5.4 Sistema de perfuração rotativa
5.4.9. Pré-filtro
O material do pré-filtro deve ser fundamentalmente de sílica, sendo constituído por grãos arredondados e bem selecionados.
5.4.9.1 Instalação de pré-filtro
A teoria recomenda que para a definição da ranhura (ou abertura) de um filtro, seja realizado uma ou mais análises granulométricas do aqüífero. O número de análises é tanto maior quanto for à heterogeneidade do aqüífero e poderá ser simplificado a uma única análise se as observações confirmarem que o mesmo se apresenta bem homogêneo. Uma vez realizado o ensaio granulométrico e dispondo de sua curva padrão, é possível se conhecer vários parâmetros que fornecem indicação do grau de uniformidade e outros, tais como os indicadores D 10; D 40; D 70 e D90, relacionados com a abertura da peneira que reteria percentualmente montantes de 40% 70% e 90% .
No exemplo que é informado a seguir, se utilizou uma amostra específica de um poço tubular profundo executado em Araraquara – Estado de São Paulo, Brasil.
Neste poço foram realizadas outras análises granulométricas e mesmo tendo sido constatada pequenas alterações na curva padrão, se admitiu a curva apresentada para definir a abertura do filtro.
3º: Cálculo del área total filtrante: AT = (AL / % AL )x100. Los valores son obtenidos de tablas aportadas por los fabricantes de filtros, en función de la abertura del filtro.
4º: Selección del largo .
5º: Cálculo del diámetro ϕ = AT / (π.L) ; L = largo del filtro. 6º: Se adopta el diámetro más próximo en pulgadas, y se calcula el largo:
L = AT / (π. ϕ)
Luego, a través de tablas se escoge el tubo de revestimiento en función de la bomba que se utilizará, su diámetro, espesor, material y largo.
5.4.9 Pre-filtro
El material del pre-filtro debe ser fundamentalmente de sílice, estando constituido por granos redondeados y bien seleccionados.
5.4.9.1 Instalación del pre-filtro
La teoría recomienda que para la definición de la ranura (o abertura) de un filtro, sean realizados uno o más análisis granulométricos del acuífero. El número de análisis es tanto mayor cuanto mayor es la heterogeneidad del acuífero, y podrá ser simplificado a un único análisis si las observaciones confirman que el mismo se presenta muy homogéneo. Una vez realizado el ensayo granulométrico y comparado con su curva patrón, es posible conocer varios parámetros que ofrecen indicación del grado de uniformidad y otros, tales como los indicadores D10; D40; D70 y D90, relacionados con la abertura del tamiz que retiene porcentajes superiores de 40%, 70% y 90%.
En el ejemplo que es desarrollado a continuación, se utilizó una muestra específica de un pozo tubular profundo ejecutado en Araraquara – Estado de São Paulo, Brasil. En este pozo fueron realizados otros análisis granulométricos y constatándose pequeñas alteraciones en la curva patrón, se admitió la curva presentada para definir la abertura del filtro.
Figura 15.-
Curva granulométrica de um poço no Aqüífero Guarani com a curva de seleção de pré-filtro.
Figura 15.-
Curva granulométrica de un pozo en el Acuífero Guaraní con la curva de selección del pre-filtro.
Municipio: Araraquara/SP
Local: Pozo:
Muestra Nº 01 Tipo: Areniscas Intervalo: 82 a 184 metros
Clasificación Granulometría (mm)
Tamiz
(mm) Peso (g) % Intervalo % Acumulado % Pasa
Pedregullo superior a 2,0 2,0 0,050 0,007 0,007 99,993
Arena muy gruesa 1,0 a 2,0 1,0 0,35 0,050 0,058 99,942
Arena Gruesa 0,5 a 1,0 0,50 0,84 0,121 0,178 99,822 0,420 5,40 0,777 0,955 99,045 0,350 23,00 3,309 4,264 95,736 0,297 68,30 9,825 14,089 85,911 0,250 159,90 23,003 37,092 62,908 0,210 33,30 4,790 41,882 58,118 0,177 185,00 26,613 68,496 31,504 0,149 162,70 23,405 91,901 8,099 0,125 13,20 1,899 93,800 6,200
Arena muy fina 0,076 a 0,125 0,74 38,70 5,567 99,367 0,633
Limo y arcilla debajo de 0,076 fundo 4,40 0,633 100,000 0,000
695,14 gramos
Arena fina 0,125 a 0,25
Peso Total Utilizado:
Análisis granulométrico Distrito Industrial
Arena media 0,25 a 0,5
Curva Granulométrica (82 a 184 metros)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
Tamanho dos Grãos (mm)
%M a te ri a lR e ti d o d90 (abertura do filtro): 0,82 mm Curva Arenito Curva Pré-Filtro
Uma vez determinada a curva granulométrica e com os diâmetros referentes a retenção de 40% – 70% e 90% se define o coeficiente de uniformidade da amostra representativa do aqüífero e a partir desta se pode preparar a curva teórica do pré-filtro a ser utilizado.
Hidraulicamente é tido como adequado um pré-filtro de coeficiente de uniformidade semelhante e que:
• tomando-se o diâmetro do tamanho correspondente a 70% da areia retida (D 70), e multiplicando este valor por um coeficiente entre 4 e 6. Usualmente tem sido adotado o número 5.
• Este tamanho de partícula vai corresponder também ao ponto onde 70% do pré-filtro também seria retido em uma peneira.
• Utilizando-se este ponto e aferindo-se mesmo pelo D 90, (o mesmo principio) traça-se por tentativa curvas que possam representar a curva granulométrica do pré-filtro desejado.
• Por último e através deste processo, se define a abertura do filtro, de tal maneira que o mesmo retenha o equivalente a 90% (D-90) deste pré-filtro. • Na prática, se procura trabalhar com materiais –
tanto o filtro quanto o pré-filtro que são mais disponíveis no mercado e que mais se aproximam destas condições.
No exemplo adotado, foram aplicados filtros espiralados, com abertura de 0,75 mm (usual no mercado) e um pré- filtro cuja curva granulométrica se aproximou de 1,00 a 2,00 mm, sendo este um material basicamente quartzoso, bem arredondado e que apresentava um coeficiente de uniformidade idêntico ao da amostra selecionada.
A experiência indica que muitos poços do aqüífero Guarani apresentam na sua porção eólica uma predominância de areias com diâmetro da ordem de 0,176 mm, enquanto sua fração flúvio lacustre tem um diâmetro de 0,113 mm. Esse fato deve ser utilizado pelo projetista, que ao checar com outros elementos regionais poderá confirmar a característica do filtro a ser aplicado ao poço.
O mercado na área do Mercosul oferece determinados padrões básicos que usualmente são os de 0,25mm, 0,50 mm, 0,75 mm, 1,00 mm e acima. Com estas informações e ainda a consideração da profundidade de instalação do filtro, da qualidade da água é possível caracterizar o filtro. Com a definição do filtro, caberia ao projetista e ao executor da perfuração, adotar os demais procedimentos recomendados (amostragem,descrição litológica, perfis de avanço e outros etc.) e se definir com precisão o
Una vez determinada la curva granulométrica y con los diámetros referentes a retención de 40%, 70% y 90% se define el coeficiente de uniformidad de la muestra representativa del acuífero y a partir de ésta se puede ajustar la curva teórica del pre-filtro a ser utilizado.
Hidráulicamente se considera adecuado un pre-filtro de coeficiente de uniformidad semejante y que:
• Tomándose el diámetro del tamaño correspondiente a 70% de la arena retenida (D70), y multiplicando este valor por un coeficiente entre cuatro y seis (usualmente ha sido adoptado cinco).
• Este tamaño de partícula va a corresponder también al punto donde 70% del pre-filtro también sería retenido en un tamiz.
• Se utiliza este punto y refiriéndose igual para D90, (el mismo principio) se trazan tentativamente curvas que puedan representar la curva granulométrica del pre-filtro deseado.
• Por último y a través de este proceso, se define la abertura del filtro, de tal manera que el mismo retenga el equivalente a 90% (D90) del pre-filtro.
• En la práctica, se procura trabajar con materiales, tanto para el filtro como el pre-filtro, que estén más disponibles en el mercado y que más se aproximen a estas condiciones.
En el ejemplo fueron aplicados filtros espiralados, con abertura de 0.75 mm (usual en el mercado) y un pre-filtro cuya curva granulométrica se aproximó a 1.00 a 2.00 mm, siendo éste material básicamente cuarzoso, bien redondeado y que presenta un coeficiente de uniformidad idéntico al de la muestra seleccionada.
La experiencia indica que muchos pozos del acuífero Guaraní presentan en su porción eólica un predomio de arenas con diámetro del orden de 0.176 mm, en cuanto a su fracción fluvio-lacustre tiene un diámetro de 0.113 mm. Esta experiencia debe ser utilizada por el proyectista, que al comparar con otros elementos regionales podrá confirmar la característica del filtro a ser aplicado al pozo.
El mercado en el área del MERCOSUR ofrece determinados patrones básicos que usualmente son los de 0.25 mm, 0.50 mm, 0.75 mm, 1.00 mm y mayores. Con esta información, y teniendo en consideración la profundidad de instalación del filtro y de la calidad del agua es posible caracterizar el mismo.
Con la definición del filtro, cabría para el proyectista y al ejecutor de la perforación, adoptar los demás procedimientos recomendados (muestreo, descripción litológica, perfil de avance y otros, etc.) y definir con precisión la posición de
Para o dimensionamento de filtros, recomendamos os seguintes passos:
• Em poços com profundidade superior a 300 metros, se recomenda a utilização de filtros de maior resistência ao colapso. Em alguns tipos de filtros isto é obtido com o aumento do diâmetro e da quantidade de arames verticais (pé direito do filtro). Em outros é recomendável o aumento da espessura da chapa de aço que irá ser utilizada na sua confecção.
• Situação extrema onde se projeta e se aplica filtros a profundidades superiores a 800 metros, deve haver uma maior preocupação com a questão de colapso e «fechamento» do poço.
• Nestes caso, deve-se optar pela instalação dos filtros hiper reforçados ou «jaquetados». Este tipo de filtro utiliza o próprio tubo de revestimento, como base para a confecção de um filtro espiralado sobre ele. O tubo, ainda que perfurado, vai dispor de maior resistência que o filtro isoladamente. Este tipo de filtro decorre da construção do filtro espirado, utilizando o próprio tubo de revestimento (com perfurações) que substituirá as colunas verticais usuais (pé direito). Vale a observação de que a utilização de filtros inoxidáveis (AISI 304 ) e com menor % de área aberta, oferecem também uma maior resistência mecânica. Neste caso é necessária a avaliação técnico financeira para se definir o tipo que melhor se adapta e que melhor resultado pode conferir a estrutura do sistema de produção de água. Sem dúvida, a questão da utilização de filtros de aço inoxidável, poderá ser uma conseqüência tão somente da característica físico química da água • Na seqüência são apresentadas ilustrações de perfis
de filtros comerciais, constituídos por FILTROS denominados espiralados, de chapas perfuradas ou estampados, e de PVC.
De maneira geral, e tomando-se uma abertura padrão para as ranhuras equivalente a 1,00 mm é informado o percentual médio de área aberta de cada filtro. Na seqüência também é mostrado as condições normais de fluxo de água na passagem pelos mesmos.
A aplicabilidade de os tipos de filtros está condicionado a fatores como profundidade, % de área aberta, risco de colapso, objetivos em termos de volume a ser explorado e custos – seja do filtro, seja o do custo operacional (que normalmente não é considerado e que, por questão de perda de carga e de maior profundidade do nível d’ água, vai impactar o custo de bombeamento).
Para el dimensionado de los filtros, se recomiendan los siguientes pasos:
• En pozos con profundidad superior a los 300 metros, se recomienda utilizar filtros de mayor resistencia al colapso. En algunos tipos de filtros esto se obtiene con el aumento del diámetro y de la cantidad de alambres verticales. En otros es recomendable el aumento del espesor de chapa de acero que servirá para su fabricación.
• La situación extrema donde se proyecta y se colocan filtros a profundidades mayores a los 800 metros, debe existir una preocupación mayor con el asunto del colapso y «cerramiento» del pozo.
• En estos casos, se debe optar por la instalación de los filtros hiper reforzados o «enchaquetaquetados, encamisados». Este tipo de filtro utiliza el propio tubo de revestimiento, como base para la elaboración de un filtro espiralado sobre él. El tubo perforado, va a presentar mayor resistencia que el filtro aislado. Este tipo de filtro resulta de la construcción del filtro espiralado, utilizando el propio tubo de revestimiento (con perforaciones) que sustituirá a las columnas verticales usuales. Vale la observación de que la utilización de filtros inoxidables (AISI 304) y con menor % de área abierta, ofrecen también una mayor resistencia mecánica. En éste caso es necesario el análisis técnico-financiero, para definir el tipo de filtro que mejor se adapta y que mejor resultado puede ofrecer a la estructura del sistema de producción de agua. Sin duda, el asunto de la utilización de filtros de acero inoxidable, podrá ser una consecuencia de las características físico química del agua.
• En la secuencia siguiente se presentan ilustraciones de perfiles de filtros comerciales, constituidos por filtros denominados espiralados, de chapas perforadas o estampadas, y de PVC.
De manera general, y tomando una abertura patrón para las ranuras equivalentes a 1.00 mm, es presentado el porcentaje medio de área abierta de cada filtro. En la secuencia también se muestran las condiciones normales de flujo del agua en el pasaje por los mismos.
La aplicabilidad de los tipos de filtros está condicionada a factores como la profundidad, % de área abierta, riesgo de colapso, objetivos en términos de volumen a ser explotados y costos - sea el del filtro o el operacional (que normalmente no es considerado y que, por motivos de pérdida de carga y de mayor profundidad del nivel del agua, va a impactar en el costo del bombeo).
Figura 16.-
Tipos de filtro e esquema de fluxo neles
Figura 16.-
Tipos de filtro y esquema de flujo en ellos A utilização de filtros de PVC está limitada a profundidades
da ordem de 200/250 metros e a aspectos como temperatura da água.
No caso de filtros estampados em chapa de aço, denominados tipo veneziana ou Nold, a restrição a sua aplicação em áreas do Aqüífero Guarani, decorre do fato de que o mesmo não apresenta uniformidade de abertura ao longo de sua estrutura tornando-se vulnerável e não recomendavel.
5.4.10. Condições especificas de coluna de