¿Cómo evitar que las cascadas de aguas desde acuíferos freáticos deteriore el fun- cionamiento de las bombas de rodetes y conseguir aumentar la producción de los pozos multihabilitados?
1. Introducción
En muchos lugares de Chile los pozos han sido habilitados tanto en el acuífero freático como en acuíferos más profundos sean estos confinados o semi-confinados. Lo frecuen- te es que el Nivel Estático de los acuíferos sea distinto y que además sufran distintas fluctuaciones anuales y/o interanuales por ser distintos sus mecanismos de recarga y de explotación.
Figura 1
Debe hacerse un cuidadoso estudio hidrogeológico antes de decidir estas habilitaciones múltiples, pues el agua del acuífero superior puede infiltrarse en él o los inferiores por la sencilla razón de que sus presiones son diferentes.
Cuando en Nivel de Bombeo de un pozo se localiza por debajo del acuífero freático supe- rior el agua de las capas superiores entra al pozo a través de los orificios de la rejilla o ranurados y cae hasta el nivel de bombeo, tal como una cascada.
Este fenómeno de generalizada ocurrencia en Chile y en otros países de similares condi- ciones hidrogeológicas, hace que se provoquen burbujas de aire que se mezclan con el agua, siendo introducidas a la bomba.
No hay ninguna bomba de turbina con rodetes que pueda funcionar bien si debe bombear agua que contiene aire.
Los pozos que no han sido habilitados en la zona acuífera freática no sufren el efecto cas- cada, pero como contrapartida experimentan menores producciones y niveles de bombeo más profundos.
Una gran cantidad de técnicas ha sido intentada en un esfuerzo tendiente a evitar bombear aire y simultáneamente explotara agua colgada o somera. Se han creado dispositivos mecá- nicos y de otro tipo y dispuestos en el interior de los pozos para poder remover el aire antes de que entre a la bomba. Todos estos dispositivos han sido ineficaces y/o no han permitido una solución verdadera.
Un método moderno que se fundamenta en un pozo nuevo y distinto ha estado en uso des- de el año 1978 y ofrece una respuesta permanente a los problemas de agua colgada o so- mera. Su comprobada y exitosa operación no dependen de la operación de equipos auxilia- res y tampoco requiere mantención.
2. Descripción
En todos los pozos, el agua fluye hacia ellos por efecto de fuerzas gravitacionales causadas por la diferencia de gradiente hidráulico entre el nivel estático en el acuífero y el nivel de bombeo en el pozo.
Contrariamente a los pozos convencionales este nuevo tipo de pozo incorpora una cámara enrejillada sellada concéntricamente frente a la cañería expuesta al acuífero superior o su- periores. Durante el bombeo se crea un vacío parcial dentro de la cámara.. El agua fluye desde el acuífero al interior de la cámara, luego baja entre la cañería del pozo y la cara ex- terna de la rejilla de la cámara y entra al interior de la cañería de producción a través de una zona llamada “ventana”. Debido al vacío parcial se crea un nivel de agua en la cámara que es más alto que el nivel de bombeo en la cañería de producción. Este vacío puede ser tan bajo como la presión de vapor del agua, de alrededor de 1 a 2 p.s.i. Este alto nivel de agua resultante cumple varias finalidades.
1. La componente de flujo horizontal del acuífero somero es incrementada traducién- dose en una mayor producción del pozo.
2. Se elimina casi totalmente el bombeo de aire
3. La creación de una cara o película de escorrentía minimiza las pérdidas de carga por fricción al entrar el agua a la rejilla.
Una descripción simple consiste en perforar un pozo en gran diámetro, siendo las dimensio- nes función de las condiciones hidrogeológicas del área. En este diámetro grande se llega hasta el fondo del pozo de la manera convencional. Una pantalla de pozo se coloca enfrente a los acuíferos más profundos y una camisa de producción se extiende hasta la superficie La zona de ‘ventana’ se coloca en un “acuífijo” desde un punto cercano al máximo anticipa- do de depresión en los acuíferos superficiales hasta la parte superior de la zona de ‘ventana’
La ventana se instala concéntricamente a la cámara vacía. La cámara debe estar sellada herméticamente arriba y abajo.
La eliminación de la cara de filtración refuerza las líneas de flujo horizontal en el acuífero, la dirección de mayor conductibilidad hidráulica. Las pérdidas del acuífero (pérdidas de flujo) se reducen a un mínimo y el pozo producirá el agua desde el acuífero superior sin aire. Aún si el bombeo se incrementa, creando una ‘cara’ de filtración parcial la cavidad de
‘aquietamiento’ dentro de la camisa reduce o elimina la cantidad de aire atrapado llevada a través de la zona de ventana y dentro de la bomba.
Otros factores que refuerzan el aumento en la producción en este tipo de pozo, son el mayor radio efectivo del pozo agrandado opuesto la cámara y un diámetro más grande y más eficaz de la rejilla.. Frecuentemente en las formaciones aluviales características del Valle Central de Chile los acuíferos superiores son mucho más prolíficos o productivos (la conductibili- dad hidráulica es mucho más alta) que las zonas más profundas.
Además la calidad de agua suele ser muy superior. Otra característica importante del pozo descrito es que en las regiones irrigadas, por otra parte, constantemente se recargan los acuíferos superiores sin usar. Esta recarga se genera por el agua de la irrigación, canales sin revestir y acequias, además de otras aguas superficiales y de lluvias.
Tras doce años experimentando hasta ahora generalmente no ha revelado ningún cambio significativo en los niveles de agua y producción en los pozos aún después de cuatro años de sequía. Por otra parte los pozos normales cercanos han experimentado descenso de niveles y una disminución significativa en su producción. El uso combinado de ambas zonas a una dada tasa calculada de producción reduce la declinación de la zona baja y evita la interrup- ción del suministro de agua.
3. Construcción y Operación
Cuando se diseña un pozo específico es necesario obtener la mayor cantidad de información posible de pozos cercanos. Se perfora un pozo piloto, se le hace un perfilaje eléctrico y se analizan las muestras extraídas. El pozo piloto es una componente de costo mínima del total de la instalación y se justifica plenamente. Sobre la base de la información obtenida, se de-
terminan la profundidad total del pozo, la ubicación de la zona ventana y la extensión de la cámara..
Habitualmente la construcción de es tipo de pozo no convencional se hace usando el método de rotación inversa. Las cañerías y rejillas se fabrican sobre la base del diseño final del po- zo y son despachadas al lugar de manera tal de hacer expedita su ensamblaje e instalación.
El tiempo total de la instalación del total de cañerías y rejillas es solamente alrededor de un 10% más que lo que se demora en pozos convencionales.. El filtro de grava es instalado esparciéndolo y una agitación con las herramientas de la máquina es recomendable. Poste- rior a los procedimientos habituales se desarrolla con una bomba de turbina. Controlando el vacío en la cámara y también dentro de la cañería de producción mediante un sello especial permanente, se incrementa el desarrollo de la zona superior encamerada.
4. Redesarrollo de Pozos No convencionales
El diseño de este tipo pozo incrementa efectivamente el desarrollo por agitación. El sello aísla el interior del pozo de la atmósfera. El pozo es agitado deteniendo la bomba y remo- viendo simultáneamente la tapa del tubo de vacío.. Esto le permite al agua fluir hacia la cámara y a través de la rejilla. Cuando el aire y el agua cesan de fluir desde el tubo de va- cío, la tapa de vuelve a poner y la bomba parte para la próxima agitación.
Este procedimiento puede también ser usado cuando se aplica ácido a un pozo para remover las incrustaciones creadas en la rejilla. El ácido se introduce a través del tubo de vacío.
Debe mantenerse precaución hasta que el ácido haya sido eyectado del tubo de vacío.
5. Opiniones de usuarios de pozos no convencionales
“Nuestra actividad agrícola la desarrollamos en un área de relativamente baja productivi- dad de agua subterránea Nuestros mejores pozos producen en el entorno de los 1200 GPM, pero tienen grandes fluctuaciones de niveles en la medida que avanza la época de riego.
Perforamos un pozo no convencional y obtuvimos 2000 GPM desde un nivel de bombeo más cercano a la superficie que de cualquier otro pozo cercano en la propiedad. Yo debe- ría construir dos pozos convencionales para obtener la misma cantidad de agua que me produce el pozo encamisado. Estamos bombeando más agua a menor costo y hemos evitado los costos de perforar un pozo adiciona y la instalación de otra planta de bombeo”
General Manager of a large Central Valley Farming Operation, and Former Water District Manager
“Usamos el pozo encamisado para reducir los costos del bombeo, detener la baja del agua y poder disponer de agua adicional de los acuíferos para producir más agua.”
General Manager of a large Central Valley Farming Operation.
“En 1986 encontramos una situación en el Valle de Santa Inés (Condado de Santa Bárbara, California) donde un pozo propuesto penetraría dos acuíferos distintos. Debido a que el nivel estático estaba relativamente profundo además de la histórica declinación de los nive- les de agua en el área, hacía evidente que un pozo convencional no podría aprovechar ple- namente las ventajas del acuífero más somero que a la vez es la zona más permeable sin los problemas de las cascadas de agua y disminución de su producción de los pozos conven- cionales
Un pozo encamisado fue perforado en el lugar. Los resultados de este pozo me han conver- tido en un promotor de la tecnología del pozo encamisado. El gasto específico del pozo en- camisado fue casi un 9º% superior al gasto específico estimado anticipadamente sobre la base de la información de los pozos existentes en el área de tipo convencional. Además nuestro cliente no necesita preocuparse del adverso efecto de cascada del aguay obtiene producciones superiores de agua con menores elevaciones”
Principal of a Consulting Engineer Firm
(Traducción libre de un documento de Roscoe Moss Company complementada con trabajos de este consultor en experiencias de explotación de pozos bajo condiciones de subpresión)
