Pruebas de Bombeo y selección de equipo Hidrogeología Introducción • En la gestión de las aguas subterráneas es indispensable una correcta realización de las pruebas de bombeo y una adecuada evaluación de estas, tanto para obtener conocimientos de las variables hidrogeológicas como para tener control de los caudales de explotación. • Las pruebas de bombeo o hidráulicas, suministran datos para la estimación de las características hidrogeológicas de un acuífero y de la captación en la cual se realiza dicha prueba • Se han desarrollado métodos para el análisis de los datos obtenidos en las pruebas, funcionales para determinadas condiciones de flujo y geología. Objetivos Objetivo general • Describir las pruebas de bombeo como herramienta utilizada en la hidrogeología para caracterización de flujo es pozos. Así mismo describir la selección del equipo de bombeo. Objetivos específicos • Definir que es una prueba de bombeo, como funcionan y cuando deben utilizarse. • Describir diferentes pruebas de bombeo. • Describir la selección del equipo de bombeo Prueba de bombeo o prueba hidráulica • Es un método de análisis de uno o varios pozos de captación de aguas subterráneas y del acuífero en que se encuentran • La prueba tiene el propósito fundamental de obtener con una precisión aceptable, los valores de las características hidráulicas del pozo y del acuífero Parámetros hidráulicos • Conductividad hidráulica (K) • Transmisibilidad (T), • Coeficiente de almacenamiento (S); Metodología de ejecución de bombeo • Consiste en bombear un pozo que esté perforado en el acuífero que se desea estudiar, durante un cierto tiempo • Determinar el caudal y medir la evolución del nivel piezómetrico debida al bombeo • Para así obtener información sobre las características del acuífero Aforo • Para realizar un aforo es más sencillo, ya que no se requiere de pozos de observación únicamente se mide el caudal de descarga y el abatimiento del nivel del agua dentro del pozo. Las pruebas de aforo suministran información sobre: • La calidad de construcción y desarrollo del pozo • Pérdidas de carga a la entrada del agua al pozo • Caudal de bombeo óptimo y profundidad a la que se debe colocar la bomba. Información preliminar La geología e hidrología superficial • La litología, horizontales el espesor y sus límites • Características geológicas y comportamiento de las rocas que lo limitan • Muchos de los métodos utilizados para la interpretación de los datos en las pruebas de bombeo, se basan en la hipótesis de que el acuífero es de extensión infinita. • Aunque estos acuíferos no existen, la mayoría tienen tal extensión lateral, que para fines prácticos puede considerarse como infinita. • Existen otros acuíferos que tienen poca extensión, limitada por un material impermeable Elección del sitio de prueba • Las condiciones hidrológicas del sitio no deben cambiar en distancias cortas y deben ser representativas de la zona de estudio • El sitio donde se localiza el pozo debe ser de fácil acceso para el personal y el equipo • Se deberá conocer el diseño final y materiales geológicos atravesados por los pozos de bombeo y observación • Los pozos de observación deben estar, en general, entre 10 y 100 m de separación del pozo de bombeo Características del pozo de bombeo • Los pozos construidos para pruebas de bombeo no necesariamente requieren de un gran diámetro • La bomba debe ser capaz de operar continuamente por 3 ó 4 días a una descarga constante. • La capacidad de la bomba y la magnitud de la descarga, deberán ser lo suficientemente grandes para producir abatimientos medibles en el pozo de bombeo y piezómetros ubicados a distancias máximas de entre 100 y 200 m del pozo de extracción. Medición del caudal de extracción • Volumétrico: El recipiente debe ser de tal capacidad, que el tiempo de llenado sea de cuando menos 20 segundos, a fin de que el error que se cometa sea mínimo. En la práctica, este método puede ser usado si el caudal es bajo (<20 l / s). • La escuadra: Consiste en medir la distancia horizontal D que existe entre el extremo de¡ tubo de descarga y el punto donde cae el chorro de agua en el suelo y la altura H a la que se encuentra la tubería Medición de la profundidad del nivel del agua • Los instrumentos más usados para medir el nivel del agua son las sondas eléctricas, formadas por dos conductores, que al hacer contacto con el agua cierran el circuito y hacen que se accione un amperímetro, luz, alarma y/o combinación de ellos Las características principales • El cable de la sonda debe estar graduado en toda su longitud, con marcas cada dos metros, con la numeración correspondiente. • La longitud total de la sonda debe ser mayor que la profundidad del nivel dinámico máximo. • El cable de la sonda debe ser inextensible, ya que a grandes profundidades (p ej,>100 m) pueden producirse alargamiento por efecto de esfuerzos de tensión. • Existen dispositivos automáticos que registran en forma continua los cambios en el nivel del agua y aún aquellos que se pueden programar para que registren los niveles a intervalos de tiempo deseados, pero estos dispositivos requieren de piezómetros (pozos de observación) de gran diámetro y que en el pozo de bombeo se instale dicho dispositivo antes de colocar la bomba. Método de bombeo • Método de Neuman Desarrolló una teoría sobre la cual se basa en parámetros físicos bien definidos de un acuífero libre. El autor considera al acuífero como un sistema compresible y al nivel freático como un límite de dicho sistema, pero en movimiento. Reconoce la existencia de componentes de flujo en sentido vertical y establece que la solución del descenso del nivel es una función de la distancia (r) al pozo de bombeo. Método de Theis • Desarrolló una fórmula para régimen de flujo transitorio, en la cual, se introduce el factor tiempo y el coeficiente de almacenamiento. En el trabajo de Theis se considera que el caudal de descarga de un pozo en un acuífero confinado es directamente proporcional a los abatimientos multiplicados por el coeficiente de almacenamiento. • Debido a que el agua bombeada de un acuífero confinado proviene de la reducción de su almacenamiento, el nivel piezómetrico descenderá continuamente, siempre y cuando el acuífero sea de extensión infinita • Esta es la manera mas conveniente de analizar conceptualmente recarga la prueba de ¿QUÉ ES UNA BOMBA? Es una máquina generadora, que absorbe energía mecánica y la restituye en energía hidráulica al fluido que la transita; desplazando el fluido de un punto a otro. ¿QUÉ ES UN EQUIPO DE BOMBEO? • Un equipo de bombeo es un transformador de energía, transfiere la energía al fluido que circula en él, y así poder vencer las pérdidas de fricción y por elevación que se tienen en la conducción. El equipo de bombeo consiste de dos elementos básicos; una bomba y su motor. • Pasos para la elección de un equipo de bomba Los pasos básicos para la Selección de equipo de elección de cualquier tipo de bomba bombeo son: Para seleccionar un • Determinar el caudal de bombeo. equipo de bombeo se • Calcular la altura manométrica total. deberá tener un conocimiento completo • Estudiar las condiciones del liquido. del sistema en que • Elegir la clase y tipo de bomba. trabajará la bomba y • Diámetro del entubado del pozo. motor, caso contrario puede hacer una • Características del líquido. selección errónea que • Gravedad especifica. causará el mal funcionamiento de la bomba, lo que a su vez afectará a la eficiencia y eficacia del sistema. Características para la selección de la bomba Número de unidades. El número de unidades de bombeo dependerá del caudal de bombeo y de sus variaciones, y de la necesidad de contar con una unidad de reserva para atender situaciones de emergencia. Capacidad de la bomba. Los tipos más comunes de bombas son: 5 GPM, 10 GPM. 20 a 27 GPM y 35 a 85 GPM. En la selección de una bomba, no se debe elegir una que bombee más agua de la que el pozo puede manejar. Si el pozo se sobre bombea, se puede arruinar la bomba tratando de sacar el agua que no está allí. Tipos de bombas centrífugas son las que más ventajas ofrecen en el campo específico de instalaciones elevadoras de agua en pozos profundos. Las bombas generalmente utilizadas en los sistemas de abastecimiento de agua y de saneamiento son las centrífugas. Bomba vertical sumergida con motor eléctrico en superficie. Son accionadas a través de un eje de transmisión concéntrico a la tubería de impulsión, y directamente acoplado al motor eléctrico o de otro tipo, que está en superficie. Su mayor aplicación es la extracción de agua de pozos profundos, para irrigación, abastecimiento municipal y abastecimientos industriales Sumergible Donde tanto el motor eléctrico como los cuerpos de bomba trabajan conjuntamente por debajo del nivel del agua. Son alimentados mediante corriente eléctrica a través de un cable conductor que va unido directamente a los terminales del motor, con los debidos aislamientos y protecciones para este tipo de condiciones de trabajo. Estas bombas suelen funcionaryano son Funciona en pozos profundos 2.900 r.p.m., frente a las 1.450 r.p.m. directamente inspeccionables. de las de eje vertical, Debido a su menor número de vueltas por minuto. Bomba centrífuga horizontal La disposición del eje de giro horizontal presupone que la bomba y el motor se hallan a la misma altura; éste tipo de bombas se utiliza para funcionamiento en seco, exterior al líquido bombeado que llega a la bomba por medio de una tubería de aspiración. FRECUENTES APLICACIONES Tipo de fuente Tipo de bomba recomendada Pozo profundo. - Bomba centrifuga vertical, sumergible (cilíndrica, angosta). Pozo excavado para agua - Bomba centrifuga vertical potable. sumergible Bomba centrifuga horizontal, no sumergible - Bomba centrifuga vertical, no sumergible TIPO DE BOMBA Bomba de eje Horizontal VENTAJAS Máquinas simples y versátiles. Facilidad de instalación, operación y mantenimiento. Economía en su adquisición y mantenimiento. Pueden ubicarse en un área distante del punto de captación, favoreciendo su ubicación en lugares seguros y libres de inundación, aluviones, etc. Pueden ser utilizadas para el bombeo de considerables caudales a elevadas alturas. DESVENTAJAS Presenta limitaciones en la altura de succión (máximo 7 metros), limitado por la presión atmosférica, la temperatura y la altitud del lugar de operación. Para ser instaladas requieren mayor área superficial que la que demanda una bomba de eje vertical. Son sensibles a perder el cebado durante la operación afectando al servicio que presta. TIPO DE VENTAJAS BOMBA Bomba La bomba y motor trabajan sumergible como un conjunto único sumergidos en el agua. Económicamente ventajosa para pozos muy profundos. Por debajo de 20 metros son más ventajosas que las bombas de eje vertical. DESVENTAJAS Gran dificultad en la instalación la bomba, debido al que motor va sumergido. Alto costo inicial del motor. Se debe evitar el arranque de la bomba fuera del agua. Muy sensible al ingreso de arenas y agua al motor. SELECCIÓN DEL CABLE ELÉCTRICO • Los grupos con motor eléctrico sumergible necesitan de cables conductores, a través de los cuales se suministra la energía necesaria para su funcionamiento. La sección del cable depende esencialmente de la intensidad de corriente que ha de soportar y de su longitud SELECCIÓN DE VÁLVULAS • Con el uso de válvulas de paso completo es decir aquellas que no oponen resistencia al paso del flujo podemos optimizar la operación de las bombas en la descarga de las mismas. Este tipo de instalaciones presentan ahorros considerables en el consumo de energía y pueden sustituir al uso tradicional de instalación de válvulas check-compuertamariposa. • La selección adecuada de válvulas provoca menores esfuerzos de operación al equipo de bombeo, por ello no debemos hacer a un lado la importancia de dicha selección. SELECCIÓN DE MOTORES Motores eléctricos • Son las máquinas motrices más empleadas para propulsar de manera simple y eficiente las bombas utilizadas en los sistemas de saneamiento. Sus ventajas radican en su reducido tamaño y peso en comparación con otros sistemas motrices; en su limpieza, no contaminan el medio ambiente y producen menos ruido. Motores a combustión • Los motores diesel, de gasolina y de gas natural o propano son motores de combustión interna que se emplean para accionar bombas en general.
