OBRAS DE CAPTACIÓN

OBRAS DE CAPTACIÓN

6.1 Captación de agua superficial:

Las obras de captación de agua superficial, derivación o toma en ríos se conoce como: “bocatoma”. A través de estas estructuras se puede captar el caudal de diseño de un proyecto, que por lo general corresponde al caudal máximo diario.

Fig. 6.1

Obra de Captación Superficial (Bocatoma)

Cisterna: Las cisternas son sistemas de recolección y almacenamiento de aguas lluvias. Esta es una solución viable en zonas rurales donde no se dispone fácilmente de otras fuentes de agua. El agua recolectada se debe por lo menos filtrar y clorar. La calidad física y química del agua al comienzo de la lluvia no es aceptable, ya que arrastra y adsorbe partículas de polvo y otros contaminantes atmosféricos y de los tejados, por tal razón, este sistema no debería ser utilizado en zonas donde haya un desarrollo industrial importante donde; la contaminación del aire produciría agua de mala calidad como, por ejemplo, el fenómeno de lluvia ácida

(SO2 + H2O H2SO4)

Fig. 6.2

Cisterna para la captación de agua Pluvial

6.2 Captación de agua subterránea:

6.2.1 Generalidades: Para la construcción de una obra de captación de agua subterránea es necesario tener conocimiento de las características del suelo y de la hidráulica del agua subterránea.

El agua subterránea es una fuente importante para el abastecimiento de agua, sobre todo en suelos de material granular y ocupa el segundo lugar en la distribución de los volúmenes de agua sobre la tierra con un 2%. La principal fuente de agua en la zona del pacífico de Nicaragua es subterránea.

Fig. 6.3

Captación de Agua Subterránea somera

6.2.2 Hidráulica de las aguas subterráneas: El comportamiento del movimiento del agua en el subsuelo no tiene el mismo comportamiento que el agua superficial. El comportamiento del agua subterránea se aproxima a la Ley de Darcy, que fue establecida experimentalmente.

La ecuación de continuidad establece que la descarga específica o flujo a través de un cilindro es:

v = Q / A

Donde: v = Velocidad (m/s)

Q = Caudal (m3/s)

A = Área transversal del cilindro (m2)

Según el experimento de Darcy, él estableció que la velocidad del flujo a través de un medio poroso (v), es proporcional a la diferencia de presiones entre dos secciones de un volumen de control y la longitud entre ellas.

Por lo que se tiene:

v = K (h / l)

Donde: K = Conductividad hidráulica

h/l = i = Gradiente hidráulico o pérdidas de energía por unidad de longitud.

h = Carga hidráulica

La conductividad hidráulica se conoce también como coeficiente de permeabilidad. Otra forma de expresar la ecuación de Darcy es:

Q = v A

O

Q = K i A

6.2.3 Pozos: Pueden ser superficiales o profundos, dependen de la naturaleza de las formaciones geológicas y de la hidráulica subterránea.

Los pozos se pueden clasificar en pozos excavados que son hechos manualmente con un diámetro de orificio amplio (0.8 a 1.20 m, pudiendo alcanzar hasta 2 m) y son poco profundos, por lo general su profundidad no es mayor de 20 metros.

Los pozos hincados son realizados golpeando un tubo con un martillo o martinete y pueden alcanzar profundidades hasta 25 m, en tierra no muy compacta. El diámetro de la perforación es del orden de 50 mm (2”).

Los pozos perforados son de mayor profundidad y de pequeño diámetro alcanzando profundidades mayores a 150 m. Pudiendo ser pozos perforados pocos profundos y muy profundos, ejemplo de estos son los localizados en la Ciudad de Diriamba, donde el nivel freático se localiza a 130 m de profundidad como promedio.

Los pozos para la explotación de agua subterránea deben diseñarse para obtener la mayor productividad, asociada con el máximo gasto específico, para reducir al mínimo los costos de operación y mantenimiento, para lo cual se seleccionan los materiales que garanticen la vida económica del pozo, dimensionando sus elementos estructurales a fin de obtener costos de construcción razonables.

Profundidad del pozo: La profundidad total de un pozo se rige fundamentalmente por:

• Espesor y niveles relativos del acuífero o acuíferos que se vayan a explota. El pozo se perforará a una profundidad que garantice un caudal específico alto, y el mayor abatimiento disponible, que permita incrementar la producción razonablemente.

• La profundidad a que se encuentra el nivel freático más profundo por explotar, cuando existen varios.

• La calidad del agua, factor que en ocasiones limita la profundidad y otras la propicia.

• El caudal a extraer.

Tubería de Ademe: En pozos alojados en materiales granulares, la tubería de ademe suele estar forrada por una parte de tubo ciego o liso, que forma la cámara de bombeo y por el cedazo, malla o tubo filtro, que constituye la tubería de producción.

Diámetro de la cámara de bombeo: Éste queda definido por el caudal que se va extraer, ya que de éste depende el diámetro de los tazones de la bomba. Generalmente el ademe ciego que formará la cámara de bombeo, se le asigna un diámetro mínimo de 3” (75 mm) mayor que el diámetro de los tazones de la bomba.

Dademe = Dtazones + 3”

El diámetro de los tazones (pulgadas) en términos generales; es igual a la raíz cuadrada del caudal máximo (litros por segundo), más una pulgada.

Dtazones = (Q)1/2 + 1”

El diámetro de la perforación corresponde al diámetro del ademe más un espacio adicional para el filtro anular de grava cuando requiera:

Dperforación = Dademe + 2 o 3”

Con los criterios anteriores se satisfacen los siguientes requisitos:

• La bomba turbina, ya sea o no con motor sumergible, se puede alojar holgadamente en la cámara de bombeo.

• Se tiene satisfactoria eficiencia hidráulica, con pérdida por fricción razonable.

• Se absorben pequeñas desviaciones o torceduras de la cámara, con lo que la columna de la bomba queda sensiblemente vertical.

Solo en casos muy especiales, el diámetro de la cámara podrá ser tan solo 2” (50 mm) mayor que el del exterior de los tazones, para diámetros pequeños de éstos.

Ejemplo 6.1: Se desea perforar un pozo para extraer un caudal de 25 l/s, determine el diámetro de la perforación, del ademe y de los tazones en función del caudal.

Solución:

Diámetro de los tazones:

Dtazones = (25)1/2 + 1” = 6”

Diámetro del ademe:

Dademe = 6” + 3” = 9”

Finalmente se calcula el diámetro de la perforación:

Dperforación = 9” + 2” x 2 = 13”

Espesor de la tubería: En general las tuberías son de acero de grado B y su espesor se determina con la fórmula recomendada por la American Petroleum Institute:

H = 28.64 x 106 / (D/t (D/t – 1)2)

Donde: H = Profundidad de diseño del tubo (m)

D = Diámetro exterior de la tubería

t = Espesor de la tubería

Cuando se tengan problemas derivados de activa corrosión electrolítica, los espesores obtenidos con la fórmula propuesta se incrementarán en un ¼” (6.35 mm). Se usan los espesores comerciales más próximos disponibles en el mercado. El espesor del tubo filtro o malla depende de las especificaciones de fabricante.

Diseño del tubo filtro o tubería productora: El diseño de la malla o tubo filtro depende de los siguientes factores, tanto para pozos con filtro natural como artificial:

• Longitud: Se fija en función de la permeabilidad y espesor de los estratos productores.

• Abertura: Se selecciona para proteger el material de las formaciones alrededor del tubo filtro, impidiendo el paso de materiales finos al interior de éste, ya sea con o sin el auxilio del filtro artificial de grava

• La distribución y el número de las aberturas depende del tipo y fabricante del cedazo, así como el filtro proyectado.

• Diámetro: Se determina en función de la velocidad del agua a través del cedazo, la cual no deberá ser mayor de 3 cm/s, para minimizar las pérdidas por fricción a través de las ranuras, reducir las posibilidades de arrastre de arenas finas y contrarrestar los fenómenos de corrosión e incrustación de aguas.

Longitud de la tubería productora: Depende del tipo de acuífero, del abatimiento máximo disponible y del espesor y estratificación de los acuíferos. No es necesario que la malla cubra totalmente el espesor del acuífero para obtener la máxima producción del pozo.

Si la formación del acuífero es homogénea, la longitud del tubo de cedazo se seleccionará entre un 70 a un 80% del espesor del acuífero, obteniéndose así el 90 o 95% del máximo gasto específico disponible para el mismo tubo de longitud igual al espesor del acuífero.

Abertura del cedazo: Depende de la curva granulometría de las formaciones acuíferas y de la calidad del agua, así como de la

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