Guía de selección de cañerías y rejillas para pozos

8/3/2019 Gua de seleccin de caeras y rejillas para pozos

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Gua para la seleccin de caeras y rejillas

para pozos de agua

Nota Sobre Roscoe Moss Company

Roscoe Moss Company, editora de esta gua, haestado involucrada en el desarrollo de pozos deagua desde los aos 1890. Fundada como unacompaa contratista para la perforacin de pozosde agua, con operaciones en la regin sudoeste delos Estados Unidos, Roscoe Moss Company haconstruido miles de pozos a lo largo y ancho delpas, como tambin en diez naciones extranjeras.

En 1962 Roscoe Moss comenz a fabricar tuberay rejillas para pozos de agua. El nfasis en el de-sarrollo de esos productos ha puesto a la compaaa la vanguardia de los especialistas en su comer-cializacin.

Para completar su carcter nico de compaainvolucrada en todos los aspectos del desarrollode pozos de agua, Roscoe Moss participa activa-mente en dos grandes empresas de agua potable

en California, que sirven a un milln ochocientasmil personas. Entre sus fuentes de suministro seincluyen ms de 500 pozos de agua de alta capa-cidad.

El material que contiene este folleto se basa en unamplio conocimiento prctico sobre diseo, cons-truccin, operacin y mantenimiento de pozos deagua, como tambin sobre la fabricacin de pro-ductos de acero. Dichos recursos se mejoran per-manentemente a travs de programas sistemticos

de investigacin y evaluacin. Nos complacecompartir con ustedes la informacin que aqu sepresenta, parte de la cual constituye informacinexclusiva de la compaa, que se publica por pri-mera vez.


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1.0 INTRODUCCINl agua ha tenido un papel vital en eldesarrollo de la humanidad. Indiciosde las primeras civilizaciones

humanas revelan que aquellas culturas que

florecieron en el tiempo emplearon fuentesde agua para propsitos domsticos y agr-colas. Una caracterstica comn de los ac-tuales pases desarrollados es su habilidadpara usar productivamente el agua de quedisponen.Aunque el uso de aguas subterrneas seinici en regiones ridas y semiridas hacemiles de aos, en tiempos ms recientesste se ha adoptado en regiones con vastossuministros de aguas superficiales, propor-

cionando fuentes complementarias al usoagrcola en las pocas de mayor beneficiopara las temporadas productivas, comotambin disponibilidad de este recurso encondiciones de sequa. As se ha desarrollado una industria de pozos de agua que concentrasu atencin en tcnicas de construccin, diseos y mtodos de operacin.

Construccin del Acueducto de Los ngeles, 1907-1913.

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Independientemente de su propsi-to, casi todos los pozos de aguadeben construirse con un sistemade proteccin, y considerar posi-bles entradas de agua desde los

acuferos circundantes. Mientras latubera de un pozo se define sim-plemente como el material que lorecubre para prevenir que la for-macin se desplome, hay diversasinterpretaciones sobre la impor-tancia de una rejilla o criba. Estose debe a la existencia de un sin-nmero de diseos en todo elmundo. En esta Gua, la rejilladenota toda estructura instaladadentro del pozo para su protecciny que simultneamente permite laentrada de agua. En este sentido,la rejilla es un filtro.


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La durabilidad y eficiencia*de un pozo dependen engran medida de su diseo,

procedimientos de construc-cin, y seleccin de la tube-ra y rejilla. Sin embargo,las tuberas y rejillas en sconforman la sustanciaprincipal de un pozo deagua terminado. Aunquerepresentan una fraccin dela inversin total, las tuber-as y rejillas son elementoscrticos de la vida producti-va del pozo y de la bomba.Adems, afectan el rendi-miento y los gastos operati-vos. stos ltimos han co-brado cada vez mayor im-portancia debido a losenormes aumentos de loscostos de energa.Otro aspecto que hoy en daatrae gran atencin es elrelacionado con la contami-nacin de los suministros deaguas subterrneas, prove-niente de materiales dainosque se originan en la super-ficie. La proteccin de unpozo exige el control de lafuente de contaminacin. Enmuchos casos, el uso detubera sellada y de materia-les ms durables constituyeuna ayuda.

Este folleto analiza los ma-teriales con que se fabricanlas tuberas y rejillas de uso

comn en el mundo de hoy.Tambin indica los factoresque deben considerarse parasu eleccin. Entre estos fac-tores se cuentan los mtodosde construccin de pozos ysu relacin con el diseo delos mismos. Aunque aqu esimposible dar una respuestacompleta a cada requisito deplanificacin, quienes estninvolucrados en el desarro-llo de pozos de agua puedenusar la informacin que seentrega a continuacin co-mo una pauta general.

*En el Anexo I se ofrece una explicacin sobre la eficiencia del pozo.


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2.0 MTODOS PARA LA

CONSTRUCCIN DE POZOS


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2.1 Percusin por Cable

Actualmente, existen varios mtodospara perforar pozos de agua. stos serelacionan con los diseos del pozo ylos requisitos particulares de tubera yrejillas. A continuacin se ofrece unabreve explicacin de estas tcnicas.

oy en da se perforan pozosusando un mtodo que ya tie-ne varios siglos de antigedad.

Aunque las torres de perforacin conherramienta de cable (percusin) y lasherramientas mismas han cambiado,los principios bsicos involucrados enel sistema se mantienen inalterados. Elpozo se perfora por la accin pulveri-zadora de una broca de acero suspen-dida desde la torre en un cable de ace-ro. A medida que la corona golpea elfondo del pozo, la formacin se vamoliendo, creando detritos que se reti-ran por medio de cuchareo. Si la for-macin es suelta y no consolidada, latubera debe forzarse peridicamentedentro del pozo para evitar derrumbes.

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Se dispone de varios procedi-mientos para terminar pozosperforados con el mtodo deherramienta de cable. Si la tu-

bera se instala a medida que seva perforando el pozo, stapuede perforarse con herra-mientas que se bajan por lamisma, formando una rejillafrente a las formaciones queproducen el agua. En la mayo-ra de los mtodos de perfora-cin con tubera instalada de-ntro del pozo, no pueden perfo-rarse pequeas aperturas ni

tampoco controlarse con preci-sin su tamao. En consecuen-cia, deben evitarse los acuferosde granulacin fina. En la prc-tica, el mtodo de herramientade cable se adecua mejor a laperforacin de formacionesms duras y de mayor granula-cin.En algunas regiones la tuberase instala en toda la profundi-

dad del pozo y la rejilla, en elfondo en forma telescpica atravs de la tubera. Luego, seretira parcialmente la tuberapara dejar la rejilla expuesta alacufero o acuferos. Una va-riacin de este mtodo, permi-tido en ciertas condiciones deperforacin, es la instalacin dela tubera sobre el acufero y laperforacin interna de metros

adicionalespara acomo-dar la rejilla,que se instala

bajndolahasta la posi-cin deseada.Desde la apa-ricin de losmtodos deLos pozos de dimetro pequeopara usos domsticos, perforadosen formaciones compactas y con-solidadas, se construyen conherramientas de cable o martillos

de aire. A menudo, estos pozosslo requieren una tubera de su-perficie conductora, que se instalaa travs de una sobrecarga no con-solidada. El agua se extrae del po-zo abierto. En algunos casos, seinstala tubera de proteccin hastala profundidad de la bomba.En condiciones de perforacinfavorables y cuando se conocebien el acufero, pueden instalarse

rejillas formadas de tubera ranu-rada a medida que se perfora elpozo. Normalmente, estas tuberasperforadas tienen ranuras vertica-les para otorgar una mayor resis-tencia de compresin durante suinstalacin. El perforista debe ase-gurarse de poder bajar la rejilla a laprofundidad planificada frente alos acuferos.


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2.2 Perforacin Rotatorian los ltimos treintaaos, el uso de mto-dos de perforacin

rotatoria directa y de circula-cin reversa ha llegado adominar la construccin depozos de agua de alta capa-cidad de produccin. Ambosmtodos rotatorios estn re-lacionados con el diseo depozos con envoltura de gra-va. En el mtodo rotatoriodirecto, se aplica a la forma-cin una herramienta de cor-

te rotatoria con carga contro-lada. Por la barra y a travsde la herramienta de corte sebombea agua con aditivospara proporcionar estabilidadal pozo y viscosidad, la quese hace ascender por el pozopara arrastrar los detritos,que se separan y eliminan enla superficie. Por lo general,el pozo se construye en dos oms etapas. Primero, se per-fora un pozo piloto ms pe-queo, que luego se ensan-cha a un dimetro 6 12pulgadas mayor que la tube-ra y rejilla. La rejilla se selecciona y di-sea en base a la informacin obtenidadel anlisis de los detritos* y del perfilajeelctrico. Luego, se instala con la tuberaen una operacin continua. La grava se-leccionada se coloca en el espacio anularentre la tubera y el pozo para estabilizarla formacin y proporcionar un filtro co-ntra posibles arenas finas o limos.El mtodo rotatorio de circulacin reversavara del mtodo rotatorio directo en tres

aspectos principales.El fluido circulantefluye en forma des-

cendente por el pozoy ascendente por labarra de perforacin.Aunque en ambossistemas la presinhidrosttica que seejerce contra la for-macin mantiene lasparedes del pozo,por lo general en elsistema de aire re-

verso no se mezclanaditivos al agua decirculacin. Final-mente, en los proce-dimientos de circu-lacin reversa, elpozo se perforanormalmente sinensanches. La tube-ra y rejillas selec-cionadas y la gravase instalan de la mis-ma forma que en elmtodo rotatoriodirecto.Para la seleccin del

mtodo de perforacin y diseo del pozose consideran muchos factores: profundi-dad, dimetro, dureza de la formacin,presencia de acuferos de granulometrafina que requieren filtro de gravas, acce-sibilidad del sitio para llevar el equipo yla disponibilidad del agua necesaria parala perforacin. La perforacin rotatoria,especialmente la reversa, exige grandescantidades de agua.

*Consulte el Anexo II.

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3.0 CONSIDERACIONES GENERALES YMATERIALES PARA LA SELECCIN DE

TUBERA Y REJILLA


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3.1 Resistencia y du-rabilidad

ndenpendientemente delmtodo de construccin,las rejillas y tuberas de

pozos de agua exhiben ciertosrequisitos comunes. Debentener una resistencia adecuadapara soportar no solamente lastensiones de instalacin, sinotambin otras presiones quepudieren aplicarse durante laconstruccin, desarrollo y uso.

La resistencia a la traccindebe ser mayor que las tensio-nes de instalacin que tiendena quebrar la tubera y rejilla. *La resistencia al colapso de latubera (vase la pgina 27)debe ser mayor que las fuerzashidrostticas externas calcula-das.

Las tensiones radiales de lapared de un pozo de dimetro

reducido en una formacinconsolidada son despreciables.Sin embargo, es imposiblecalcular la carga que sufren lastuberas y rejillas en formacio-nes no consolidadas. Las pre-siones que ejercen el despren-dimiento de rocas, los de-rrumbes y el socavamiento dela formacin o el movimientodescendente repentino delmaterial empaque son desco-

nocidas. Estas presiones pue-den romper las tuberas y reji-llas.

Otro requisito relacionado conla resistencia es la durabilidad.Un pequeo aumento en elespesor de la pared de la tube-ra de acero al carbn no slomejora su resistencia sino que,en la mayora de las condicio-nes y desde el punto de vistade la corrosin, prolonga lavida del pozo en una propor-cin mayor que el aumentoporcentual del espesor de lapared. Los ambientes corrosi-vos podran exigir el uso demateriales especiales resisten-

tes a la corrosin.

3.2 Manipulacin ymantencin

onsideraciones impor-tantes son la facilidadde transporte, de mani-

pulacin y de instalacin.Estos factores no solamenteinfluyen en el costo sino tam-

bin son importantes al selec-cionar los tipos de tubera y lasconexiones que deben llevarlas rejillas.

Las tuberas y rejillas debenestar diseadas para facilitaruna rehabilitacin futura delpozo, incluyendo su limpieza,remocin de incrustaciones,redesarrollo y reparacin.Otra consideracin es la posi-

bilidad de profundizar el pozoen el futuro. Estos parmetrosinfluyen en la seleccin deldimetro y tipo de tubera yrejilla.

3.3 Economa

as consideracioneseconmicas desem-pean un papel im-

portante en el diseo de lasinstalaciones productoras deagua subterrnea. En lo querespecta a los materiales usa-dos para construir pozos deagua, sin embargo, un menorcosto no es necesariamentesinnimo de menor durabilidado eficiencia. Por otra parte, el

material ms costoso no siem-pre entrega los mejores resul-tados. Un equilibrio ptimoentre diseo y precio exigeconocimiento de las condicio-nes especiales propias de cadapozo y una comparacin entrelos productos disponibles. Unbuen ejemplo es el anlisis dela vida til requerida. Estaconsideracin cobra cada vezmayor importancia, especial-

mente en el caso de pozosmunicipales. La inflacin, lafalta de sitios adecuados y lasdificultades de transportacin,la instalacin y operacin deequipo para la construccin depozos de agua en zonas urba-nas restringidas, exigen el usode mejores diseos y, en mu-chos casos, materiales msdurables que entreguen unalongevidad adicional.

*Cuando se instala la tubera se produ-ce una situacin ms crtica y compli-cada, la que se explica en el ApndiceIII.

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3.4 Acero

l ms comn de los materiales paratubera y rejillas es el acero. ste se

moldea fcilmente a cilindros, laconfiguracin ideal de tubera y rejillas.Cuando se expone a la atmsfera, agua osuelos, el acero forma un recubrimientoprotector de xido, que asegura una largavida en condiciones corrosivas leves. Paracondiciones ms extremas, se encuentrandisponibles aceros con aleaciones especia-les, como los de acero inoxidable, que ofre-cen una mayor vida o proteccin permanen-te. El acero posee las altas caractersticas de

rendimiento y resistencia a la tensin queexigen los pozos de agua. Especialmenteimportantes son las caractersticas de elasti-cidad y maleabilidad inherentes al acero. Latubera y rejillas pueden quedar expuestas afuerzas subterrneas externas despus de suinstalacin. Los terremotos o movimientosterrestres subterrneos tienden a desplazar-las de su posicin de instalacin. El aceropermite la absorcin de muchas fuerzas sinperder su integridad estructural.Otra cualidad importante del acero es sufacilidad para ser soldado, lo que ayuda auna instalacin apropiada en terreno.

3.5 Materiales No Ferrosos

n algunas regiones, se han usado conxito materiales no ferrosos en los

pozos. Los ms comunes son el ce-mento, plstico y fibra de vidrio. En algunasinstalaciones poco profundas se puede usartubera de concreto; pero su peso, dificultadde manipulacin y exigencias especiales deconexin, lo hacen poco prctico para usogeneralizado.El plstico se ha usado con xito en pozosdomsticos poco profundos de hasta 8 pul-gadas de dimetro. Los requisitos de co-nexin entre tubos, colapso y resistencia a

la tensin, son relativamente modestos enestas instalaciones. Todava se consideraque el plstico es un material poco apropia-do para pozos de gran dimetro o profundi-dad, debido a su costo y consideraciones deresistencia.En algunas reas, donde se sabe que el aguaes corrosiva, se ha hecho uso de la fibra devidrio. Nuevamente, las limitaciones deconexin han limitado su uso a pozos depoca o mediana profundidad. Aunque lasuniones mecnicas diseadas para estospropsitos han resultado ser adecuadas parala instalacin, se ha sabido que presentandificultades en casos de rehabilitacin depozos. La fibra de vidrio tambin es costo-sa, particularmente en los cilindros de fibrade dimetros mayores y paredes ms anchasque se requieren para los pozos de alta pro-duccin.

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4.0 PROCESOS DE FABRICACIN YCOMPARACIONES DE USO FINAL


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El uso en pozos de aguarepresenta un pequesimoporcentaje de la fabricacinde productos de acero tubu-lar. Prcticamente todos lostubos de acero fabricados enel mundo pertenecen a doscategoras:1. Tubera (lneas) detransmisin para la distribu-cin de agua, petrleo o gas.

2. Productos tubulares parapetrleo, como, por ejem-plo, tubera con paredes degran espesor y barras deperforacin.Es til examinar los princi-pales procesos de fabrica-cin de estos materiales yrelacionarlos con sus prop-sitos primarios y con supotencial de uso en tubera

para pozos de agua.

4.1 Soldadura de Re-sistencia Elctrica

or lo general, la tube-ra de transmisin de

dimetros entre 4 y 16 pul-gadas se fabrica con el pro-ceso de soldadura de resis-tencia elctrica (SRE). Pri-mero, se desenrolla y estirael material que viene enrollos. Luego, se pasa poruna serie de rodillos de for-macin que, etapa por etapa,

le van dando una forma ci-lndrica. La costura se suel-da mientras pasa bajo elec-trodos rotatorios. La resis-tencia que la corriente en-cuentra en los bordes de lacostura calienta el metalhasta dejarlo en un estadoplstico. En forma simult-nea, se aplica presin, con laque se unen los bordes. La

tubera sigue su recorridopor una serie de laminado-res de acabado. Estas eta-pas reducen levemente eldimetro, asegurando eltamao y redondez adecua-dos. Debido a que la tuberacon soldadura de resistenciaelctrica est diseada parausarse como tubera detransmisin, se fabrica en

largos aproximados de 40pies para facilitar su ensam-blaje en el terreno.

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4.2 Sin Costura

os productos tubula-

res para petrleo,como, por ejemplo,la tubera de alta presin ylas barras de perforacin,exigen espesores de pared ycomposiciones qumicasque son difciles de soldarcon los procedimientos or-dinarios. Estos productos, ytambin otros tipos de tube-ra para propsitos especia-

les en dimetros de 20 pul-gadas o inferiores, se fabri-can, por lo general, con elproceso sin fin. Se calientaun lingote de fierro hastadejarlo en estado plstico yluego se perfora con unaflecha o lanza. Acto segui-do, el lingote hueco se elon-ga gradualmente mientras seva formando en mandriles y

dimensionando en rodilloshasta que la tubera quedaterminada. En las aplicacio-nes de pozos de agua, latubera sin fin no presentaventajas inherentes en com-paracin con la tubera sol-dada y su mayor costo no sejustifica. Adems, el espesorde las paredes no es tan uni-forme como en la tuberafabricada con otros mto-dos.

4.3 Fabricacin PorPrensado

na porcin signifi-

cativa de la tuberade transmisin de

18 pulgadas y de dimetrosmayores se fabrica con elproceso de prensa. Este m-todo es una operacin detres etapas.1. En la primera etapa, losbordes de una lmina deacero se curvan hacia arriba.2. Luego, la lmina se

prensa por medio de matri-ces en forma de "U".3. En la ltima etapa, unatercera prensa cierra la "U"para formar el cilindro.A continuacin, la costurase suelda por medio de unproceso de soldadura al arcosumergida (SAW). La sol-dadura SAW exige el uso deun electrodo de cable ex-

puesto y un fundente granu-lar. El contacto del electro-do y la costura que debesoldarse crea un arco elc-trico. A medida que el cabe-zal soldador atraviesa lacostura, el cable y fundentese unen en forma continua.La funcin del fundente esproteger la soldadura de lacontaminacin atmosfrica

y agregar aleaciones al de-psito de la misma. Este

proceso permite que la mez-cla est derretida por untiempo lo suficientementelargo como para eliminarimpurezas. Las soldadurasSAW son resistentes, dcti-les y uniformes. Sus propie-dades mecnicas son igualeso superiores que las del me-tal base.

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4.4 Fabricadosste proceso, que se usa generalmenteen la produccin de tubera de gran-

des dimetros para usos finales espe-ciales, es discontinuo y multietapas. Prime-ro, las lminas se cortan en cuadrados quecorresponden al dimetro final deseado. Enla segunda etapa, los bordes longitudinalesse preforman a la curvatura que requiere latubera. Luego, el acero se pasa por rodillosy se dobla para formar un cilindro, y la cos-tura se suelda con el proceso SAW. Lastuberas de largos mayores se fabrican sol-dando el nmero necesario de cilindros.

4.5 Soldadura Espiralna tecnologa de fabricacin msreciente es la tubera con soldaduraespiral. Primero, se aplanan los ro-

llos de acero y luego se les da forma ciln-

drica pasndolos por rodillos, o una cajacircular o zapato. La costura se suelda en elprimer punto de contacto de la lnea. Hoy enda, la mayora de la tubera espiral se suel-da tanto en el interior como en el exterior,asegurando una penetracin completa de lasoldadura. El sistema espiral es una opera-

cin continua, en la que los largos indivi-duales se cortan en etapas posteriores de lalnea de produccin.

El proceso espiral ofrece ventajas especia-les. El espesor de la pared vara segn elespesor de la materia prima. Ya que el rollode acero respeta tolerancias muy estrictas, latubera fabricada con procesos de soldaduraespiral y de resistencia elctrica es muchoms uniforme y exacta en su espesor depared que la producida con los mtodos sincostura y de prensa. Las plantas de tuberaespiral son flexibles y permiten la fabrica-cin de tubera de diversos grados de aceroy metales soldables no ferrosos. Los dime-tros y espesores no programados puedenproducirse en forma econmica para insta-laciones de pozos de agua, cuando as esnecesario. Otra de las virtudes de este sis-tema de fabricacin de tubera es la altaredondez y rectitud del producto. Tambines beneficiosa la mayor resistencia de lascosturas soldadas con el sistema elctrico dearco sumergido. Esto es el resultado delreforzamiento de la soldadura, y del hechoque las fuerzas superficiales de la tuberacon costura espiral son la fabricacin detubera de diversos grados de acero y meta-les soldables no ferrosos. Los dimetros yespesores no programados pueden producir-se en forma econmica para instalacionesde pozos de agua, cuando as es necesario.Otra de las virtudes de este sistema de fa-bricacin de tubera es la alta redondez yrectitud del producto. Tambin es benefi-ciosa la mayor resistencia de las costurassoldadas con el sistema elctrico de arcosumergido. Esto es el resultado del reforza-miento de la soldadura, y del hecho que lasfuerzas superficiales de la tubera con costu-ra espiral son menores que las de una tube-ra de costura recta debido al efecto bon-dage, y las fuerzas distribuidas.

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La capacidad de formarla tubera de alta resis-tencia, paredes anchas y

grandes dimetros, queactualmente exigen lasindustrias del petrleo ygas, es inherente al m-todo espiral. Por estarazn, las plantas deconstruccin recienteque fabrican estos pro-ductos utilizan este pro-ceso.


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Gran parte de la tubera parapozos de agua que se usa enel mundo se disea y fabricasegn las especificaciones y

requisitos de la tubera detransmisin. En consecuen-cia, es importante entenderlos distintos usos finales yproblemas que pueden deri-varse de una eleccin inco-rrecta.

4.6 Corrosina materia prima quese usa para fabricartubera no contiene

normalmente elementosadicionales para protegerlade la corrosin. Es ms fcily efectivo proporcionar pro-teccin con revestimientos.Los revestimientos aislantesdeben ser absolutamenteperfectos, ya que cualquierrea expuesta se corroe conmayor rapidez que en tube-ra sin ninguna proteccin.

El uso de revestimientosprotectores en tubera parapozos de agua es ineficaz odaino debido a la abrasinque se produce durante sumanipulacin, instalacin,perforacin y uso. Es impo-sible aplicar correctamenteel revestimiento a la co-nexin hecha en terreno. Enconsecuencia, la resistencia

a la corrosin de la tuberapara pozos de agua debeincorporarse al propio ace-ro.

4.7 Dimensionesos dimetros de tube-ras sin costura,ERW y prensada se

controlan externamente. Enconsecuencia, los dimetrosnominales corresponden aldimetro exterior (D.E.), yel dimetro interior (D.I.)vara segn el espesor de lapared de la tubera. Porejemplo, una tubera de 16pulgadas de D.E. y de0,3125 pulgadas de espesortendra un dimetro interior

de slo 15,375 pulgadas. Eldimetro de la tubera seselecciona generalmentesegn el tamao de la bom-ba. Por lo tanto, a menudoes posible sustituir el D.I.por el siguiente D.E. mayor;por ejemplo, un D.I. de 16pulgadas en lugar de unD.E. de 18 pulgadas. Ade-ms, ya que las herramien-

tas que se requieren para laconstruccin y reparacinde pozos de agua se usan enel interior de la tubera, re-sulta til estandarizar eldimetro interior en vez deldimetro exterior.

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4.8 Disponibilidad

ormalmente, la tu-bera de transmisin

se mantiene en in-ventarios de largos dobles(38 a 45 pies). Ocasional-mente, se fabrican unionessimples (12 a 22 pies). Lasincompatibilidades con lascapacidades de admisin dela torre de una mquina deperforacin especfica pue-den derivar en costos adi-cionales y prdida de tiem-

po de instalacin.Ya que las adaptaciones dedimetro en los procesos defabricacin de tuberas sincostura, ERW y prensadasdemandan una gran cantidadde tiempo y son relativa-mente costosas, la eficienciaexige un extenso proceso defabricacin para un dime-tro dado. Por ello, la dispo-

nibilidad del producto paralos contratistas depende delos inventarios existentes.Adems, las plantas de ace-ro integradas no fabricannormalmente tubera conparedes en espesores infe-riores a 0,1875 pulgadaspara dimetros de 8 10pulgadas ni inferiores a0,250 pulgadas para dime-tros de 12 pulgadas o mayo-res.

4.9 Tubera Subes-tndar

a tubera fabricada deacuerdo a especifica-

ciones API u otrasdebe someterse a diversaspruebas durante su fabrica-cin y despus de ella. Enlos ltimos aos, parte de latubera que no ha pasado laspruebas exigidas se ha ven-dido como tubera para po-zos de agua. Entre los tantosnombres que se da a esteproducto estn: rechazada,

subestndar, de serviciolimitado y tubera estructu-ral. En muchos casos, esimposible, a nivel superfi-cial, diferenciar entre tube-ra "de primera" y "rechaza-da". Ya que a menudo lacalidad significa la diferen-cia entre el xito y el fraca-so, el conocimiento del ries-go potencial redunda en el

inters del usuario. Debido aque la tubera subestndarse distribuye a precios condescuento, el fabricanterechaza toda responsabili-dad por ese material de cali-dad inferior.Un gran porcentaje de tube-ra rechazada no ha pasadolas pruebas que determinanla integridad del pozo. En

estas circunstancias, las

fuerzas de instalacino perforacin pueden que-brar la costura, permitiendoque el material de la forma-

cin entre al pozo.La tubera puede rechazarsepor razones distintas a unasoldadura defectuosa. Entrelas que se citan con mayorfrecuencia estn las varia-ciones de dimetro y la faltade uniformidad del espesorde las paredes. Para benefi-cio de los interesados, debeconsiderarse la relacin en-tre la calidad y el costo fi-nal.

La tubera subestndar fabricada con acerolaminado presenta una resistencia alcolapso significativamente reducida

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5.0 REQUISITOS DE LA TUBERA


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5.1 DimetroEsta seccin aborda los factores que debenevaluarse al seleccionar la tubera, inclu-

yendo los elementos relevantes a la relacinentre tubera y rejilla.

l dimetro de la tubera superior quealoja la bomba debe proporcionarsuficiente espacio muerto entre la

columna de barras y la tubera para permitirla instalacin de un tubo de capacidad olnea de aire destinado a medir la profundi-dad hasta el nivel de agua. Debe permitirseun espacio muerto adicional para la libre

operacin de bombas con eje y del cableelctrico de bombas sumergibles. Ningnpozo es completamente recto y su operacin

no ser satisfactoria si existe una mala ali-neacin. Adicionalmente, debe considerarsela posibilidad de corrosin como conse-cuencia de la adhesin de material, quepuede cementar el tazn de la bomba a latubera. Por lo tanto, la tubera que aloja labomba debe tener un dimetro mnimo dedos pulgadas ms que el dimetro nominalde la bomba ms eficiente que se requierapara obtener el caudal requerido.

TABLA DE SELECCIN DE DIMETRO DETUBERA QUE ALOJE BOMBAS

Dimetro nominaldel tazn (pulgadas)

Velocidad de operacinde la bomba (RPM)

Flujo(gpm)

D.I. mnimo dela tubera (pulgadas)

8 350018001200

200-1200100-600160-400

10

10 1800

1200

200-1500

370-670

12

12 18001200

400-2300250-1500

14

14 18001200

1000-4500800-3500

16

16 18001200

2000-52001300-3400

18

18 1800

1200900

3200-5400

2200-40002800-3000

20

20 1200900

3100-55002300-3600

24

22 1200900

75005600

24

Para bombas sumergibles aumente en 2 pulgadas el D.I. mnimo. Para bombas instaladas bajo 400 pies aumente en 2 pulgadas el D.I. mnimo.

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La tabla anterior sirve como pauta para lasespecificaciones de dimetro de tubera quealoje bombas, segn su produccin.Aunque es verdad que aumentar el dimetro

de la rejilla del pozo no influye significativa-mente en la produccin, hay razones de pesopara especificar los mismos dimetros para latubera y la rejilla, con la excepcin de insta-laciones telescpicas de rejillas y diseos depozos con envoltura de grava en dimetro me-nor. Los dimetros internos idnticos facilitanel desarrollo del pozo y los procesos de redes-arrollo. La posibilidad de provocar daos albajar la bomba o herramientas se minimiza.La mantencin de dimetros idnticos evita laposibilidad de una prdida de carga debido aun tubo con restricciones. Finalmente, deberecordarse que los pozos con dimetros infe-riores a 6 pulgadas son prcticamente imposi-ble de reparar y que los dimetros mayoresfacilitan la profundizacin posterior del pozo,cuando es requerido.En pozos de una profundidad superior a 1.200pies, puede resultar prctico considerar unareduccin de cuatro pulgadas en el dimetrode la rejilla. Por lo general, esto se limita apozos de lata capacidad en los que la rejillatiene un dimetro de 12 pulgadas como mni-mo. Los ahorros que se logren el los costos dela rejilla y pozo podran compensar otras con-sideraciones. La reduccin se inicia normal-mente en el fondo de la tubera que aloja labomba.


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5.2 Espesor de la Pa-red

a seleccin del espe-sor de la pared de latubera para pozos

presenta mayores dificulta-des. Como se mencionanteriormente, hay algunasfuerzas, tales como la fuer-za hidrosttica externa(draw-down), que puedencalcularse, pero otras no.

Afortunadamente, los largosaos de experiencia en te-rreno, bajo diversas condi-ciones, proporcionan infor-macin til y sirven de guaa este respecto.

La resistencia a la tensinmxima de un metal se de-fine como la carga de trac-cin excntrica requerida

para quebrarlo. La resisten-cia a la compresin es lacarga en la direccin opues-ta (la traccin hacia el cen-tro) que se requiere paradeformarlo. Este valor esequivalente al lmite aparen-te de fluencia.

Las resistencias del acerovaran segn su composi-

cin qumica y tcnicas defabricacin. Las resistenciasa la tensin y compresin dela barra estn directamenterelacionadas con las resis-

tencias a la tensin y fluen-cia del material madre, co-mo tambin con sus dimen-siones. Generalmente, elespesor de la pared es elfactor crtico que debe con-siderarse.

La resistencia al colapso delos tubos de acero bajo fuer-zas hidrostticas o presin

est determinada por eldimetro exterior, espesorde la pared y elipticidad(falta de redondez). Ademsde estos parmetros dimen-sionales, la resistencia alcolapso est influenciadapor algunas de las cualida-des fsicas del material. s-tas conforman el mdulo deYoung, que es una medidade la rigidez del material, sufuerza de fluencia y raznde Poisson. Aunque variosorganismos, incluyendo alInstituto Americano del

Petrleo y NASA, han des-arrollado frmulas relacio-nando estos parmetros conla resistencia al colapso, losvalores indicados en la Ta-bla B de la pgina 70 sebasan en la frmula de Ti-moshenko usando un 1%como valor de elipticidad y35.000 psi como el puntolmite de resistencia delacero. El uso de esta frmu-la entrega valores conserva-dores justificados, conside-rando la naturaleza crticade la resistencia al colapsode los pozos de agua. Unanlisis de la frmula deTimoshenko indica que latubera se deforma bajo pre-sin continua hasta que sealcanza la presin crtica. Seconsidera que la tubera hacolapsado una vez que ladeformacin contina sinsufrir presin adicional.

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Los tres grficos que aparecenen esta pgina ilustran algunospuntos de gran importancia. Enellos se representan los efectosde la resistencia de fluencia,

espesor de la pared y elipticidadsobre la resistencia al colapso,usando como ejemplo tuberacon D.E. de 10,750 pulgadas.Puede apreciarse que los par-metros dimensionales (espesorde la pared y elipticidad) estnrelacionados ms estrechamentecon la resistencia al colapso quelos parmetros fsicos (resisten-cia de fluencia). El uso de acero

de mayor resistencia producemejoras en la resistencia al co-lapso, pero tiene mayor impor-tancia con respecto a las resis-tencias a la compresin y ten-sin.

La resistencia al colapso delacero es proporcional al cubo desu espesor de pared. Por lo tan-to, un pequeo aumento en esteespesor genera un aumento sus-

tancial en la resistencia al co-lapso. Igualmente, una pequeadisminucin en el espesor gene-ra una disminucin sustancial enla resistencia al colapso.

De lo anterior se desprende queen un pozo de agua nunca debeinstalarse tubera usada o daa-da. Debe tenerse presente elhecho de que, a menos que exis-

ta un problema de subsidencia ohundimiento del terreno (con-sulte la pgina 52), la mayorade las fallas estructurales de lospozos se producen debido a lasfuerzas de colapso.

El siguiente grfico ofrece pau-tas para seleccionar el espesorde la pared de acuerdo con eldimetro de la tubera y profun-didad del pozo. Se basa tanto en

la experiencia recabada bajodiversas condiciones, como enel anlisis matemtico. Tambinse ha considerado el factor eco-nmico. Ya que el costo de lospozos ms profundos es mayor,se justifica el uso de materialesms resistentes y duraderos paragarantizar un retorno adecuadosobre la mayor inversin. Ade-ms, aunque no existen antece-

dentes especficos, la experien-cia ha demostrado que, por logeneral, las fuerzas ejercidassobre tubera y rejillas aumen-tan.


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5.3 Resistencia a la Corrosin

omo un componentedel diseo de pozos,debe examinarse los

efectos de la corrosin bajolas condiciones previstas deoperacin. La corrosin delmetal es un tema complejo,que se analiza con mayorprofundidad en la publica-cin de Roscoe Moss titula-da "Fundamentos de la co-rrosin del metal en aguadulce", de J.R. Rossum.Aqu se hacen algunas gene-ralizaciones que puedenresultar de utilidad. Primero,la tubera y rejillas para po-zos estn sometidas a distin-tos tipos y grados de corro-sin, segn su posicin en elpozo. Debido a que granparte de las aguas subterr-neas estn saturadas de car-bonato de calcio, la seccinde la rejilla tender a encos-trarse en lugar de corroerse,lo que promueve la longevi-dad, pero frecuentementeexige la remocin peridicade las incrustaciones pararestaurar la produccin. Enla mayora de los pozos, losmayores ataques de corro-sin se producen en las "zo-nas de salpicadura" entre elnivel esttico de agua y elnivel de bombeo, o justosobre ellas. La tubera estexpuesta a la atmsferahmeda o a condicionesalternadas de humedad y

sequedad, que aceleran elataque contra el acero. Lacolumna de bombeo se veigualmente afectada.

Con respecto a los propiospozos de agua, generalmen-te se acepta que la presenciade bicarbonato retarda lacorrosin, que los sulfatos ynitratos son neutrales y queel cloro acelera la corrosin.Las concentraciones de di-xido de carbono superioresa 50 mg/lts son por lo gene-ral corrosivas. El agua quecontiene sulfito de hidrge-no debe analizarse para es-tablecer la presencia de bac-terias reductoras de sulfito,que son altamente dainaspara las rejillas del pozo. Elagua cida puede ser seve-ramente corrosiva pero, porlo general, la corrosin esuniforme en lugar de serlocalizada. En consecuen-cia, la vida del pozo puedeser mayor que la normal-mente anticipada.

Es desafortunado que nadiehaya desarrollado un mto-do para determinar la vidade los materiales con rela-cin a la composicin delagua. Nuevamente, la mejorgua es la experiencia. Enlos Estados Unidos, y en lamayor parte del mundo, haysuficientes antecedentes

para ofrecer pautas defini-das. Cuando se genera aguapotable, no existe ningunacondicin en la que no pue-da obtenerse una vida ade-cuada de los pozos con eluso de un diseo y seleccinde material apropiados.

La vida requerida dependede un sinnmero de consi-deraciones econmicas. Sise disea un pozo municipalpara 50 o ms aos de ope-racin, se requiere obligato-riamente el uso de aceroinoxidable, en el cual elnivel de corrosin es des-preciable. En gran parte delos Estados Unidos y enotros pases donde las aguasson generalmente alcalinasno es raro que se exija unavida til de 40 aos. Enlneas generales, una vidatil de 30 aos representauna expectativa razonable.

Con respecto a la tubera deacero, como ya se indic,sta sufre una corrosinmayor que el promedio enlas zonas ms hmedas o enlas que se alternan condi-ciones de humedad y seque-dad. Esta es una forma decondicin atmosfrica, en laque el uso de un material deparedes ms anchas extien-de considerablemente lavida. Al doblar el espesor de

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la pared, la vida deberaprolongarse cuatro o msveces. Sin embargo, el in-cremento del espesor de lapared no ha resultado tantil frente a aguas severa-

mente corrosivas.

La aleacin de cobre en elacero, de manera que sucontenido alcance un mni-mo del 0.20%, aumenta laresistencia a la corrosinatmosfrica en unas dosveces. Las especificacionesde este material de calidadaparecen como alternativas

a las especificacionesASTM estndar para acerode grado estructural. El ace-ro con aleacin de cobre seha usado como material detubera en el sudoeste de losEstados Unidos por ms de90 aos. El acero de alcan-tarilla tambin tiene alea-cin de cobre. Una motiva-cin adicional para usar

acero con aleacin de cobrees que aumenta slo en un20% el costo de la tubera yen un porcentaje muchomenor los costos totales delas obras.

Los aceros altamente tensi-les y de baja aleacin

(HTLA) se han usado am-pliamente y por muchosaos. Son aproximadamenteun 40% ms resistentes queel acero al carbn normal.

La resistencia a la corrosinatmosfrica de estos acerosen grados resistentes a lacorrosin es de cuatro a seisveces mayor que la del ace-ro al carbn y de dos a tresveces mayor que la del ace-ro con aleacin de cobre.Tambin existe evidenciapara respaldar la idea de queofrecen una mayor longevi-dad en el rea de inmersincompleta. Sin embargo,cuando las condiciones sonseveramente corrosivas y elacero al carbn no resistepor lo menos 10 aos, nodebe usarse ni aceros conaleacin de cobre ni acerosHTLA.

Una de las ventajas que pre-sentan la mayora de losaceros HTLA es que su altaresistencia se logra con eluso de elementos aleativosen lugar de carbn o man-ganeso adicional. Si se con-sidera el uso de tubera dealta resistencia, debe hacer-se la siguiente evaluacin:dividir el porcentaje demanganeso por seis y su-marlo al porcentaje de car-bn. Si la suma es mayorque el 0,50%, lo ms proba-ble es que se presenten pro-blemas de soldadura en te-rreno.

Lamentablemente, existeuna diferencia sustancial en

el costo y durabilidad delacero HTLA y la siguientecategora con mayor resis-tencia a la corrosin: lasaleaciones inoxidables. Se

ha determinado que el aceroinoxidable tipo 304 (18%cromo, 8% nquel) ofreceuna proteccin completa enambientes de agua potable.Este acero es tambin in-mune a los cidos que seusan para remover incrusta-ciones. Aunque se usa fre-cuentemente en pozos deagua, el acero inoxidabletipo 304 representa, proba-blemente, un diseo sobre-dimensionado y costos adi-cionales innecesarios, yaque los grados que contie-nen menores porcentajes delcostoso cromo y nquel fun-cionan igualmente bien enambientes similares.

Para los pozos de agua sala-da (concentraciones de clo-ruro mayores que 500 mg/lts), la eleccin convencio-nal es el acero inoxidabletipo 316. En la mayora delos casos, el tipo 304 esadecuado, pero tiene ten-dencia a picarse.

En condiciones en que seindica la eleccin de aceroinoxidable, pueden conside-rarse materiales no ferrosos,especialmente en pozos dedimetros menores y pocaprofundidad. Sin embargo,deben considerarse cuidado-samente las limitacionesmecnicas y otras que pre-sentan estos materiales.


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Como se mencion ante-riormente, los recubrimien-tos convencionales de tube-ras no son adecuados paratubera y rejillas de pozos de

agua, con la excepcin delgalvanizado, que continaprotegiendo sectores ex-puestos. En condicionescidas, sin embargo, el gal-vanizado no ofrece una vidaadicional suficiente comopara justificar su costo. Es-timativamente, el costo de la

galvanizacin en 1981 erade unos 15 centavos porlibra de peso de la tuberagalvanizada.

Tambin se ha probado enterreno la proteccin catdi-ca de los pozos de agua,pero no ha resultado prcti-ca. Los sistemas son caros yrequieren de mantenimiento.An ms importante es elhecho de que no es factibleproteger el interior de nin-

guna estructura de tuberacon el mtodo catdico. Sinembargo, la proteccin ca-tdica puede considerarsecomo alternativa en pozos

de produccin de agua.


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5.4 Tubera de Conduccin

n su construccin y por razones de pro-

teccin ocasional, muchos pozos requie-ren de la instalacin de tubera conducto-ra en la superficie. Este tipo de tubera vara de20 a 50 pies de largo, aunque puede requerirseuna longitud mayor para alcanzar el estrato im-permeable. Por lo general, la tubera de superfi-cie para pozos con envoltorio de grava tiene de6 a 12 pulgadas ms de dimetro que la tuberasuperior, y aproximadamente 4 pulgadas mscuando se trata de pozos sin envoltorio de grava.El espesor de la pared vara de 0,1875 a 0,3750

pulgadas, dependiendo de la profundidad y di-metro. El espacio anular entre la tubera puedecementarse, como tambin el espacio anularentre la tubera conductora y el pozo de agua.

Ejemplo de cementacin de tubera

conductora con desplazamiento positivo.

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La tubera de superficie evita la infiltracin directade agua de superficie contaminada entre la tubera yel pozo de agua, y estabiliza las formaciones supe-riores, que normalmente no son consolidadas, du-rante la perforacin, construccin y uso.


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6.0 REQUISITOS DE LAS REJILLAS


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6.1 Tamao de Aperturay Diseo Interior

on el transcurso de los

aos, se han desarrolladodiversos tipos de rejillaspara satisfacer los igualmentediversos requisitos de los pozosde agua. El sentido comn su-giere que no existe ningn tipoespecfico de rejilla que sea elmejor para todas las condicio-nes. Los tipos de rejillas tienendistintos atributos y caractersti-cas, y pueden ser iguales en

ciertos sentidos pero distintos enotros. Para ayudar en su evalua-cin, se establecen los siguien-tes requisitos generales:

La rejilla debe tener la mayorapertura posible que sea compa-tible con la retencin del paque-te de filtro en un pozo con en-voltorio de grava o con el mate-rial de la formacin en los pozos

sin estos envoltorios.

La configuracin interna de larejilla debe facilitar el desarrolloy redesarrollo del pozo median-te la inclusin de los mtodosmecnicos ms efectivos dispo-nibles, tales como el pistoneo.

6.2 Economa

a economa no es slo

una consideracin gene-ral, sino una muy espe-cial cuando el costo dictaminael uso de menos rejilla o slo lainstalacin de rejillas cada cier-tos intervalos en los pozos conenvoltorios de grava. En mu-chos casos, estas prcticas hantenido resultados poco afortu-nados. A menudo, aun cuandose hayan observado los mejores

procedimientos de muestreo yse haya realizado e interpretadoun sondeo elctrico, el enrejilla-do selectivo puede derivar en elbloqueo inadvertido de los acu-feros productivos. Otra conside-racin importante es la tenden-cia al desplazamiento de la gra-va en los extremos superiores delas secciones de rejillas. Es dif-cil, y a veces imposible, conso-

lidar la grava en tubera ciega.Los posibles resultados incluyenel bombeo de arena o el selladodel agua debido al desprendi-miento del material impermea-ble contra el acufero. Esto nose aplica al fondo del pozo,donde debe instalarse una sec-cin de 10 20 pies de tuberaciega para proporcionar unacuenca al material sedimentario.

Rejilla ranurada vertical tapada, con rea de apertu-ra efectiva muy reducida.

6.3 Velocidad de Ingreso

l adecuado diseo de la

rejilla minimiza las pr-didas de carga fricciona-les asociadas con el ingreso deagua al pozo. Este punto se hasobreenfatizado en el pasado,aducindose ciertas virtudes enlas rejillas con las mayoresreas de apertura (menor velo-cidad de ingreso), que no hansido confirmadas por los datosobtenidos en terreno. Una ex-

tensa investigacin - incluyendolos anlisis matemticos, la re-visin de la experiencia prcticay extensas pruebas con modelos- ha establecido que las veloci-dades de ingreso de hasta 3,5pies por segundo generan prdi-das de carga mnimas. Sin em-bargo, un factorimportante enla determinacin real de la velo-cidad de ingreso es "el rea

efectiva de la apertura", quepuede ser inferior a la aperturamedida debido al bloqueo oinvasin de material fino.Usualmente, ste es el resultadode un empaquede grava y/oeleccin del tamao de la aper-tura deficientes. La apertura dela rejilla debe estar calculadapara minimizar esta posibilidad.

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Aunque ha habido muchasdeclaraciones relativas al rolde la velocidad de ingresopor una rejilla con respectoa la corrosin e incrusta-cin, la evidencia terica yde terreno no ha probado laexistencia de ninguna rela-cin con respecto al rangonormal de velocidades deingreso por las rejillas co-mnmente usadas.

En realidad, las velocidadesentre uno y cinco pies porsegundo se consideran bene-ficiosas en las tuberas. Confrecuencia, las velocidadesmayores producen unacombinacin de corrosin yerosin que puede ser bas-tante severa. Esta condicinse produce en pozos en losque la mayora de las aper-turas de las rejillas estnincrustadas, dejando que elagua sea producida de unascuantas rejillas espordicas.Adems de las prdidas deproduccin y eficiencia delpozo, las altas velocidadesde ingreso a travs de estasranuras pueden producir unrpido agrandamiento yfallas frecuentes. Una con-figuracin apropiada de la

rejilla y un rea de aperturasuficiente mitigan este pro-blema.

6.4 Mantencin yContingencias Futuras

a rejilla debe dise-arse para reducir lamantencin al mni-

mo. Sin embargo, la man-tencin es una funcin noslo de la rejilla, sino tam-bin del diseo del pozo ydel material elegido. La

rejilla debe permitir la pro-fundizacin del pozo y sureparacin cuando sea nece-sario.

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7.0 DISEO DE LAS REJILLAS


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7.1 Ranuras Oxicortadas

eniendo en mente la seccin

anterior, pueden analizarse lostipos de rejillas de uso mscomn. La primera rejilla considerada- tubera con ranuras verticales perfo-radas con un soplete - representa, entoda circunstancia, una eleccin nodeseada. Afortunadamente, esta prc-tica ha perdido popularidad y hoy enda su uso es poco frecuente. La nicarazn para incluir el uso de este tipode material en un pozo de agua es la

falta de otras opciones. Las desventa-jas de las ranuras cortadas con sopleteson su reducida rea de apertura, altacorrosin en los bordes disparejos delas aperturas, escoria, aperturas irre-gulares no controladas, debilidad -especialmente ante la resistencia a lacorrosin - y una alta tendencia a blo-quearse. Ni siquiera el bajo costo esuna ventaja para este material, ya queel oxicortado con gas de oxiacetileno

es un proceso lento.

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7.2 Ranuras Fresadas

ay otro tipo de reji-lla con ranuras

verticales que sefabrica fresando aperturasen la tubera con cortadoresde orientacin axial. Esteproducto est diseado parapozos petroleros, en los quela produccin de fluidos esmuy baja. Entre sus des-ventajas se incluyen el blo-queo debido a las superfi-cies paralelas dentro de las

aperturas. Ya que el bloqueode las ranuras est directa-mente relacionado con elespesor de las paredes, elmaterial ms ancho pro-mueve un mayor bloqueo.Algunas de las tuberas conranuras verticales fresadasse fabrican con una muescade gua para reducir estatendencia. Un segundo pro-

blema es la reducida rea deapertura, aunque esto puedesolucionarse a un mayorcosto aumentando el nme-ro de ranuras. La resistenciaal colapso de las rejillas conranuras verticales, sin em-bargo, se reduce sustan-cialmente cuando se aumen-ta el nmero de aperturas.

La experiencia en terreno haprobado que el desarrollo es

generalmente ms lento enpozos enrejillados con tube-ra de ranuras fresadas. Otroaspecto de las ranuras verti-cales en comparacin conlas aperturas horizontales esque el control de arenas ygravilla es menos positivo.Debe especificarse unaapertura menor y/o una gra-villa ms grande. El empa-

que de grava debe ser degranulometra relativamentegrande, con al menos un90% de retencin, en lugardel porcentaje convencionalde 65 a 80%.

Las principales caractersti-cas positivas la tubera deranura fresada son su bajocosto, uniformidad de las

aperturas y disponibilidaden una gama bastante gran-de de aperturas y patrones.

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7.3 Rejilla de Alambre o de Espira Continua

na rejilla amplia-

mente conocida esla que se fabricaenvolviendo un alambrealrededor de barras longitu-dinales. El alambre se suel-da a la barra con una solda-dura por resistencia, produ-ciendo una configuracincilndrica en forma de jaula.Este tipo de rejilla, comn-mente conocida como de

alambre o de ranura conti-nua, se fabrica generalmentecon acero inoxidable tipo304, acero galvanizado yacero al carbn.

El diseo continuo de lasranuras se origin a princi-pios de siglo para solucionarproblemas de desarrollo depozos de agua en acuferos

distintivos asociados con elcentro-norte de los EstadosUnidos. Estos acuferos segeneraban de rocas arrastra-das, quebradas y pulveriza-das por los glaciares durantesu avance en las Edades deHielo. Aunque los depsitosglaciales no estn bien es-tratificados, ocasionalmentese lavaban delgadas capas

de arenas finas y uniformes

de los depsitos originales.Estas formaciones producen

grandes cantidades de agua.Antes de la construccin depozos con mtodos rotativosy diseos con envoltorios degrava, era difcil producir acapacidad plena agua librede arena en estos acuferos.Para satisfacer estas condi-ciones, se desarroll un di-seo de pozo que incorpo-raba las rejillas de alambre,

que result ser exitoso.

Las caractersticas de larejilla de alambre se adaptanbien a su propsito original.El diseo ofrece la mayorsuperficie de rea de apertu-ra de entre todos los tipos derejilla. En consecuencia, conaperturas de tamaos muypequeos (0,005 pulgadas a

0,035 pulgadas), necesariaspara controlar las arenasfinas de los acuferos sinenvoltorio de grava, todavaqueda disponible un rea deapertura suficiente comopara minimizar las prdidasde carga por friccin a tra-vs de la rejilla. Sin embar-go, en tales circunstancias,debe usarse acero inoxida-

ble, ya que el agrandamien-to de las aperturas conduce

al bombeo de arena. El pro-ceso de fabricacin se prestapara satisfacer las estrictastolerancias que exigen lospequesimos tamaos delas aperturas, y la configu-racin de ranura en V redu-ce el bloqueo.

Debe considerarse cuidado-samente el uso de rejilla de

alambre en situaciones ocondiciones para las que nofue originalmente diseada.Es generalmente ms costo-so que otros tipos, sin ofre-cer necesariamente una ma-yor produccin, eficiencia odurabilidad. Las rejillas coneste diseo, incluyendo lasversiones de mayor costo ydurabilidad, con barras o

alambre de mayor dimetroo ambos, tienen una resis-tencia al colapso ms bajaque otros tipos de rejilla, y,por lo general, ms baja quela tubera con la que se ins-tala. Durante su instalacin,deben tomarse precaucionesespeciales.

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La configuracin de la reji-lla de alambre dificulta elpistoneo, un mtodo simple

y efectivo para desarrollar,redesarrollar y limpiar lospozos. Esto se debe a que,debido a los cortes transver-sales de las barras vertica-les, la superficie interna dela rejilla no es un cilindroliso. Los pistones ajustadosno pueden emplearse efi-cazmente debido a que elagua se desva a travs delnulo entre las barras, enlugar de entrar y salir de laformacin y paquete de fil-tro. El desarrollo con cho-rros a presin o de alta ve-locidad no es un mtodoefectivo, especialmente enlos pozos con envoltorio degrava. Por razones simila-res, es ms difcil la limpie-za y remocin de las incrus-taciones, que exigen el usode cido en lugar de mto-dos mecnicos.

Tambin es ms difcil oimposible reparar o restau-rar las rejillas de alambre asu forma o integridad es-tructural original. Cuando seusan herramientas en el po-

zo, deben tomarse precau-ciones adicionales.

Finalmente, la extensa reade apertura, que puede serun beneficio en ciertas cir-cunstancias, acta adversa-mente en la versin de ace-ro al carbn. El rea super-ficial expuesta a la corro-sin es unas tres veces ma-yor que en otros tipos derejilla. Esto significa unaprdida ms rpida de peso

y resistencia.Debido a que la rejilla dealambre fue originalmentediseada para pozos sinenvoltorio de grava, su usoen este tipo de pozos debeconsiderar los requisitos deese diseo para que sea exi-tosa. Debe evitarse la prc-tica de enrejillado selectivopor las razones anteriormen-te expuestas. No debe usarseuna rejilla con aperturasdemasiado pequeas. En lospozos con envoltorios degrava bien diseados raravez existe una condicinque requiera aperturas me-nores a 0,40 pulgadas. Eneste sentido, sin embargo, esimportante notar que

mientras el orificio en V delas rejillas de ranura conti-nua reduce el bloqueo, no

promueve la estabilizacinde las partculas del envol-torio de grava. El tamaorecomendado de la aperturaes el que retenga el 90% delpaquete de filtro. Esto resul-ta en un tamao ms peque-o de apertura que el que esposible en otros diseos derejilla.

Se encuentra disponible unarejilla de alambre ms eco-nmica, fabricada conalambre de acero redondogalvanizado. Este tipo dealambre promueve el blo-queo por medio de la for-macin de partculas en losorificios que se van.estrechando.


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7.4 Rejilla Tipo PuenteTrapezoidal

tra de las rejillas que sefabrica en los EstadosUnidos y en el extranjero

es la llamada "de puente trapezoi-dal". sta se fabrica con lminasen una prensa. La apertura de laranura es generalmente vertical yproporciona dos orificios alineadoslongitudinalmente con el eje. Laslminas de acero perforadas seenrollan como cilindros y se suel-dan en la costura. Normalmente,se unen secciones de cinco pies derejilla de puente para formar largosmayores adecuados para la instala-cin en terreno.

Generalmente, la rejilla de puentetrapezoidal se instala en pozos conenvoltorio de grava. Sus principa-les ventajas son un rea de aperturarazonablemente extensa y prdidasmnimas por friccin en el cabezal,a costos relativamente bajos. Unadesventaja importante es su bajaresistencia al colapso debido algran nmero de ranuras de orienta-cin vertical. El proceso de fabri-cacin es limitado con respecto alespesor de las paredes, siendo sudisponibilidad de 0,250 pulgadascomo mximo. Debido a que elcontrol de grava es ms difcilcuando existe una ranura vertical,en comparacin con las ranurashorizontales, debe elegirse un ta-mao menor de apertura con rela-cin al empaquetado de la grava.

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7.5 Rejilla Tipo Persiana o Louver

ste tipo de rejilla

se dise hacemuchos aos parausarse en pozos con en-voltorio de grava y hatenido un xito significa-tivo. La rejilla de persia-na se fabric original-mente haciendo aperturasde persiana en tubos cor-tos, que luego se solda-ban para formar seccio-

nes de hasta 20 pies delargo. Se ha desarrolladoun mtodo ms modernoque permite fabricarla detubos de hasta 50 pies delargo. Este proceso in-corpora el uso de unmandril que perfora lapersiana contra portama-trices externos.

La rejilla de persiana sefabrica en una variedadde patrones, con diversasreas porcentuales desuperficie de aperturas.Esta flexibilidad permitediseos que satisfacencondiciones reales y eli-minan costos innecesa-rios.

Una de las principalesventajas de la rejilla depersiana es su mayorresistencia al colapso(hasta 60%) que la tube-ra ciega con el mismoespesor de pared. Esto sedebe al efecto corrugado

de las aperturas en formade persiana. Sorprenden-temente, esta resistenciaaumenta a medida queaumentan las reas por-centuales de aperturas delas rejillas de persianascomercialmente disponi-bles. La resistencia alcolapso no vara segn eltamao de la apertura,como en el caso de larejilla de alambre.

Otra ventaja importantede la rejilla de persianaes que se puede emplearpistoneo a presin paradesarrollar y redesarro-llar los pozos sin riesgos.Esto se debe a la granfuerza mecnica y al in-terior cilndrico comple-tamente circular. Por lasmismas razones, los po-zos pueden repararse yprofundizarse con mayorfacilidad.

Hay disponibles rejillasde persianas que permi-ten una velocidad de in-

greso mucho menor quela requerida, minimizan-do las prdidas de carga.

La apertura de la persia-na con orientacin infe-rior es particularmenteapropiada para pozos conenvoltorio de grava, yofrece ventajas especia-les en comparacin conotras configuraciones deaperturas. El uso de c-maras en el interior delpozo, estudios de mode-

los y aos de experienciaconfirman que la apertu-ra de persiana resiste elbloqueo tan bien, o me-jor, que los dems tiposde rejillas. Su forma es lamisma en todos los mate-riales de espesor de pa-red. Una de las caracte-rsticas de la rejilla depersiana es el mejor con-

trol de la grava durante lainstalacin, desarrollo yoperacin, debido al ori-ficio en forma de capu-cha con orientacin infe-rior.

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La tolerancia del rango de paquetes de filtro mejora.Se han completado exitosamente muchos pozos conuna capacidad de ms del 80% del paquete para pasarpor las aperturas. Aunque la relacin de paso reco-mendada es del 35% al 20%, esta latitud proporciona

proteccin contra las variaciones del envoltorio degrava, debido a la segregacin u otras razones.


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La rejilla es un componente importante del diseo de pozos,pero debe tenerse presente que no es la respuesta a todos losproblemas relacionados con los pozos. En pozos con envoltorio

de grava, es ste el que filtra el material de la formacin y no larejilla. La rejilla simplemente retiene la grava. La eleccin dela rejilla debe basarse no slo en consideraciones tericas, sinotambin en la relacin prctica con el diseo y construccin deuna instalacin eficiente y duradera. Ni aun el mejor diseo derejilla puede corregir automticamente una instalacin de gravaincompleta o un desarrollo de pozo incompleto. La rejilla slopuede facilitar la construccin de un pozo eficiente y ayudar agarantizar su operacin satisfactoria.


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8.0 CONEXIONES TERMINALES YACCESORIOS


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Un anlisis de la tubera y rejillaspara pozos de agua no podra con-siderarse completo sin dedicar la

debida atencin a las conexionescon las que stas se unen en terre-no. En toda columna, la resistenciaa la tensin est limitada por laresistencia de las conexiones entresus componentes. Las observacio-nes demuestran que la mayora delos fracasos en pozos de agua invo-lucran la ruptura de la tubera o dela rejilla, su colapso o deforma-cin. Con frecuencia, el problemase origina en las uniones.

Adems de los requisitos de resis-tencia mecnica, al disearse unio-nes deben considerarse los siguien-tes factores: homogeneidad de lasuperficie interna de la pared, mi-nimizacin del dimetro externo,alineacin, facilidad de instalaciny economa.

Los cuatro tipos principales deconexin que se usan en la indus-tria de los pozos de agua son lasuniones con hilos y acopladas,uniones con extremos de corte lisoo en bisel, uniones de campana yespiga para soldadura de recubri-miento y uniones con collares desoldadura para soldadura de recu-brimiento.


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8.1 Conexiones ConHilo y Acopladas

as conexiones conhilo y acopladas seemplean comnmen-

te en pozos de cuatro pulga-das de dimetro o inferiores,en los que ellas constituyenconexiones relativamentebaratas, rpidas y conve-

nientes. Los requisitos delongitud en este tipo de po-zo domstico de baja pro-duccin no son crticos. Endimetros mayores, el costode las uniones con hilo yacopladas aumenta y, por logeneral, no estn disponi-bles en dimetros mayores a12 pulgadas.

8.2 Extremos Lisos

as uniones de tuber-as y rejillas con ex-tremos lisos para

soldadura son en generalsatisfactorios para paredesde hasta 0,1875 pulgadas deespesor. Cuando las paredesson ms gruesas, los extre-

mos deben ser biseladospara facilitar la penetracinde la soldadura, dejandounas 0,125 pulgadas lisas.Las ventajas de estas co-nexiones son su economa yhomogeneidad del dimetroexterno, que minimiza latendencia de la grava a des-plazarse en los pozos quellevan envoltorio de grava.

Las desventajas radican en

un mayor tiempo de ensam-blaje y la dificultad de sol-dar la tubera adecuadamen-te en la posicin vertical.Otro problema se producecuando se requiere retirar yreensamblar la tubera. Laconexin debe cortarse con

un soplete a medida que seretira, mientras que la unindebe prepararse, en un tornode ser posible, para un ade-cuado reensamblaje, lo queconstituye un proceso lentoy costoso.

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8.3 Extremos de Cam-pana y Espiga

El uso de conexiones de cam-pana y espiga soluciona varios

problemas inherentes a lasuniones con extremos lisos,hilo y acopladas. Para conectarla tubera y la rejilla, se usa unasoldadura plana superpuesta.Las soldaduras superpuestasson ms fciles de hacer enposicin vertical que horizon-tal. Estas uniones son tambinmuy econmicas. Su principaldesventaja dice relacin con la

adecuada alineacin, que exigemayor tiempo de instalacin.

8.4 Collares de Soldadu-ra

Otro tipo de conexin con sol-dadura superpuesta que satisfa-ce ptimamente todos los re-quisitos de tubera y rejillas de

6 pulgadas y ms, es el collar desoldadura. Los collares vienen

instalados de fbrica en un ex-tremo de las uniones. El ancho delos collares vara de dos a seispulgadas, y el extremo de la tube-ra se proyecta aproximadamentedesde la mitad del collar. Unaconexin con collar debidamentehecha es tanto o ms resistenteque la tubera misma. En compa-racin, la resistencia de unionescon hilo o acopladas API es me-

nor al 70% de la resistencia de latubera. La remocin de la tuberao rejilla exige slo la eliminacinde la soldadura hecha en terrenoen el extremo superior del collar.Estas secciones se reinstalan f-cilmente, ya que las caras origi-nales de la tubera no han cam-biado. Finalmente, el dao cau-sado por el transporte y manipu-lacin se reduce. Es imposible

sobreenfatizar la importancia detener conexiones en terreno deresistencia igual al material de latubera o rejilla. La experienciase lo ha demostrado frecuente-mente a contratistas.

8.5 Conexiones Entre Ace-ro Inoxidable y Acero alCarbnSe ha expresado preocupacin

por la conexin en terreno dematerial de acero inoxidable aacero al carbn corriente. Co-mnmente se cree que la accingalvnica entre dos metales dis-tintos causar que el "menos no-ble" acero al carbn se deteriore

rpidamente y falle. Aunque laaccin galvnica s ocurre ini-

cialmente, el acero al carbn seoxida y polariza rpidamente,inhibiendo eficazmente tododeterioro ulterior. Si el aceroinoxidable se suelda directa-mente al acero al carbn, laseccin de acero al carbn debeser al menos dos veces msgruesa que la de acero inoxida-ble. A continuacin se muestrauna conexin que puede usarse

para eliminar la necesidad desoldar dos metales distintos.

Deslizar el anillo A de acerodulce, con superficie traba-jada en torno, sobre el ex-tremo de una unin de aceroinoxidable.

Unir el anillo D de acero in-oxidable al extremo superiorde la unin de acero inoxi-dable con bisel en el extremoinferior.

Ensamblar los anillos A, B yC de acero dulce. B es unanillo abierto. Abrazar el

anillo B alrededor de A y C,asegurndose que A y C es-tn bien ajustados contra D.Soldar provisionalmente enla posicin deseada.

Soldar B en la costura. Soldar con filete B a A y C,

respectivamente.


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8.6 Secciones de CompresinEn muchas regiones ridas y semiridas delmundo, una causa creciente de fallas en lospozos es la ruptura de la tubera derivada

del asentamiento del terreno debido al ago-tamiento del agua en los sistemas de acufe-ros circundantes. Cuando la cada de la car-ga artesiana supera con creces la declina-cin de la napa fretica, la pendiente hidru-lica resultante desarrolla fuerzas que, confrecuencia, son suficientes para provocaruno o ms quiebres en las paredes de la tu-bera y rejilla. Estos quiebres se producen amedida que la tubera se acorta por la ruptu-ra. Las secciones quebradas se dividen por

lo general en segmentos que se deslizan porencima de los dems para producir un quie-bre de compresin telescpica. La experien-cia ha demostrado que estos quiebres y de-formaciones no pueden prevenirse em-pleando tubera de paredes ms anchas yresistentes. En muchos casos, el uso deuniones telescpicas especiales, llamadassecciones de compresin, instaladas en unacolumna de tubera y rejilla, ha resuelto esteproblema.

Las secciones de compresin estn forma-das de tubera de tres a seis pies de largo,dos de los cuales tienen el mismo dimetroy espesor de pared que la tubera del pozo.Estas dos uniones estn equipadas con ani-llos biselados de acero, que van soldados alextremo inferior de la seccin superior y alextremo superior de la seccin inferior. As,las uniones se pueden mover libremente oen forma telescpica a lo largo de la seccinexterior o casco, que tambin est equipadacon anillos en ambos extremos, que actan

como topes y estabili-zadores. Este casco esnormalmente dos pul-gadas ms largo que la

tubera madre. Losanillos se fabrican deacero de 1/2 x 2 pulga-das y estn biselados aun ngulo de 45

Debe estudiarse la ubi-cacin de las seccionesde compresin, ya quese sabe que las fallaspor compresin se pro-ducen a intervalos en-tre las uniones. Se re-comienda al usuarioverificar el historial delrea. Las seccionesdeben ubicarse a laprofundidad o forma-cin en que se hayanencontrado grietas enpozos circundantes. Engeneral, se han obtenido buenos resultadosal ubicar una seccin de compresin al fon-do de la tubera que aloja la bomba. Si elpozo tiene ms de 1.500 pies de profundi-dad, puede colocarse otra seccin en el cen-tro de la columna de rejillas.

La arcilla es capaz de ejercer una mayorfuerza de compresin que el sedimento msgrueso, especialmente en estratos de alturasuperior a ocho pies. Tambin esto debeconsiderarse al instalar secciones de com-presin.


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8.7 Abrazaderas de Anclaje

Cuando se instala tube-ra y rejillas en un pozoabierto que llevar un

envoltorio de grava,stas deben suspendersede la superficie con unaabrazadera de cargapesada. Esta abrazaderapuede estar soportadapor vigas en la superfi-cie o puede descansarsobre la tubera de pro-teccin en la superficieo estar entallada a l. La

tubera de proteccin enla superficie, a su vez,debe estar soportada porvigas o cementada en laposicin deseada. Elpropsito de suspenderla tubera y rejilla esasegurar que se man-tengan derechas y cen-tradas en el pozo. Siuna columna descansa sobre el fondo, se dobla, impidiendo la instalacin adecuada de lagrava. La tabla de la derecha indica un rango tpico de tamaos de abrazaderas para diver-sos dimetros y pesos totales de tubera y rejillas.


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8.8 Guas de Tuberaas guas de tubera seusan para centrar larejilla dentro del po-

zo. Deben tener la resisten-cia y rea de superficiessuficientes para proporcio-nar soporte, pero sin impe-dir la instalacin de la gra-va. Estos son requisitos con-tradictorios que exigen cier-tos compromisos. Una guasimple, que ha demostradoser eficaz, es la que se fabri-ca de acero de 5/16 x 2 pul-

gadas y 30 pulgadas de lar-go, y se dobla para propor-cionar la distancia de cen-trado apropiada. La distan-cia o curva es, generalmen-te, el radio terico del pozo,menos el radio de la rejilla,menos una pulgada. Se po-sicionan tres o cuatro guasen forma equidistante alre-dedor de la rejilla, a interva-los de 40 pies. Normalmen-te, no se instalan en la tube-ra superior o en la que alojala bomba.

8.9 Placas de Flotacinn las columnas pueden insta-larse placas de flotacin enaquellos lugares donde el

peso de la tubera y rejilla superala capacidad de alzamiento segurade la torre de instalacin. La pla-ca, que debe estar fabricada de unmaterial fracturable, se instala

entre dos uniones de la tubera quealoja la bomba a una profundidadpreestablecida, a la cual no se su-pere la resistencia al colapso de latubera ni quede sobrecargada latorre. El peso del fluido desplazado

reduce el peso de la tubera. Se con-sidera que las placas de fierro forja-do del diseo que se muestra en lafotografa, torneadas para propor-cionar un calce hermtico entre lasuniones de la tubera, son satisfacto-rias.El uso de collares de soldadura sim-plifica considerablemente la instala-cin de placas de flotacin. Paraasegurar que las fuerzas hidrostti-cas sobre una tubera vaca por en-cima de las placas de flotacin nosuperen su resistencia al colapso, latubera puede llenarse parcialmentecon agua durante la instalacin amedida que aumenta la presinhacia arriba. Una vez que estn ins-taladas la tubera y la rejilla, la tube-ra superior que aloja la bomba sellena completamente con agua y laplaca se retira por medio de un gol-pe con una cuchara, barras o tubos.Las placas de flotacin deben usarsecon mucho cuidado, y en ningunacircunstancia constituyen un proce-dimiento seguro como la instalacindirecta con equipo de instalacincon la capacidad para sostener elpeso adecuado.

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8.10 Reducciones de Di-metro

casionalmente, se hacen

reducciones de dimetroentre las secciones de tu-bera y/o rejillas. Se han usadoreducidores de tubo de campananormales, pero son caros y la re-duccin es un tanto abrupta. Sehan fabricado conos de reduccin conbarras, cortando con soplete segmen-tos de sta, doblando hacia adentrolos segmentos restantes y soldandolas nuevas costuras (cscara de na-

ranja). Esta es una operacin bastantecara que genera una estructura nouniforme y, a menudo, dbil. Unamejor solucin es el uso de un conoahusado fabricado con una unincorta de espiga de cada dimetro detubera, soldada en ambos extremos.Estas uniones pueden fresarse paradarles una mayor exactitud de alinea-cin.

Aunque no existen antecedentes derespaldo, se ha sugerido que paraasegurar la eficacia y resistenciahidrulicas, la longitud del cono de laseccin de reduccin debe tener almenos diez veces la diferencia deldimetro de los dos extremos. Puedeagregarse que una seccin ahusada ocono de mayor longitud reduce ladesviacin en el punto en que la gra-va se introduce desde la superficie.

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8.11 Tapones de Fondo

n pozos con envoltorio degrava siempre se instala untapn al fondo de la colum-

na de tubera y rejillas. Este puedefabricarse tomando un tubo corto ycortando sus lados para formar elfondo. Las terminaciones de estan-que semielpticas, fciles de en-contrar y baratas, satisfacen con-venientemente este requisito.

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9.0 ANEXOS Y TABLAS


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9.1 ANEXO I

Eficiencia Del Pozo

l concepto de efi-ciencia de bombeodel pozo fue origi-

nalmente presentado porJacob en 1947. Bsicamen-te, define la "eficiencia delpozo" como la prdida deformacin (la prdida decarga necesaria para produ-cir el flujo) dividida por el

total de descenso del nivelesttico que se observa enel pozo. Este cuociente seexpresa como un porcenta-je.

A la derecha se incluye undibujo simplificado queilustra este concepto. Debi-do a que el flujo de aguasubterrnea a travs de un

medio poroso es de natura-leza laminar, la prdida decarga necesaria para produ-cir el flujo a travs del acu-fero es proporcional a laprimera potencia de descar-ga del pozo:

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Prdida de formacin = BQDonde: B = coeficiente deprdida de formacin.

En consecuencia, la prdidade formacin es la diferen-cia entre el nivel esttico deagua (sin bombeo) y el nivelde agua observado en elacufero (o grava) adyacentea la tubera o rejilla (porejemplo, un piezmetro dedimetro pequeo colocadoen un envoltorio de grava

medira slo la prdida deformacin).

A medida que el agua ingre-sa al pozo a travs de lasaperturas de la rejilla, lavelocidad aumenta de mane-ra que el flujo se torna tur-bulento. La turbulencia escausada por la accin de"chorro" a travs de las ra-nuras de la rejilla del pozo yel cambio de direccin delagua a medida que ingresalateralmente, siendo obliga-da a moverse en formaaxial. La prdida de cargaasociada con este flujo tur-bulento se conoce como la

prdida del pozo y vara deacuerdo al cuadrado de ladescarga.

Prdida del pozo = CQ2Donde C = coeficiente deprdida del pozo.

En consecuencia, el coefi-ciente de prdida de la for-macin est estrictamenterelacionado con el tipo deacufero, mientras que elcoeficiente de prdida del

pozo es una funcin deldiseo y geometra de larejilla (rea efectiva deapertura, tipo y naturalezade las ranuras o persianas).El descenso del nivel estti-co total S, observado en elpozo, es simplemente lasuma de la prdida de for-macin ms la prdida delpozo.

Descenso nivel esttico totalobservado en el pozo:S=BQ + CQ2

La eficiencia del pozo conbombeo es una medida de laeficacia de la rejilla como

medio de transmisin entreel acufero (o grava) y elpozo. Esta eficacia (o efi-

ciencia del pozo) se expresacuantitativamente de la si-guiente manera:

Eficiencia del pozo conbombeo:

Al ordenar la ecuacin ante-rior, el resultado es:

Eficiencia del pozo conbombeo:

Como puede apreciarse enla ecuacin anterior, la efi-ciencia del pozo no es unaconstante, sino que varainversamente a la descarga(en otras palabras, la mxi-ma eficiencia se logra conuna baja descarga y la m-nima, con altas descargas).


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9.2 ANEXO II

Muestras de la Formacin, Paquete de Filtro y Seleccin de Tamao de

Aperturaa seleccin de la gradacin del paquete de filtro y el tamao de laapertura de la rejilla correspondiente se determinan por mediodel anlisis mecnico del material ms fino del acufero que se

desea filtrar. Los mtodos para obtener muestras de la formacin varansegn el tipo de perforacin que se emplee.

Las muestras obtenidas con perforacin rotatoria estn sujetas a conta-minacin a causa de derrumbes y mezcla de materiales distintos en elfluido de perforacin. En el sistema rotatorio directo, un programa de

fluidos cuidadoso mantendr las paredes del pozo, reducir los derrumbes y facilitar laremocin de los detritos. Con una ubicacin, diseo y construccin apropiados de los es-tanques de fluidos, puede controlarse el material de recirculacin. Para correlacionar lasmuestras con la profundidad del pozo, el perforista debe registrar el tiempo que demoran enaparecer los retornos cada vez que cambia la formacin. En el sistema rotatorio reverso, laalta velocidad de retorno del fluido reduce la demora en obtener muestras, y se pueden ob-tener con facilidad muestras precisas. Cuando la perforacin se detiene con cada cambio deformacin y la circulacin contina hasta que se obtiene una muestra adecuada de la forma-cin, se pueden obtener muestras ms exactas con ambos tipos de perforacin.

Cuando se perfora con el sistema rotatorio directo, las muestras deben tomarse directamen-

te de la zaranda o tambor de muestras. Cuando se perfora con circulacin reversa, puedenretirarse de la barra de descarga a travs de un puente de 2 a 2 1/2 pulgadas, instalado conuna vlvula de compuerta.

Cuando se perfora con el mtodo de herramienta de cable, las principales herramientas em-pleadas para tomar muestras de la formacin son el achicador o porua de lodo. Existe unatendencia del lodo producido por la perforacin a separarse por granulometra. Muchosperforistas creen que el material encontrado en el fondo del primer achicador es el ms con-fiable. En formacin aluviales no consolidadas, la tubera se lleva en forma ms o menoscoincidente con la perforacin, y las muestras son bastantes representativas del material delacufero.

A menos que se requiera lo contrario, las muestras de formacin deben recolectarse de lasiguiente manera:

1. A intervalos de diez pies bajo la superficie.2. Cada vez que cambia la formacin.3. A intervalos de cinco pies dentro de formacin que producen agua.

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Divida las muestras en tres porciones de aproximadamente 1/2 litro cada una, y colquelasen contenedores apropiados, tales como bolsas de muestras, jarros o bolsas plsticas concierre. Estas se rotulan con la ubicacin, nombre y nmero del pozo, intervalo de profundi-dad que representa la muestra, y la fecha en que fue recolectada. En el sitio de perforacinse guarda un conjunto de muestras para su inspeccin, otro se enva al dueo o representan-

te, y el tercero se guarda para anlisis de tamices.Para preparar una muestra de prueba, retire el material del contenedor, colquelo sobre unasuperficie plana y mzclelo bien para asegurar que las partculas finas y gruesas se manten-gan bien mezcladas. Si la muestra est seca, humedzcala lentamente a baja temperatura,agitando con frecuencia.

Para el anlisis, el tamiz ms grueso debe retener entre un 5 a 15% de la muestra. En latabla anterior se indican los tamaos de tamiz sugeridos para tres tipos de formacin tpica.

Utilizando un conjunto seleccionado de tamices, con el tamiz ms grueso encima, se colocala muestra en el tamiz superior y se cubre. Se agita el conjunto completo de tamices hastaque el material ya no pase por ellos (es preferible usar agitacin mecnica). Se retira el ma-terial que queda retenido en cada tamiz, se pesa y registra. A continuacin se calcula el por-centaje acumulativo del material retenido y tamizado.

Estos datos se transfieren a un grfico, como el que se muestra en la siguiente pgina, en elcual se plotea el porcentaje acumulativo de material retenido (o tamizado) en cada tamiz(eje Y) versus la granulometra (eje X). El uso de una escala semilogartmica para el eje Xentrega una visin ms realista de la importancia que revisten las partculas ms finas. Lospuntos ploteados se unen para formar una curva. En el mismo grfico, plotee una curva que

tenga cuatro veces el tamao de la formacin y otra que tenga seis veces dicho tamao. Enlneas generales, el filtro seleccionado debe estar entre estas dos curvas.

Con las razones apropiadas entre el paquete y el acufero, el filtrado se produce en la inter-faz de la formacin y el envoltorio. El tamao de la apertura debe permitir que pase unaporcin del filtro. El porcentaje de paso puede variar un tanto, sin afectar los resultados. Lageometra de la rejilla es un factor importante para determinar los criterios de diseo para laretencin de partculas. En las ranuras cortadas en fresador, a menudo es necesario un100% de retencin para evitar el bloqueo. Sin embargo, esto puede derivar en una apertura


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pequea no deseada. Se recomienda un 90% de retencin para rejillas de alambre. En elcaso de rejillas de persianas, se considera que una retencin del 65 al 80% es satisfactoria,aunque se han terminado muchos pozos con un porcentaje mayor de paso cuando se utilizaun paquete de filtro de mayor rango de granulometra.

Aunque la razn aceptada entre el paquete y el acufero es de cuatro a seis, es posible unamayor latitud. Se ha usado razones de hasta 3 a 1 sin una prdida de carga excesiva en elpaquete. Por otro lado, se ha utilizado una razn de 10 a 1 sin invasin de material de laformacin al paquete de filtro.

La calidad del filtro es de importancia crtica. El material debe estar compuesto de granosperfectamente redondos, suaves y uniformes. No debe considerarse ni roca triturada ni nin-gn material natural que presente ms de 10% de caras planas. El flujo de agua se ve seve-ramente restringido incluso cuando las partculas planas son muy grandes. Las partculasdeben ser silceas (tipo cuarzo), con un lmite de 5% por peso de material calcreo. El mate-rial calcreo debe evitarse por cuanto tiende a fusionarse, causando una severa reduccin en

la permeabilidad del envoltorio.

PAQUETE DE FILTRO DE UN POZO DE AGUA Y ANLISIS DE GRADACIN MECNICA DELA FORMACIN

El paquete de filtro en un pozo con envoltorio de grava cumple dos propsitos vitales. Pri-

mero, acta como un estabilizador entre la tubera, la rejilla y el pozo. Soporta las paredesdel pozo, previniendo los derrumbes y desprendimientos, que podran daar la tubera yrejilla o que el material que confina el acufero (arcillas y sedimentos) lo bloquee. En se-gundo lugar, proporciona un filtro graduado para las partculas finas que se encuentran enel acufero. Ninguno de estos dos propsitos puede cumplirse si el material filtrante no seinstala continua y permanentemente en el espacio anular.

Con relacin a toda seleccin de paquete de filtro basada exclusivamente en muestras de laformacin, se hacen las siguientes suposiciones:


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1. Las muestras de formacin son verdaderamente representativas del acufe-ro*.

2. El empaque se instala de forma tal que su gradacin es absolutamente uni-forme.

3. El empaque de grava seleccionado se encuentra disponible.Considerando que frecuentemente la confianza ciega en estas suposiciones ha resultadoengaosa, en general, la eleccin del paquete en reas conocidas se basa en gran medida enla experiencia de terreno. Aunque los estndares generales resulten apropiados cuando sebasan en aplicaciones pasadas exitosas, deben ser verificadas para cada caso especfico pormedio del muestreo y anlisis de la formacin.

*El error de muestreo ms comn que se comete con mtodos de construccin rotatoria es no recoger sufi-ciente material fino.


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9.3 ANEXO III

Anlisis de la Instalacin Por Golpe de Tubera Con

Equipo de Percusin por Cableesgraciadamente, la historia de la perforacin de pozos deagua se encuentra plagada de casos en que la tubera ha co-lapsado como consecuencia de las fuerzas generadas por la

instalacin forzada. sta se realiza por medio del impacto del pesode la herramienta de perforacin sobre la tubera. El extremo supe-rior de la tubera est equipado con una cabeza de golpe que funcio-na como yunque. A la columna de perforacin se le adosan abraza-deras, que cumplen el papel de martillo. Los golpes pueden efectuar-se uno a uno, levantando y dejando caer la columna de herramientas

segn el control ejercido por el operador, o en forma repetitiva usan-do el movimiento generado por el balancn.

Ya que la friccin que contiene la tubera se origina generalmente enel extremo inferior de la zapata, pareciera que la instalacin por gol-pe o forzada no generase fuerzas capaces de quebrar la tubera en eltubo o uniones. Las observaciones sugieren que las fuerzas de insta-lacin son compresivas en su naturaleza y tenderan a mantener laintegridad de la tubera. Sin embargo, ste no es el caso y un anlisisde lo que realmente sucede a la columna de tubos sometida estasfuerzas puede ayudar a evitar condiciones operativas que produzcan

la falla.

Cuando se golpea una tubera que est libre en ambos extremos, unapulsacin de compresin se desplaza hacia abajo. A medida que estapulsacin se desplaza, pone en movimiento partculas en cualquierpunto de su trayectoria. Este movimiento contina en la direccin de la pulsacin y cuandoalcanza el extremo inferior de la tubera, retorna en la direccin contraria, pero cambia auna fuerza tensional o de traccin excntrica en lugar de una de compresin. Este procesose repite hasta que el material de la formacin que rodea la tubera frena las pulsaciones.

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Grfico que ilustra el movimiento descendente de la tubera en cinco descensos sucesivos tras un slogolpe de instalacin.

La fotografa ultra veloz ha proporcionado una demostracin visual del fenmeno descritoen el prrafo anterior. Cuando la tubera recibe un golpe, despliega inicialmente u

Guía de selección de cañerías y rejillas para pozos

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