Rejilla Louver

Roscoe Moss Company
Rejilla Louver: Información Técnica
Rejilla Louver: Introducción
E
n un pozo de agua, el componente más importante es la
rejilla. A diferencia de la tubería lisa de revestimiento, la
rejilla es un elemento dinámico por el cual entra el agua al
pozo y desde el cual se debe limpiar tanto el empaque de grava
como la interfase del acuífero para que entre estos tres elementos
(rejilla / empaque de grava / acuífero) exista una conductividad
hidráulica que permita captar el máximo flujo posible del agua.
FIGURA # 1
Rejilla Louver:
Empaque de grava:
Interior circular liso
y alta resistencia al
colapso.
•Pre-filtro de grava para la
arena de la formación.
•Estabilizador estructural
del pozo.
1
Características técnicas de la Rejilla Louver
L
a tecnología moderna aplicada a pozos de agua demanda un diseño
cuidadoso y la adecuada selección de materiales. Quienes diseñan y
construyen pozos de agua tienen como objetivo una instalación eficiente y
duradera, que produzca el caudal de agua necesario al menor costo posible. Uno
de los elementos más importantes, para tal objeto, es la rejilla o criba, cuyas
características son parte relevante del diseño y de las especificaciones técnicas.
La rejilla Louver, también conocida como:
- Persiana - horizontal
- Shutter Screen
- Ventana
- Celosía
- Párpado
…fue diseñada por Roscoe Moss Company en Los Ángeles, California,
específicamente para pozos de agua con pre-filtro o empaque de grava. Ofrece
ventajas únicas en su género para este tipo de pozos. La apariencia simple que
ofrece una rejilla Louver no muestra el cuidadoso diseño ni las virtudes de este
producto. En realidad, los factores que intervienen en su diseño y fabricación
son tan importantes como numerosos. Este folleto explica sus características y
aplicación específica.
Roscoe Moss Company ha construido y supervisado miles de pozos de gran
capacidad con empaque de grava y rejilla Louver, demostrando sus ventajas
tanto en la práctica como en extensos programas de investigación.
Alta resistencia al colapso
Para soportar la acción del pistón durante las operaciones de instalación de
grava y de desarrollo, es esencial la resistencia al colapso de la rejilla. La caída,
o desplazamiento hacia abajo de la columna de grava ejerce importantes
presiones sobre las rejillas. No deja de sorprender el hecho de que la Louver
ofrece una resistencia al colapso entre 30% a 60% superior a la de un tubo
de acero liso de las mismas dimensiones. Esta característica proviene de la
conformación acanalada en la superficie exterior de la rejilla. Sólo la rejilla
Louver ofrece esta reforzada resistencia al colapso.
Superficie Interior Lisa
Para un desarrollo efectivo de un pozo, el desplazamiento del pistón demanda
una superficie interior perfectamente circular y lisa que permita el efecto de
émbolo eficaz y seguro.
Obsérvese que en rejillas cuyo soporte estructural está formado por varillas
longitudinales, llamadas rejillas de ranura continua (Continuous Wire Wrap o
CWW), el efecto del pistón se reduce notablemente. Por otra parte, aumenta
peligrosamente el riesgo de la operación.
Al tener las varillas longitudinales dentro de la rejilla, el pistón desliza sobre
éstas. Este espacio anular, generado entre el pistón y la superficie de las varillas
en el interior de la rejilla, disipa la presión aportada por el pistón, perdiendo
la mayor parte de ésta dentro de la misma rejilla, limitando fuertemente la
energía que sale de la rejilla destinada a limpiar la grava y las paredes de
perforación.
Desarrollo Eficiente
Una de las etapas más importantes en la construcción de un pozo es el
desarrollo, que consiste en un proceso de limpieza de sus paredes y del espacio
anular, la consolidación del empaque de grava y la estimulación de los acuíferos.
Un diseño deficiente o un desarrollo incompleto dan lugar a una importante
disminución de caudal, producción de arena y pérdida de eficiencia. Es muy
común observar pozos declarados “secos” o “marginales” cuando el problema
es, en la realidad, un desarrollo insuficiente.
La clave para el desarrollo de un pozo engravado es la utilización de un pistón
que, en combinación con circulación de agua, induce flujo y turbulencia a
través de las rejillas y el espacio anular. Esta acción produce el lavado de dicho
espacio y la remoción de la costra de bentonita de la pared del pozo. Es más,
consolida el empaque de grava, solucionando los “puentes” o “vacíos” que
se forman durante el engravado. El proceso requiere una combinación de
esfuerzos mecánicos e hidráulicos que demandan una estructura apropiada en
el material de revestimiento, particularmente en las rejillas.
Por su parte, la rejilla Louver, al tener un interior liso, permite un muy buen
sellado entre el pistón y la tubería, logrando que el 100% de la energía sea
expulsada a través de las aberturas, permitiendo así alcanzar con su total
magnitud a la grava y las paredes de perforación, generando una completa
estimulación del acuífero.
2
Orientación de la Ranura
Las ranuras perforadas en sentido horizontal - es decir perpendiculares al eje del
tubo - provocan un aumento de su resistencia al colapso. Por otra parte, el contacto
entre la grava y rejilla generalmente se produce a cierta distancia de la ranura,
lo cual permite mayor área de ingreso efectiva. Nótese la orientación hacia abajo
de las ranuras: el diseño ofrece la ventaja adicional de su abertura en “V” que
elimina superficies paralelas a través de la ranura. Ver FIGURA #1 (al inicio de este
documento).
Comúnmente, existe confusión en la nomenclatura de la abertura de la rejilla. A
continuación se presenta una cuadro con los tamaños de abertura más comunes
del mercado:
Versatilidad del Sistema de Filtrado con Grava y Rejilla Louver
Una importante ventaja del diseño con grava envolvente es su adaptabilidad a
gran variedad de formaciones. La experiencia en miles de pozos ha probado, sin
lugar a dudas, que con un solo “slot” o abertura y una grava adecuadamente
seleccionada, se puede formar un filtro excelente para arenas de diferentes
formaciones, aún en condiciones que no permiten la aplicación del método teórico
exacto. En pozos ubicados donde las formaciones acuíferas son muy variables o
desconocidas, el empaque de grava es la única opción que ofrece la versatilidad
necesaria para permitir un diseño flexible y efectivo. Esto es adecuado para
perforaciones de pozos en zonas en donde aún no se cuenta con información
geológica de apoyo. En la gran mayoría de pozos engravados, la abertura no
requiere ser menor a un Slot 60 (1.52 mm), pues ésta solo retiene la grava filtrante,
la cual a su vez retiene la arena de formación en el contorno inmediato a la pared
del pozo.
Slot
Decimales de Pulgadas
Milímetros
Slot 50
0.050”
1.27mm
Slot 60
0.060”
1.52mm
Slot 80
0.080”
2.03mm
Slot 100
0.100”
2.54mm
Slot 125
0.125”
3.175mm
Lo más importante en el diseño del pozo es como seleccionar la abertura de rejilla
correcta. El proceso de selección adecuado es el siguiente:
1) Determinar el tamaño de las particulas más finas del acuífero.
2) Determinar un empaque de grava entre 4 y 6 veces más grande que las particulas del acuífero para que éste estabilice la formación y filtre los finos.
3) Especificar una abertura de rejilla que estabilice el filtro de grava anteriormente
descrito.
En el caso de la rejilla tipo Louver, a medida que se aumenta el tamaño de la
abertura, su PSI (resistencia al colapso) y su precio se mantienen constantes. Esto
permite que los hidrogeólogos puedan especificar el slot que mejor les convenga
para cada pozo, sin preocuparse de cambios en el presupuesto o tiempos de
entrega.
Área Abierta
El área abierta de la Louver es ampliamente suficiente para captar el máximo
caudal de diseño. Por mucho tiempo se difundió y generalizó erróneamente la
idea que a mayor área abierta mayor producción de agua y que el uso de menor
área abierta limita el caudal posible a producirse. Por lo anterior muchos usuarios
han estado convencidos que la rejilla continua, al tener más area abierta, es
mejor. Este argumento es falso. Este brochure dedica una sección completa a éste
y otros conceptos erróneos al comparar la rejilla Louver con la rejilla de ranura
continua. Roscoe Moss Company fabrica ambos tipos de rejillas y recomienda
la más útil en cada escenario. Sería absurdo sostener que el éxito de los pozos
obedece únicamente al área abierta de la rejilla que se utiliza. En realidad es
el resultado de una serie de elementos y procedimientos que culminan en una
instalación eficiente y confiable.
En la rejilla de ranura continua, a medida que se le aumenta la abertura, si se
mantiene su diseño constante, el PSI baja. Para mantener su PSI se debe de usar un
alambre más grueso encareciendo el producto. Esta es la razón por la que la rejilla
de ranura continua favorece en su diseño una abertura menor, normalmente slot
40 (1,00 mm).
Esta es la razón por la que muchos diseños de pozos son estandarizados a usar
aberturas de 1,00 mm, ya que es el único diseño de la rejilla continua disponible
para lograr alcanzar el PSI necesario para la profundidad de instalación del pozo.
Esto es contrario al proceso correcto de un diseño de pozos. Al hacerlo así no hay
una concordancia entre el acuífero, el filtro de grava y la rejilla, lo que resulta
en problemas de arrastre de finos a la hora del bombeo, caudales de bombeo
menores a los óptimos, baja eficiencia de bombeo, abatimientos mayores y mayor
consumo eléctrico. Al no tener la abertura de rejilla adecuada, el costo operacional
del pozo aumenta exponencialmente.
Abertura de Rejilla
Algunos tipos de rejilla, como la rejilla de ranura continua, están limitados a un
rango de aberturas muy específico para lograr mantener la resistencia al colapso
requerida para las profundidades de instalación. Esto distorsiona el proceso
correcto de selección de rejilla ya que, para cumplir con un requerimiento físico, se
sacrifica la eficiencia hidráulica del pozo, resultando en un pozo con una abertura
mucho menor a la recomendada. La abertura de la rejilla deberá ser determinada
como una función de la granulometría del acuífero adonde serán instaladas.
Tipos de Acero
Los tipos de aceros disponibles para la construcción de las rejillas louver son
mencionados en la siguiente sección de este brochure, pero una descripción
completa de sus características físicas y químicas podrá ser encontrada en el
brochure de productos de Roscoe Moss, con su respectiva especificación técnica y
normas de calidad.
3
Costo Inicial
E
l costo inicial, con cierta frecuencia, es el único factor de decisión en la
selección de las rejillas. Sin embargo, esto puede ser un lamentable error para
el propietario del pozo, pues siempre es necesario considerar la incidencia
de los gastos adicionales en relación al costo total del pozo, sus instalaciones
y, sobre todo, los costos de operación. Una errónea selección de rejilla puede
ser extremadamente perjudicial para la eficiencia del pozo y su vida útil. Otros
factores, como la producción de arena y los riesgos durante la instalación, exigen el
uso de materiales que ayuden al desarrollo y a la resistencia estructural del pozo.
En otras palabras, la rejilla más costosa no es necesariamente la mejor para todos
los pozos. La rejilla Louver es posiblemente la de mayor precio inicial, comparando
materiales similares, pero la diferencia de precio se recupera con creces por los
ahorros de operación y la mucho mayor vida útil del pozo.
En el eje de la izquierda va el valor incial del pozo, manteniendo todos los costos
fijos excepto el tipo de acero. El eje derecho es el costo acumulado de operación,
mantenimiento y reemplazo en el tiempo. Al ser, las líneas, curvas de costo, la
línea inferior es la más económica para cada tramo. En el primer tramo de tiempo
(desde el vértice a T1) la opción más barata de operación es Acero al Carbono. En
el segundo tramo de tiempo, entre T1 a T3, el acero más económico a operar es el
HSLA (ASTM A 606 Tipo 4) en el tercer tramo de tiempo, desde T3 en adelante, el
tipo de acero más económico de operar es el 304L.
Como se puede ver lo importante en el tiempo no es el valor inicial, sino la pendiente de la curva de costos (costos de operación, mantenimiento y reemplazos).
Los valores de T1, T2, y T3 varían con las condiciones especificas de cada sitio de
trabajo y aplicación. Nuestros equipos hidrogeológico, económico y técnico pueden
brindar asistencia para evaluar cada caso y condiciones especificas. Con esto se
puede efectuar un análisis para determinar el tipo de acero que generará el mayor
retorno sobre su inversión.
Desde el año 2007 Roscoe Moss ha estado investigando y desarrollando un modelo
económico para determinar la relación entre el tipo de acero y los costos de
operación del pozo en el tiempo comparado con el costo inicial del casing y rejilla
Louver. La rejilla Louver es la única rejilla disponible en 8 tipos de aceros diferentes
para ajustarse a cualquier tipo de calidad de agua y vida útil esperada del pozo. Se
realizó el estudio con 3 tipos de aceros con datos históricos de más de 100 pozos,
generando la siguiente tendencia:
Costo Total (Inicial + Operación)
Costo Inicial (Licitación)
No hay una única rejilla adecuada para todos los pozos. Cada proyecto presenta
condiciones únicas y existen productos especificos adecuados para cada condición.
Acero Inoxidable 304L
Acero HSLA
Acero al Carbono
T1
T2
4
T3
Tiempo
Determinación Del Diámetro Y
Espesor De Pared
Presentamos el siguiente ejemplo, considerando como material el Acero al Carbono:
Elección del Diámetro
El diámetro de los tubos, en el tramo en que se prevé instalar la bomba, está
relacionado con el tamaño y capacidad de la misma. El Cuadro No. 1 se refiere a
los diámetros más comunes y muestra su relación con los respectivos caudales
de diseño.
L
os requerimientos específicos de los tubos de acero (casing) y rejillas a ser
empleados en pozos de agua están determinados por las características de
instalación y operación de los mismos. Las nuevas aleaciones de acero y
modernos métodos de fabricación ponen a disposición del técnico en diseños y
del constructor de pozos, los tubos de acero requeridos a precios razonables.
Cuadro N° 1
El casing y rejilla Louver puede fabricarse en los siguientes aceros:
- Acero al Carbono
- Acero al Cobre
- Acero HSLA (High Strength - Low Alloy)
- Aceros Inoxidables (304L o 316L)
- Aceros Dúplex (2101 / 2205 / 2507)
Una selección adecuada del material determina la durabilidad, costo inicial, costo
de operación y la eficiencia de un pozo.
Diámetro
Nominal
de Tazón
RPM
de Bomba
Caudal
Diámetro
INTERNO
libre mínimo
del Casing
Pulgadas
RPM
GPM
Pulgadas
8
3.500
200 – 1.200
10
1.800
100 - 600
1.200
160 - 400
1.800
200 – 1.500
1.200
370 - 670
1.800
400 – 2.300
1.200
250 – 1.500
1.800
1.000 – 4.500
1.200
800 - 3.500
1.800
2.000 – 5.200
1.200
1.300 – 3.400
1.800
3.200 – 5.400
1.200
2.200 – 4.000
900
2.800 – 3.000
1.200
3.100 – 5.500
900
2.300 – 3.600
1.200
7.500
900
5.600
10
La información que se detalla a continuación es fruto de una vasta experiencia en
la construcción y operación de pozos durante más de nueve décadas.
12
Las recomendaciones señaladas se aplican a una gran mayoría de los casos.
Condiciones especiales, donde se presentan casos de excesiva corrosión, métodos
de instalación por hincado o profundidades mayores a los 1.000 metros requieren
de un análisis adicional para adaptarse a las características especficas de cada
problema.
14
16
18
Contamos con un stock de materia prima de cada acero para poder fabricar las
órdenes a medida que éstas se vayan recibiendo:
20
22
12
14
16
18
20
22
24
Elección del Espesor de Pared
Las propiedades físicas y características metalúrgicas de los tubos determinan
su resistencia a los esfuerzos mecánicos y a la corrosión. Ambos factores tienen
características sui géneris en la construcción y operación de un pozo de agua.
El espesor de pared de los tubos debe ser cuidadosamente elegido, evitando, por
una parte, un costo excesivo e injustificado y, por otra, un espesor insuficiente
que limitará la vida util del pozo o provocará roturas o deformaciones durante el
proceso de construcción y desarrollo.
En general, los tubos deben tener una resistencia a la corrosión mayor a aquellos
utilizados para tendido de líneas superficiales, puesto que, cuando se presentan
roturas o fallas, es imposible o muy costoso repararlas. Una falla en un tubo de
ademe de pozo, ya sea por debilidad física o química, generalmente ocasiona
la pérdida total del pozo y, con frecuencia, la inoperabilidad de todo el sistema.
Esto significa que un ahorro en el costo inicial de los tubos puede ser motivo de
pérdidas cuantiosas de tiempo y dinero.
5
La norma AWWA A – 100 ofrece la siguiente guía para determinar el espesor de pared del revestimiento liso:
Rango de Metros (Rango en Pies)
Diámetro Nominal del Revestimiento (pulgadas)
8
10
12
14
16
18
20
22
24
0 – 30 (0 - 100)
1/4
1/4
1/4
1/4
1/4
1/4
1/4
5/16
5/16
30 – 60 (100 - 200)
1/4
1/4
1/4
1/4
1/4
1/4
1/4
5/16
5/16
60 – 90 (200 – 300)
1/4
1/4
1/4
1/4
1/4
5/16
5/16
5/16
3/8
90 – 120 (300 – 400)
1/4
1/4
1/4
1/4
5/16
5/16
5/16
5/16
3/8
120 – 180 (400 – 600)
1/4
1/4
1/4
1/4
5/16
5/16
5/16
3/8
7/16
180 – 240 (600 – 800)
1/4
1/4
1/4
5/16
5/16
5/16
3/8
3/8
7/16
240 – 300 (800 -1,000)
1/4
1/4
1/4
5/16
5/16
5/16
3/8
7/16
Esta guía esta diseñada para el revestimiento ciego y NO para
el espesor de pared de las rejillas. Cada rejilla tiene un proceso
diferente que modifica la integridad inicial del tubo. En unos
casos el tubo original es debilitado, como el caso de la rejilla
tipo puente y la rejilla ranurada a máquina (mill slot). En otros
casos el tubo original es fortalecido por procesos de corrugados
como es el caso de la rejilla louver. Hay rejillas que no están
hechas a partir de un tubo, como la rejilla continua, por lo cual,
en ellas, el espesor de pared no es un concepto aplicable. 7/16
Fracción de
Pulgadas
Decimales de
Pulgadas
Milimetros
3 /16
0,1875
4,76
1/4
0,25
6,35
5/16
0,3125
7,94
3/8
0,375
9,53
7/16
0,4375
11,11
El factor más importante para elegir, evaluar y comparar los diferentes tipos de rejilla es su RESISTENCIA AL COLAPSO (PSI). La resistencia al colapso de una rejilla debe de ser
calculada a partir de las características propias de cada sitio de trabajo. Con el tiempo, la rejilla debe soportar diferentes métodos de limpieza y desarrollos tanto químicos,
mecánicos como hidráulicos. La resistencia al colapso de la rejilla determinará la frecuencia y la agresividad con la que estos procesos pueden hacerse y consecuentemente
determinará la vida útil del pozo. Los gráficos a continuación demuestran el comportamiento de la resistencia al colapso ante diferentes parámetros a ser considerados:
Presión de Colapso Hidrostática (PSI)
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
0
20
40
60
80
100
120
140
0
.1
.2
.3
.4
.5
.6
.7
0
10
20
Resistencia Tensil del Acero (1000 PSI)
Espesor de Pared (pulgadas)
Elipticidad (%)
RESISTENCIA AL COLAPSO VS. RESISTENCIA TENSIL
RESISTENCIA AL COLAPSO VS. ESPESOR DE PARED
RESISTENCIA AL COLAPSO VS. ELIPTICIDAD
Roscoe Moss Company fabrica sus tuberías bajo la norma ASTM A 139, una norma específica para tuberías a ser usadas en pozos de agua profundos que incluye un factor
de elipticidad. Este factor es el más importante para la resistencia al colapso, pero típicamente es el menos considerado. Gracias a esta norma de construcción y la forma
geométrica de la rejilla louver, ésta genera un corrugado en el tubo que le logra brindar un incremento substancial a la resistencia al colapso, convirtiéndose así en la
rejilla con el mayor PSI en el mercado actual. Por lo tanto, es la rejilla que da la mayor seguridad y la mayor vida útil a los pozos de agua.
Para poder determinar las características físicas y mecánicas de la rejilla, se debe considerar la formación geológica, calidad de agua, profundidad, diámetro, capacidad hidráulica, vida útil
esperada, frecuencia e intensidad de los mantenimientos requeridos y el presupuesto de cada cliente.
Ignorar estos factores y simplificar la decisión, limitándose a sólo usar un espesor de pared, es subestimar la parte más importante del pozo de agua, la rejilla. Este brochure, explicará en
detalle las diferentes opciones de rejillas que actualmente ofrece el mercado, para ayudar a los clientes a elegir la que a ellos más le convenga usar dadas las condiciones específicas de su pozo de agua.
6
Selección de tipo de rejilla para
pozos de agua
E
Roscoe Moss Company es la única compañía en el mundo que manufactura y puede
ofrecer a sus clientes 4 tipos de rejillas para pozos. Nosotros creemos que:
NO HAY UNA ÚNICA REJILLA QUE SEA BUENA PARA TODO POZO
n los últimos años se han fabricado muchos tipos de rejillas en nuevos diseños y
materiales. Ha sido nuestra constante preocupación el investigar todos los productos
del mercado para utilizar los más adecuados en nuestros propios trabajos.
1.
Sería absurdo afirmar que un determinado tipo de rejilla es el mejor para todos los
casos, dado que existen variadas condiciones que determinan el tipo que se acomoda
a cada caso.
El costo de las rejillas, cualquiera que sea el tipo, es una parte relativamente pequeña
del costo del conjunto pozo, bomba e infraestructura necesaria para la operación. Sin
embargo, es un factor crítico en la eficiencia y durabilidad del conjunto.
2.
De lo anterior, se deduce que la elección de las rejillas debe fundamentarse en un
criterio técnico-económico. Nuestra experiencia en miles de pozos construidos en
EE.UU y muchos otros países en las condiciones más variadas, ha demostrado que la
rejilla Louver reúne las condiciones técnicas y económicas más convenientes para la
gran mayoría de los casos, particularmente en pozos construidos con grava filtrante.
Qué rejilla debiéramos usar
Las rejillas pueden ser categorizadas en dos grupos: rejillas de fabricación artesanal
(de ranura abierta con máquina o soplete y tipo puente) y rejillas de diseño ingenieril (Louver y espira continua).
Las rejillas de fabricación artesanal son normalmente usadas en pozos que no son
operados cada día, que tienen tasas de bombeo bajas y que no son un componente
vital de un proceso que dependa del agua. Típicamente, vemos estas rejillas en pozos
personales/residenciales que son utilizados para llenar un estanque de agua cuando
su nivel alcance un cierto mínimo. Estas rejillas pueden ser fabricadas fácilmente en
cualquier parte del mundo y de todo tipo de material; el proceso de manufactura es
típicamente hecho localmente en una forma muy artesanal, con bajos controles de
calidad de la manufactura.
Las rejillas de diseño ingenieril son utilizadas en proyectos donde el agua será una
parte crítica de un proceso de producción. Donde se espera, de los pozos, una larga
vida útil. Para garantizar esto, debe utilizarse una rejilla de pozo que sea durable e
hidráulicamente eficiente. El método para diseñar tal tipo de rejilla debería incluir los
siguientes procedimientos:
1.) Obtener Muestras representativas del agujero cada 3 metros de la perforación.
2.) A partir de las muestras obtenidas, realizar un apropiado análisis granulométrico
para determinar las características propias de las formaciones acuíferas.
3.) Seleccionar el empaque de grava adecuado para estabilizar la formación acuífera
a partir de los resultados de la medición granulométrica de la misma.
4.) Seleccionar una abertura (slot) de rejilla apropiada para retener el empaque
de grava.
La rejilla debe de ser construida de un acero durable y resistente a la corrosión, acorde
a la calidad de agua, presupuesto de cada cliente y la vida útil esperada del pozo.
7
3.
4.
Selección de Rejillas (cribas, filtros) para pozos de agua
Tipo de Rejilla : Rejilla Continua (alambre)
Aplicación Específica
• Diseñada para pozos poco profundos, donde se explota un acuífero muy angosto y altamente productivo.
• Ideal para acuíferos finos (menores a 1,00 mm de apertura).
Ventajas
• Mínima tendencia al taponamiento de las ranuras, siempre y cuando éstas sean mayores a 1,00 mm.
• Ofrece ranuras menores a 1,00 mm para acuíferos arenosos extremadamente finos y altamente productivos.
• Máxima área abierta por metro lineal
Desventajas
• Baja resistencia al colapso.
• Estructura propensa a corrosión prematura o incrustación dada su alta superficie expuesta.
• La forma interior no permite el método de limpieza por pistón.
• Difícil mantenimiento, limpieza y desarrollo del pozo en el tiempo.
Tipo de Rejilla: Rejilla Tipo Puente
Aplicación Específica
• Diseñada para pozos poco profundos en donde se usará empaque (pre-filtro) de grava.
Ventajas
• Costo inferior a la Rejilla Continua y Rejilla tipo Louver.
Desventajas
• No está diseñado para pozos sin empaque (pre-filtro) de grava.
• Baja resistencia al colapso.
• Difícil control de finos y entrada de arenas al pozo.
• Difícil estabilización del empaque de grava.
• Debilidad del puente que forma la ranura.
• Puente bloquea la fuerza del pistón dificultando la limpieza y desarrollo.
• Limita el espesor de pared en la cual puede ser fabricada
8
Tipo de Rejilla: Rejilla Louver (persiana)
Aplicación Específica
•Ideal para pozos profundos de gran diámetro en donde se instalará empaque (pre-filtro) de grava
seleccionada.
•Debido a la disponibilidad de diferentes tipos de aceros resistentes a la corrosión y a su robustez, es incluida
en el diseño de pozos en donde se requiere una larga vida útil.
Ventajas
•La geometría de la Louver, con orientación hacia abajo, maximiza el control del empaque de grava y
minimiza la entrada de arena y finos al pozo.
•Mínima tendencia al taponamiento de las ranuras.
•Máxima resistencia al colapso.(La resistencia al colapso es superior a la del tubo liso de las mismas
dimensiones).
•Interior liso permite la limpieza por método de pistón facilitando el desarrollo inicial, rehabilitaciones
rutinarias y limpiezas futuras.
•Diámetros personalizados para ajustarse a cada proyecto.
•Libre selección de abertura para adaptarse al acuífero explotado sin afectar el precio.
•Amplia selección y disponibilidad en tipos de acero resistentes a la corrosión para ajustarse al tipo de agua.
Desventajas
•Aberturas menores a 1,00mm no son disponibles.
•El diámetro externo menor de fabricación es de 6,625”.
Tipo de Rejilla: Tubos ranurados con máquina o con soplete.
Aplicación Específica
•Utilizados en pozos en los cuales las piezas son “hincadas” con golpes.
•Utilizados en pozos donde se espera muy bajo caudal y donde el factor costo inicial es el único
que determina la elección.
Ventajas
•Las ranuras pueden ser cortadas sobre tubos extremadamente gruesos, cuando el sistema de
instalación lo hace necesario (método de hincado).
•Costo mínimo de fabricación
•Puede ser fabricado en cualquier lugar.
Desventajas
•Gran tendencia al taponamiento
•Baja resistencia al colapso.
•Difícil control de finos y entrada de arenas al pozo.
•Area abierta menor al 3%
•Dificultad en el desarrollo inicial, rehabilitaciones y limpiezas futuras.
9
Historia Y Evolución De Las Rejillas
De Espira Continua Y Louver
P
ara Roscoe Moss Company, cada pozo es una realidad diferente y debería
ser diseñado, construido, operado y mantenido de acuerdo a sus particulares variables y expectativas. Cada pozo debiera usar la rejilla que
maximice las capacidades específicas de los acuíferos por la mayor cantidad de
tiempo posible.
Desafortunadamente, en algunas áreas del mundo, debido a la carencia de
competidores, se ha terminado usando el mismo tipo de rejilla en todos los
pozos, ignorando que el mercado global de pozos de agua ha evolucionado y
solucionado muchos de los problemas con los que algunos aún se enfrentan.
La rejilla de espira continua ha sido, comúnmente, la más mal usada a través
del mundo. Se trata de un gran producto cuando es usada en las condiciones
correctas. Sin embargo, puede convertirse en un gran riesgo y potencial de falla
cuando es usada en condiciones erradas.
Muchas veces se encuentra disponible localmente y, dada su popularidad, ahora
hay muchos fabricantes de bajo costo inundando el mercado con versiones de
baja calidad de este producto por todo el mundo. Para Roscoe Moss Company,
que es un fabricante de la rejilla de espira continua, es importante presentar la
historia de este producto, con sus ventajas y limitaciones, ilustrando donde ella
puede ser usada apropiadamente.
Historia de la Rejilla de Espira Continua
La Rejilla de Espira Continua o de Ranura continua, Continuous Wire Wrap Screen
(CWW) o Continuous Slot Screen (CSS), fue desarrollada a comienzo de los años
1900’s para superar problemas de arenas comunes a los pozos construidos en
acuíferos bien distintivos encontrados en el Centro Norte de los Estados Unidos.
Generalmente conocidos como acuíferos de sedimentos glaciares, que se
generaron a partir de las rocas que fueron levantadas y transportadas, y luego
quebradas y pulverizadas, por el avance de los glaciares en la Edad del Hielo.
Aunque este tipo de formación no esté bien distribuida, ocasionalmente es
posible encontrar capas delgadas de arenas uniformes de grano fino que fueron
lavadas desde los depósitos originales. Tales materiales pueden ser productores
de agua de alto rendimiento. Estas formaciones son conocidas en español con el
anglicismo TILL o TILITA, y dado que su presencia en Latinoamérica es escasa, se
le refiere comúnmente como “sedimentos no consolidados de origen glaciar”.
Cuando la rejilla de espira continua fue fabricada por primera vez, la perforación
con percusión (cable tool drilling) era el principal método utilizado para
construir pozos en till de glaciares. Un problema típico encontrado durante la
construcción de pozos era el colapso del orificio de perforación. A medida que la
perforación progresaba, los sedimentos de las secciones superiores del agujero
caían, aumentando el riesgo de pérdida de la herramienta de perforación.
Para mitigar este problema debía instalarse un encamisado (casing) protector
coincidente con el avance de la perforación. Este casing protector era agregado
hasta que cubriera las secciones inestables del acuífero, permitiendo que la
perforación continuara (con herramientas de menor diámetro) hasta alcanzar la
profundidad deseada. Luego, la rejilla continua con su cámara de bombeo y el
casing final eran instalados por dentro del casing protector y, posteriormente, el
casing protector era cuidadosamente retirado, jalándolo desde la superficie.
La formación perturbada se asentaba directamente sobre la rejilla y el casing
después de remover el casing protector. No se usaba empaque de grava para
separar la rejilla del acuífero. En su lugar, el control de la arena era solamente
dependiente del tamaño de la abertura (slot) de la rejilla. En general, el slot era
extremadamente fino (típicamente < 1 mm).
El desarrollo de los pozos en till de glaciares fue relegado a prácticas que no
arriesgaran daños a la rejilla. Normalmente el desarrollo por bombeo o purgado
del pozo fue el único método usado, dado que la ranura continua no podía
soportar las tensiones inducidas por el desarrollo más efectivo con el método
de pistoneo directo con las máquinas de tipo percusión.
La instalación de casing y rejilla fue a veces llevada a cabo por un método más
riguroso, que es el de hincar los tubos a golpes. La perforación comenzaría usando el método tradicional del casing protector. Si la formación era difícil
de penetrar, los perforadores fijarían una zapata de perforación de acero
endurecido a un casing de menor diámetro, martillándolo contra el terreno.
Este método no era compatible con la ranura continua debido a su fragilidad
estructural. En su lugar, para estas condiciones, se requirió el uso de rejillas
ranuradas con soplete o con máquina, o bien abriendo los agujeros dentro del
casing que se había hincado a golpes en el terreno.
El crecimiento de la población aumentó la demanda para el desarrollo del agua
subterránea y, a menudo, de fuentes más profundas que las previamente
explotadas. Los dos métodos de perforación descritos eran lentos y poco
consistentes en relación al diámetro final del casing que debía alojar la bomba.
A medida que la tecnología evolucionaba, se requería de interiores de casing mayores para bombas más grandes. Además, era deseable el uso de rejillas
con su interior no obstruido, para permitir el uso de métodos de desarrollo más
eficientes, sin riesgo de daño a la rejilla. Al mismo tiempo, aumentó la demanda
por pozos libres de arena. Estas condiciones condujeron al uso de máquinas
perforadoras de rotación con lodo y a la habilitación de los pozos con empaque
de grava.
La perforación con rotación permitió la estabilización de los acuíferos mediante
el uso de fluidos de perforación especialmente diseñados. Esta técnica facilitó la
capacidad de los perforadores para lograr pozos rectos con la profundidad final
deseada y con el diámetro requerido. Los pozos de diámetro mayor permitieron
la instalación de empaque de grava entre la rejilla del pozo y el acuífero para
evitar que la arena entrase al pozo. El tamaño de la grava del empaque era
seleccionado en relación al tamaño del grano del acuífero. A su vez, el tamaño
de la abertura de la rejilla era determinado en relación al tamaño de la grava
del empaque. El diseño de este envoltorio de grava daba como resultado
pozos “libres de arena” aún cuando el tamaño de la abertura de la rejilla fuera
significativamente mayor que el previamente usado en los pozos sin empaque
de grava.
10
La perforación de rotación con lodo significó que la etapa del desarrollo en la
construcción de un pozo pasara, de ser casi irrelevante, a ser muy importante,
dado que la remoción del fluido de perforación resulta crucial para la capacidad
hidráulica y eficiencia del pozo. Para ser efectivo, el desarrollo del pozo necesita
generar suficiente energía en la interfase empaque de grava / pared de la
perforación para reparar daños de la formación, recuperar la conductividad
hidráulica y remover los finos del pozo. Este esfuerzo dirigido y agresivo
requiere de una rejilla durable y fuerte. Adicionalmente, se requeriere de
una rejilla de interior liso para ser capaz de soportar el uso de herramientas
ajustadas a su interior (pistones) para un efectivo desarrollo del pozo.
Ejemplo de donde el uso de Rejilla de Ranura Continua es Apropiada:
La rejilla de ranura continua fue específicamente diseñada para el uso en
capas delgadas de arenas uniformes de grano fino y de orígenes glaciares,
encontradas en el Centro Norte de los Estados Unidos, conocidas como till
glaciares. Este till glaciar presenta capas finamente laminadas conteniendo
depósitos sedimentarios que existen a relativamente poca profundidad. Estos
acuíferos favorecen el uso de rejillas de tamaños de ranura muy finos (menores
que 1,00 mm) dadas las características geológicas, prácticas de perforación,
métodos de instalación y ausencia de técnicas de desarrollo agresivo del pozo.
A causa de que los ranurados finos se obstruyen muy rápidamente, el área
abierta de la rejilla es altamente relevante. La rejilla de ranura continua es la
más apropiada para este tipo de pozo.
Historia de la Rejilla Louver
Roscoe Moss Company desarrolló la rejilla Louver o persiana en los años 1920´s
para uso en el suroeste de Estados Unidos. Originalmente, la rejilla Louver, que
utiliza una geometría de ranura abierta hacia abajo, era fabricada haciendo
perforaciones a la tubería hincada a golpes con una máquina ubicada dentro
del pozo operada desde la superficie. Dado el éxito en el control de arena de
este tipo de abertura, Roscoe Moss Company perfeccionó la manufactura de
este producto para su uso en pozos perforados por rotación. La rejilla Louver es
físicamente fuerte, está disponible en una variedad de tipos de acero y tamaños
de abertura, y es hidráulicamente eficiente. Esta rejilla ganó rápidamente
popularidad en pozos profundos de gran diámetro con empaque de grava.
Ejemplo de donde la Rejilla Louver es Apropiada:
Los acuíferos en los cuales el tamaño de los granos se encuentra entre 1 a 6 mm
tienen condiciones geológicas variadas. Buenos ejemplos de tales acuíferos
son los suelos volcánicos altamente activos formados a partir de rocas ígneas,
sedimentarias y metamórficas y de cuencas aluviales que proveen un entorno
geológico para la acumulación de depósitos vastos y extensos de materiales
sedimentarios que, a menudo, exceden los 1.000 metros de profundidad. En
estas condiciones, el uso de un área abierta de rejilla mayor que 3% a 5% no es
relevante si sólo sirve para bajar en un porcentaje insignificante las pérdidas
del pozo. Los factores que determinan la eficiencia de un pozo bajo estas
condiciones son el tamaño de la ranura de la rejilla y los metros de acuífero
en que se colocará rejilla. Roscoe Moss Company tiene más de 9 décadas
de experiencia global probando este punto. Adicionalmente, numerosos
11
laboratorios universitarios y estudios de campo han confirmado estas
realidades. Algunas de las publicaciones relacionadas con este tema son:
• Analysis of Development Methods for Gravel Envelope Wells – E. John List,
Ph.D. (1983)
• Modern Techniques in Well Design – Dennis E. Williams, Ph.D. (1985)
• Corrosion Field Test of Steels Commonly Used in Well Casing and Screen –
Geoscience Support Services, Inc, (1998)
• Field and Laboratory Analysis of Water Well Design Parameters – Christopher
Harich, Ph.D. (2009)
• Capítulo 2: Head losses, total drawdown, total dynamic head, and efficiency of
water well systems, Hydraulics of Wells - American Society of Civil Engineers
(ASCE) (2014)
Estos trabajos, además de muchos otros estudios científicos y técnicos,
entregan una respuesta científica invaluable a los mitos y errores conceptuales
formalmente prevalentes en nuestra industria. Afortunadamente, aquellos que
están involucrados en el desarrollo de los recursos de aguas subterráneas aprovecharán esta información para diseñar y construir pozos de gran capacidad,
eficientes, libres de arena y de larga duración.
Se adjunta, al final de este brochure, una tabla que muestra las capacidades
hidráulicas de las rejillas de ranura continua y las rejillas Louver para varios
diámetros y tamaños de ranura (slot sizes).
Algunos Conceptos Erróneos Comunes
L
os pozos con empaque de grava eran (y continúan siendo) generalmente
reconocidos como eficientes y libres de arena, y han evolucionado
para llegar a ser el estándar superior en la construcción de pozos. Para
mantenerse relevantes en este nuevo mercado, las compañías fabricantes de
rejilla de ranura continua desarrollaron un argumento infundado: “debido a la
mayor área abierta, se requiere menos rejilla para obtener la misma cantidad de
agua”. Repetido tantas veces, este llegó a ser el primer concepto erróneo de la
ranura continua:
Concepto Erróneo N° 1 – “Debido a su mayor área abierta,
se requiere menos rejilla para obtener la misma cantidad de agua”
Mientras sobre la superficie esta noción parece lógica y, de hecho, es verdadera
para pozos someros de diámetro pequeño perforados en capas relativamente
delgadas de till glaciares del Centro Norte de Estados Unidos, resulta errónea
cuando se aplica a condiciones hidrogeológicas encontradas en áreas donde
existen depósitos extensos de relleno aluvial, de gran espesor vertical y lateral,
y areniscas. Este tipo de condiciones y acuífero son típicos en el Suroeste de
Estados Unidos. En estos acuíferos, el área abierta no es un factor determinante
para la producción. Lo más importante en estas condiciones es colocar tanta
rejilla como sea posible en el espesor saturado del acuífero.
La Rejilla Louver ha llegado a ser la rejilla a elegir en todo el mundo donde las
condiciones geológicas sean similares a las del Suroeste de Estados Unidos.
Estos pozos profundos, de gran diámetro y con empaque de grava, son
altamente eficientes, fuertes y durables.
Desafortunadamente, donde el argumento inválido de “menos rejilla con más
área abierta” ha sido incorporado en el diseño de pozos, el resultado no ha
sido satisfactorio. Basados en ciencia infundada y atraídos por el bajo costo
inicial, muchos de estos pozos ha sido referidos como “secos” o “marginales”.
Estos pozos, a menudo, tienen muy altos costos operacionales y bajo caudal
de bombeo. Afortunadamente, más consultores y contratistas están ahora
conscientes de estudios e informes relacionados con la ciencia del desarrollo
de agua subterránea. La incorporación de esta información en el diseño y
construcción de pozos ha tenido como resultado pozos de alta capacidad,
eficientes, libres de arena y de larga duración.
Concepto Erróneo N° 2 – En relación con la Velocidad de Entrada
Uno de los mitos que ha desorientado a los diseñadores de pozos durante
décadas es el límite máximo de 0,1 pies por segundo para la velocidad de
ingreso a través de las ranuras. Este valor fue elegido arbitrariamente y ha
sido totalmente desvirtuado a través de los años por quienes han investigado
rigurosamente la influencia de la velocidad de ingreso sobre la eficiencia del
pozo o sus efectos en la corrosión y/o incrustación de la rejilla.
En base a un amplio estudio, la American Water Works Association (AWWA)1
logró determinar que la velocidad de ingreso puede variar entre 0,1 y 1,5 pies
por segundo (0,03 a 0,46 m/s), sin diferencias relevantes en la eficiencia del
pozo. Con un criterio conservador, Roscoe Moss Company sugiere una velocidad
de diseño de 0,3 a 1,0 pies por segundo (0,09 a 0,30 m/s) para pozos con
empaque de grava. En condiciones ideales, la velocidad puede llegar hasta 4
pies por segundo (1,2 m/s) sin producir diferencias relevantes en la eficiencia
del pozo.
Uno de los más prestigiosos hidrogeólogos de los Estados Unidos, el Dr. Dennis
Williams2, reconocida autoridad en el diseño de pozos de agua, sostiene “…en
un pozo correctamente diseñado y construido, la velocidad de ingreso a través
de las rejillas no es un factor crítico para la eficiencia mientras no exceda de 2 a
4 pies por segundo (0,6 a 1,2 m/s)”.
En resumen, para lograr eficiencias mayores al 90%, se necesita un área abierta
de sólo 3% a 5% en la rejilla, o una velocidad de ingreso menor a 4 pies por
segundo (1,2 m/s). Otros factores, tales como la adecuada instalación de grava, un
buen desarrollo del pozo, la tendencia al taponamiento de las ranuras, etc., son
factores mucho más importantes para la eficiencia, el control de arena y la vida
útil del pozo.
____________________________
1 ANSI / AWWA Standard for Water Wells A100-90
Journal American Water Works Association, Vol.77, pages 68-74, Sept. 1985, Research and Technology
2 Concepto Erróneo N° 3 – Más área abierta le dará más agua
Es cierto que la rejilla de ranura continua tiene más área abierta que la
rejilla Louver. Sin embargo, también es cierto que las dos rejillas tienen igual
capacidad hidráulica.
Durante las últimas 9 décadas, Roscoe Moss Company ha estado fabricando
rejillas, permitiéndonos comparar, en escenarios reales, cada una de ellas,
una cerca de la otra. Esto nos ha permitido demostrar, en muchas condiciones
por todo el mundo, que, cuando están puestas en pozos cercanos, en el
mismo acuífero, la rejilla Louver y la rejilla de ranura continua generan la
misma eficiencia del pozo aún con diferentes áreas abiertas. Esto revela que el
argumento del área abierta es infundado.
Más área abierta, entonces, no significa más agua. La cantidad de agua que un
pozo es capaz de producir está determinada por las características del acuífero
y un diseño y proceso de construcción del pozo que minimice las pérdidas del
flujo turbulento. La distribución del tamaño del grano y el espesor del acuífero
determinan el tamaño del empaque de grava, el tamaño del slot o abertura de
la rejilla y, más importante aún, la cantidad de rejilla necesaria. Estas variables
tienen mucha más influencia en la maximización de la capacidad de producción
del pozo que el porcentaje de área abierta de la rejilla.
La eficiencia resultante de un pozo con empaque de grava refleja la facilidad
con que el agua fluye desde el acuífero, a través de la formación misma, a
través de la pared de la formación (interfase), a través del empaque de grava
y, finalmente, a través de la estructura de la rejilla. Cada una de estas etapas
tiene una fórmula individual que determina la pérdida que produce CADA UNA
de las etapas. Estas fórmulas y cálculos de la pérdida de carga asociada con
cada una de las variables indicadas puede encontrarse en detalle en Capítulo 2:
Head losses, total drawdown, total dynamic head, and efficiency of water-well
systems de Nazeer Ahmed y James A. Cardel en el libro de texto: Hydraulics
of Wells, American Society of Civil Engineers (ASCE), 2014.
12
Este y muchos otros estudios llevados a cabo desde 1983 claramente concluyen
que el mito del Área Abierta no tiene base científica. En efecto, un pozo
maximiza ya su capacidad de bombeo con una rejilla con área abierta entre 3%
y 5%. Los estudios han concluido que un área abierta adicional por sobre 5% no
proveerá eficiencia ni capacidad hidráulica adicionales relevantes a un pozo.
Algunas compañías que sólo fabrican rejilla de ranura continua toman ventaja
de la falta de conocimiento de sus clientes y los convencen de que ellos
necesitan tanta área abierta como sea posible, sin considerar las condiciones
del acuífero.
La relación correcta entre la granulometría del acuífero, la granulometría
del empaque de grava, la abertura de la rejilla, y la correcta geometría de
dicha abertura, permiten que los métodos de desarrollo y rehabilitación sean
efectivos y, por lo tanto, logren una completa estabilización y desarrollo del
empaque de grava alrededor de la rejilla, dando como resultado la máxima
producción de agua libre de arena.
Lo que realmente determina la tasa de bombeo y la eficiencia de un pozo es lo
siguiente:
Mientras hacía su grado doctoral, Christopher Harich dedicó miles de horas al
estudio de este tema, determinando que la correcta relación entre el tamaño de
grano del acuífero, el tamaño de grano del empaque de grava y el tamaño de la
abertura de la rejilla es lo que verdaderamente detiene la arena en los acuíferos
y permite un pozo libre de arena. La geometría de la rejilla (mirando hacia
abajo o hacia el frente) tiene influencia en este proceso estabilizador.
1) La calidad del empaque de grava instalado y el ratio del tamaño del grano
con el del acuífero.
Concepto Erróneo N° 5 – Las diferencias estructurales son irrelevantes
2)La calidad de los lodos usados durante la perforación y los controles de
calidad usados para mantener su viscosidad, tanto como los niveles de
viscosidad usados durante la perforación y durante la instalación del casing y
rejilla, y del proceso de empacado con grava.
3)El desarrollo final efectuado al pozo para quebrar la pared de lodo
endurecida y restablecer la conductividad hidráulica del acuífero, limpiando
el empaque de grava y removiendo los finos, permitiendo un flujo eficiente
de agua desde el acuífero al pozo.
Un área abierta aumentada también puede tener desventajas. Un área abierta
más grande en una rejilla de ranura continua significa también una mayor
superficie expuesta del acero, y cuando esto se combina con un agua corrosiva
o agresivamente incrustante, se puede acelerar el proceso de una corrosión y
obstrucción general, dando como resultado una reducida capacidad y eficiencia
del pozo.
Concepto Erróneo N° 4 – Una Menor Abertura de Rejilla controla la
arena y los problemas de la entrada de arena en un pozo
Cuando la entrada de arena es un problema con el pozo, es común ver un
reemplazo de pozo con un tamaño de slot más pequeño, pero el mismo
empaque de grava, asumiendo que una rejilla con un slot más pequeño
detendrá el ingreso de arena. Lo que controla la arena es el empaque de
grava alrededor de la rejilla. Para que este filtro de empaque de grava trabaje
eficientemente requiere tener las siguientes condiciones:
1) El tamaño del empaque de grava debe estar en el ratio correcto con el del
acuífero. La grava debe ser redondeada, de tamaño uniforme y de alto
contenido de sílice.
2)Tiene que ser uniformemente distribuido alrededor de la circunferencia
completa de la rejilla. Si la rejilla ha quedado apoyada a una pared del
orificio, no habrá empaque de grava entre la rejilla y la formación. Esto
permite a la arena de la formación un acceso libre al interior del pozo.
3)La rejilla debe ser capaz de estabilizar el empaque de grava en forma
apropiada y debe tener un tamaño de slot que permita el 20% pasante
recomendado. El tamaño del slot de la rejilla debería ser lo suficientemente
grande para permitir, a través de ella, el desarrollo del empaque de grava,
de manera que la producción del pozo sea completamente libre de arena.
13
Roscoe Moss Company fabrica y vende tanto la rejilla Louver como la rejilla
de ranura continua a través del mundo. Tenemos la capacidad de comparar
ambos productos usando varios criterios: estructuralmente desde su proceso de
manufactura, su manipulación, almacenamiento y sus resistencias al colapso y
a la tracción para asegurar una instalación segura a la profundidad para la que
hayan sido diseñadas.
La rejilla Louver es el resultado de perforar un tubo ciego que hemos fabricado
a partir de una bobina de acero. El proceso de abertura hacia abajo, tipo
persiana, es logrado aplicando una presión específica para crear el tamaño de
slot deseado y no implica ninguna pérdida de material. Este proceso da como
resultado la formación de una serie de atiesadores horizontales alrededor de
la estructura tubular, creando un efecto de corrugado, que le da a la rejilla
Louver una mayor Resistencia al Colapso que la del tubo ciego a partir del cual
fue hecha.
La rejilla de ranura continua es fabricada con un alambre moldeado que
envuelve un conjunto circular de varillas. La abertura es generada por el
espaciamiento entre cada envoltura del alambre sobre el conjunto de varillas.
Mientras más grande sea el espacio entre las envolturas (tamaño del slot) la
estructura resulta más débil, dado que tiene menos material soportándola.
La diferencia en resistencia entre ambos productos (Louver y Ranura Continua)
no es sólo relevante para calcular la profundidad máxima a la que ellos pueden
ser instalados de forma segura, sino que también llegará a ser muy relevante
para la aplicación de los procedimientos de mantenimiento necesarios que
permitirán mantener la máxima tasa de bombeo a través del tiempo. Una
estructura de persianas hecha de una lámina sólida de acero soportará un
desarrollo y rehabilitaciones vigorosas a través del tiempo. Una estructura
hecha de alambre unido parcialmente a varillas podría ser dañada por métodos
de desarrollo y rehabilitación vigorosos. Una vez que la rejilla de ranura
continua comience a obstruirse y ensuciarse no tendrá la capacidad de ser
limpiada apropiadamente sin riesgo de dañarla, comprometiendo el pozo.
Además de las diferencias en resistencia entre ambos productos, también
podemos ver diferencias entre las geometrías de las ranuras y las orientaciones
de las aberturas.
La rejilla de ranura continua tiene sus aberturas enfrentando directamente el
acuífero. Esto es un aparente beneficio en términos de acceder al empaque de
grava inmediatamente fuera de la rejilla. Sin embargo, si el desarrollo inicial
no ha sido hecho correctamente, esta ventaja puede llegar a ser una desventaja, dado que le da al material fino un acceso directo al interior del pozo. En
adición a la orientación, el conjunto circular de varillas en su estructura interna
limita severamente el uso y beneficio de una herramienta de pistoneo, el cual
es el método más efectivo de desarrollo de un pozo. Cuando el desarrollo es
llevado a cabo, la presión se disipa en el espacio vacío vertical entre las varillas.
Solamente una fracción de la fuerza sale por la rejilla.
La rejilla Louver tiene sus aberturas orientadas hacia abajo. Esta geometría
facilita la consolidación de la grava alrededor de ella y favorece el proceso de
desarrollo del empaque de grava. Entre los diámetros interno y externo de
la rejilla no hay espacio vacío. Lo que hay es una pieza sólida de metal. Las
únicas aberturas son los slots mismos, de manera que el 100% de la energía
de la rehabilitación es forzada hacia fuera a través de ellas. No hay pérdidas de
energía por disipación. Esto permite que los pistones calcen bien ajustados en
el diámetro interno y que la energía sea forzada completamente hacia afuera
a través de los slots con suficiente fuerza para viajar a través del empaque de
grava y alcanzar las paredes de la formación para restablecer la conductividad
hidráulica original del acuífero.
Hay una ventaja económica y mecánica del proceso de fabricación de la rejilla
Louver sobre el proceso de fabricación de la rejilla de ranura continua. La rejilla
Louver puede mantener su valorada resistencia al colapso (PSI) y su PRECIO sin
importar el tamaño del slot seleccionado. En la rejilla Louver no hay pérdida de
material involucrada en la perforación de un mayor tamaño de slot. En la rejilla
de ranura continua, mientras mayor sea tamaño el slot menos acero habrá
en su estructura y esto es un impacto negativo directo sobre su resistencia al
colapso o PSI.
condiciones del acuífero cambian inesperadamente, el cambio en el tamaño
del slot afectará el presupuesto del Proyecto.
Para mantener su PSI a medida que el tamaño del slot sea mayor, la rejilla de
ranura continua debe modificar su diseño. Por ejemplo, pasar de slot 40 a slot
150, casi triplicaría su costo. Esto hace que el producto no sea competitivo en
tamaños de slot mayores, razón por la cual los fabricantes de rejilla de ranura
continua se enfocan en promover tamaños de slot pequeños. Esta es la única
forma para ellos de ser competitivos y aún lograr el PSI mínimo.
Cuando el pozo es lo suficientemente profundo para hacer del PSI mínimo un
problema, los fabricantes de rejilla de ranura continua recomendarán un tamaño
de slot pequeño aún cuando el acuífero esté pidiendo un slot mucho mayor para
lograr la relación necesaria entre la granulometría del empaque de grava y la
de los acuíferos, y por consiguiente generar un pozo eficiente, libre de arena. La
razón para el tamaño de slot pequeño es lograr el PSI mínimo y no tiene nada
que ver con criterios técnicos que necesiten ser usados para seleccionar el tamaño
correcto del slot.
La tecnología usada por Roscoe Moss Company para fabricar las Rejillas Louver
permite, a los hidrogeólogos y a los propietarios de los pozos, enfocarse en los
aspectos del diseño que REALMENTE necesitan, sin tener que preocuparse de los
presupuestos, disponibilidad o de un producto débil que podría colapsar.
Estructuralmente los productos son incomparables. La rejilla Louver es
inmensamente más fuerte, segura y más durable que la rejilla de ranura
continua. Nosotros producimos ambas rejillas y reconocemos que ninguna de
ellas es la más adecuada para todas las condiciones, pero recibimos bastantes
más elogios de los propietarios que tienen pozos con rejilla Louver, muchos de
los cuales aún están en operación después de 50 años o más.
A medida que los pozos sean más profundos, el PSI es crucial para estar seguros
de que la rejilla de ranura continua no colapsará. Como hemos aprendido en
la parte de historia de este folleto, la rejilla de ranura continua fue diseñada
para pozos someros o poco profundos. Dado que un tamaño grande de
slot afecta negativamente al PSI de la rejilla de ranura continua, algunos
fabricantes favorecen erróneamente un diseño con el slot más pequeño posible.
Mientras más pequeño el tamaño del slot, es más fácil para ellos lograr el PSI
mínimo. Esta es la explicación por la que un tamaño de slot pequeño es tan
intensamente ofrecido y erróneamente justificado, pero muchas veces NO TIENE
NINGUNA RELACIÓN con la granulometría del acuífero.
Sin tener en consideración la apropiada relación entre la granulometría del
acuífero, granulometría del empaque de grava y la abertura del slot de la
rejilla, no hay manera posible de lograr un nivel de bombeo eficiente o un
pozo libre de arena.
Con la rejilla de ranura continua, si AUMENTAMOS el tamaño del slot de la rejilla,
será necesario reducir el número de espiras alrededor de las varillas. Para poder
compensar esta disminución de espiras y mantener el PSI mínimo, debemos
usar un alambre más grueso y esto afecta el peso, el PSI y el precio. Si las
14
En el siguiente ejemplo tenemos un diseño de pozo de 16” de diámetro externo y con una profundidad máxima de 300 metros. En estas condiciones, la rejilla
Louver puede ser fabricada con un espesor de pared desde 0,25” (6,35 mm) y lograr el PSI requerido. Con el patrón Louver Ful Flo se alcanza una resistencia al
colapso de 232 PSI, cualquiera sea el tamaño de slot.
Para esta profundidad y con un slot 40 (1,00 mm) la construcción propuesta para una rejilla REJILLA DE RANURA CONTINUA de 16” genera una resistencia al
colapso de 168 PSI. La resistencia al colapso mínima para este diámetro a la profundidad máxima de instalación es 150 PSI (línea roja).
En el gráfico, podemos ver la relación entre la resistencia al colapso y el tamaño del slot a medida que aumenta el tamaño del slot requerido y se mantienen
ambos diseños originales constantes:
300
232
250
Rejilla Louver
PSI Minimo
Rejilla Continua
232
232
232
PSI
200
168
150
138
117
105
100
50
0.040”
0.050”
Abertura
Vale la pena hacer notar que la rejilla continua en 16”
tiene en promedio 52 vueltas de alambre por pie. La
estructura interna consta de 68 varillas. Cada vuelta
genera 68 uniones entre el alambre y estas varillas. Cada
pie tiene 3,536 puntos de soldadura entre el alambre y
las varillas. Cada pieza de 19 pies tiene 67,184 puntos
de soldadura. Basta que uno de estos falle en el futuro
para que la integridad del pozo se vea comprometida,
por lo que los desarrollos tendrán que ser hecho de una
manera delicada y suave para no continuar dañando la
rejilla.
Por su parte, la rejilla louver es hecha a partir de
una lámina de acero sólida, sin soldaduras parciales,
0.150” manteniendo su integridad estructural en el tiempo,
logrando soportar agresivos y vigorosos desarrollos
durante su vida útil y logrando una mejor recuperación
de los caudales de bombeo después de cada desarrollo.
0.120”
Rejilla Louver - Slot 40 (1.00mm)
Rejilla Louver - Slot 150 (3.81mm)
15
TABLA DE CAPACIDAD HIDRÁULICA
Rejilla Louver tipo Ful Flo
Ø
Abertura
Rejilla de Ranura Continua
Capacidad Hidráulica Capacidad Hidráulica
GPM/ pie
GPM/pie
LPS/m
LPS/m
Ø
Abertura
8-5/8”
0.040” (1.00mm)
0.060” (1.50mm)
0.080” (2.00mm)
0.100” (2.54mm)
30
45
68
75
6.60
9.90
14.80
16.40
8-5/8”
Alambre
0.090”
0.040” (1.00mm)
0.060” (1.50mm)
0.080” (2.00mm)
0.100” (2.54mm)
31
41
48
54
10-3/4”
0.040” (1.00mm)
0.060” (1.50mm)
0.080” (2.00mm)
0.100” (2.54mm)
48
72
109
121
10.60
15.90
23.80
26.40
10-3/4”
Alambre
0.118”
0.040” (1.00mm)
0.060” (1.50mm)
0.080” (2.00mm)
0.100” (2.54mm)
32
43
51
58
12-3/4”
0.040” (1.00mm)
0.060” (1.50mm)
0.080” (2.00mm)
0.100” (2.54mm)
48
72
109
121
10.60
15.90
23.80
26.40
12-3/4”
Alambre
0.146”
0.040” (1.00mm)
0.060” (1.50mm)
0.080” (2.00mm)
0.100” (2.54mm)
32
44
53
61
14”
0.040” (1.00mm)
0.060” (1.50mm)
0.080” (2.00mm)
0.100” (2.54mm)
48
72
109
121
10.60
15.90
23.80
26.40
14”
Alambre
0.165”
0.040” (1.00mm)
0.060” (1.50mm)
0.080” (2.00mm)
0.100” (2.54mm)
32
44
54
63
16”
0.040” (1.00mm)
0.060” (1.50mm)
0.080” (2.00mm)
0.100” (2.54mm)
60
91
121
151
13.20
19.80
26.50
33.10
16”
Alambre
0.215”
0.040” (1.00mm)
0.060” (1.50mm)
0.080” (2.00mm)
0.100” (2.54mm)
30
41
51
60
18”
0.040” (1.00mm)
0.060” (1.50mm)
0.080” (2.00mm)
0.100” (2.54mm)
73
109
163
182
15.90
23.80
35.70
39.70
18”
Alambre
0.215”
0.040” (1.00mm)
0.060” (1.50mm)
0.080” (2.00mm)
0.100” (2.54mm)
33
46
58
68
6.90
8.90
10.50
11.70
220
7.00
9.40
11.20
12.80
440
7.10
9.60
11.70
13.40
881
7.10
9.70
11.80
13.70
1,321
6.50
9.00
11.20
13.10
1,761
7.30
10.20
12.60
14.80
20”
0.040” (1.00mm)
0.060” (1.50mm)
0.080” (2.00mm)
0.100” (2.54mm)
85
127
191
212
18.50
27.80
41.70
46.40
20”
Alambre
0.215”
0.040” (1.00mm)
0.060” (1.50mm)
0.080” (2.00mm)
0.100” (2.54mm)
37
52
64
75
8.10
11.30
14.00
16.40
Para las rejillas de ranura continua, esta tabla considera una velocidad máxima de ingreso del agua, a través de las ranuras, de 0,03 m/s (0,1 pies/s), que es la recomendada y
sostenida por la mayoría de las compañías en las que su principal o único producto es este tipo de rejillas.
Para la rejilla Louver, se considera una velocidad máxima de ingreso del agua de 0,45 m/s (1,5 pies/s), que es la que Roscoe Moss Company recomienda. Esta recomendación ha
sido también acogida por la American Water Works Association, AWWA, desde el año 1985.
Cabe hacer notar que, tanto los estudios de investigación, efectuados por connotados investigadores (entre ellos el Dr. Dennis Williams), como la práctica misma, han
demostrado que a una velocidad mucho más alta, 1,2 m/s (4 pies /s), la eficiencia del pozo es de un 97%.
16
Tabla de Equivalencias de Caudal
GPM
Litros / Segundo
M 3/Hora
Litros / Segundo
M 3/Hora
GPM
M 3/Hora
Litros / Segundo
GPM
50
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1,000
1,200
1,300
1,400
1,500
1,600
1,700
1,800
2,000
2,100
2,200
2,300
2,400
2,500
2,600
2,700
2,800
2,900
3,000
3.2
6.3
12.6
18.9
25.2
31.5
37.9
44.2
50.5
56.8
63.1
75.7
82.0
88.3
94.6
100.9
107.3
113.6
126.2
132.5
138.8
145.1
151.4
157.7
164.0
170.3
176.7
183.0
189.3
11.4
22.7
45.4
68.1
90.8
113.6
136.3
159.0
181.7
204.4
227.1
272.5
295.2
317.9
340.7
363.4
386.1
408.8
454.2
476.9
499.6
522.3
545.0
567.8
590.5
613.2
635.9
658.6
681.3
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
45.0
50.0
55.0
60.0
65.0
70.0
75.0
80.0
85.0
90.0
95.0
100.0
110.0
120.0
130.0
140.0
150.0
160.0
170.0
180.0
200.0
18.0
36.0
54.0
72.0
90.0
108.0
126.0
144.0
162.0
180.0
198.0
216.0
234.0
252.0
270.0
288.0
306.0
324.0
342.0
360.0
396.0
432.0
468.0
504.0
540.0
576.0
612.0
648.0
720.0
79
159
238
317
396
476
555
634
713
793
872
951
1,030
1,110
1,189
1,268
1,347
1,427
1,506
1,585
1,744
1,902
2,061
2,219
2,378
2,536
2,695
2,853
3,170
25.0
50.0
75.0
100.0
125.0
150.0
175.0
200.0
225.0
250.0
275.0
300.0
325.0
350.0
375.0
400.0
425.0
450.0
475.0
500.0
525.0
550.0
575.0
600.0
625.0
650.0
675.0
700.0
725.0
6.9
13.9
20.8
27.8
34.7
41.7
48.6
55.6
62.5
69.5
76.4
83.3
90.3
97.2
104.2
111.1
118.1
125.0
132.0
138.9
145.8
152.8
159.7
166.6
173.6
180.6
187.6
194.4
201.4
110
220
330
440
550
660
771
881
991
1,101
1,211
1,321
1,431
1,541
1,651
1,761
1,871
1,981
2,091
2,202
2,312
2,422
2,532
2,642
2,752
2,862
2,972
3,082
3,192
Acerca de Roscoe Moss Company
Roscoe Moss Company ha diseñado y fabricado tuberías y rejillas para pozos de agua desde 1926. La producción de agua en
pozos que sean hidráulicamente eficientes, de larga vida útil, y construidos con productos económicos siguen siendo nuestro
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