimentos c) Reducido costos de operacion y mantenimiento

d) Facilidad de monitoreo del comportamiento del pozos

CRITERIOS PARA LA UBICACION DE POZOSa) El pozo sea accesible para su limpieza, prueba, monitoreo, mantenimiento y reparacion. b) El pozo debera estar libre de problemas de inundacion por aguas superficiales c) Debe esta ubicado lejos de las fuentes potenciales de contaminacion, tales como: Tanques septicos, y/o cuerpos de agua contaminada d) Debe estar ubicado en una caseta de bombeo, apropiadamente ventilada

CONSIDERACIONES PARA EL DISEO DE POZOSEn ingenieria de pozo se han establecido dos fases de diseo de pozos: a) Diseo Preliminar Elaborado como conclusion del estudio hidrogeologico con fines de perforacion de pozos

d) Diseo Definitivo Determinado luego de culminada la perforacion y la zona geologica haya sido perfiliado (logged)

DISEO PRELIMINAR DE UN POZO

DISEO DEFINITIVO DE UN POZO

a) Diseo Hidrulicob) Diseo Fsico COMPONENTES DEL POZO A SER DISEADOS Profundidad de Pozo Tipo de Pozo Tipo de Tuberia, diametro, espesor Diseo del Paquete de Grava Diseo de la tuberia ranurada Sellado de formaciones Provisiones para Monitoreo y Mantenimiento

DISEO HIDRAULICOPara t=t

Qw

Superficie piezomtrica Inicial

Para t=t+t (r,t)

Curvas de Abatimiento

Q(r)B2rw

Q(r+r)

r 2rw r

+ 1 = S 2 r r r T t2Q(r+r)r

Q(r)

Flujo No Permanente hacia pozos en Acuferos Confinados

PERDIDA DE CARGA EN LOS POZOS a) Funcion de Perdida de Carga Total en los Pozos

s BQ CQ

n

s = Abatimiento en el pozo de bombeo (m) BQ = Abatimiento debido a formacin (m) CQn = Abatimiento debido a prdidas de carga en el pozo(m). n = Exponente de flujo

BQ s f si sb s pp sdsf = Abatimiento por formacin si = Abatimiento por interferencia sb = Abatimiento por efecto de borde spp = Abatimiento por penetracin parcial sd = Abatimiento por desage solo para acufero libres

PERDIDA DE CARGA EN LOS POZOSDescargas (m3/s)

BQAbatimiento (m)

CQ

n

PERDIDA DE CARGA EN LOS POZOS

s 126 .7Q 12090 .30 Q

3.89

Ejemplo: Para Q = 80 l/s; tendremos un abatimiento maximo de S= 126.7 x 0.08 + 12090.30 x 0.08^3.89 = 10.79 m

Descarga de Diseo y Abatimiento MaximoAbatimiento (m)

Descargas (m3/s)

Q= 75 l/s S-max=12.5 m

DISEO FISICO DE POZOS

PROCEDIMIENTO Dimetro y longitud del entubado ciego Dimetro y profundidad de la perforacin Diseo del prefiltro de grava Diseo de la rejilla Diseo definitivo de Pozos

DIAMETROS DE POZOS RECOMENDADOS

Rendimiento del pozo Previsto (l/s)

Dimetro Nominal de la bomba (")

Dimetro ptimo de la entubacin (")

Dimetro mnimo de la entubacin (")

Menos de 6 5 a 11 10 a 25 22 a 41 40 a 57 53 a 82 75 a 114 100 a 190

4 5 6 8 10 12 14 16

6 DI 8 DI 10 DI 12 DI 14 DI 16 DI 20 DI 24 DI

5 DI 6 DI 8 DI 10 DI 12 DI 14 DE 16 DE 20 DE

DIAMETROS DE POZOS

POZO TAJO ABIERTO Construidos en acuiferos con bajo rendimiento y las napas se hallan relativamente superficiales, generalmente hasta 30m Los diametros de perforacion en estos pozos varian de 45 90 Cm (18-36)

DIAMETROS DE POZOS

POZO TUBULARES Son de diametros pequeos que varian de 10-50 cm y las profundidades pueden llegar a medir cientos de metros. Se ubican en acuiferos con buenos rendimientos. La perforacion se efectua mediante metodos de percusion y ratacion.

DIAMETROS DE PERFORACION

El diameter de Perforacion Sera: p=+G Donde: p= diametro de perforacion = Diametro del pozo G = Espesor de grava (3-4)

DISEO DE LA TUBERIA RANURADA O REJILLA a) Material de Fabricacion de la Tuberia Ranurada b) Abertura de la Rejilla c) Tipo de Tuberia Ranurada d) Diametro y Longitud

MATERIAL DE FABRICACION DE LA TUBERIA RANURADAMetal o aleacinAcero Hierro "ARMCO" Laton Cobreado Silicico Acero Inoxidable "Everdur" Johnson Super Niquel MonelComposicin

Indice de Costo

Recomendacin de uso segn composicin y empleo del aguaPara aguas que no son corrosivas ni incrustantes Para aguas relativamente neutras. Se usa para irrigacinPara aguas de alta dureza, alto contenido en cloruro de sodio y hierro. Resistente al tratamiento con cido. Empleado en pozos municipales e industriales Para aguas con sulfuro de hidrgeno, oxgeno disuelto, dixido de carbono o bacterias ferruginosas. Para pozos municipales e industriales Para agua con dureza total muy alta y mucho cloruro de sodio (sin O2), mucho Fe. Resistente al tratamiento con cido. Para pozos municipales e industriales Agua con mucho cloruro de sodio. No se usa en pozos para agua potable. Agua salada; gran cantidad de cloruro de sodio con oxgeno disuelto. No se usa en pozos para

99.3/99.7 %;Fe; 0.08/0.15; C; 0.20/0.50 Mn (Galvanizado) 99.8 % Fe (doblemente Galvanizado)

100120 180 200 200 240 300

83 % Cu 15 % Zi 1 % Sio274 % acero 18 % Cr 8 % Ni 96 % Cu 3 % Sio2 1 % Mn 70 % Cu 30 % Ni 70 % Cu 30 % Ni

CALIDAD DEL AGUA

CONDICIONES CORROSIVASAcidez del agua pH < 7.0 Acidez del agua pH < 7.0 Oxigeno Disuelto (DO) 2 mg/l Oxigeno Disuelto (DO) >> 2 mg/l Sulfuro de Hidrgeno (H > > 1 mg/l Sulfuro de Hidrgeno(H2S)S) 1 mg/l 2 Total de slidos disueltos (TDS) > 100 mg/l Total de slidos disueltos > 50 mg/l 100 mg/l (TDS) > Dixido de carbono (CO2) Dixido (Cl)carbono (CO2) > 50 mg/l Cloro de > 300 mg/l Cloro (Cl) > 300 mg/l Altas temperaturas incrementan la corrosin Altas temperaturas incrementan la corrosin CONDICIONES INCRUSTANTES pH > 7.5 Dureza Carbonato > 300 mg/l Manganeso > 1 mg/l ms alto pH y alto DO Fierro (Fe) > 2 mg/l Deposicin de arcilla y limo (si la velocidad del agua en el filtro es alta).

DISEO DE LAS ABERTURAS DE LAS REJILLASEl agua ingresa desde el acuifero a traves de las aberturas construidas mecanicamente en fabrica. Esta permite ingresar la maxima cantidad de agua y la minima cantidad de sedimentos de la formacion acuifero y como norma debe retener el 90% de la grava artificial proveida al pozo.

DISEO DEL PREFILTRO O GRAVA El diseo de la Grava es realizado en base al anlisis granulomtrico del material extraido de la zona mas permeable de la perforacin.

PAQUETE DE GRAVA

Diametro de la grava: Cu < 2.0 - D70g = 4D70a 2 240 240 200 160 120 100 80 60 40 20 < 20

6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0

LONGITUD DE LA TUBERIA RANURADA

L=

Q A0 V p

Ejemplo: Q= 50 l/s Vp=3 cm/s Ae=0.72m2/m Ao=0.5*Ae Ao=0.36m2/m L= ??

UBICACION DE LAS TUBERIAS RANURADAS

DISEO DEFINITIVO DE POZOSConsiderar: a) El Nivel Dinamico Maximo b) Longitud de Tuberia Ranurada c) Adicionar 2 m en la base para trampa de arena d) Adicionar 0.40 m de tuberia ciega sobre la superficie del terreno.

EJEMPLO DE DISEOInformacin: Descarga : 25 l/s Perfil Litolgico Informacin granulomtrica0.00 1.20

Perfil LitolgicoArena Arcillosa

1.20 16.016 17 17 45.0

Cantos Rodados, con matriz gruesaArcilla color marrn Cantos rodados, arena media a gruesa con matriz areno arcilloso Gravillas, gravas, con matriz areno arcilloso Arcilla compacta con grava de color marrn.

45.0 97.60 97.60 116.0

SOLUCION:DISEO HIDRAULICO

Q=20 l/s Smax=27 m

Prdidas de Carga

s= BQ + CQ^n;

s= 1076 Q+ 133932Q^2.47

Prdidas de Carga Totals= BQ + CQ^n; s= 1076 Q+ 133932Q^2.47 Para Q = 25 l/s s= 1076 *0.025+133932*0.025^2.47 = 41.68 m Componentes de la prdida de Carga: En el Acufero = 1076*0.025=26.9 m En el Pozo = 133932*0.025^2.47 = 14.78 m Eficiencia del pozo : BQ/s = 26.9 m /41.68= 64.53% Nivel Dinmico bajo la Superficie Nivel Estatico = 11.50 m Abatimiento regional en 10 aos = 2.0 m Prdida de Carga Total = 41.68 m Nivel Dinmico = 11.50 m + 2.0 m + 41.68 m = 55.18 m

DISEO FISICOa) DIAMETRO del ENTUBADORendimiento del pozo Previsto (l/s) Dimetro Nominal de la bomba (") Dimetro ptimo de la entubacin (") Dimetro mnimo de la entubacin (")

Menos de 6 5 a 11 10 a 22

4 5 6

6 DI 8 DI 10 DI

5 DI 6 DI 8 DI

22 a 4140 a 57 53 a 82 75 a 114 100 a 190

810 12 14 16

12 DI14 DI 16 DI 20 DI 24 DI

10 DI12 DI 14 DE 16 DE 20 DE

b) DIAMETRO de PERFORACION Diam. Perf.= Diam.Entubado + Espesor de Grava Diam.Perf= 12 + 3 x 2= 18

c)DISEO DEL PAQUETE DE GRAVA

Informacin GranulomtricaDiametro Particulas % que pasa mm Pulg Peso Retenido %retenido %Retenido Acumulado 12.7 1/2" 0 100 9.652 3/8" 2 0.56 0.56 99.44 4.76 4 27.3 7.67 8.23 91.77 3.3 8 46.1 12.95 21.18 78.82 2 10 9.5 2.67 23.85 76.15 1.4 16 32.8 9.21 33.06 66.94 0.84 20 18.4 5.17 38.23 61.77 0.59 30 15.1 4.24 42.47 57.53 0.42 40 16.3 4.58 47.05 52.95 0.25 50 14.7 4.13 51.18 48.82 0.149 100 25.6 7.19 58.37 41.63 0.074 200 16.8 4.72 63.09 36.91 fondo 131.4 36.91 100.00 0.00 Peso inicial 356

Curvas Granulomtricas100 95 90 85 80 75 70

% Acumulado Retenido

65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1E-3 1E-2 1E-1 1E+0 1E+1 1E+2

Cu = D40/D90 Cu = 0.7 mm/ 0.01 = 70 Altamente Desuniforme D70 = 0.045 D90-GRAVA = 0.20 mm

Diametro de las Particulas (mm)

SELECCION DE LA TUBERIA RANURADA

Tipo Puente

Tipo Persiana

Fabriacion Manual

Ranura Continua

LONGITUD DE LA TUBERIA RANURADA L= Q/Ao*V

Tipo Ranura Continua Tipo Puente Tipo Persiana Fabricacion Manual

LONGITUD DE LA TUBERIA RANURADA % Area Abierta Area de Captacion Area Efectiva Longitud (m2/m) A Ao(m2/m) Total (m) 20 0.1914 0.0957 8.71 12 0.11484 0.05742 14.51 9 0.08613 0.043065 19.35 7 0.06699 0.033495 24.88

Area Lateral de Tuberia de 12" = 0.957 m2/m Caudal = 0.025 m2/s Velocidad 0.03 m/s L=Longitud (m); Q=descarga(m3/s); V=Velocidad (m/s)

DISEO DEFINITIVO DEL POZO Prof. Perf= ND+L ND=Nivel Dinamico L=Long.de Rejilla Prof. Perf=55.18+18=73.18 Prof. Perf= 74 m Ubicar la rejilla, en acuferos libres en el 30% ms profundo del espesor saturado

EQUIPAMIENTO DE POZOS

BOMBAS SUMERGIBLES

EJEMPLO DE SELECCION DE BOMBA

SELECCION DE BOMBAS PARA POZOS PROFUNDOS

INSTALACION DE BOMBAS PARA POZOS PROFUNDOS

Pozo Artesiano Sin FlujoPozo en Acuifero Libre

Pozo Artesiano con flujoMasa de Agua Rio o Laguna Tabla de Agua

Zona de Recarga Para Acuifero Confinado

Filtracion

Acuifero Libre

Capa Impermeable

Acuifero Confinado

Capa Impermeable

Roca Consolidada

Tanque Septico Pozo Tabla de AguaAbatimiento

Acuifero

Capa Impermeable

Tanque Septico Pozo Tabla de AguaAbatimiento

Acuifero

Capa Impermeable

Tanque Septico Pozo Tabla de AguaAbatimiento

Acuifero

Estrato Impermeable