Institución	Facultad de Cs. Físicas y Matemáticas
Disponible desde	Otoño 2005
Cursos Asociados	Otras realizaciones de este Curso
Objetivos	Aplicar las principales metodologías de la hidrología e hidráulica subterránea, a situaciones operacionales, con una visión de integración de todo el espectro de las aguas subterráneas.
Descripción	Este es un curso que muestra las aplicaciones operacionales de las aguas subterráneas, y se basa en la experiencia de una empresa del medio nacional en la administración de los recursos hídricos subterráneos. Como se cubrirá un espectro amplio de las aguas subterráneas, que abarca desde la planificación hasta el mantenimiento de las fuentes, se pretende que el alumno conozca las metodologías más relevantes que se debieran aplicar en una empresa de servicios para obtener resultados óptimos, tanto técnicos como económicos. Las metodologías que se entregarán en el curso, junto a la formación académica de ingeniero hidráulico-sanitario-ambiental, le permitirán al alumno, no sólo responder a los requerimientos del mercado de las empresas de servicio, sino también le permitirán proponer planes de trabajo, evaluados técnica y económicamente que optimicen el manejo habitual de recursos hídricos subterráneos. Es importante destacar que si bien el curso se fundamenta en la gestión operacional de empresas de servicio(sanitarias), los conceptos son extensivos y por lo tanto aplicables a otro tipo de empresas, como son las mineras. Las áreas de gestión en aguas subterráneas que se cubrirán en este curso son las que se mencionan a continuación: (1) Planificación. En este punto se analiza el escurrimiento en el suelo, y la hidráulica de las obras de captación, en particular se entregan metodologías alternativas para evaluación de pruebas de bombeo; además trata de las metodologías que basadas en estadística, ajustan modelos que determinan la disponibilidad del recurso subterráneo, el modelo determinístico considerado es el Visual MODFLOW; un tratamiento adecuado de la estadística, permite comprobar el comportamiento probabilístico de parámetros y variables involucrados en el balance de aguas subterráneas, entonces se abordan las técnicas de modelación estocásticas y geoestadísticas que son más adecuadas para considerar estas propiedades; se plantea un enfoque complementario, al análisis clásico de las aguas subterráneas, basado en metodologías hidrogeoquímicas, que además permite dar las bases para un control de contaminación de las aguas subterráneas; también se plantean en forma genérica los aspectos a considerar para modelar el flujo de contaminantes, el tratamiento del agua bombeada con diversos contaminantes, y el aprovechamiento de contaminantes como producción industrial; se muestra como administran y fiscalizan los recursos hídricos los dos organismos del Estado involucrados en la gestión de las captaciones de una Empresa Sanitaria. (2) Operaciones. Operar pozos significa necesariamente referirse al sistema pozo-bomba, en este sentido se abordan temas tales como: dimensionamiento de sistemas de bombeo; estudio de casos de equipos mal dimensionados; cavitación de bombas; refrigeración de motores; despacho económico de pozos; compra de equipos de bombeo; interrelación con proveedores. Se destaca que los grandes beneficios económicos(ahorros), se encuentran asociados a la operación de las captaciones. (3) Construcción de Pozos. La mayoría de las empresas de servicio(quizás todas), ya no disponen de maquinaria ni de personal especializado para construir pozos, razón por la cual se recurre a empresas perforistas, entonces en este punto, el curso enfatiza dos aspectos principales, que son el diseño del pozo(que debe considerar aspectos operacionales), y la interacción con el contratista(especificaciones técnicas e inspección técnica de obras). (4) Mantenimiento de Pozos. Este tema que siempre debe ser enfocado desde un punto de vista de ingeniería de aguas subterráneas, merece un tratamiento aparte, ya que involucra recursos económicos importantes; si bien los procesos de tratamiento(rehabilitación) de un pozo se encuentran bien estudiados, por lo general no se evalúa correctamente cuándo un pozo requiere ser rehabilitado, ni menos cual es la disposición a pagar por los trabajos; al igual que en el caso anterior, los trabajos de mantención o rehabilitación de pozos, son desarrollados por empresas contratistas; los aspectos que se enfatizan en este punto son: pérdidas de rendimiento; disposición a pagar; incrustaciones; métodos de tratamiento; especificaciones técnicas; inspección técnica de obras(I.T.O.). (5) Administración de recursos hídricos. El enfoque que se muestra acá es el de la administración privada de recursos hídricos, principalmente subterráneos, recogiendo los puntos más relevantes tratados en los capítulos precedentes, de tal modo e identificar indicadores de análisis económicos, que permitan evaluar la implementación de un área de gestión en recursos hídricos en cualquier zona del país.
Metodología	El curso considera clases lectivas, visitas a terreno(al menos cuatro en el semestre), trabajo en grupos, que considera tareas y presentaciones de los grupos. i) Visitas a terreno Visita Nº 1. Central de despacho. Visita Nº 2. Infraestructura de pozos: fuente, piping y tratamiento. Visita Nº 3. Laboratorio de calidad de aguas. Visita Nº 4. Construcción de pozos. ii) Ejercicios(tareas). Los ejercicios son los mencionados a continuación y se encontrarán disponibles en sistema a partir de la segunda semana de clases(se desarrollarán en grupo): Ejercicio Nº 1. Uso de software AQUIFERTEST. Determinación de parámetros de acuíferos en pruebas de bombeo sin pozos de observación. Ejercicio Nº 2. Uso de software MODFLOW. Determinación de caudales subterráneos sustentables y regulación de acuíferos. Ejercicio Nº 3. Uso de software MODFLOW 2. Elaboración de rutina para optimizar manejo de archivos de entrada. Ejercicio Nº 4. Generación de series de tiempo. Pronóstico de caudales medios en Río Mapocho mediante normalización y modelos autorregresivos. Ejercicio Nº 5. Interferencia río acuífero. Cuantificación de la interferencia río acuífero mediante la aplicación de funciones transferencia. Ejercicio Nº 6. Uso de software AQUACHEM. Identificación de procesos que actúan sobre el flujo subterráneo. Ejercicio Nº 7. Derechos de aguas. Elaboración de solicitud de derechos de aguas superficiales y subterráneas. Ejercicio Nº 8. Operación óptima de pozos. Construcción de modelo de despacho económico de fuentes subterráneas. Ejercicio Nº 9. Adquisición equipos de bombeo. Evaluación económica de licitación de equipos de bombeo. Ejercicio Nº 10. Desarrollo de un pozo. Análisis de procesos de desarrollo de pozos mediante estudio de eficiencias. Ejercicio Nº 11. Rehabilitación de pozos. Evaluación técnica y económica de pozos operativos. iii) Presentaciones Los grupos efectuarán dos presentaciones durante el semestre: la primera sobre planificación de aguas subterráneas, y en la segunda deberán integrar los otros temas vistos en el curso, es decir, operaciones, construcción y rehabilitación de pozos, y administración privada de recursos hídricos.
Evaluación	Se considera el desarrollo de dos presentaciones con informe asociado, además de once(11) ejercicios. La nota final del curso se calcula de la siguiente forma: NF = (NP+2*NE)/3 Donde, NP: Promedio de notas de las presentaciones. NE: Promedio de notas de los ejercicios.
Horario	Clases de cátedra: Martes de 18:00 hrs - 21:00 hrs. Clases auxiliares: Por definir
Comentarios	Como texto de apoyo al curso, los alumnos recibirán apuntes con las materias que se mencionan a continuación: MATERIAS (CLASES) 1.- INTRODUCCION (1) Antecedentes históricos. Demanda de aguas subterráneas. Disponibilidad y calidad de las aguas subterráneas. Gestión en recursos subterráneos: Consultoría, Empresas de Servicio, Contratistas. 2.- PLANIFICACIÓN (14) Hidráulica de pozos. Generalidades. Definiciones. Porosidad. Porosidad Efectiva. Ley de Darcy. Validez de la ley de Darcy. Permeabilidad. Transmisividad. Almacenamiento. Tipos de Acuíferos. Ecuaciones de Flujo de Aguas Subterráneas. Hidráulica de Pozos. Hipótesis de Dupuit. Deducción de ecuaciones de hidráulica de pozos. Análisis en régimen permanente. Expresiones de Dupuit. Expresión de Thiem. Análisis en régimen transitorio. Método de Theis. Método de Jacob(Cooper-Jacob). Aplicaciones de Aquifer Test. Metodología alternativa. Disponibilidad de recursos subterráneos. Generalidades. Hidrología Superficial. Estadística. Esquema de Gestión de Aguas Superficiales. Control de Fuentes Subterráneas. Modelación de Acuíferos. Herramienta determinística de Modelación. Principio Básico. Armado del modelo. Análisis de fortalezas y debilidades del modelo. Ejemplos de aplicación. Políticas de explotación de pozos. Usos efectivos sustentables. Regulación del acuífero. Variable de control. Autocorrelograma. Hidrología estocástica y geoestadística. Generalidades. Relación Transmisividad – Caudal Específico. Relación Almacenamiento – Caudal Específico. Hidrología estocástica. Procesos estacionarios. Series estacionarias estrictas. Series estacionarias débiles. Alternativas de modelación. Normalización. Verificación de normalidad. Transformación a serie normal. Independencia. Verificación de independencia. Transformación para independizar una serie. Modelos univariados lineales. Modelos autorregresivos. Transformación para independizar una serie. Hidrología Estocástica. Modelos Estocásticos. Normalización de Series de Tiempo. Modelos Autorregresivos AR(p). Parsimonia. Autocorrelograma. Criterio AIC(d). Explicación. Modelos Promedios Móviles MA(q). Modelos Autorregresión de Promedios Móviles ARMA(p,q). Regresiones Dinámicas. Ganancia. Geoestadística. Variable Regionalizada. Función Aleatoria. Semivariograma. Modelos Teóricos. Krigeado. Aplicaciones. Hidrogeoquímica. Generalidades. Definiciones. Dureza. Evolución geoquímica del agua subterránea. Ionización. Concentración de hidrógeno: pH. Alcalinidad. Reacciones ácido-base. Potencial iónico. Cationes. Reactividad. Aniones. Disolución-precipitación. Predicción de las solubilidades. Saturación y precipitación de carbonato de calcio. Óxido-reducción. Intercambio iónico. Adsorción. Hidrólisis. Agresividad e incrustación. Materiales para construir un pozo. Corrosión. Materiales. Rehabilitación de un pozo. Procesos bioquímicos. Organismos autótrofos(aeróbicos). Organismos heterótrofos(anaerobios). Nutrientes. Nitrógeno. Fósforo y sus compuestos. Ciclo del azufre. Arsénico. Determinación de parámetros hídricos. Análisis químico. Toma de muestras(muestreo). Parámetros considerados. Diagramas hidroquímicos. Clasificación de las aguas subterráneas. Clasificación según la dureza total. Clasificación de acuerdo al total de sólidos disueltos. Clasificación de las aguas de acuerdo al pH. Clasificación en atención a los iones dominantes. Minerales. Repartición de los elementos en la corteza terrestre. Los minerales. Estructura interna. Estudio de los silicatos. Tectosilicatos. Filosilicatos. Sorosilicatos y Ciclosilicatos. Nesosilicatos. Minerales sin sílice. Rutilo, corindón y espinelas. Sulfatos. Cloruros. Carbonatos. Fosfatos. Las rocas. Índices hidrogeoquímicos. Relación rMg / rCa. Relación rK / rNa. Relaciones rNa / rCa y rNa / r(Ca+Mg). Relación rCl / rCO3H. Relación rSO4 / rCl. Índice de cambio de bases(icb). Valor Kr. Valor ÖrSO4 rCa. Relaciones rCa/rCl, rMg/rCl, r(Ca+Mg) / rCl, r(Na+K) / rCl y rSr / rCa. Evolución de la composición química del agua. Resumen integrado. Contaminación de aguas subterráneas. Generalidades. Origen y tipos de contaminación. Contaminación natural. Contaminación industrial. Contaminación agrícola. Contaminación urbana. Contaminación inducida. Teoría del transporte de masas en aguas subterráneas. Difusión molecular. Dispersión hidrodinámica. Advección. Modelación de contaminación de aguas subterráneas. Contaminantes minerales. Familia de minerales. Modelación del contaminante mineral. Contaminantes minerales metálicos pesados y de elementos menores. Familia de minerales. Modelación del contaminante mineral. Contaminantes radioactivos. Contaminación por hidrocarburos. Contaminantes detergentes. Contaminación por compuestos nitrogenados. Contaminación por bacterias y virus. Tratamiento de la contaminación. Materiales primarios. Componentes secundarios. Componentes terciarios. Materiales trazas. Construcción de pozos en zonas contaminadas. Aprovechamiento de la contaminación. Aplicaciones de geoestadística al aprovechamiento de la contaminación de aguas subterráneas. Aplicaciones de hidrología estocástica al aprovechamiento de la contaminación de aguas subterráneas. Variación en el tiempo de las concentraciones. Estimación de reservas. Derechos de aguas y legislación sanitaria. Generalidades. Administración de recursos hídricos. Código de aguas. Procedimientos. Aprovechamiento del agua subterránea. Exploración de aguas subterráneas. Solicitud. Publicación de la solicitud. Formulación de oposiciones. Antecedentes legales que se deben acompañar a la Solicitud. Explotación de aguas subterráneas. Disponibilidad del recurso. Constitución del derecho de aprovechamiento. Solicitud de derecho de aprovechamiento. Publicación de la solicitud. Formulación de oposiciones. Antecedentes legales que se deben acompañar a la Solicitud. Antecedentes técnicos que se deben acompañar a la Solicitud. Procedimiento posterior. Ejemplo de informe técnico solicitud de derechos superficiales. Protección de las aguas subterráneas. Zonas de restricción. Comunidad de aguas. Zonas de prohibición. Administración de recursos hídricos SISS. Normativa vigente. Instructivos sobre control de fuentes. Aspectos generales. Antecedentes que deberá poseer el prestador. Control periódico de captaciones. Parámetros a medir. Periodicidad. Planillas de control. 3. - OPERACION DE POZOS (8) Generalidades. Control de Fuentes. Equipos Motobombas. Cálculo de Equipos de Bombeo. Cálculo de Curvas de Sistema. Consideraciones. Curvas de Sistema en Función de Variables Operacionales. Estudio de Equipos mal dimensionados. Pozos Construidos en períodos de Alta, casos 1 y 2. Pozos Construidos en períodos de Sequía. Análisis de la utilización de variadores de frecuencia. Equipo conectado a red. Cambios estacionales e hidrológicos. Cavitación y Refrigeración de Motores. Despacho Económico. Cálculo clásico $/ m3 para un pozo profundo. Curvas de Costos en Energía v/s Tiempos de Uso. Curvas Costos $/m3 v/s Uso Efectivo. Modelo Despacho Económico. Consumos Eléctricos Fuentes Subterráneas. Compra de Equipos de Bombeo. Criterios para adquisición de equipos de bombeo. 4.- CONSTRUCCION DE POZOS (8) Generalidades. Diseño de Pozos. Tuberías. Tubería Ciega. Rejillas. Materiales para Tuberías Ciegas y Rejillas. Selección de rejilla. Criba. Ranurado. Louver. Calidad de Aguas. Corrosión. Incrustación. Resistencia. Cálculos estructurales. Filtro de Grava. Estabilización. Métodos de Perforación. Percusión. Rotación Directa e Inversa. Rotopercusión. Estructura de Perforación. Desarrollo. Metodologías de desarrollo. Pistoneo. Aire comprimido. Sobrebombeo. Hielo seco. Criterios para dar finalizado el desarrollo. Obras anexas a un pozo. Habilitación hidráulica de un pozo. Interconexiones hidráulicas. Cañería de descarga. Cámara subterránea de piping. Medidor de caudal y volumen. Válvulas de retención. Impulsión. Equipo de bombeo. Potencia de equipos de bombeo. Tipo y sección de cables a utilizar. Fuerza y control. Tipo de partidor. Desinfección y fluoruración. Especificaciones técnicas de construcción de pozos. Inspección Técnica de Obras(I.T.O.). Etapas críticas en la construcción de un pozo. 5.- MANTENCION DE POZOS (8) Generalidades. Pérdidas de Rendimiento. Disposición a Pagar. Métodos de Rehabilitación de Pozos. Incrustación. Incrustaciones Generadas por Procesos Químicos. Incrustaciones Generadas por Procesos Biológicos. Incrustaciones Generadas por Procesos Físicos. Tratamientos para la Incrustación. Control de Procesos Químicos. Control de Procesos Biológicos. Control de Procesos Físicos. Procedimientos de Aplicación de los Tratamientos. Aplicación de Ácidos. Aplicación de Shock de Cloro. Aplicación de Polifosfatos. Tratamiento Alternativo para las Incrustaciones. Etapas críticas en la rehabilitación de un pozo. 6.- ADMINISTRACIÓN DE RECURSOS HÍDRICOS (4) Generalidades. Administración Recursos Hídricos. Conceptos tradicionales de administración. Trabajo en equipo. Estándares. El día a día. Centralización. Campo de acción. Organigrama. Costos. Costo personal. Arriendo de vehículos. Equipos y Software. Normalización infraestructura. Estudios. Estructuración de costos. Beneficios. Ahorros asociados a despacho económico de pozos. Ahorros asociados a gestión en sistemas de bombeo. Estructuración de beneficios. Evaluación económica. Indicadores de gestión. Costo de producción subterránea. Número de fallas de equipos de bombeo. Disponibilidad de recursos.
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