054-03-Capitulo III Pozo de Captacion de Aguas Subterraneas

7/16/2019 054-03-Capitulo III Pozo de Captacion de Aguas Subterraneas

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Capítulo IIIPOZO DE CAPTACION DE AGUAS SUBTERRANEAS

A. DEFINICION DE LA OBRA

El pozo de captación de aguas subterráneas es una estructura hidráulica que permite alumbrar y extraer aguas que escurren por los acuíferos a través del subsuelo. El agua subterránea se extrae de los pozosmediante bombeo u otro sistema de elevación, o por gravedad. El conjunto de la obra de captación y elacuífero comprometido constituyen, en cada caso, un complejo único de producción hidrogeológica.

Para el bombeo del agua subterránea, desde el pozo profundo, se utilizan generalmente bombas centrífugasverticales, accionadas con motores ubicados en la superficie, eléctricos o de combustión interna, o tambiéncon motores eléctricos sumergibles.

En la actualidad, el mayor número de captaciones de aguas subterráneas se hace mediante pozos profundos perforados. Otros tipos de captaciones subterráneas son los siguientes:

Captaciones Hori zontales

Captaciones por medio de drenes, galerías de infiltración y zanjas. Se utilizan para captar agua de acuíferosubicados a poca profundidad.

Captaciones Verti cales Pozos excavados o pozo noria. 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 alacuífero, donde se deben emplear equipos de agotamiento, estas obras tienen un campo limitado deaplicación. Además, los caudales que se pueden obtener son, en general, inferiores a los que se obtienenen los pozos profundos perforados.

Sistema de captación por medio de punteras. Las punteras son tuberías metálicas, de diámetros entre 30 y50 mm, que se hincan en el terreno formando una malla interconectada en la superficie y acoplada a unequipo de bombeo. Este sistema se usa generalmente en terrenos arenosos, hincando las tuberías

mediante lanza de agua (inyección de agua a presión), y con profundidades entre 6 y 15 m.

Captaciones M ixtas Estas obras utilizan obras de captación vertical y horizontal. Algunos tipos de captaciones mixtas son los pozos norias con drenes radiales (pozo dren, con dos o más drenes), y las galerías de infiltración con pozosexcavados.

B. CARACTERISTICAS TECNICAS DE LA OBRA

La obra menor de riego, denominada pozo de captación de agua subterránea, se compone de las siguientesobras específicas:

Pozo Profundo Perforado Equipo de Bombeo Interconexiones Hidráulicas y Obras Anexas Instalaciones Eléctricas

Estas obras parciales permiten, en conjunto, la explotación de aguas subterráneas para utilizarlas en regadío.A continuación se indican las características técnicas de cada una de ellas.



Pozo Profundo Perforado

Antes de describir las características técnicas del pozo profundo perforado, se indicarán las etapas deconstrucción de dicha obra.

Construcción de Pozos Profundos

La construcción de un pozo profundo perforado comprende las siguientes etapas:

a) Perforación b) Engravillado y Desarrolloc) Prueba de Bombeo

a) Perforación

La etapa constructiva de perforación de un pozo es un proceso que t iene a su vez tres fases, que son: Proyecto Perforación Entubación

Proyecto:La fase de proyecto de la construcción de un pozo es el estudio previo, para definir las características del pozoa perforar y el programa de ejecución.

Las características más importantes que se definen en la fase de proyecto son las siguientes: ubicación del punto de perforación, profundidad estimada que alcanzará el pozo, caudal que podría entregar el pozo, nivelesestáticos y dinámicos estimados, diámetro de la tubería definitiva y diámetros de las cañerías de perforación.

Perforación:

La perforación de un pozo reúne el conjunto de operaciones que permiten atravesar los estratos que componenel subsuelo, hasta la profundidad de proyecto, dejando un espacio interior libre que permita la posterior colocación de la cañería de entubación definitiva.

EntubaciónLa entubación del pozo es el conjunto de operaciones que permiten dejar el pozo con su tubería derevestimiento definitiva, ranurada en los tramos que enfrentan a los acuíferos y con las cribas que seannecesarias.

b) Engravillado y Desarrollo

La etapa de engravillado y desarrollo del pozo consiste, en primer término, en rellenar el espacio anular comprendido entre la perforación cilíndrica y la tubería de habilitación, con una gravilla lo más uniforme posible, que permita la formación de un filtro que impida la incorporación de partículas al pozo durante el bombeo, y en segundo término, en limpiar de materiales finos (desarrollo), la vecindad de la perforación, paralograr la formación de un filtro de grava, frente a las zonas ranuradas de la tubería de habilitación.

c) Prueba de Bombeo

La etapa de prueba de bombeo consiste en la ejecución de pruebas de agotamiento, a fin de definir lascondiciones de explotabilidad del pozo.

Estas pruebas de agotamiento podrán consistir en pruebas de tanteo (a caudales variables), y una prueba final(a caudal constante), que permitirán determinar el caudal máximo a explotar y el nivel dinámico de bombeo para ese caudal (Ver Figura III-0 l).



Los pozos profundos perforados están enmarcados en el tipo de captaciones de agua subterránea, cuyaconstrucción se basa en un cuidadoso diseño de ingeniería, apoyado en un adecuado conocimiento de lasformaciones geológicas, ya que estas determinan el tipo de maquinaria y herramientas a usar en la perforaciónde ellos.

Los sistemas mecánicos de perforación utilizados actualmente en Chile, para la construcción de pozos decaptación de aguas subterráneas, son los siguientes (Ver Figura III-02):



Perforación a percusión Perforación a rotación Perforación a rotopercusión

Hay otros sistemas de perforación de pozos, tales como los sistemas de perforación con barrenos, sistemascon aire y martillo neumático, y sistema con capacho giratorio.

Perfor ación a Percusión El sistema de perforación a percusión utiliza una herramienta con un trépano en su extremo que, teniendo un peso variable en función de las necesidades operativas, es accionada desde la máquina de perforación, por medio de un cable de acero, que desarrolla un movimiento recíproco, ascendentedescendente, y golpea elterreno que perfora. Esta pesada herramienta va fracturando y derrumbando material que es mezclado conagua desde la superficie, formando un barro o lodo de perforación, que es extraído en forma periódica por medio de diferentes tipos de cucharas.

Perfor ación a Rotación En el sistema de perforación a rotación se realiza la perforación haciendo girar una herramienta, que tambiénlleva un trépano en el extremo que, junto con triturar el terreno, remueve sus partículas con el fluido (lodo o barro de perforación), que se inyecta y circula continuamente, mientras el trépano penetra al subsuelo. Elmodo de inyección del fluido hace diferenciar las perforaciones a rotación, en métodos con circulación directa

o inversa.

Perfor ación a rotopercusión En este sistema mixto de perforación de pozos, se utiliza en forma simultánea el sistema de percusión y elsistema de rotación, lográndose un rendimiento mayor que en ambos sistemas por separado.

El equipo de rotopercusión tiene un compresor de gran capacidad y potencia, con el cual logra extraer elmaterial suelto, desde el interior del pozo. Para profundidades mayores a 15 m, debe utilizar agua para lograr los mismos resultados.

El trabajo del equipo ha de orientarse con la única meta de conseguir un resultado óptimo y con gran productividad. También debe orientarse a lograr una buena solución técnica, con una máquina que maniobrecon rapidez, produzca un buen rendimiento en la perforación y, en su producto final, el pozo de captación.

Las máquinas de percusión siguen siendo de aplicación universal, y de menor costo o inversión inicial. A pesar de ser lenta, su operación es económica y además versátil, no requiere de operadores de granexperiencia, pero los testigos que extrae salen notablemente alterados y, a través de su análisisgranulométrico, sólo se puede confiar en el porcentaje de arcilla presente.

Las máquinas de rotación representan una mayor inversión inicial y requieren operadores más preparados y decuidadosa técnica. Se logra con ellas rapidez en los trabajos, y es posible obtener testigos que permitandescubrir con seguridad la fitología representativa del terreno. Se usan principalmente cuando los terrenos a perforar son de formaciones granulares no cementadas, y de granos finos. Estas máquinas presentanlimitaciones en zonas, donde el recurso de agua es escaso, lo que encarece su funcionamiento, y cuando elsubsuelo está constituido por materiales gruesos de tamaño de 6" o superiores.

En el Cuadro III B-01 del Anexo se indica la velocidad relativa de perforación con los diferentes tipos demáquinas utilizadas actualmente en Chile.

Los equipos de rotopercusión permiten perforar con grandes diámetros 11” a 23”), en suelos rocosos o conmaterial pétreo grueso. En suelos arcillosos, estos equipos no logran rendimientos similares a los que seobtienen en suelos granulares.

Característi cas Técnicas

Las características técnicas de la obra física, denominada pozo profundo perforado, se detalla más adelante.



Estas estructuras hidráulicas se componen generalmente de las siguientes partes (Ver Figura III -03):

a) Tubería de Entubación Definitiva b) Sistema Captantec) Pared y Filtros de Gravad) Desarrollo

a) Tubería de Entubación Definitiva

La tubería de entubación definitiva del pozo debe ser capaz de resistir la presión, provocada por los empujeslaterales del terreno y la presión hidrostática de los acuíferos existentes, por posibles diferencias de nivel deaguas, entre el interior y el exterior del pozo. La condición de construcción de estas cañerías está basada encriterios que condicionan su comportamiento estructural e hidráulico, de manera que cumplan con lascaracterísticas de sostenimiento de las paredes del pozo y la conducción hidráulica que conecta el acufferocon la superficie, y permita una adecuada instalación de grupo de bombeo.

Las tuberías que se utilizan para habilitar los pozos son de acero, tipo YODER, con extremos para soldar, y seajustan a las normas ASTM - 53, ASTM - 120 y A.P.I.

b) Sistema Captante

El sistema captante es la parte esencial en la captación del agua subterránea. Se lo define como el sector vivoy activo de la captación, y constituye aquella parte del revestimiento que enfrenta la zona filtrante por dondese produce la entrada de agua. Este sistema permite la entrada de agua limpia al pozo, exenta de sedimentos ydebe cumplir con exigencias de orden hidráulico, de manera que el pozo sea eficiente; o sea, que su caudalespecífico l/seg/m de depresión) sea lo mayor posible.

Se entiende por "rejilla" al revestimiento perforado a colocar frente a la zona captante del pozo, a objeto deestabilizar el material circundante.

La ubicación de la rejilla deberá justificarse de acuerdo con los resultados mismos de la perforación donde iráinstalada.

En la Figura III-04, se muestran tipos de ranurados de las rejillas.

En Chile, las paredes de la tubería de habilitación se dejan ranuradas en los tramos que enfrentan a losacuíferos atravesados durante la perforación, para permitir el flujo posterior del agua hacia el pozo. Se usa eltubo ranurado por razones de costo menor y por ser de fabricación nacional, pero técnicamente es unasolución limitada. Los tubos ranurados se preparan fuera del pozo, siguiendo un diseño uniforme, que permite una máxima superficie de huecos, sin debilitar sustancialmente la cañería. El ranurado consiste, engeneral, en ranuras de 4" de longitud, por 2 a 3 mm de ancho, alineadas en el sentido del tubo, alternandotramos huecos cada 4" con zonas de tubos.

En los casos de acuíferos formados por materiales muy finos (arenas finas y limos), el tubo ranurado noretiene la entrada de estos agregados que, junto con el agua, se incorporan al sondaje. Para evitar elinconveniente que este efecto produce (colapso del pozo, deterioro de la bomba, etc.), se emplean cribas.Estas se confeccionan, colocando longitudinalmente varias hebras de alambre, cubriendo la superficie de uncilindro y enrollando espiralmente sobre ella una huincha de pequeño espesor, soldándolas juntas con losalambres citados.

El diámetro de los alambres y la cantidad de ellos determinarán la resistencia de la criba, y el espacio que dejeel enrollado de la huincha, entre dos vueltas consecutivas, determinará el espesor o slot de la superficie librede entrada del agua. Finalmente, el ancho de la huincha que se usa será determinante para obtener una mayor o menor superficie libre.



Las zonas que se desean habilitar deberán determinarse durante la perforación. El análisis de las muestras delaboratorio, junto con la estratigrafía detectada por el perforista, además de las características hidrogeológicasde la zona, serán las herramientas que dispone el hidrogeólogo para diseñar la ubicación de los ranurados y/ocribas en un sondaje.

La determinación de donde colocar los ranurados o cribas en un pozo, será entonces responsabilidad de lahidrogeología, y corresponde a una tecnología que, por su complejidad, no será tratada en este manual.

c) Pared de Grava

La pared de grava es un relleno del espacio anular, ubicado entre el acuífero y el sistema captante, que permite la formación de un filtro, impidiendo la entrada de partículas finas al pozo durante el bombeo.

El engravillado se realiza para que cumpla los siguientes objetivos:

Evita y corta la entrada de arena y el material fino del acuífero al pozo durante la explotación. Evita los posibles derrumbes. Aminora las pérdidas de carga, provocadas por la entrada del agua al pozo, pues permite una mayor

abertura de la rejilla. Produce una mayor permeabilidad del material en la zona de la rejilla.

El proceso de engravillado deberá ser tal que asegure la ubicación de la gravilla, rellenando todo el espacio

comprendido entre la cañería de habilitación y la formación. Para lograr este objetivo, en los pozos

perforados por el sistema de percusión, resulta de gran utilidad la presencia de la cañería de perforación, ya

que el engravillado se realiza paralelamente con el retiro de esa cañería.

Frente a las zonas acuíferas es donde pueden quedar huecos en el filtro de grava, ya que si se han producido

cavernas durante la perforación, éstos son difíciles de rellenar directamente al echar la gravilla. Para asegurar

el buen éxito de esta operación, se recomienda aplicar unos ligeros pistoneos por dentro de la cañería de

habilitación, para lo cual puede bastar una cuchara de perforación de un diámetro ajustado al de la cañería.

En el caso que no sea necesario construir una pared de grava artificial y que ella sea reemplazada por una

natural, se debe rellenar el espacio anular existente, entre el acuífero y la rejilla, con arena gruesa lavada, y

este relleno comúnmente se conoce como relleno "estabilizador". Su objetivo principal es evitar que durante

el proceso de desarrollo se derrumben materiales arcillosos o limosos, ubicados en estratos sobre la napa de

agua, y se interpongan entre la "rejilla'y el acuífero, disminuyendo su productividad.

Para completar las características técnicas del pozo profundo perforado, se detalla a continuación el proceso

de desarrollo.

d)Desarrollo

El proceso de desarrollo de un pozo profundo perforado es el conjunto de operaciones realizadas, una vez

colocada la rejilla o la criba, destinadas a extraer los residuos de la perforación (lodos); estabilizar las

formaciones en torno a las rejillas, logrando un mejoramiento granulométrico; mejorar la productividad y

prolongar la vida ütil del pozo.

También se realizan otras labores, donde la tarea del desarrollo es básica y fundamental, denominadas

operaciones complementarias de desarrollo: tales como el redesarrollo, la rehabilitación y la estimulación de

pozos. El motivo que se persigue con la primera operación es lograr un aumento del coeficiente característico

de gasto especifico (se vuelve a limpiar la captación). Los trabajos de rehabilitación son faenas que se

realizan en pozos afectados por procesos de incrustación o corrosión, que disminuyen su rendimiento, y

mediante las cuales se logra el restablecimiento de su caudal específico. Por último, se usa el término

"estimulación" para todas aquellas labores en donde se proyecta introducir cambios en el acuífero, ya sea por



medios mecánicos, químicos y otros, y tienen como objetivo reducir la resistencia presentada por el acuífero

al flujo de agua.

Todos los métodos conocidos se fundan en lograr un incremento rápido de la velocidad de entrada y salida delagua por la rejilla o la criba del pozo, destruyendo las posibles acumulaciones de material que se forman enella. Dicho fenómeno se acrecienta cuando el flujo es en un solo sentido.

Los métodos de desarrollo son los siguientes:

Método por sobrebombeo

Método de vaivén

Bombeo intermitente

Pistón

Descarga aire comprimido

Tratamiento nieve carbónica

El método más usado es el de vaivén-pistón que obliga la entrada al pozo del material más fino, el cual es

retirado periódicamente con herramientas adecuadas (cucharas), en cada media hora de intervalo. El proceso

se continúa hasta lograr una clarificación total del agua. La eficacia del proceso está en función directa del peso de la herramienta, variando esta entre 600 y 1.000 kg para pozos, cuyo diámetro de entubación varía

entre 6" y 12" o mayores (Ver Figura III-05). Si al desarrollar un pozo, el nivel de agua se va deprimiendo,

significa que ello se debe al desembanque del pozo por el material extraído, lo cual es un buen índice para

intentar el desarrollo por medio de émbolo con válvulas.

El desarrollo se va controlando mediante la cantidad (cm) de depósito en el fondo del sondaje. Se acepta

como concluida esta operación cuando este embanque no supera la altura de 10 a 20 cm después de un

período de trabajo.

Generalmente se usan en el proceso elementos químicos de agentes dispersantes, que cumplen la misión de

acelerar el trabajo, facilitando la eliminación de arcillas presentes en el acuífero, pues las ponen en estado de

suspensión, evitando su sedimentación, ya sea en el fondo del pozo o en la rejilla. Estos elementos químicos

son: Hexametafosfato de sodio, Priofosfato Tetrasódico y Fosfato Trisódico, en dosis de 15 kg por metrocúbico de agua en el pozo.

Para la estimulación de pozos se utilizan medios mecánicos y químicos, siendo los más conocidos:

fracturación hidráulica, acidificación y el uso de explosivos. Por razones de costo, en Chile aún estos

métodos son impracticables.

Equi po de Bombeo

Los equipos o grupos de bombeo de mayor aplicación en la explotación de los pozos profundos de captación

de aguas subterráneas son bombas centrífugas de pozo profundo, accionadas con motor desde la superficie, o

con motor eléctrico sumergido. En la actualidad, son estos últimos los más usados. Esto se atribuye a que los

costos de cables eléctricos de alimentación serían menores que el eje vertical de accionamiento de los

impulsores, cañerías cubre ejes y dispositivo de guías que requiere el grupo accionado con eje vertical de

transmisión desde la superficie. Además la tecnología de los últimos años ha experimentado un mejoramiento

sustancial e motores, cables eléctricos, sellos, etcétera.



La bomba de pozo profundo con motor en la superficie ofrece la alternativa de ser accionado por otro tipo demotor, no necesariamente eléctrico y, en general, ofrece la ventaja que en el país existen un mayor número detalleres e industrias que ofrecen servicios de reparación de estos equipos.

La motobomba con motor en superficie se compone, a lo menos, de las siguientes partes: motor de eje huecovertical; cañería de descarga con eje de acero de¡ motor en su interior, descansos, coplas y conjunto de prensaestopa; cuerpo impulsor de varias etapas con cabeza de descarga; cañería de succión y canastillo deaspiración.

La motobomba sumergible, merced a su esbeltez, se puede instalar en perforaciones entubadas con diámetro pequeño y no requiere, en general, de costosas fundaciones para el motor, ni casetas de bombas. Además, secaracteriza por su alta seguridad de servicio, exención de mantenimiento, seguridad contra heladas, y por notener problemas de aspiración.

Las motobombas sumergibles son bombas centrífugas, de una o varias etapas, que forman una unidadcompacta con el motor sumergible y trabajan instaladas bajo el nivel dinámico del pozo. El grupo se instala, por lo general, en posición vertical y colgado de la columna de descarga.

Las bombas se diferencian, según la forma de sus rodetes, en bombas radiales con rodetes radiales, bombassemiaxiales con rodetes semiaxiales y bombas axíales con hélices axiales. Las bombas radiales se emplean

para caudales pequeños y alturas grandes de impulsión, mientras que las bombas semiaxiales encuentran suutilización para caudales y alturas de impulsión medias, y las bombas axiales para grandes caudales y bajasalturas de impulsión.

Todos los cojinetes de las bombas van lubricados por agua y protegidos contra la arena mediante elementosadecuados.

Los cuerpos de las bombas radiales van unidos a través de tirantes planos o de tornillos de unión. Losdiferentes cuerpos de las bombas semiaxiales van unidos entre sí por medio de espárragos. En las bombasaxiales se utilizan tornillos de unión.

Entre la bomba y el motor se encuentra el cuerpo de aspiración. El eje de la bomba y el de¡ motor van unidos por medio de un acoplamiento rígido de casquillo. Los grupos de 6" hasta 1,1 kW tienen un eje común, el

cual va dispuesto en voladizo en la bomba.

Todas las motobombas sumergibles se pueden suministrar con o sin válvulas de retención (con rosca o brida).

El motor sumergible es de rotor en cortocircuito y va lleno de agua que sirve de lubricación para loscojinetesy de agente refrigerante del devanado, el cual está revestido de un aislamiento impermeable al agua.Los motores de 4" salen de la fábrica llenos de aceite o de una emulsión especial. El empuje axial de la bomba lo absorbe un cojinete axial de segmentos ubicado en la parte inferior del motor. Para impedir que elagua del pozo entre al motor, se ha previsto en éste un cierre de retenes laberínticos.

La sobrepresión, originada por el calentamiento del devanado del motor, y el consiguiente aumento devolumen del agua del motor lo absorbe una membrana de compensación de presión, dispuesta debajo delcojinete axial.

I nterconexiones H idrául icas y Obras Anexas

Las interconexiones hidráulicas necesarias para conectar la cañería de descarga de la motobomba con latubería de impulsión que conduce el agua hasta el terreno a regar, consisten, a lo menos, en los siguienteselementos: tuberías de interconexión, uniones extensibles, válvula de corta, válvula de retención, piezasespeciales, etcétera. (Ver Figura III-06 y III-07).



Estas interconexiones generalmente van instaladas a la intemperie o en una caseta especialmente diseñada para ellas. En algunas obras de captación de aguas subterráneas se protegen los motores de superficie y/o lostableros eléctricos de comando de fuerza mediante una caseta de comando.

En las Figuras III-06 y III-07 se indican interconexiones hidráulicas y obras anexas para captaciones conmotor en superficie y con motor sumergido.

Las instalaciones eléctricas necesarias para explotar una obra hidráulica de captación de agua subterránea,mediante un pozo profundo perforado con motobomba centrífuga de eje vertical, son en general lassiguientes:

Extensión de la Línea de Alta Tensión Subestación Eléctrica y Transformador Empalme Aéreo, Equipos de Medida y Línea de Enlace Tablero de Comando de Fuerza (T.C.F.) Caja de Empalme de Fuerza y Control del Motor Líneas de Alimentación del Motor

Extensión de la Línea de Alta TensiónLa extensión de la red primaria en alta tensión y la construcción de la subestación eléctrica se requerirán en

todos los casos en donde la Empresa Eléctrica correspondiente no esté en condiciones de suministrar laenergía eléctrica necesaria en baja tensión, en el lugar en que se habilitaría el pozo profundo.

La extensión de la línea de alta tensión (A.T.), desde la red primaria existente en la zona hasta el lugar decaptación, depende de las condiciones existentes en cada caso particular. Las características de esta extensiónson establecidas por las empresas propietarias de las redes primarias; pero, en general, consisten en líneas deA.T., aéreas, con tres conductores de cobre y postes de hormigón armado o madera.

Subestación Eléctrica y TransformadorLa potencia de la subestación eléctrica y del transformador dependerá de la potencia instalada de los motoresde la captación. La subestación, con transformador, se monta generalmente en postes de hormigón armado,de 10 m de altura, y debe contemplar los desconectadores y tomas de tierra y de servicio del transformador.

Empalme Aéreo, Equipos de Medida y Línea de EnlaceDesde la subestación, hasta el tablero de comando de fuerza, se instala generalmente un empalme aéreotetrafilar, con un equipo de medida y protección, con medidor en baja tensión. Este equipo de medida seconecta al tablero de comando de fuerza, mediante una línea de enlace aérea.

Tablero de Comando de Fuerza (T.C.F.)El tablero de comando de fuerza puede ir montado en una caja metálica y tiene generalmente los siguienteselementos: interruptor de mando, placa porta fusibles, interruptor selector M-O-A, pulsador doble, partir y parar manual, interruptor conmutador de voltímetro, fusibles de amperaje adecuado, transformador para luces piloto, luces piloto, relé guardanivel de pozo, voltímetro, amperímetro interruptor automático termomagnéticounipolar, arrancador magnético con protección de sobrecarga, contactor auxiliar de accionamiento magnéticoy otros elementos.

Las conexiones del tablero deberán permitir el siguiente esquema de funcionamiento:

a) La bomba deberá funcionar o parar manual o automáticamente

b) Si el nivel del agua en el pozo desciende y deja seco al electrodo, la bomba se detendrá automáticamente.

Las luces pilotos indicarán lo siguiente:

a) Bomba funcionando (luz verde) b) Bomba detenida por sobrecarga (luz roja)c) Bomba detenida por falta de agua en el pozo (luz amarilla)



Caja de Empalme de Fuerza y Control del MotorLa caja de empalme de fuerza y control del motor eléctrico se instalará lo más próxima al moto (o al pozo sies motor sumergido). La caja es metálica, con todos sus terminales de cobre, placa de conexión, bornes yaislantes.

Líneas de Alimentación del MotorEntre el tablero de comando de fuerza y la caja de empalme de fuerza y control del motor eléctrico, se instalangeneralmente líneas de alimentación subterráneas, en cañería galvanizada o de PVC, de fuerza y detelecomando para el motor.

En la Figura III-08 se detalla una disposición esquemática de instalación eléctrica, para un pozo de captacióncon motor en superficie.

C. NORMAS Y CRITERIOS CONSTRUCTIVOS Y DE DISEÑO

Normas y Cri terios para la Construcción de Pozos Prof undos

En la construcción de este tipo de obras se debe dar importancia a factores como buen diseño, el método de perforación elegido, y adecuados criterios de control y vigilancia de la obra que lleven involucrados el

concepto de idoneidad. Un diseño exige saber los factores dimensionales para la construcción del pozo(profundidad y diámetro), y los materiales que se van a utilizar en su construcción (tuberías de revestimiento,rejilla o criba y pared de grava).

Captaci ones exi stentes: Debe hacerse un recuento de todas las captaciones subterráneas existentes en la zona abarcada por las napassubterráneas, que se trata de aprovechar dentro del radio de influencia del pozo. En este recuento deberecopilarse información referente a: ubicaciones específicas, tipos y características propias, niveles estáticosde las napas subterráneas y sus fluctuaciones, condiciones de explotación, capacidades máximas y todo otroantecedente que se estime de interés.

En todo caso, en esta materia se debe dar cumplimiento a lo establecido en la Resolución N°207 de laDirección General de Aguas del Ministerio de Obras Públicas que regula estas actividades.

Estudios Prelim inares: Es recomendable elaborar un informe hidrogeológico de la zona en que se construirá el pozo, en el cual sehaga especial mención a las características de los acuíferos, a saber: naturaleza de los rellenos, alimentacionesdisponibles, extensión y dimensiones de los acuíferos, características de permeabilidad y almacenamiento deestas últimas. El alcance y extensión que debe darse a este informe ha de estar de acuerdo con la naturaleza ymagnitud del resultado que se pretende obtener de las napas freáticas, en relación a las capacidades potenciales de éstas.

Si los antecedentes existentes no son suficientes para la preparación del informe hidrogeológico, que se haestimado necesario obtener, deberá programarse, ejecutarse e interpretarse las investigaciones adicionales quesean necesarias. Entre éstas pueden mencionarse las siguientes: investigaciones geológicas detalladas, pruebas de agotamiento o infiltración en pozos existentes, o en otros perforados expresamente para esteobjeto; otros ensayos especiales que pudieran requerirse en algunos casos, tales como prospeccionesgeosismicas o por resistividad eléctrica, controles químicos y uso de isótopos radioactivos.



Localización: La ubicación que se proponga para la captación deberá justificarse de acuerdo con los antecedentes reunidos,según lo indicado en los puntos anteriores y, en especial, en lo que dice relación con característicashidrogeológicas de la zona. Deberá considerarse además, la proximidad al área a regar. También deberárespetarse lo establecido por la Resolución N°207 al respecto.

Capacidades propuestas: Las capacidades propuestas para la captación deberánjustificarse de acuerdo con las características de losacuíferos, y de la captación misma y la forma de operación que se especifique para ella.

Deberá verificarse en cada caso que la captación proyectada cuente con el adecuado respaldo hidrológico; esdecir, las napas subterráneas deben poder contar con recargas suficientes, para permitir el normalabastecimiento de la captación, aún en condiciones hidrológicas muy adversas.

Prof undi dad del pozo: La profundidad necesaria de un pozo es un parámetro fundamental y generalmente es posible determinarlocon antecedentes de otros pozos en las cercanías del estudio, o en estudios hidrogeológicos preliminares. EnChile, se han realizado catastros o registros de pozos existentes, que se agrupan por hoyas hidrográficas. Estalabor la desarrolló principalmente el Ex-Departamento de Recursos Hidráulicos de CORFO, hoy incorporadoal CIREN, labor que en la actualidad es función de la Dirección General de Aguas. Además el CIREN cuenta

para las Regiones III, IV, V, VI, VII, IX y Metropolitana, con estudios hidrogeológicos para la determinaciónde zonas hidrogeológicas homogéneas (ZHH), cuya principal finalidad es definir y delimitar áreasgeográficas, en las cuales es posible la explotación de aguas subterráneas. Además, en cada ZHH se define un pozo tipo representativo, con sus atributos de profundidad de pozo, nivel estático, caudal posible de extraer ynivel dinámico.

Criterios técnicos definidos recomiendan que la profundidad del pozo debe atravesar y penetrar totalmente enel acuífero productor, pues el caudal a alumbrar es directamente proporcional al espesor del manto acuífero.De este modo, se obtendrá un mejor rendimiento específico del pozo; o sea, un mayor caudal de aguas conuna menor depresión de su nivel estático.

Diámetros de habil itación y perforación: El diámetro del cuerpo de las bombas, que se colocan para la explotación de los pozos, es mayor a medida

que se extraen caudales mayores. Esto a su vez implica un diámetro de la tubería de entubación definitiva, enla zona donde quedará colocada la bomba, que permita un espacio holgado de aproximadamente 2" dediferencia.

El Cuadro III C-01 del Anexo, obtenido de bombas de varias fábricas, ilustra los diámetros de las tuberías deentubación definitiva, que se requieren para los diferentes caudales estimados.

Definido el diámetro de la habilitación, se puede determinar los diámetros de las cañerías de perforación quese emplearán para la construcción del pozo.

El diámetro inicial de perforación debe determinarse teniendo en cuenta el diámetro referido final deentubación, la profundidad prevista para el pozo, considerando posibles cambios de diámetros a lo largo deella, y la naturaleza prevista para los materiales en donde se ubicaría la zona de captación, y puedan hacer prever la necesidad de un filtro de grava, constituido por un o más capas.

La fórmula que recomienda el American Petrofeum instituto para determinar la profundidad límite de diseñode la tubería de revestimiento, en función de su diámetro y espesor, es la siguiente:



)()1/(*/

1064,282

6

mt Dt D

x H

Donde:

H = Profundidad límite de diseño de la tubería del pozo, en mD = Diámetro exterior de la tubería, en cmt = Espesor de la tubería, en cm

Una aplicación directa de la fórmula es usando cañerías de acero de espesor 1/4" para pozos de 50 m de profundidad, 5/16" de espesor para 100 m y 3/8" para 100 a 200 m. Si la calidad del agua puede provocar procesos de corrosión, deberá agregarse 1/4" más de espesor.

Para fijar el diámetro de la cañería influyen factores especialmente hidráulicos. Generalmente se distinguenen la cañería de revestimiento de un pozo dos tramos: uno va desde la superficie hasta la profundidad, dondeirá instalada la bomba o motobomba de motor sumergido, y se denomina cámara de bombeo; y otro que seextiende hasta el sistema captante (rejilla o tubo ranurado), y se llama tubería de producción.

Basado en la práctica, los profesionales especializados han llegado a las siguientes fórmulas:

"2 Q Deq

Deq : Diámetro exterior del grupo de bombeo, en pulgadasQ : Caudal de explotación de la captación l/seg)

Dc = Deq + 2"

Siendo Dc el diámetro de cañería de revestimiento de la cámara de bombeo, en pulgadas, la experienciaaconseja ocupar siempre el mismo material en la construcción de las tuberías; o sea, no mezclar cañerías dedistinto material.

Verticali dad de la Entubación: Las entubaciones definitivas deberán quedar verticales y alineadas. Ninguna tubería, en cuyo interior haya de

colocarse una bomba, deberá desviarse de la vertical más de 7,5 cm cada 30 m, para tubos de hasta 2" dediámetro nominal; más de 10 cm para diámetros entre 8" y 12" (D.N.); ni más de 15 cm para diámetrosmayores de 12". Toda tubería hasta de 20" (D.N.) deberá quedar alineada, de modo de permitir el paso sinobstrucción, ni roce de un tubo de¡ diámetro nominal inferior, provista al menos de 3 anillos, 2 en losextremos y uno en el centro, de una longitud no menor de 12 m. Los tubos mayores de 20" (D.N.) habrán de permitir el paso de un artefacto, de no menos de 12 m, que lleve en sus extremos y en el centro 3 anillos, deun diámetro exterior inferior en 1/2" al diámetro interior de la entubacion.

Sistema captante: Las "rejillas" se diseñarán para satisfacer los siguientes requerimientos:

Las aberturas serán dimensionadas para evitar la obstrucción por la arena, grava u otro material delacuífero. Esto se logra construyéndolas de tal manera, que las secciones de ranuras se agranden hacia elinterior del pozo.

Tener la máxima superficie abierta, con el fin de lograr un mayor porcentaje de área de entrada del agua,y tener una adecuada distribución para, evitar turbulencia que puedan producirse a la entrada del agua.

Debe fabricarse de un solo material, que la preserve de los efectos de corrosión, y soporte las fuerzas aque ésta estará sometida durante y después de la instalación.

Debe tener un costo razonable. La selección, longitud y ubicación de la rejilla, estará en razón directacon el acuífero o los acuíferos comprometidos.



Una granulometría adecuada de los materiales de los acuíferos, dará los rangos de la sección de la ranura (Ver Figura III-09), para lo cual se definen los porcentajes de material a retener y dejar entrar.

Determinada la longitud y ancho de la abertura de rejilla, y conocido su diámetro, se calcula la superficieabierta de escurrimientos del flujo total de agua, mediante la expresión siguiente:

)(1 l en D A

(m

2

/ml)

A = Area abierta total, en m2/mlD = Diámetro de rejilla, en mn = N° de ranuras por metro de rejillae = Ancho de cada ranura, en m1 = Longitud de cada ranura, en m

El área abierta efectiva (Ae) se considera igual a:Ae = 0,5 * A (m2/ml)

En seguida, se debe comprobar si la velocidad de entrada del agua cumple la exigencia de no ser superior a la

velocidad óptima o crítica (Vc).

06,0*

Ae L

QVc (m/seg)

Siendo:

L = Longitud de la rejilla, en ml

Q = Caudal de agua, en m3/seg

Se recomienda que Vc no exceda de 0,03 m/seg También se puede aplicar la siguiente expresión:

Vc = 65 * (K)1/3

Siendo:

K = Permeabilidad del acuífero, en m/seg

Además, se utilizan los valores del Cuadro III C-02 del Anexo, del autor R.C. Smith:

Si esta velocidad crítica excediera los valores del rango óptimo (0,03 m/seg a 0,06 m/seg), será necesario

limitar el caudal de explotación del pozo, o variar algunas características o dimensiones de la rejilla.

Pared de Grava: La pared de grava, en algunos casos, es unaconsecuencia natural del método de perforación empleado. En

otros casos, cuando la rejilla de captación del pozo, dadas sus dimensiones de ranura, resulta incapaz de

contener el material del acuífero circundante, hace que su uso sea indispensable.

El diseño del filtro es un acabado proceso de selección de gravas. El procedimiento indicadpo por KarlTerzaghi expresa que debe cumplirse la expresión siguiente:

4)(

)gra(

85

15

acuífero D

vade pared D



El material usado como filtro será de cantos bien redondeados, lavados y uniformes. Es fundamental una prolija selección de la grava, pues la permeabilidad del filtro debe ser mayor que la del acuífero. Las normasdan una razón de 1:20, y el espesor recomendable fluctúa entre 3" y 6". Se requiere de un trabajo minucioso y prudente en la colocación del filtro, procurando que no se pierda la graduación elegida de grava.

Normas y Cri terios para Equ ipos de Bombeo

La capacidad definitiva asignada a una captación subterránea, especialmente para los efectos deespecificación del equipo de elevación mecánica, sólo debe hacerse una vez construida y aprobada dichacaptación. De esta manera, los equipos de bombeo deberán especificarse, de acuerdo con las característicasde operación que resulten, para la captación en la prueba de bombeo final (a gasto constante).

Potencia de la motobomba: La potencia útil (Pw) de una bomba con motor eléctrico es la siguiente:

102

**)(**

H Q

seg

kg m H Q Pw

(kW)

Y la potencia Ps, que debe suministrar el motor en el eje de acoplamiento con la bomba, es igual a Pw

dividida por el rendimiento de la bomba (B)

Donde:

= Peso específico del agua (kg/m3) = 1.000 kg/m3 para agua fríaQ = Caudal a elevar (m3/s)H = Altura manométrica de elevación (m)

B = Rendimiento de la bomba (varía entre 0,65 y 0,75 para bombas de motor sumergido)

La potencia del motor eléctrico debe ser entre un 10 a 15% mayor que la potencia Ps.

La altura manométrica de elevación (H), es igual a la altura topográfico de elevación, más la suma de las pérdidas de carga por frotamiento en las tuberías y piezas especiales de descarga e impulsión, y las pérdidasde carga singulares en toda la instalación.

En el caso de instalaciones con bombas de pozo profundo, la altura topográfico se mide, desde el niveldinámico de la napa deprimida en el pozo para el caudal a elevar (Q), hasta el nivel de descarga de laimpulsión. El nivel dinámico en el pozo se obtiene de la curva de agotamiento deducida de la prueba de bombeo. Como la curva de agotamiento, se traza desde el nivel estático del agua en el pozo, a caudal cero, sedeben considerar las variaciones que sufre este nivel temporalmente durante el año, o las variacionesobtenidas desde datos históricos de control de niveles. La variación del nivel estático se ha de agregar a laaltura topográfico.

Curvas características de las bombas:

Para elegir la motobomba más apropiada se utilizarán los catálogos que proporcionan los fabricantes de bombas para pozos profundos.

La bomba centrífuga, operando a una velocidad constante, puede bombear una cantidad variable de agua, quedecrece cuando la carga aumenta, mientras la potencia consumida también varía dentro de límites definidos.De esta manera, la bomba centrífuga posee la propiedad de ser autoregulable. Esta propiedad se muestra en lacurva Q-H, también conocida como la curva característica de la bomba, la cual es una curva de las cargas H,trazadas en función de los correspondientes valores del caudal Q, elevado a una velocidad dada. Además, se pueden trazar otras curvas para mostrar la relación entre el caudal elevado, con respecto a la potenciaconsumida, o a la eficiencia de la bomba.



Los catálogos de motobomba para pozos profundos contienen las familias de curvas características Q-H, deacuerdo al número de etapas que tiene la bomba.

Cur vas características del sistema hidrául ico: La selección de una bomba adecuada para un sistema hidráulico de captación de agua subterránea depende,además de la curva característica Q-H de la bomba, de la curva característica de dicho sistema. Esta curva esla representación gráfica de la relación entre el caudal a bombear y la carga total del sistema a vencer. Lacarga total del sistema hidráulico consiste en la suma de la carga geométrico, desde el nivel dinámico de lafuente de agua, hasta el nivel del punto de entrega y las pérdidas de carga en el sistema. En el caso decaptaciones desde pozos profundos, esta carga geométrico depende del caudal a bombear, de acuerdo a lacurva de agotamiento del pozo. Las pérdidas hidráulicas en el sistema varían con el cuadrado de caudal a bombear y dependen de la forma, material, diámetro y longitud de las cañerías, piezas especiales con y sinmecanismos, y otros dispositivos del sistema.

La intersección de la curva característica (curva Q-H) de la bomba más apropiada con la curva característicadel sistema hidráulico (curva Q-carga), determina un punto común a ambas curvas o punto de operación, alcual la bomba se ajusta automáticamente.

En resumen, la selección del equipo de bombeo depende de los resultados de la prueba de bombeo en el pozo(curva de agotamiento), del sistema hidráulico de descarga y de las motobombas más apropiadas que pueda

ofrecer el fabricante, de modo que la bomba funcione en el punto de operación de mejor rendimiento.

Normas y Criteri os para I nterconexiones Hidraúli cas y Obras Anexas

En general, para elegir las cañerías, piezas especiales, válvulas y otros elementos que componen lasinterconexiones hidráulicas de una instalación de captación de aguas subterráneas con pozo profundo, esnecesario considerar los siguientes factores: costo del material, rugosidad, resistencia al desgaste, vida útil,facilidad de instalación, resistencia a las aguas agresivas, resistencia mecánica, tipo dejuntura, estanqueidad,tamaños comerciales disponibles y otros. En la práctica, ningún material tendrá todas las condicionesrequeridas para la instalación, pero siempre se podrá seleccionar el más adecuado.

En lo que se refiere a las obras anexas necesarias, tales como cámaras y casetas, éstas deberán tener lasdimensiones suficientes para permitir la colocación o el desarme de las interconexiones hidráulicas en su

interior. Además, deberán ser ventiladas y de fácil acceso.

Válvul a de r etención: La válvula de retención impide que el agua impulsada se devuelva al pozo, en caso de estar detenido elequipo. Esta válvula deberá sea de cierre lento o con by-pass, para disminuir los efectos del golpe de ariete.

Válvul a de cor ta: La válvula de corta permite regular el caudal bombeado y aislar el pozo para reparaciones en un caso dado.Esta válvula se ha de maniobrar lentamente cuando la bomba esta funcionando, ya que una de las causas principales del golpe de ariete se debe al cierre rápido de las válvulas de corta. Como dato práctico, se puederecomendar que la duración del cierre, en minutos, debe se por lo menos igual a la longitud en km, del tramode impulsión que puede ser afectado.

Válvula de desagüe: Es conveniente instalar una derivación a la salida de la cañería de descarga de la bomba, con sucorrespondiente válvula de corta, para vaciar las primeras aguas de la bomba, o desaguar la impulsión, si esnecesario.

Medidor de gasto: Para instalaciones de importancia, se recomienda colocar un medidor de gasto. El medidor de gasto permite

determinar el caudal de agua que está elevando la bomba y, en conjunto con los indicadores de nivel del pozo,

permite estudiar el comportamiento de la obra de captación.



Un iones Extensibles: Este tipo de uniones es importante, debido a que, al instalar piezas y válvulas con junturas brida, éstas quedan

aprisionadas entre sí, debiendo ser cortadas para poder desarmar la interconexión. La unión extensible facilita

el desarme de las piezas y evita su destrucción.

Obras anexas:

Las obras anexas pueden consistir en casetas y cámaras enterradas. Las cámaras enterradas deberánestructurarsey calcularse, de modo que soporten las presiones de tierra, y eventualmente de agua contenida en

el suelo. Las tapas y losas deberán resistir las cargas de tránsito, factibles de ejercer sobre ellas.

Las casetas deben ser de dimensiones adecuadas y con ventilación suficiente.

Normas y Cr iteri os para I nstalaciones Eléctr icas

Las instalaciones eléctricas se ejecutan en Chile, de acuerdo a las normas y reglamentos de la

Superintendencia de Electricidad y Combustible, especialmente las que se refieren a instalaciones interiores

en baja tensión, instalaciones en corrientes fuertes, tensiones normales, empalmes aéreos, pruebas y ensayos

tipo para equipos.

Además, se debe considerar las recomendaciones de los fabricantes de los equipos de bombeo y de los

aparatos o dispositivos eléctricos que deban ser instalados en la obra.

En general, una vez determinada la potencia y el tipo de motobomba eléctrica a utilizar, se debe elaborar un

proyecto de la instalación eléctrica, consistente en un plano y sus respectivas especificaciones, el cual deberá

contar con las aprobaciones de rigor.

Cuando no hay disponibilidad de energía eléctrica convencional, se reemplaza por el suministro de energía

eléctrica de un grupo electrógeno, el cual debe tener las potencias mínimas señaladas en el Cuadro III C-03

del Anexo.

D. DISPOSICIONES TIPICAS DE LA OBRA

Con el objeto de poder determinar costos de la obra menor de riego, definida como pozo de captación de

aguas subterráneas, se hace necesario establecer algunas disposiciones típicas.

Las disposiciones típicas de la obras que incluyen el pozo profundo perforado, el equipo de bombeo, las

interconexiones hidráulicas y obras anexas y las instalaciones eléctricas, se han determinado en base a las

siguientes consideraciones.

Los equipos de bombeo con motores en superficie tienen mayores costos de instalación y de mantención, pero cuentan con mayor cantidad de maestranzas para reparaciones generales que proporcionan un buenapoyo logística. Además, estas bombas de eje vertical tienen problemas de verticalidad, tanto en sumontaje como durante su operación posterior. Las bombas con motor en superficie permiten elacoplamiento a motores de combustión interna.

Los equipos de bombeo con motores sumergidos son de menor costo y tienen también menores costos demantención. Estos equipos tienen la desventaja que las empresas que los reparan están generalmentemuy alejadas del lugar en donde están instalados.

Por las razones mencionadas y otras no contempladas, tales como la susceptibilidad del usuario ante lasventajas y desventajas de un equipo de bombeo, se adoptaron, como disposiciones típicas; pozos profundoscon ambos tipos de bombas, o sea:



Motobombas con motor en superficie Motobombas sumergibles

Planos de las obras tipo: Las disposiciones típicas establecidas de la obra de captación mediante pozos profundos están representadasen los planos de las obras tipo de las Figuras III-06 y III-07; en las cuales se muestran los pozos profundos perforados, los equipos de bombeo, las interconexiones hidráulicas, y las instalaciones eléctricas de estasobras tipo.

Especif icaciones de las obras tipo: En e1 párrafo F siguiente, que se refiere a los costos de inversión de las obras tipo, se han incluido lasespecificaciones más relevantes de dichas obras.

E. CUBICACION DE LAS OBRAS TIPO

Todas las cubicaciones de obras se incluyen en el párrafo F siguiente.

F. COSTOS DE INVERSION DE LAS OBRAS TIPO

No es una materia fácil dar cifras exactas de las inversiones requeridas para la construcción de pozos,instalación de sus equipos de habilitación y construcción de sus obras anexas; pues en éstas influyen lasvariaciones que experimenta el costo de la vida en diversos países, fluctuaciones de la moneda de aquellos países exportadores de bienes tales como: maquinarias y equipos de bombeo y otros; Así mismo la eficacia delas empresas constructoras que ejecutan este tipo de obras, los materiales que conforman un determinadosubsuelo y la existencia de recursos energéticos. Sin embargo, se ha realizado un esfuerzo para entregar, eneste manual, los siguientes costos de inversión:

Costos directos unitarios de pozo terminado, perforado por método de percusión, por metro de profundidad de pozo.

Costos de equipos de bombeo.

Costos de interconexiones hidráulicas y obras anexas. Costos de instalaciones eléctricas.

Para determinar estos costos de inversión se utilizaron, en general, precios unitarios de mercado ycotizaciones de empresas proveedoras.

Los precios unitarios incluyen todos los costos de materiales, mano de obra y leyes sociales, costos deadquisición, arriendo y traslado de maquinarias, equipos y transporte de materiales. Estos precios unitariosson válidos para las regiones V, VI, VII y Metropolitana.

Costos dir ectos uni tari os de pozos terminados: Los costos directos unitarios de un metro de pozo terminado, para diferentes diámetros de habilitación, se handeterminado para el caso de pozos perforados por el método de percusión. En Chile, las máquinas perforadoras del tipo de percusión son los equipos que han dado mejor resultado y se pueden emplear entodos los terrenos. El tipo de equipo que existe en mayor cantidad en nuestro país, tanto en poder deinstituciones estatales, como de empresas privadas, es la máquina Marca Bucyrus Erie, tipo 60-L, o susequivalentes de otras fábricas.

Las empresas constructoras de pozos profundos deben disponer, entre sus bienes de capital, de una máquina perforadora marca Bucyrus Erie, modelo 60-L, o similar; una soldadora rotativa, una bomba de pozo profundo con su motor de accionamiento; herramientas de perforación, accesorios y tuberías.



Los costos directos de instalación de faenas, perforación, entubación, agotamiento y prueba, ranurados, filtrosde grava, desarrollo y de interrupciones de faenas, pueden determinarse en base a la estructura de preciosunitarios, rendimientos, criterios y supuestos establecidos en los siguientes estudios realizados anteriormente.

Estudio de tarifas de perforación de pozos, incluido en la publicación “Perforación Desarrollo y Costos

de Sondajes” del Ex-Departamento de Recursos Hidráulicos de CORFO (noviembre 1972).

Estudio del tarifado de trabajos de perforación para pozos de captación de aguas subterráneas y Anexo Adel documento "Aspectos Económicos del Uso de Aguas Subterráneas", autor Ingeniero Civil Sr.Eugenio Celedón S., Curso de Postgrado Aguas Subterráneas, U.de CH., Abril 1978.

De acuerdo a lo expresado anteriormente, se pueden determinar costos directos unitarios-para todas las faenasque intervienen en la construcción de un pozo perforado. Con dichos precios unitarios, también se puedendeterminar los costos directos unitarios del metro de pozo terminado, para distintos diámetros de habilitacióny profundidades de pozos. Los costos directos unitarios de pozos terminados se determinaron en base acotizaciones de empresas contructorasde pozos.

Estos costos deberán ser recargados, si procede, por concepto de bonificación por distancia, y deberáagregarse un 35% por concepto de gastos generales y utilidades de la empresa constructora.

En el Cuadro III F-01 del Anexo y la Figura III-10 se indican los costos por metro de pozo terminado, para pozos de 15, 30, 40, 50, 70, 100 y 150 m de profundidad y con diámetros de habilitación de 6", 8", 10", 12" y16", en US$/metro. Como ejemplo de aplicación de este gráfico, se puede determinar que un pozo profundo,a perforar con máquina de percusión, de 85 m de profundidad y a habilitar con tubería de 10", tendría un costodirecto de US$ 28.300 aproximadamente.

Estos costos directos unitarios de pozos terminados no incluyen IVA.

Costos de inversión de equi pos de bombeo: Los costos de inversión de equipos de bombeo con motor sumergido se determinaron en base a cotizacionesde proveedores, dichos costos se incluyen en los Cuadros III F-02, III F-03 y III F-04 del Anexo. De estamanera, en los gráficos de las Figuras III-11, III-12 y III-13, se incluyen las curvas de costos de motobombas

sumergibles para diferentes caudales y alturas de elevación. No están incluidos en estos costos el transporte,el valor de la cañería de descarga de la bomba, el costo del montaje, los gastos generales y utilidades delcontratista que instala los equipos, ni el Impuesto al Valor Agregado, IVA.

Los costos de inversión de equipos de bombeo con motor en superficie se obtuvieron de una cotización de un proveedor. De esta manera, en el Cuadro III F-05 del Anexo y Figura III-14, se incluyen los costos de bombas de eje vertical, o de bombas con motor en superficie, para diferentes caudales y alturas de elevación.Estos costos directos no incluyen el costo de montaje de los equipos que ascienden a US$1.600, en promedio.

El costo directo del montaje de las motobombas sumergibles dentro del rango señalado en las Figuras III-11,III-12 y III-13, varía entre US$530 y 1.600, en relación directa con el tamaño de los equipos.

Por otra parte, en el Cuadro III F-06 del Anexo, se indican los costos directos de las cañerías de descarga delas bombas de motor sumergido, que incluyen los costos de las tuberías de acero y sus elementos deacoplamiento. Estos costos no incluyen el valor del flete, los gastos generales y utilidades del contratista, niel Impuesto al Valor Agregado, IVA.



Para el caso de bombas de eje vertical accionadas con motor en superficie de combustión interna, se utilizanmotores diesel. Los costos de estos motores diesel se indican en el Cuadro III F-07 del Anexo.

Al costo de los motores indicados en el Cuadro III F-07, se debe agregar el costo de acoplamiento de losmotores a las bombas de eje vertical. Estos acoplamientos o tomas de fuerza pueden ser cardanes directos, poleas o caja de cambio. Los costos de estas tomas de fuerza los cotizan normalmente, para cada caso en particular, los instaladores de los equipos diesel.

Para el accionamiento de bombas de eje vertical, se podría usar grandes tractores; pero se tendría el problemade los reductores de velocidades.

Costos de Inversión de I nterconexi ones H idrául icas y Obr as Anexas: Es aconsejable proteger los grupos de bombeo, interconexiones hidráulicas e instalaciones eléctricas, aunquesus características constructivas permitan su trabajo en la intemperie. Para esto se consultan casetas dedimensiones apropiadas, las cuales también impiden que personas extrañas dañen partes o elementos de lainstalación.

Los costos de las interconexiones hidráulicas se detallan en la Figura III-15 y los Cuadros III F-08 y III F-09

del Anexo.

Los costos de casetas de albañilería reforzada con ladrillos se pueden estimar en US$147/m 2 para casetas de 8a 25 m2 construidos.

Costos de Inversión de I nstal aciones Eléctr icas: En la mayoría de las obras de captación de aguas subterráneas, construidas en Chile, se utiliza la electricidad

como fuente de energía, por el menor costo comparativo con otras fuentes energéticas de alternativa.

Además, en el pasado, se tuvo una tarifa bonificada por acuerdo gubernativo, para ser ofrecida a quienes

operaban regadíos mecánicos; lo cual era factible, aprovechando los excedentes de energía que tenían las

plantas hidroeléctricas de la zona central del país, en períodos de deshielo. Actualmente, las tarifas eléctricas

se rigen por el Decreto N°272, del 31 de octubre de 1984, que fijó las fórmulas tarifarias para las empresas

concesionarios de distribución. Además, la empresa chilena ENDESA S.A.cuenta con un sistema

interconectado a lo largo del país, de modo que la energía eléctrica pueda desplazarse dentro de él,disponiendo que la potencia en función de las necesidades del consumo sea la de mejor aprovechamiento.

Las instalaciones eléctricas necesarias, para habilitar una captación de aguas subterráneas con motobombas

centrífugas, son generalmente instalaciones en Alta y Baja Tensión.

Extensión línea de Al ta Tensión: Los pozos de captación de agua requieren disponer, al pie de la obra de energía eléctrica, que permita

accionar su grupo de bombeo. Ahora bien, si el lugar elegido dista de una línea eléctrica de distribución, ésta

se debería contemplar dentro de los costos la extensión de dicha línea. Estos costos los establece la empresa

eléctrica propietaria de las redes. En este rnanual, dichos costos han sido calculados, en base a 8 postes de

hormigón armado por km y con cable tipo 6 AWG, obteniendo los valores que se indican en el Cuadro III F-

10 del Anexo.

Si se tiene energía en alta tensión, al pie de la obra de captación, se procede a transformarla a bajo voltaje, ya

que los equipos de bombeo trabajan generalmente con 380 V. Como consecuencia, se debe construir una

subestación que deberá contar, a lo menos, con un transformador, un desconectador de alta tensión, mallas de

tierra, equipos de protección y equipos de medida.



Para determinar los costos de estas instalaciones se cuantifican estas obras en función de la potenciarequerida.

En este caso, se ha hecho para instalaciones con motores trifásicos que requieran de 15, 30, 45, 75 y 100 HP.

En el Cuadro III F-11 de] Anexo "Costo de la Extensión de Línea de Alta Tensión, incluyendo la Subestacióny Transformador", se indican los costos de la extensión eléctrica de alta tensión que incluyen los siguientes:arranque de la línea de alta tensión, empalme hasta la subestación, transformador y subestación, y equipos de protección y medida. Para completar el costo de la instalación eléctrica en alta tensión se deberá sumar, alcosto de la extensión, el costo de la línea de alta tensión correspondiente, en base a la longitud real de la líneay el costo por km de línea determinado, que es igual a US$4.760, sin incluir los gastos generales e Impuesto alValor Agregado, IVA.

Además, en la Figura III-16 se ha representado la curva de costo de la extensión de línea de alta tensión, sinincluir el costo de la línea de alta tensión.

I nstalaciones Eléctr icas en Baja Tensión: Las instalaciones eléctricas en baja tensión incluyen lo siguiente: empalme aéreo desde--e transformador hastael tablero de comando de fuerza, el tablero de comando de fuerza y equipos de control, la conexión desde eltablero hasta la motobomba y el equipo de guardanivel.

En el Cuadro III F-12 del Anexo "Costo de Instalación Eléctrica en Baja Tensión y Conexión a la bomba dePozo Profundo", se indican los costos de estas instalaciones para el rango de potencias de motores eléctricosde 15 HP a 100 HP. Además, en la Figura III-16, se ha representado la curva de costos de las instalacioneseléctricas en baja tensión.

G. COSTOS ANUALES

Los costos anuales de operación, mantenimiento y reposición son los siguientes:

Costos anuales de operación: Están involucrados en estos costos todos los que signifiquen gastos en función del consumo, para la

explotación del pozo de captación de agua subterránea.

Costos de operaci ón para motobombas eléctr icas

a. Personal : Se supone un sueldo de operador temporal, equivalente al de un maestro de segunda, más leyes sociales, de24,09 US$/día; o sea, un costo de personal por hora de US$3,01.

b. Energía eléctrica: En la mayoría de las obras de captación de aguas subterráneas se utiliza la electricidad, como fuente deenergía, por el menor costo comparativo con otras fuentes energéticas de alternativas. En Chile, la Empresa Nacional de Electricidad, ENDESA S.A. cuenta con un sistema interconectado, al cual se conectan lascentrales hidroeléctricas a lo largo del país, y desde este sistema se suministra energía a las empresasdistribuidores que llegan a nivel de usuario; en este caso, al transformador en alta tensión (AT) y después alequipo del grupo motobomba en baja tensión (BT).

En el artículo 114 del DFL N°1 del año 1982 del Ministerio de Minería de Chile y en la últimareglamentación sobre tarifas publicadas en el diario La Nación con fecha 31.08.1995, se formula laaplícabilidad de las tarifas a los usuarios que se resume:



1. Cargo fijo por concepto del control a inspección, US$4,727/mensual

2. Cargo por potencia instalada (kW)Si el consumo se efectúa fuera de punta, US$1,506/kW/mesSi el consumo se efectúa durante el tiempo de punta, US$ 7,400 kW/mes

3. Consumo de energía US$ 0,0417/kW/hEl tiempo de punta corresponde al lapso de tiempo transcurrido, desde las 18 horas hasta las 23 horas, entrelos meses de Abril y Septiembre, ambos meses inclusive.

El tiempo de consumo denominado fuera de punta, corresponde después de las 23 horas hasta las 18 horas deldía siguiente, entreabril y Septiembre. Además, se aclara que desde Octubre hasta Marzo, ambos mesesinclusive, no hay restricción tarifaria (se considera fuera de punta).

Como conclusión general se recomienda diseñar las estaciones de bombeo, de modo que operen en lo posiblefuera de punta.

Con el objeto de poder destacar las diferencias, entre los consumos fuera y/o dentro del tiempo de punta, se

hará el cálculo aproximado de un grupo motobomba que opera 20 horas diarias, acogiéndose a los beneficiosde la tarifa económica, con restricciones de horarios, y el mismo grupo motobomba que opera las mismas 20horas diarias durante el horario de punta.

1. Alternativa en restricción o fuera del tiempo de punta

Las características del grupo de motobomba son:

Potencia instalada 33 HP24,3 kW

Tiempo de operación en el mesT = 30 días en el mes

t = 20 horas/diariasT*t = 600 horas/mes

Energía consumidaEnergía = 24,3 (kW) * 600 (horas) = 14.580 (kWh)

Cálculo de tarifa mensualCosto fijo = US$ 4,73/mesCosto por potencia instalada fuera de punta, (US$ 1,506/kW/mes)*(24,3 kW) = US$36,6Costo por la energía consumida, (14,580 kWh) *(US$ 0,0417/kW)= US$ 607,99Total mensual = US$ 649,32

2. Alternativa de grupo motobomba que opera dentro del tiempo de punta:

Las características del grupo motobomba son las mismas del ejemplo anterior:

Potencia instalada : 33 HP24,3 kW

Tiempo de operación en el mesT = 30 días en el mest = 20 horas/díariasT- t = 600 horas/mes



Energía consumidaEnergía = 24,3 (kW) * 600 (horas) = 14.580 (kWh)

Cálculo de tarifa mensualCosto fijo = USS 4,73/mesCosto por potencia instalada operando, desde las 18 horas hasta las 11 horas, (US$ 7,4/kW/mes) *(24,3 kW)= US$ 179,82Costo por la energía consumida, (14,580 kWh) * (US$ 0,0417/kW)= US$ 607,99 Total mensual US$ 792,54Luego, la diferencia mensual entre ambos consumos es US$143,22.

Costo de Operación para Bombas con M otores de Combustión I nterna

a. Personal: Se supone un operador a cargo del equipo en forma permanente, mientras dure el bombeo. Costo por hora(incluyendo leyes sociales) = US$ 3,01/hora

b. Energía para la Combustión: Los consumos y costos de combustible para motores diesel son los siguientes:

Motor diesel de 34 HP : 7,15 l/hora y US$ 2,53/hora

Motor diesel de 70 HP : 14,16 l/hora y US$ 5,01/horaMotor diesel de 103 HP : 19,85 l/hora y US$ 7,03/hora

Para los equipos de combustión interna, se tienen los siguientes costos en lubricantes, por hor de operación.

Aceite US$ 0,0082 / HPGrasa US$ 0,082

Costos anuales de mantenimiento: En este ítem se incluyen los costos totales de reparación y conservación de la obra, consistente en costos derepuestos, pinturas protectoras, mano de obra involucrada, etcétera. Estos costos s estiman iguales al 2% delvalor total de la inversión en equipos, casetas e interconexíones hidráulicas, más el 1% de las instalacioneseléctricas en baja tensión. Además la mantención de un pozo perforado se supone del orden de 0,2 a 0,5% de

su valor, siempre que no tenga problemas de arrastre de arenas y de incrustación o corrosión. Si hay quelimpiarlo periódicamente, el costo anual de mantención puede subir a un 3 ó 5% de su valor.

Costos anuales de reposición: El inversionista deberá considerar costos anuales de reposición, para reemplazar las obras o elementos queintervienen en la explotación del agua subterránea, mediante captaciones de pozo profundo, al término de suvida útil.

La vida útil depende de las condiciones ambientales y locales en las cuales opera la instalación.

En el Cuadro III G-01 del Anexo se indican los años de vida útil promedio que se pueden considerar, para lasobras o elementos que componen una captación de aguas subterráneas mediante pozos profundos. Los costosde inversión de la mayoría de estas obras o elementos se indicaron en el punto F.



ANEXOS

Cuadro III B-01Velocidad relativa de perforación con los diferentes tipos de máquinas

Tipo de Formación Percusión Rotatori a Arenas finas o de dunaArenas y gravas sueltasArena fluida y movedizaBoleo suelto en terrazasAluviales y morrenas de glaciaresArcilla y limoEsquistos y pizarraEsquistos pegajososEsquistos y pizarra quebradizosArenisca mal cementadaArenisca muy cementada Nódulo de pedernalCalizas y dolomitasCalizas con nódulos de pedernal

Calizas poco fracturadaCalizas cavernosas (*)Basalto en coladas delgadasRoca metamórficaGranito y gneises

DifícilDifícilDifícilDifícil-lenta conHincado simultáneo de ademeLentaRápidaLentaRápidaLentaLentaRápidaRápidaRápida

RápidaRápidaLentaLentaLenta

RápidaRápidaRápidaDifícil, frecuentemente imposible

RápidaRápidaRápidaRápidaLentaLentaLentaLentaLenta

LentaMuy lenta o imposibleLentaLentaLenta

(*) En las rocas cálcicas y cavernosas la dificultad reside en las pérdidas de fluidos de perforación

Cuadro III C-01Diámetro de entubación definitiva

Caudal estimado l/s

Diámetr o máximo de la bomba (pulgadas)

Diámetro mínimo de la tubería de entubación defi niti va

(pulgadas) 0-109-2421-4036-8072-11098-180

568101214

6 (diámetro interior)8 (diámetro interior)10 (diámetro interior)12 (diámetro interior)14 (diámetro interior)16 (diámetro interior)

Fuente: Perforación, Desarrollo y Costos de Sondajes,Ex Depto. De Recursos Hidráulicos-CORFO



Cuadro III C-02Velocidad crítica

Naturaleza de los elementos Diámetros Granos (mm)

Veloci dad Crítica (Vc (m/seg)

Arenas limosasArenas finasArenas mediasArenas gruesasGravas finas

0.01 a 0.0100.10 a 0.200.25 a 0.501.00 a 2.002.00 a 4.00

0.01 a 0.0200.02 a 0.0350.04 a 0.0700.11 a 0.1700.18 a 0.800

Cuadro III C-03Potencia electrógena para grupo motobomba

Potencia Grupo Sumergido Potencia Mínima Grupo Electrógeno Kva Cv Kw

0.500.751.001.502.003.005.007.50

10.0015.0020.0025.0030.0035.0040.0050.00

60.0070.0080.0090.00100.00125.00150.00

0.370.550.751.101.502.203.705.507.50

11.0015.0018.5022.0026.0030.0037.00

45.0052.0059.0067.0074.0092.00111.00

2.02.53.04.55.07.511.015.018.027.036.045.055.065.075.090.0

110.0130.0150.0165.0185.0230.0260.0



Cuadro III F-01Costo Directo Unitario del metro de pozo terminado (US$/ml)

Profundidad (m)

Diámetr os 6” 8” 10” 12” 16”

1530405070

100150

539397372342325318302

544402377347330323307

551409384354337330314

590438411379361353337

598446419387369361345

Nota: costos válidos entre las regiones V y VIIFuente: Captación de Aguas Subterráneas, Aquadrill & Cruzat IngenieríaIndice: Tasa de cambio al 31-08-95 1US$=$395,53

Cuadro III F-02Costos de motobombas sumergibles – SAER (US$)

Caudal (l/s)

Al tura manométr ica de elevación (m) 30 45 60 80 100

1050

100

2.0705.7048.532

2.2395.94111.764

2.5226.35514.022

2.9168.10915.210

3.1259.37618.537

Nota: Tasa de cambio al 31-08-95 1US$=%395,53Fuente: CODITEC Maquinaria Ltda.

Cuadro III F-03Costos de motobombas sumergibles – JACUZZI (US$)

Caudal

(l/s)

Al tura manométr ica de elevación (m)

30 40 65 80 105 105080

2.0915.80010.639

2.4376.32111.971

3.2878.93013.339

3.80214.22616.170

4.51014.75017.933

Nota:1. Los costos incluyen suminiestro sobre camión en la puerta de bodega del proveedor, sin IVA.2. Tasa de cambio al 31-08-95 1US$ = $395,53Fuente: CRUZAT Ingeniería Ltda.

Cuadro III F-04Costos de motobombas sumergibles – PLUEGER (US$)

Caudal (l/s)


1050

100

2.3965.1169.233

3.9087.84810.193

4.5449.98813.184

5.10910.93616.170

5.68912.48622.186

Nota:1. Los costos corresponden al suministro sobre camión que los transportará2. Tasa de cambio al 31-08-95 1US$ = $395,53Fuente: WELLFORD Chile S.A.



Cuadro III F-05Costos de bombas pozo profundo tipo turbina de eje vertical “LAYNE & BOWLER” (US$)

Caudal (l/s)


1050

100150

9.48110.42113.24817.617

12.21114.32517.90525.434

14.66416.63322.88127.426

17.44221.61927.35638.536

20.74424.79235.02643.719

Nota: Incluye suministro de cables y columna, puesta en bodegaTasa de cambio al 31-08-95 1US$ = $395,53Fuente: CODITEC Maquinaria Ltda.

Cuadro III F-06Costo unitario cañerías de descarga

Diámetro Nomi nal Costo US$/ml

Tipo (mm) pulgada 102168219273324

4681012

2347617688

12222

Nota: Cañería de descarga se denomina a la tubería entre la descarga de la bomba y el codo que está a nivel deterrenoTipo 1: Cañerías de Acero Compac – Normas ASTM A-53 Schedule 40/STTipo 2: Tubos soldados por resistencia eléctrica ASTM 53-73 (CAP)

Cuadro III F-07Costo de motores Diesel (US$)

Potencia Neta

(HP)

Ti po de Motor Costo (* )

US$ 506785

102133158

DEUTZ F3L913DEUTZ F4L913DEUTZ F5L913DEUTZ F6L913

DEUTZ BF6L913DEUTZ BF6L913C

6.1236.6337.7058.4199.724

11.461(*) Costo puesto en bodega en SantiagoCosto directo, no incluye montaje, ni toma de fuerza, no incluye IVA

Cuadro III F-08Costos interconexiones hidráulicas para bombas con motor eléctrico sumergido

Diámetro interconexión Pulgadas

Costo (* ) US$

I ncidencia (%) Materi ales Mano de Obra

4681012

9371.6672.5733.8355.752

7370798285

2730211815

(*) Incluye Leyes Sociales y Mano de ObraCostos Directos, sin IVA



Cuadro III F-09Costos interconexiones hidráulicas para bombas con motor eléctrico en superficie

Diámetro interconexión Pulgadas

Costo (* ) US$


4681012

8811.5692.4193.6115.392

7370798285

2730211815

(*) Incluye Leyes Sociales y Mano de ObraCostos Directos, no incluye gastos generales, sin IVA

Cuadro III F-10Costos de líneas de alta tensión

I tem Costo (* ) (US$/km)

Incidencia (%)

MaterialesMano de Obra

3.6601.100

6413

Sub-Total 4.760 77

G.G. y utilidad (35%) 1.666 23

Total 6.426 100(*) No incluye IVA

Cuadro III F-11Costo de extensión de alta tensión incluyendo la sub-estación y transformador

Potencia M otor (HP)

Costos Transformador

Costo Total (* ) (US$)


15304575

100

1.8202.2162.7093.4033.878

5.3145.7106.2026.8977.372

7578899295

25221185

(*) No incluyen Gastos Generales, ni IVA

Cuadro III F-12Costo de extensión de baja tensión y conexión a la bomba de pozo profundo

Potencia M otor (HP)

Costo Total (* ) (US$)


15304575

100

1.6561.7531.8582.060

2.229

80839193

95

201797

5(*) No incluyen Gastos Generales, ni IVA



Cuadro III G-01Vida útil de obras o elementos

Obra o elemento Vida Uti l (años)

Pozo profundoBombas de pozo profundoMotores eléctricosMotores dieselInstalaciones eléctricasInterconexiones hidráulicasObras civiles de hormigón y albañilería

33152015333340

054-03-Capitulo III Pozo de Captacion de Aguas Subterraneas

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