Fuentes de Abastecimiento y Captacion

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1 CAPITULO 2 FUENTES DE ABASTECIMIENTO Y CAPTACIÓN. 2.1.- FUENTES DE ABASTECIMIENTO. Las fuentes de abastecimiento determinan comúnmente la naturaleza de las obras de captación, conducción, purificación y distribución. Cualquiera que sea la fuente o fuentes de abastecimiento utilizadas, deberán proporcionar en conjunto el gasto máximo diario; sin embargo, en todo proyecto se deberán establecer las necesidades inmediatas de la localidad siendo necesario que cuando menos, la fuente proporcione el gasto máximo diario para esa etapa, sin peligro de reducción por sequía o cualquier otra causa. Si la calidad del agua no satisface las normas que exige el “Manual de Norma Para Calidad de Agua” de la Secretaría de Desarrollo Urbano y Ecología (SEDUE), deberá someterse a procesos de potabilización. 2.1.1.- Las fuentes de abastecimiento pueden ser: A).- AGUA DE LLUVIA. B) .- AGUAS SUPERFICIALES. C).- AGUAS SUBTERRÁNEAS. D) .- AGUA DE MAR. 2.1.1.A.- AGUA DE LLUVIA. 1.- Recolectada en techos y almacenadas en cisternas para pequeños abastecimientos. 2.- Recolectada en áreas más grande, almacenada en tanques para abastecimiento mayor.

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Material proporcionado por el M. en Ing. José Osorio. Materia: Abastecimiento de agua. UADY

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CAPITULO 2

FUENTES DE ABASTECIMIENTO Y CAPTACIÓN.

2.1.- FUENTES DE ABASTECIMIENTO.

Las fuentes de abastecimiento determinan comúnmente la naturaleza de las

obras de captación, conducción, purificación y distribución. Cualquiera que sea la

fuente o fuentes de abastecimiento utilizadas, deberán proporcionar en conjunto el

gasto máximo diario; sin embargo, en todo proyecto se deberán establecer las

necesidades inmediatas de la localidad siendo necesario que cuando menos, la fuente

proporcione el gasto máximo diario para esa etapa, sin peligro de reducción por sequía

o cualquier otra causa. Si la calidad del agua no satisface las normas que exige el

“Manual de Norma Para Calidad de Agua” de la Secretaría de Desarrollo Urbano y

Ecología (SEDUE), deberá someterse a procesos de potabilización.

2.1.1.- Las fuentes de abastecimiento pueden ser:

A).- AGUA DE LLUVIA. B) .- AGUAS SUPERFICIALES.

C).- AGUAS SUBTERRÁNEAS. D) .- AGUA DE MAR.

2.1.1.A.- AGUA DE LLUVIA.

1.- Recolectada en techos y almacenadas en cisternas para pequeños

abastecimientos.

2.- Recolectada en áreas más grande, almacenada en tanques para

abastecimiento mayor.

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2.1.1.B.- AGUAS SUPERFICIALES.

1.- Provenientes de corrientes, estanques naturales y lagos de tamaño

adecuado, mediante toma continúa.

2.- De corriente con flujo adecuado de creciente, mediante toma intermitente,

temporal o selectiva de las aguas de avenidas limpias y su almacenamiento en

depósitos adyacentes a las corrientes o fácilmente accesibles a ellos.

3.- De corriente con flujos bajos en tiempos de sequía, pero con suficiente

descarga anual, mediante toma continua de almacenamiento de los flujos excedentes

al consumo diario, hecho en uno o más depósitos formados mediante presas

construidas a lo largo de los valles de corriente.

2.1.1.C.- AGUA SUBTERRÁNEA.

Proveniente de:

1.- Manantiales naturales.

2.- Pozos.

3.- Galerías filtrantes, estanques o embalses,

4.- Pozos, galerías y posiblemente manantiales con caudales aumentados con

aguas provenientes de otras fuentes :

Esparcidas sobre la superficie del terreno colector, conducidas a depósitos o diques de

carga, o alimentadas a galería o pozos de difusión.

5.- Pozos o galerías cuyo flujo se mantiene constante al retornar al suelo las

aguas previamente extraídas de la misma fuente y que han sido usadas para

enfriamiento o propósitos similares.

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2.1.1.C.- AGUA DE MAR.

Constituye casi el 98% del agua en el mundo. En las regiones áridas, en donde

el agua dulce no se encuentra en disponibilidad inmediata, el agua salada o salobre

puede tener que ser suministrada para todos los usos, excepto los culinarios y los

potables. Para estos el agua se transporta por carretera, o ferrocarril o vía pluvial, o se

produce total o parcialmente por desalinización de agua salada o salobre.

Las aguas medianamente salinas se desanilizan más económicamente por

electrodiálisis; las fuertemente salinas por evaporación y condensación.

Los suministros a la localidad pueden provenir de más de una fuente,

combinándose ordinariamente los rendimientos de las fuentes disponibles antes de

hacer su distribución.

En las tablas 2.1, 2..2, 2.3 y 2.4 se pueden apreciar la distribución del agua en

la tierra así como los valores estimados.

Tabla 2.1.- Distribución del agua en la tierra.

_________________________________________________________________

SUPERFICIES VALOR APROX. (KM2)

_________________________________________________________________

Superficie del globo terrestre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 510’ 000,000

Superficie de los océanos . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 360’ 000,000

Superficie del hielo polar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18’ 000,000

Superficie de lagos de agua dulce . . . . . . . . . . . . . . . . . . 856,000

Superficie de lagos de agua salada . . . . . . . . . . . . . . . . . 700,000

_________________________________________________________________

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Tabla 2.2.- Volúmenes de aguas superficiales.

_________________________________________________________________

AGUA SUPERFICIAL VOLUMEN (KM3) _________________________________________________________________

Agua de mar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1” 320’ 000,000

Hielo polar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30’ 000,000

Lagos de agua dulce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125,000

Lagos de agua salada .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100,000

Agua corriente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,160

_________________________________________________________________

TOTAL 1” 350’ 226,160

Tabla 2.3.- Volúmenes de aguas subterráneas.

_________________________________________________________________

AGUA DEL SUBSUELO VOLUMEN (KM3)

________________________________________________________________

Medida en el suelo a 1 m de profundidad . . . . . . . . 25,000

Agua subterránea hasta 800 m de profundidad . . . 4’ 200,000

Agua subterránea de 800 a 3200 m de profundidad 4’ 200,000

_________________________________________________________________

TOTAL 8’ 425,000

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Tabla 2.4.- Volumen de agua dulce.

_________________________________________________________________

AGUA DULCE VOLUMEN (KM3)

_________________________________________________________________

Proveniente de fuentes superficiales:

Lagos . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125, 000

Corrientes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1, 200

Hielo (no aprovechable) . . . . . .. . . . .. . . . . . 30’ 000, 000

Provenientes de fuentes subterráneas:

Hasta de 1 m de profundidad . . . . . . . . . . . . 25, 000

Agua subterránea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4’ 200,000

_________________________________________________________________

TOTAL DE AGUA DULCE . .. . . . . . . . . . . . . 34’ 351, 000

TOTAL DE AGUA DULCE APROVECHABLE. . . . 4’ 351.000

Mares y océanos de la Tierra

La masa de las aguas que cubren las depresiones de la corteza terrestre forma mares

y océanos, que ocupan siete de cada diez partes de la superficie del planeta. Junto

con los ríos y lagos forma lo que llamamos hidrosfera.

El océano se suele dividir en Atlántico, Pacífico e índico, como grandes unidades,

relacionadas entre sí mediante los océanos o mares polares Ártico y Antártico. A su

vez, hay zonas delimitadas de cada océano, cercanas a los continentes o incluso

interiores, que forman los mares regionales.

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Cuerpo Volumen

Agua Dulce Superficie Prof. Prof.

de km3 (km²) media Máxima

Agua (m) (m)

Océano Pacífico 34,351,000 165,200,000 4.282 11

Océano Atlántico 82,400,000 3.926 9.2

Océano Indico 73,400,000 3.963 7.46

Océano Artico 14,100,000 1.205 4.3

AGUAS DULCES 34,351,000 335,100,000 102.5 m

AGUAS DE MAR 1,320,000,000 335,100,000 3939.1 m

2.2.- DATOS NECESARIOS PARA DISEÑAR UNA OBRA DE CAPTACIÓN.

Para el diseño de obras de captación de fuentes superficiales o subterráneas,

habrá que considerar los aspectos siguientes:

2.2.1.- DATOS HIDROLÓGICOS.

a) Gastos medios, máximos y mínimos.

b) Niveles de agua normales, extraordinarios y mínimos.

c) Características del sitio de la fuente. Erosión y sedimentación.

d) Calidad físico-química del agua.

e) Estudios de posibles inundaciones y arrastres de cuerpos flotantes.

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2.2..2.- ASPECTOS SANITARIOS.

a) Evaluación de posibles contaminaciones; localización de la obra agua arriba

de descargas.

b) Tipo y grado de tratamiento para potabilizar las aguas.

c) Aprovechamiento para otros usos: hidroeléctrico, riego, etc.

2.2.3.- ASPECTOS ECONÓMICOS.

En general, se harán estudios para definir la alternativa que presente las

mejores facilidades de:

a) Construcción

b) Operación

c) Mantenimiento

También se considerará la construcción de accesos, transporte de material y

personal, electrificación y obras de protección contra inundaciones.

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Qué es mejor? Agua subterránea vs. agua superficial

Ventajas del agua subterránea

1. Según estimaciones, el 95% o más del agua dulce utilizable se encuentra bajo la superficie del terreno.

2. Es el único recurso disponible en zonas desérticas.

3. Hay menores pérdidas por evaporación.

4. Hay menor exposición a la contaminación.

5. Su disponibilidad es menos afectada por las variaciones climáticas.

6. Su distribución es más amplia en el área.

7. No hay pérdida de la capacidad de almacenamiento.

8. La temperatura del agua es constante.

9. Su composición química es casi constante.

10. No tiene turbiedad ni color.

11. No necesita purificación, por no existir organismos patógenos.

12. Hay un gran campo de estudio en nuestro país.

Desventajas del agua subterránea

1. No es visible, por lo tanto se dificultan su estudio, cuantificación, explotación racional y manejo.

2. En muchas regiones las rocas no contienen suficiente porosidad o permeabilidad para proporcionar la cantidad de agua requerida.

3. En algunas zonas tiene mayor contenido de sólidos disueltos que el agua superficial, en la misma región.

4. Falta mucho personal capacitado, a todos los niveles.

5. Falta de datos.

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2.3.- OBRAS DE CAPTACIÓN.

Las obras de captación son las obras civiles y equipos electromecánicos que se

utilizan para reunir y disponer adecuadamente del agua superficial o subterránea.

Dichas obras varían de acuerdo con la naturaleza de la fuente de abastecimiento su

localización y magnitud. El diseño de la obra de captación debe ser tal que prevea las

posibilidades de contaminación del agua.

La obra de captación consiste de una estructura colocada directamente en la

fuente a fin de captar el gasto deseado y llevarlo a la línea de conducción.

El diseño de una obra de captación desde el punto de vista hidráulico es

encontrar la altura de aguas sobre el área de captación, tal que el gasto mínimo

aforado asegure la captación del gasto deseado (gasto máximo diario).

Bajo el punto de vista estructural, el diseño deberá proveer seguridad a la

acción destructiva del agua: deslizamiento, volcamiento, erosión, sedimentación, etc.

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2.3.1.- ESTRUCTURAS DE CAPTACIÓN DE FUENTES DE ABASTECIMIENTO

SUPERFICIAL.

Atendiendo al nivel de la superficie libre del agua en la fuente de

abastecimiento, las obras de captación puede agruparse de la siguiente manera:

a) Obras para grandes variaciones de los niveles de la superficie libre del agua.

1.- Torres-tomas, que poseen varias tomas compuertas a diferentes niveles

para permitir la captación del gasto deseado. Ver figura 2.1.

FIGURA 2.1. CAPTACIÓN POR TORRE - TOMA.

2.- Estaciones de bombeo flotantes. Ofrece mayores ventajas prácticas y

su dimensionamiento depende del tamaño y peso de los equipos de bombeo. Esta

estructura de captación generalmente se provee de doble succión, y se ancla en tres

puntos. La fig. 2.2 muestra detalles de este tipo de obra.

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FIGURA 2.2. ESTACIÓN DE BOMBEO FLOTANTE

b) Cuando los niveles de la superficie libre son pequeños.

1.- Estación de bombeo fija. Ver figura 2.3.

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2.- Canales de derivación con o sin desarenadores. En este caso, debe

determinarse el nivel de las aguas en la sección transversal, a fin de definir la

ubicación del canal de derivación. Ver figura 2.4.

3.- Captación directa. En el cual, el agua es llevada a la obra de

conducción por gravedad. La tubería que sirve como conducto se ancla

adecuadamente al terreno. Ver figura 2.5.

FIGURA 2.3. ESTACIÓN DE BOMBEO FIJA

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FIGURA 2.4. CANALES DE DERIVACIÓN.

FIGURA 2.5. CAPTACIÓN DIRECTA

c) Para escurrimientos con pequeños tirantes.

1.- Presas de derivación o por toma directa. Ver figura 2.6.

2.- Diques con vertedor lateral.

3.- Diques con vertedor y depósitos central.

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FIGURA 2.6. TOMAS DIRECTAS.

d) Galerías de infiltración. Una galería de infiltración consiste en una

canalización, túnel o tubería ranurada, construidos por debajo del nivel freático de

estratos acuíferos cercanos a ríos, de forma que intercepte la corriente, provocando

así su captación. Las figuras 2.7 y 2.8 muestran esquemas de galerías de infiltración.

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FIGURA 2.7. MODELOS DE GALERÍA DE INFILTRACIÓN.

FIGURA 2.8. MODELO DE GALERIA DE INFILTRACIÓN CON TUBERÍA

RANURADA.

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2.3.1.1.- CAPTACIÓN POR MEDIO DE VERTEDORES.

Cuando el dispositivo de captación en un curso superficial de agua está

expuesto a impactos de consideración debido a cantos rodados, troncos de árboles,

etc., arrastrados por las crecidas, el método de captación directa resulta inadecuado,

por lo frágil que es un tubo proyectado en el paso de la corriente. En estos casos

puede recurrirse al empleo de las siguientes obras de captación.

a).- Una tanquilla o canal de concreto armado, provisto de vertedor

lateral. Ver figura 2.9.

b).- Una tanquilla ubicada por debajo del vertedor de rebose (vertedero

central). Ver figura 2.10.

FIGURA 2.9. CAPTACIÓN POR TANQUILLAS

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FIGURA 2.10 CAPTACIÓN POR TANQUILLA CENTRAL

a) Captación por medio de tanquilla o canal de concreto armado provisto de

vertedero lateral.

De acuerdo a la definición que se emplea en la hidráulica, el vertedero lateral es

un dispositivo que permite el paso del agua por encima de una cresta, orientada en

sentido paralelo a la dirección principal de la corriente. Mediante la ubicación de la

cresta por debajo del nivel normal de las aguas, se produce un gradiente hidráulico

hacia la misma y la longitud de la cresta, mayor será la descarga a través del

vertedero. Por otra parte, mientras mayor sea la velocidad original de la corriente, o

sea, la paralela a la cresta, menor será la descarga.

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Hay por consiguiente cuatro cantidades que definen el funcionamiento de un

vertedero lateral, que son: la descarga o gasto Q; el gradiente hidráulico hacia la

cresta del vertedero; la velocidad de la corriente; y la longitud de la cresta.

Conociendo tres de estas cantidades, puede calcularse la cuarta. Es de notar sin

embargo que los cálculos tendientes a lograr soluciones exactas son sumamente

laboriosos, y están fuera del alcance de este trabajo. En vez de ello se presentará un

método simplificado de captación válido para regímenes de flujo moderado.

Por consiguiente el problema se reduce a determinar la carga necesaria sobre

una cresta de longitud dada, o la longitud requerida de cresta para una carga fija.

Estas incógnitas pueden calcularse en forma aproximada, mediante métodos

muchos más sencillos que los laboriosos métodos teóricos (que no se exponen en este

trabajo), y si la introducción de amplios factores de seguridad no representa un

aumento excesivo en el costo de las obras, las soluciones aproximadas son

perfectamente aceptables.

Véase por ejemplo el caso práctico de un curso superficial de agua, con caudal

medio moderado. Se construye un dique para asegurar una altura mínima de agua

sobre el dispositivo de captación.

El gasto Q requerido se capta por medio de un tanquilla lateral, mientras que el

exceso sigue su curso normal a través del vertedero de rebose del dique, según se

aprecia en la figura 2.9.

El aumento en la sección transversal debido al represamiento causado por el

dique, resulta en la reducción considerable de la velocidad de flujo. Si bien dicha

velocidad se aumenta en la cercanía del vertedero de rebose, su valor es mínimo en

las zonas cercana al anclaje del dique en la orilla. Ubicada en esas zonas, causará un

flujo de dirección casi perpendicular a la cresta del vertedero, sobre todo durante la

época de poco caudal.

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Se ve ahora, si la simplificación puede llevarse más allá de los cálculos teóricos

laboriosos a través de un vertedero rectangular puede expresarse por la formula

general:

Q = CLH3/2 . . . . . . . . . . . . . . . . .(2.1)

q = CH3/2 (con L = 1 m) . . . . . . .(2.2)

Q y q = Descarga total y descarga unitaria respectivamente, en m3 /s.

C = Coeficiente que depende de la carga sobre la cresta así como de su forma.

L = Longitud de la cresta en m. Para q, L = 1 m.

H = Carga sobre la cresta en m.

Tomando los coeficiente de la figura 2.11 curva A, la variación del gasto por

metro lineal de cresta angular para el caso de vertedores orientados en el sentido

perpendicular a la dirección de la corriente se ilustra en la tabla 2.5.

Tabla 2.5.

1 5 10 20 30 40

a 1.40 1.45 1.50 1.60 1.70 1.80

b 1.87 1.90 1.92 2.00 2.15 2.25

c 1.70 1.69 1.68 1.68 1.68 1.68

d 1.84 1.85 1.85 1.88 1.92 2.00 1.00 mt

Valores de C según tipo de vertedor y H

VERTEDORES LATERALES

Tipo

de

Tabla 2.5. Valores de H en cm

LONGITUD UNITARIA =

23

CLHQ

32

*

LC

QH

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Fig. 4.11 Características de los vertedores de caída libre.

DIQUES CON VERTEDOR LATERAL.

Esta captación es recomendable para grandes gastos y su instalación en ríos

que arrastran mucha arena.

El funcionamiento de un vertedor lateral esta definido por el gasto de descarga,

el gradiente hidráulico hacia la cresta del vertedor, la velocidad de la corriente y la

longitud de la cresta.

Q = ( G, L)

Prácticamente:

Se determina la carga necesaria sobre una cresta de longitud dada, o la

longitud requerida de cresta para una carga fija.

TIPOS DE CRESTA: Q = CLH3/2

C = Constante.

L = Longitud de la cresta en mts.

H = Altura sobre la cresta en mts.

Q = Gasto a través de la cresta en m3 / seg.

Page 23: Fuentes de Abastecimiento y Captacion

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EJEMPLO:

El ancho de un río en el sitio escogido para el dique toma que es de 8 mts. Su

caudal medio es de 100 LPS. , siendo el gasto máximo de 1,500 LPS., y el caudal de

estiaje 50 LPS.

Se requiere captar un gasto fijo de 30 LPS., por medio un tanque con vertedor

lateral. La longitud del tanque de captación no debe sobrepasar los 2 mts., debido a la

topografía de la zona de acercamiento.

Si Q cap > Q flujo necesita vaso de almacenamiento

Si Q cap < Q flujo se puede captar con vertedor.

Nos fijaremos una longitud útil del vertedor lateral = 1.70 mts.

UTILIZAREMOS UN VERTEDOR TIPO ( a ).

Fig. 4.11 Características de los vertedores de caída libre.

Page 24: Fuentes de Abastecimiento y Captacion

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El tirante sobre el vertedor de captación será de:

Q = 0.030 m3 / seg. L = 1.70

H = ( Q ) 2/3 = ( 0.030 ) 2/3 CL C x 1.70

Por tanteos:

Si:

c = 1. 60 H calculada = 0.05 mts. H tabla = 0.20 mts.

c = 1. 40 H calculada = 0.054 mts. H tabla = 0.01 mts.

c = 1. 45 H calculada = 0.053 mts. H tabla = 0.05 mts.

c = 1. 46 H calculada = 0.0527 mts. H tabla = 0.06 mts. OK.

Aplicando un factor de seguridad (F.S.) para asegurar el gasto de captación, queda:

F.S. = 3 a 4 veces H sobre la cresta del vertedor

H. F.S. 0.05 x 4 = 0.20 mts. (Sobre la cresta del vertedor de captación).

Si checamos el gasto que entra sobre el vertedor de captación con el factor de

seguridad nos da:

H = 0.20 mts. C = 1.60

Q = 1.60 x 1.70 x (0.20)3/2

Q = 0.243 m3 / seg = 243 lps.

Se deben instalar barras para evitar el paso de materiales gruesos.

Cálculo del vertedor de rebose (dique)

Qminimo = 50 lps.

Nos fijaremos una longitud del vertedor de rebose L = 1.50 mts.

Page 25: Fuentes de Abastecimiento y Captacion

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En estiaje rebosará:

Q rebose = Q estiaje - Q captación

= 50 - 30 = 20 lps.

H = ( 0.020 ) 2/3

C x 1.50

Por tanteos si:

c = 1.50 H calculada = 0. 045 mts. H tabla = 0.10 mts.

c = 1.45 H calculada = 0. 044 mts. H tabla = 0. 05 mts.

c = 1.44 H calculada = 0. 045 mts. H tabla = 0. 04 mts.

Por lo tanto la diferencia de alturas será:

Con caudal medio (100 lps.) y tomando la misma longitud del vertedor de rebose (L =

1.50) queda:

Q rebose = Q medio - Q capt

= 100 - 30 = 70 lps.

H = ( 0.070 ) 2/3

C x 1.50

Por tanteos:

Si:

c = 1.50 H calculada = 0.099 mts. H tabla = 0.10 mts.

Page 26: Fuentes de Abastecimiento y Captacion

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Para el rebose del excedente del gasto máximo tomaremos la máxima longitud útil del

vertedor (ancho del río), por lo tanto:

Nos fijaremos una L = 7.80 mts.

Para descargar:

Q rebose = Q máximo - Q medio

= 1500 - 1000 = 1400 lps.

H = ( 1.400 ) 2/3 =

C x 7.80

por tanteos:

c = 1. 60 H calculada = 0.23 H tabla = 0. 20

c = 1. 63 H calculada = 0.23 H tabla = 0. 23

Si nos fijamos una H = 0.25 C = 0.25 y permitirá que pase un gasto extraordinario

de:

Q = 1.65 x 7.80 x (0.25) 2/3

Q = 1.609 m3 /seg. Q = 1609 lps. OK.

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Page 27: Fuentes de Abastecimiento y Captacion

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Captación sumergida tipo Dique – Toma

Cd = 0.61 - 0.81

Rejillas.

5.0000

1.27001.2700

3.7300

5.0000

3.7300

1.2700

Varillas de acero de ½”, con una separación a centro de varilla de 5.0 cm.

Se calcula el área neta de paso del agua (área de flujo), restando al área total de la sección

propuesta el área ocupada por las barras [números de barras * (ancho de la barra = D)* (longitud

de cada barra)].

32

*

LC

QH

Page 28: Fuentes de Abastecimiento y Captacion

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44EGerTNskd9ww312547124dsSDSmen33444cdfdrSFVDS3344cvdce344Egert45

T A R E A .

Si tenemos la formula H = ( Q ) 2/3 y tenemos una longitud unitaria = 1.00 mts.,

C x L

Nos daremos diversos valores de gastos de 20 lps. Hasta 1000 los., para calcular su

altura (H) y trazar la gráfica de alturas contra gastos para cada tipo de vertedor

(a,b,c,d) y decir cual es el más adecuado para llevar más gasto.

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----------------- ------------------------------- ----------------------------- ------------------------

2.3.2.- CAPTACIÓN DE FUENTES DE ABASTECIMIENTO SUBTERRÁNEO.

La obra de captación de una fuente subterránea a estudiar en este apartado

será el pozo.

A manera de introducción se establecen algunas definiciones y características

de los pozos.

NIVEL ESTÁTICO (N.E.).- Es la distancia medida desde la superficie del terreno

hasta el nivel del agua en el pozo no afectado por ningún bombeo. Este nivel está

definido por la línea de carga en el acuífero, pudiendo variar ligeramente por efectos

de lluvia, sequía, mareas, etc.

NIVEL DE BOMBEO (N.B.).- Es la distancia mediada desde la superficie del

terreno hasta el nivel del agua en el pozo, cuando se extrae un determinado gasto.

¡Evidentemente este nivel es dependiente del gasto bombeado! También se llama

nivel dinámico N.D.

Page 30: Fuentes de Abastecimiento y Captacion

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ABATIMIENTO (S).- Es la diferencia entre el nivel de bombeo y el nivel estático,

y similarmente será función del gasto bombeado.

CAPACIDAD ESPECIFICA (Q/S).- Está referida a un pozo y representa la

relación entre el gasto extraído y el abatimiento provocado para un tiempo

determinado. Se expresa como lps/m.

Las figuras 2.16 y 2.17 representan las características señaladas para pozos

perforados en acuíferos libres y confinados.

El pozo, como obra de captación de un acuífero, está constituido por el cedazo

de captación, el centralizador, la tubería de revestimiento, la empacadura de grava (en

caso de ser necesario), la bomba y los accesorios complementarios para el

funcionamiento correcto durante el período de diseño, ver figura 18.

Una vez conocidas las características de los acuíferos, y las propiedades que

gobiernan su aprovechamiento, queda por determinar cuáles serán las formas de

diseño que permita su aprovechamiento racional en la forma más ventajosa.

Un pozo eficientemente diseñado debe ser capaz de permitir la utilización de los

recursos naturales del acuífero en toda su amplitud. Por ello, un buen diseño de pozos

dependerá en gran parte de la cantidad de datos disponibles. En una zona donde se

disponga de datos de perforaciones anteriores, análisis de arena, análisis de agua,

pruebas de bombeo, gastos y radio de influencia, resultará relativamente fácil el

diseño. En cambio, si no se dispone de suficiente información, cualquier nuevo pozo

será puramente tentativo y diseñado sin bases ciertas.

Page 31: Fuentes de Abastecimiento y Captacion

31

FIGURA 2.16. CAPTACIÓN DE AGUA SUBTERRÁNEA MEDIANTE POZO

PROFUNDO EN ACUÍFERO LIBRE.

Es conviente insistir sobre la necesidad de conocer al menos los resultados de la

perforación de la prueba: formaciones atravesadas, situaciones de tope y pico de la

formación acuífera, granulometría de las arenas, el valor de la permeabilidad, la

calidad del agua, la posición del nivel estático, etc.

Es de destacar, que cuando se trata de obtener gastos de cierta consideración

mediante uno o varios pozos, es conveniente hacer pozos de observación ( =2”), que

permitan proporcionar la información deseada.

Page 32: Fuentes de Abastecimiento y Captacion

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FIGURA 2.17 CAPTACIÓN DE AGUA SUBTERRÁNEA MEDIANTE POZO

PROFUNDO EN ACUÍFERO CONFINADO.

El ejemplo que se presenta a continuación tiene como finalidad exponer los

diversos pasos en el diseño de un pozo profundo así como los elementos que en ello

intervienen, detallando aquellos aspectos que pudieran presentar alguna dificultad

durante su estudio.

Page 33: Fuentes de Abastecimiento y Captacion

33

FIGURA 2.18 ELEMENTOS CARACTERÍSTICOS DE UN POZO COMO OBRA DE

CAPTACIÓN.

Page 34: Fuentes de Abastecimiento y Captacion

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EJEMPLO 2.1.- Se desea dotar de agua a la población del municipio de Tecoh,

perteneciente al estado de Yucatán, para cual se requiere diseñar el o los pozos y el

equipo de bombeo que proporcionen en conjunto un gasto máximo diario de 33.64 lps.

De la Fig. 2.19. Los resultados obtenidos en el

pozo de prueba de la localidad de Tecoh

(resultados ficticios). De ellos se infiere que

basta un solo pozo para abastecer a la

población.

Otros datos fueron obtenidos en

diferentes estudios:

Permeabilidad: K = 4.98 m/día

Nivel freático normal: 16.3 m

Nivel freático en época

de secas: 18.0 m

Salmuera 90 m

Profundidad del pozo: 80 m

Longitud del cedazo: 80 - 18 = 62.0 m

Longitud de estratos permeables 89%

b = Longitud del cedazo en la ecuación 4.11

b = 62.0 x 0.89 = 55.18 m

Longitud de la tubería de ademe,

H = 80 - 55.18 = 24.82 m

Radio de influencia = 450 m

En la prueba de aforo se obtuvieron los

datos de la figura 2.19.

Page 35: Fuentes de Abastecimiento y Captacion

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FIGURA 2.19. RESULTADOS OBTENIDOS EN EL POZO DE PRUEBA DE LA

LOCALIDAD DE TECOH. (RESULTADOS FICTICIOS.)

CALCULO DEL DIÁMETRO DEL POZO. Es conveniente señalar que la

extracción de un gasto estará definido por el equipo de bombeo a instalar, y en ello

son factores determinantes el diámetro del impulsor, el número de impulsor y la

velocidad de rotación de los mismos. (Ver figuras 2.20, 2.21 y 2.22)

En consecuencia, si se quiere extraer un gasto Q, será condición necesaria que

el acuífero sea capaz de producirlo, pero adicionalmente deberá disponer del equipo

de bombeo, capaz de extraerlo.

Ello obliga a seleccionar un diámetro de la perforación capaz de albergar al

equipo apropiado, con lo cual se debe suponer cierta holguras para satisfacer su

instalación sin riesgo de estrechez o atascamiento por deficiencias en la verticalidad

Page 36: Fuentes de Abastecimiento y Captacion

36

del pozo. Debido a lo anterior el diámetro del pozo se calcula a partir de la ecuación

2.6.

DT = Q + 1” Diámetro comercial. . . . . . . . .(2.6)

DA = DT + 3” Diámetro comercial. . . . . . . . .(2.7)

D. Perf. = DA + (3” x 2) Diámetro comercial. . . . . .(2.8)

DT = Es el diámetro de los tazones aproximado al diámetro comercial , en

pulgadas.

DA = Es el diámetro de ademe , aproximado al diámetro comercial: 6”, 8”, 10” ,

12”, 16”, 20”, 24”, 30”.

D. Perf. = Es el diámetro de perforación aproximado al diámetro comercial: 6”,

8”, 12”, 18”, 24”, 30”, 36”, 42”, 48”.

Sustituyendo los datos disponibles en las ecuaciones 2.6, 2.7 y 2.8 se obtienen

los valores siguientes:

DT = 33 64. + 1” = 6.8 8”

DA = 8 + 3” = 11 12”

D Perf. = 12 + (3” x 2) = 18”

CALCULO DEL ESPESOR DE LA TUBERIA DE ADEME. A continuación se calcula el

espesor del ademe con la ecuación 2.9.

26.64 x 106 t3 - (H) (DA) t2 + 2 (H) (DA) t - (H) (DA)3 = 0 . . . .(2.9)

t = Espesor de ademe, en cm. Aproximado al espesor comercial.

H = Longitud de la tubería de ademe, en cm.

DA = Diámetro de la tubería de ademe, en cm.

Page 37: Fuentes de Abastecimiento y Captacion

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GASTO

ESPERADO

(lps)

DIAMETRO

NOMINAL DE

TAZONES DE

BOMBA

(mm)

MEDIDA

OPTIMA DEL

DIAMETRO

DEL ADEME

mm (pulg)

MEDIDA

MINIMA DEL

DIAMETRO

DEL ADEME

mm (pulg)

Menos de 6 102 152 Di (6) 127 Di (5)

5 a 11 127 203 Di (8) 152 Di (6)

10 a 22 152 254 Di (10) 203 Di (8)

20 a 44 203 305 Di (12) 254 Di (10)

30 a 6O 254 356 DE (14) 305 Di (12)

50 a 115 305 406 DE (16) 356 DE (14)

75 a 190 356 508 DE (20) 406 DE (16)

125 a 240 406 610 DE (24) 508 DE L20)

190 a 380 508 782 DE (30) 610 DE (24)

Tabla No. 7.1 Diámetro del ademe en función al gasto esperado

Al sustituir H = 2482 cm y DA = 30.48 cm en la ecuación 4.9 se obtiene:

24.64 x 106 t3 - (2482) (30.48) t2 + 2 (2482) (30.48)2 t - (2482) (30.48)3 =0

Evaluando la expresión anterior t = 1.31cm. que aproximado al espesor

comercial queda como t ½ “.

CALCULO DEL ABATIMIENTO. Haciendo referencia a las figuras 2.16 y 2.17, el

abatimiento puede calcularse con alguna de las ecuaciones 2.10 y 2.11, según si el

acuífero es libre o confinado respectivamente.

h0 2 - hw2 = Q ln ( r0 ) . . . . . . . . . .(2.10)

K rw

donde :

ho = Espesor del acuífero en m.

hw = Altura del agua durante el bombeo en m.

Q = Gasto máximo diario, en m3 /s.

Page 38: Fuentes de Abastecimiento y Captacion

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FIGURA 2.22. CORTE SECCIONAL DE UNA BOMBA DE POZO PROFUNDO.

Page 39: Fuentes de Abastecimiento y Captacion

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= Constante igual a 3.1416

K = Permeabilidad en m/s.

r0 = Radio de influencia del pozo, en m.

rw = Radio del cedazo, en m.

h0 - hw = Abatimiento, en m.

S = Q ln ( r0 ). . . . . . . . . . . . .(2.11)

2 Kb rw

S = Abatimiento en m.

Q, , K, r0 y rw = mencionados anteriormente.

b = Longitud del cedazo en m.

En el ejemplo 2.1 se considerará un acuífero confinado, por lo tanto se

empleará la ecuación 2.11.

S = (0.03364) (86,400 seg) ln ( 450 ) = 13.45 .

2 (4.98) (55.18) 0.1524

Los valores obtenidos se indican en el corte esquemático de la figura 2. 23.

Fig. 2.23. Corte esquemático del pozo y obra de conducción .

CDT = Carga dinámica total, en m.

ND = Nivel dinámico en m.

hd = Desnivel topográfico en m.

hf = Pérdida por fricción en la conducción en m,

h.pe = Pérdida en piezas especiales.

hv = Carga de velocidad en m.

De la figura 2. 23 se infiere que el equipo de bombeo que seleccione, deberá

satisfacer la carga dinámica total, que se representa como CDT en el corte

esquemático.

Page 40: Fuentes de Abastecimiento y Captacion

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FIGURA 2. 20.- CORTE ESQUEMATICO DEL EQUIPO DE BOMBEO.

FIGURA 2. 21.- CORTE ESQUEMATICO DEL EQUIPO DE BOMBEO.

Principales constituyentes en un kilogramo de agua de mar

Compuesto Peso (gramos) Proporción en el contenido

total de sales (%)

Cloro 18.980 55.044

Sodio 10.556 30.613

Sulfatos 2.649 7.682

Magnesio 1.272 3.689

Calcio 0.400 1.160

Potasio 0.380 1.102

Bicarbonatos 0.140 0.406

Bromo 0.065 0.189

Acido bórico 0.026 0.075

Estroncio 0.013 0.038

Flúor 0.001 0.003

Agua 965.518 0.000

TOTAL 1 000.000 100.000

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