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• Daniel Puell

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BOMBEO DE POZO PROFUNDO CON AIRE COMPRIMIDO Con la finalidad de lograr extraer el agua del pozo tubular, por un medio alternativo a la utilización de las bombas sumergible, el cual a su vez resulte más económico y al mismo tiempo no perder la eficiencia del caudal que se obtuvo en el pozo, se plantea la propuesta del bombeo utilizando aire comprimido, para lo cual realizaremos un análisis de las condiciones particulares del pozo y elegiremos las tuberías y el equipo de aire comprimido que satisfaga los objetivos.

1. UBICACIÓN DEL PROYECTO

El área del proyecto se ubica XXXXX de la carretera Panamericana Norte, perteneciente al distrito y provincia de Sullana y departamento de Piura. 2. UBICACIÓN DEL POZO

De acuerdo con el Estudio Hidrogeológico el pozo se ejecutó en el punto:

3. DATOS DEL POZO

El pozo tubular terminado ha quedado con las siguientes características: Longitud de perforación

: 100.00 m

Diámetro de perforación

: Ø 23”

Diámetro del entubado definitivo

: Ø 18”

Longitud de la columna de producción

: 100.00 m.

Longitud total del entubado ciego

: 83.40 m.

Longitud total del filtro puente trapezoidal  15”

: 16.80 m.

Espesor del empaque de grava

: 3.5”

Nivel estático

: 35.68 m.

Nivel dinámico

: 50.00 m.

Caudal máximo obtenido

: 25.00 l/s.

Nivel dinámico recomendado

: 60.00 m.

Caudal máximo recomendado

: 28.00 l/s.

xxx

REGIMEN

RPM

NIVEL ESTATICO

DINAMICO

CAUDAL

CAUDAL

ABATIMIENTO

TIEMPO

lt/seg

ESPECIFICO

ESPECIFICO

ACUMULADO

lt/seg/m

m/lt/seg

I

44.68

1,340

20.00

2.22

0.45

II

50.00

1,500

25.00

1.75

0.57

III

60.00

Proyectado

28.00

1.15

0.87

35.68

OBSERVACIONES

4. FUNDAMENTO

El fundamento teórico de este método está basado en el sistema de vasos comunicantes (Principio de Pascal), aplicando la ecuación de Bernoulli y el efecto Venturi. En dinámica de fluidos, el principio de Bernoulli, describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una corriente de agua, por lo que, si dentro de un recipiente se tiene una tubería abierta por los dos extremos y por un punto situado a poca distancia del extremo inferior se inyecta aire comprimido a una presión superior a la necesaria para vencer la columna líquida, por la tubería ascenderá una mezcla de agua-aire hasta una altura tal que los pesos interior y exterior se equilibren. El efecto Venturi consiste en un fenómeno en el que un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado disminuye su presión cuando aumenta la velocidad al pasar por una zona de sección mayor a otra menor.

5. APLICACIÓN PRÁCTICA

Para la aplicación práctica de bombeo mediante aire comprimido, es necesario disponer de dos tuberías de diferentes diámetros, guardando estas dos una cierta relación. Es evidente que el procedimiento de bombeo con aire comprimido, al no disponer de elementos mecánicos en movimiento, no presenta riesgo alguno en la extracción de aguas que podrían estar turbias o arenosas, puesto que no existen desgastes en este tipo de instalación. La válvula de succión diseñada, podrá ser confeccionada de metal o PVC y de forma especial, para que realice la función de aspirar la emulsión agua-aire, que será conducida hacia la superficie desde el fondo del pozo tubular.

6. COEFICIENTE DE SUMERSION

El coeficiente de sumersión o sumergencia, a la relación entre la longitud de tubería situada por debajo del nivel del agua y la longitud total de la misma. Experimentalmente se ha podido comprobar que la sumergencia más conveniente es del 60 al 65 %; como puede suponerse, la sumergencia varía en función de la evolución del nivel dinámico, por este motivo, para que el sistema funcione dentro de los límites admisibles, es necesario estimar el descenso de nivel provocado como consecuencia del bombeo (nivel dinámico). Para tal caso se elegirá de modo conveniente la relación entre la parte sumergida de la tubería y su longitud total, que debido a la diferencia de densidades por las burbujas existentes dentro de esta tubería y la aspiración producida dentro del tubo de Venturi, se obtendrá una columna ascensional de una altura determinable.

7. RELACIÓN DE DIAMETROS

DIAMETROS DE TUBERIAS EN FUNCION DEL CAUDAL Y LA SUMERGENCIA DIAMETRO (mm) TUB. TUB. AGUA AIRE 38 13 50 19 63 25

33% 40 65 120

SUMERGENCIA 43% 50% 55% 60% Caudal elevado en litros por minuto 52 68 60 50 95 113 140 150 160 200 210 225

66% 71 162 243

8. PRESION Y VOLUMEN DE AIRE

La presión mínima que debe de tener el aire para que el sistema comience a trabajar deberá ser algo superior a la ejercida por la columna de agua sobre punto en que se efectúa la inyección. Si para nuestro caso, la columna de aire comprimido estará sumergida 61 m, la presión mínima del compresor en el arranque deberá ser de 7 atmósferas, ahora, si por efecto del bombeo, el nivel inicial se deprime en 10 m. la presión del aire necesaria para extraer agua será ligeramente superior a 6 atmosferas. La presión que debe de tener el aire para ser inyectado lo calculamos a partir de la siguiente fórmula:

Pa = 0.10 D + Pr

Pa = presión del aire en Atm. 0.10 = presión de una columna de agua de 1 m, de altura. D

= sumergencia en m

Pr

= pérdida de presión por rozamiento en Atm.

Obteniendo para nuestro caso,

Pa = 6,30 Atm.

El volumen de aire libre libre, en litros por minuto, que se requiere para elevar un litro por minuto de agua, se calcula usando la siguiente formula.

Va = A / 9.5 log (D+10.33/10.33) Donde: Va = 7,716 l/min

9. PERDIDA POR ROZAMIENTO

Los factores que determinan las pérdidas por rozamiento, las calcularemos aplicando la fórmula de Darcy.

Pr = (2/d).L.β.α.𝑣 2 Pr = pérdida de presión en kg/𝑚2 d = diámetro de la tubería en m. L = longitud de la tubería en m. β = peso específico del aire v = velocidad del aire en m. α = 0.000507 + 0.00001294/d

Donde: Pr = 0,20 Atm

10. CAPACIDAD Y RENDIMIENTO DEL COMPESOR

Para calcular las dimensiones del compresor debemos de conocer el volumen de aire libre requerido y la presión en las distintas condiciones de trabajo. La capacidad del compresor o volumen de aire que descarga por unidad de tiempo permanece invariable con la altitud del lugar, pero el peso del mismo volumen de aire disminuye con la altura. Para el caso de Piura, se desprecia la altura por estar esta ciudad sobre los 29 msnm. De los resultados obtenidos, hallaremos el caudal de aire requerido para extraer 90 l/min.

Q = 1.5 x 60 x 7.716 Q = 694.44 l / min. CONCLUSIONES:            

La altura total de la tubería de agua será H = 100 m. La sumergencia máxima será D = 46 % La altura de elevación será A = 54 m. Depresión considerada d = -15 m. Volumen de aire para elevar 1 l/m, Vo = 7.716 l/min. Presión de aire P = 6.30 Atm. Perdida de presión por rozamiento Pr = 0.20 Atm. Cantidad aire - agua q = 3.086 l/s. Caudal de agua obtenido Q = 90 l/min. Diámetro tubería de agua 2” Diámetro tubería de aire ¾” Compresor de 37.6 CFM, 175 PSI, CAP. 80 GLN, 10 H.P.

METRADO REFERENCIAL DE MATERIALES

DESCRIPCION

UNIDAD

CANTIDAD

P. UNITARIO

TOTAL

Manguera de PE BD de 25 mm x 100 m.

Rollo

1.1

180

198.00

Manguera de PE BD de 63 mm x 100 m.

Rollo

1.1

220

242.00

Niple F°G° φ ¾” x 3”

Unidad

1

7.00

7.00

Codo F°G° φ ¾”

Unidad

1

7.00

7.00

Unión universal F°G° φ ¾”

Unidad

1

12.00

12.00

Unión universal F°G° φ 2”

Unidad

1

18.00

18.00

Válvula de globo φ 2”

Unidad

1

60.00

60.00

Accesorio de enlace rosca-macho φ 2”

Unidad

2

7.50

15.00

m

0.5

30.00

15.00

Tubo fe. negro φ 2” Accesorios varios, disco corte, soldadura, plancha 3/16”,etc. Compresor de 37.6 CFM, 175 PSI, CAP. 80 GLN, 10 H.P., 7.50 W.

Gbl

1

300.00

300.00

Unidad

1

10,000.00

10,000.00

Tanque PVC 10,000 LT.

Unidad

1

7,700.00

7,700.00

TOTAL

18,574.00

*ACONDICIONADO DE OTRO PROYECTO SIMILAR