Manual de Pozos Profundos Agua

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    PRODUCTOS Y SERVICIOS HIDRAULICOS, S. A. DE C. V. 1

    Manual de Pozos Profundos de Agua

    Productos y ServiciosProductos y ServiciosProductos y ServiciosProductos y Servicios HidrulicosHidrulicosHidrulicosHidrulicos S. A. de C.V.S. A. de C.V.S. A. de C.V.S. A. de C.V.

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    INDICE

    Introduccin 3

    Pozo profundo de agua 4

    Estudio de Geofsica.. 4

    Permisos y Tramites ante la CONAGUA 4

    Construccin (perforacin de pozo).......... 5

    Equipo de bombeo......... 7

    Mantenimiento......... 8

    Rehabilitacin qumica. 9

    Prensa electro hidrulica..10

    Videograbacin de pozos.11

    Bombas sumergibles y verticales tipo turbina..11

    Diseo de pozo12

    Diagrama bomba sumergible.13

    Diseo tren de descarga14

    Bibliografa.15

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    INTRODUCCIN

    El agua siempre ha sido parte de los procesos naturales e inherentes del hombre, desde su consumo, e higiene hasta su uso industrial, el destino de la humanidad siempre ha y estar entrelazado con una demanda constante y creciente del vital lquido. Para satisfacer dichas demandas el hombre ha buscado asentarse cerca de los cuerpos de agua y cuando eso no fue suficiente se transport el agua desde lejos. Con el nacimiento de la tecnologa para la bsqueda de petrleo, los ingenieros se dieron cuenta de la explotacin del agua del subsuelo era factible. Dichos diseos han ido evolucionando a lo largo del siglo pasado para llegar a los que son en la actualidad. Los pozos profundos de agua (PPA) son una obra de ingeniera hidrulica diseada para cubrir las necesidades de agua de una comunidad o varias, as como las necesidades de la industria, sin la necesidad de acarrear el agua grandes distancias, a nivel superficial y todo lo que ello implica, por lo cual los PPA son, sin llegar a la sobreexplotacin de los acuferos, una solucin para las necesidades mas inmediatas de dotacin y abasto de agua potable, la cual; la mayor parte de las veces, viene con una calidad aceptable para el consumo poblacional e industrial. En los pozos profundos de agua deben encontrarse los siguientes elementos (figura 1): ADEME: tubo que recubre y protege la integridad de la obra (PPA) usualmente se utiliza acero al carbn bajo norma ASTM A 53 grado B aunque tambin puede ser usada tubera de PVC, dependiendo de las caractersticas qumicas del agua. La tubera de ademe se divide en: tubera lisa y tubera ranurada. Como su nombre las describe, la tubera lisa es recta y se utiliza en las zonas en que no va a haber ningn tipo de absorcin o flujo de agua, por el contrario la tubera ranurada es la que permite el paso del agua hacia la construccin del pozo profundo de agua. PROFUNDIDAD TOTAL: Es determinada por un estudio de geofsica el cual toma en cuenta los siguientes factores:

    Nivel de aguas freticas en la zona de estudio

    Niveles de contaminacin en la zona de estudio

    El manto acufero del cual se quiere extraer. CONTRADEME SANITARIO: Tubera de dimetro mayor al de ademe y es usada para encasquillar/formar una proteccin de ndole ecolgica, en caso de que existiera algn tipo de contaminacin. TUBERA DE COLUMNA. Tubo que se acopla al equipo de bombeo y es el conductor del gasto, los tubos usualmente miden 3.05 o 6.10 m de largo, los dimetros varan dependiendo de las necesidades individuales de gasto y del pozo. La tubera se rosca por medio de coples. CABLE SUMERGIBLE. Es el medio de alimentacin elctrica para el motor del equipo de bombeo , existiendo diferentes medidas para cubrir las necesidades de amperaje requeridas por el proyecto.

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    POZO PROFUNDO DE AGUA

    CONSTRUCCIN: Para poder iniciar una obra de perforacin se deben tomar en cuenta los siguientes puntos:

    ESTUDIO DE GEOFISICA. Consiste en evaluar las caractersticas geohidrolgicas del subsuelo, la finalidad especfica del estudio consiste en determinar las posibilidades de explotacin de agua del subsuelo, por medio de la perforacin de un pozo profundo. Con base en lo anterior, localizar el mejor sitio para llevar a cabo la perforacin de dicho pozo, proponiendo la profundidad del mismo y los dimetros a los que deber programarse la obra. Determinar la situacin que actualmente presenta el Acufero en cuestin, dentro del territorio que ocupan los predios ejidales, partiendo de la informacin del subsuelo y de los pozos cercanos que actualmente se encuentran en explotacin. Establecer las caractersticas geolgico-estructurales y estratigrficas que gobiernan el comportamiento del agua subterrnea dentro de la zona de estudio. Plantear las bases para la obtencin de un modelo conceptual de funcionamiento del acufero, ubicando la ocurrencia y el movimiento del agua subterrnea, de tal manera que se fundamente la perforacin de un nuevo pozo para uso agrcola. Es importante considerar la dotacin y el gasto mnimo requerido por el proyecto, pues el estudio puede darnos avances acerca de la capacidad de satisfaccin de las necesidades del diseo.

    PERMISOS Y TRMITES (CONAGUA)

    La Comisin Nacional del Agua tiene a su cargo la administracin y custodia de las aguas nacionales y sus bienes pblicos inherentes, cuyo uso, aprovechamiento y explotacin realizan los diferentes usuarios mediante un ttulo de concesin o asignacin que les otorga la propia Comisin. Es importante comentar que el ciudadano puede realizar sus trmites en las ventanillas nicas que la Comisin Nacional del Agua ha instalado en sus oficinas por todo el pas. La direccin de cada ventanilla se puede consultar en el apartado Ventanillas de atencin. Una vez recibida su solicitud, el Organismo de Cuenca o Direccin Local de la Comisin Nacional del Agua en cuyo mbito geogrfico se ubique el aprovechamiento o la descarga, emite el dictamen correspondiente y en caso de ser positivo, expide el ttulo de concesin o asignacin y el permiso de descarga que corresponda y se procede a su incorporacin en el Registro Pblico de Derechos de Agua.

    Concesiones o asignaciones para la explotacin, uso o aprovechamiento de las aguas de propiedad nacional: no ser menor de 5 aos ni mayor de 30 aos. Certificados de calidad del agua: Vlidos por el perodo del ejercicio fiscal por el que se expiden.

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    En este apartado se puede consultar la informacin pblica relativa a las concesiones, asignaciones y permisos que ha otorgado la Institucin. La consulta se puede realizar de diversas maneras, bien sea por nombre del titular, municipio o Estado donde se ubica el aprovechamiento o la descarga o por nmero de ttulo. Para obtener con mayor rapidez la informacin deseada, se sugiere realizar bsquedas combinadas. Se incluye tambin la informacin relativa a las visitas de inspeccin que realiza la Comisin Nacional del Agua para verificar que los usuarios cumplen con lo estipulado en sus concesiones, asignaciones y permisos que les han sido otorgados.

    CONSTRUCCIN (PERFORACIN)

    PRELIMINARES.

    Desmontaje y preparacin del terreno para la colocacin de la maquina perforadora en el punto previamente seleccionado.

    En el caso de que se utilizara una maquina perforadora tipo rotaria, se debe excavar una fosa de lodos en la cual se da viscosidad al lodo bentontico el cual es inyectado en la perforacin. Se hacen los preparativos para preparar la obra, considerando que la duracin de la construccin puede variar entre seis y diez meses, dependiendo de los tipos de materiales que se vayan perforando.

    PERFORACIN EXPLORATORIA: En est etapa se perfora con una broca de dimensiones especificas (10 14) para determinar por medio del muestreo las condiciones geolgicas reales del punto seleccionado, al concluir la perforacin exploratoria, se deber correr un registro elctrico para confirmar las capacidades hidrolgicas del punto seleccionado, si estos resultados son los esperados para cumplir con el gasto de diseo se continua con el proceso de terminacin. AMPLIACIN DE LA PERFORACIN La ampliacin de la perforacin incluye dimensiones que van de 15 a 32, estos pueden variar dependiendo de las dimensiones finales que se vayan a requerir en el proyecto. Se lleva a cabo para dar el dimetro final de diseo de acuerdo a la capacidad o volumen a extraerse.

    TUBERIAS

    ADEME: Tubo que recubre y protege la integridad de la obra (PPA) usualmente se utiliza acero al carbn bajo norma ASTM A53 grado B aunque tambin puede ser usada tubera de PVC, dependiendo de las caractersticas qumicas del agua. La tubera de ademe se divide en: tubera lisa y tubera ranurada, como su nombre las describe, la tubera lisa es recta y se utiliza en las zonas en que no va a haber ningn tipo de absorcin o flujo de agua, por el contrario la tubera ranurada es la que permite el paso del agua hacia la construccin del pozo profundo de agua, el tamao del cedazo dentro de la tubera ranurada es determinado por la granulometra del suelo perforado (cuyos registros se llevan por el proceso de muestreo). Generalmente se utilizan dimetros de ademe de entre 8 a 14 de dimetro.

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    ENTUBACION: Proceso de insercin de la tubera de ademe dentro del pozo, es la espina dorsal del proyecto siendo lo que va a evitar que haya algn tipo de colapso y permitiendo la formacin de un filtro de grava. Dentro de dicho proceso la unin de los tubos (que generalmente vienen en longitudes de seis metros) tiende a ser la parte ms sensible dentro de dicho proceso, por lo cual debe efectuarse con un doble cordn de soldadura, para garantizar su durabilidad durante la vida til de la obra.

    FILTRO DE GRAVA: La seccin anular entre la perforacin y las tuberas se rellena con grava para la formacin de un filtro que permita mejorar la calidad de agua que es explotada del acufero, impidiendo el paso de partculas hacia el interior del pozo. La grava utilizada puede ser natural de ro o slica y es seleccionada en diferentes medidas dependiendo de la granulometra mostrada en los muestreos obtenidos durante la perforacin.

    FINALIZACIN DEL POZO

    DESARROLLO DEL POZO: Es una actividades primordial en la construccin del pozo, que generalmente se repite varias veces a lo largo de su vida til, como parte de los trabajos de mantenimiento y rehabilitacin que todo pozo requiere, pues una vez que est fuera de operacin y habiendo movido hasta l un equipo de rehabilitacin, es absurdo no desarrollar el pozo, dada la mejora que experimenta en la mayora de los casos. Se llama desarrollo a la serie de acciones de carcter fsico o qumico, tendientes a lograr una mejor eficiencia. OBJETIVOS DEL DESARROLLO: Por varias razones, el desarrollo es un procedimiento fundamental para la terminacin de un pozo nuevo y mejora sustancialmente el funcionamiento, de uno usado, sobre todo si la construccin del mismo no fue tcnicamente aceptable. Generalmente, mediante el desarrollo se logran uno o varios de los siguientes objetivos: Mejorar la capacidad especfica del pozo al limpiar las ranuras del cedazo y el filtro, adems de mejorar la permeabilidad del acufero en el entorno de la zona filtrante. Estabilizar la formacin arenosa alrededor del pozo, retardando su entrada a l, aun cuando el diseo del filtro no fuera el adecuado. Se ha observado que pozos bien desarrollados, en zonas con aguas incrustantes o corrosivas, tienen una vida til ms prolongada que aquellos que no fueron desarrollados. En pozos perforados con mquina rotaria directa y Iodos bentonticos, el desarrollo es la nica posibilidad de eliminar el enjarre de lodo, que disminuye la permeabilidad en el entorno del pozo.

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    AFORO: La prueba de aforo tiene por objeto establecer cual es el caudal ptimo al que se debe explotar de un pozo. Es la operacin que culmina la construccin del mismo, pero es tambin una operacin de rutina en la rehabilitacin de pozos, ya que, por lo general, los pozos rehabilitados cambian sus condiciones de operacin y por consecuencia es necesario conocerlo. En un aforo se pueden diferenciar dos tipos de actividades: 1) Las de instalacin, operacin y desmantelamiento de la bomba, (se tratan en este manual) 2) Los anlisis e interpretacin de los resultados de la prueba. EQUIPO DE BOMBEO En los aforos se emplean tradicionalmente bombas tipo turbina y mas recientemente bombas tipo sumergibles, siempre y cuando sean capaces de alcanzar diversidad en sus velocidades, por lo general entre 900 R.P.M y 2000 R.P.M. para las turbina; 2800 R.P.M. y 3500 R.P.M. para las sumergibles La columna debe tener la longitud necesaria para que la bomba no succione aire al abatirse el nivel dinmico. Adems de la bomba, se debe contar con un tacmetro de contacto, una sonda, preferentemente elctrica, con cable suficiente, y un dispositivo de medicin de caudal, que consiste, por lo general, en un tubo con orificio calibrado y piezmetro. Para realizar el aforo, se debe seleccionar una bomba capaz de entregar un caudal del orden del 30 % superior al esperado para operar el pozo. El resultado nos sirve para hacer una eleccin de equipo de bombeo considerando la mejor eficacia y eficiencia.

    RECOMENDACIONES

    Es importante considerar los siguientes conceptos y tenerlos en cuenta para monitorear las condiciones y evolucin de la construccin. PROFUNDIDAD TOTAL: Conforme pasa el tiempo las partculas en el agua se precipitan al fondo del pozo por lo que se genera un azolve, el cual va quitando profundidad a la construccin, por lo cual es importante saber el dato original y dar seguimiento del mismo. NIVEL ESTATICO: Nivel donde se encuentra el agua, coincide regularmente con el nivel de aguas freticas. NIVEL DINAMICO: Cuando el equipo de bombeo es puesto en operacin se hace una nueva medicin de nivel el cual nos permite determinar el nivel de abatimiento en el pozo y si la bomba fue instalada a una correcta profundidad.

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    MANTENIMIENTO. MANIOBRAS DE MONTAJE Y DESMONTAJE: Para esta actividad se requiere herramienta especializada, personal especializado y equipo de transporte, las bombas para extraerse o montarse llegan a pesar hasta 20 toneladas y se extraen por secciones de 3 a 6 metros, con las bombas se instala equipo de medicin de niveles como son: sondas neumticas y elctricas. DESMONTAJE O DESINSTALACION

    Revisin tableros y equipo de bombeo Quitar corriente del equipo de bombeo Desmontaje del tren de descarga (si es necesario) Estacionar e instalar tripie de camin gra Desconectar el equipo de bombeo Empezar a levantar la bomba Se usan abrazaderas a los coples para sostener la columna Se utiliza un elevador para levantar la columna por medio de la cadena del diferencial y/o malacate del camin

    gra. Con dos caimanes (uno arriba y uno abajo) se da fuerza y sostiene respectivamente la tubera para desacoplar

    los tubos de la columna. Debe extremarse precaucin con el cable sumergible Se prosigue hasta desinstalar toda la columna y el equipo de bombeo

    MONTAJE O INSTALACION

    Revisin tableros y equipo de bombeo Desmontaje del tren de descarga (si es necesario) Estacionar e instalar tripie de camin-gra Conexin del equipo de bombeo (mufa de empalme de cable sumergible) Empezar a descender la bomba Se usan abrazaderas para los coples y sostener la columna Se utiliza un elevador para levantar la columna por medio de la cadena del diferencial o malacate del camin

    gra. Con dos caimanes (uno arriba y uno abajo) se da fuerza y sostiene respectivamente la tubera para acoplar los

    tubos de la columna. Debe extremarse precaucin con el cable sumergible Se prosigue hasta instalar toda la columna y el equipo de bombeo Se energiza el equipo de bombeo Se hacen pruebas verificando datos del pozo y del equipo de bombeo.

    REHABILITACION DE POZOS Para esta actividad y dependiendo de las circunstancias propias que se presenten en cada pozo, despus de un anlisis de ingeniera, se dispone el tipo de tratamiento que requiere el pozo. Para el desazolve, cepillamiento o pistoneo se requiere un equipo de perforacin o malacate, para una desincrustacin, puede requerirse un sistema de explosivos sonicos o productos qumicos. Para el arreglo de las tuberas, utilizamos la prensa electro hidrulica que plancha y rectifica, colocando una camisa, para evitar se siga deteriorando el pozo o ademe.

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    Desarrollos con pistoneo: El equipo necesario es una perforadora de percusin provista de pistn, cuchara y una sarta de perforacin adecuada. Por consiguiente, resulta el mtodo ms adecuado para el desarrollo de pozos perforados con equipo de percusin. Dado que aun perforadoras pequeas pueden realizar el trabajo, con ciertas limitaciones y por la abundancia de estos equipos, resulta un sistema muy popular para la rehabilitacin de pozos. La rehabilitacin mecnica tambin puede ser ejecutada con una maquina de perforacin de tipo pulseta. la diferencia entre esta y el malacate elctrico es el peso de la herramienta de perforacin es mayor.

    REHABILITACIN QUMICA

    TRATAMIENTO CON POLIFOSFATOS

    Los polifosfatos, comnmente conocidos como dispersores o dispersantes de arcillas, son agentes tensoactivos, similares a los detergentes, pero menos espumantes, que tienen la propiedad de separar los aglomerados de partculas, si se hace intervenir una fuerte agitacin. El ms usual es el hexametafsfato de sodio, aunque tambin se utilizan otros polifosfatos, como el tetrapirofsfato sdico, el septafsfato sdico y el tripolifosfato sdico. El cloro se deposita activo al agua del pozo, con objeto de que mate las bacterias y elimine el limo orgnico asociado. La acidificacin tambin mata las bacterias, pero no elimina el limo orgnico. El cloro se puede aplicar como gas disuelto previamente en el agua o directamente, pero el medio ms fcil y seguro es su manejo como hipoclorito clcico, en estado puro o disuelto en agua. Se precisan concentraciones de cloro activo, en el pozo, de 100 a 200 P.P.M., y como mximo 500 P.P.M. Para el clculo de las concentraciones se cbica el agua en el pozo. El hipoclorito clcico tiene un 70 % de cloro activo. Bajo estas premisas, para preparar soluciones para un metro cbico de agua se requieren las siguientes cantidades de hipoclorito clcico: Concentracin de 100 P.P.M.: 143 gr Concentracin de 200 P.P.M.: 286 gr Concentracin de 300 P.P.M.: 429 gr Concentracin de 400 P.P.M.: 571 gr Concentracin de 500 P.P.M.: 715 gr Si se desea que la Cloracin sea efectiva, conviene repetir el tratamiento 3 o 4 veces. En caso de que no fuera posible la utilizacin del hipoclorito de calcio, puede emplearse el hipoclorito de sodio, el cual se obtiene fcilmente en forma de blanqueador de ropa (leja). la mayor parte de las presentaciones comerciales de este producto contienen un 5 % de cloro activo, aunque la mxima concentracin puede llegar a un 20 %. CONSISTE EN LO SIGUIENTE:

    Rehabilitacin mecnica con malacate Montaje de tripie o camin gra, colocacin de diferencial Rehabilitacin qumica de polifosfato (dispersor de arcillas)

    Se utiliza dispositivo mecnico cuchara para extraer el azolve del pozo. El cepillo se utiliza para la limpieza mecnica del cedazo de la tubera ranurada para el libre paso del agua hacia

    la estructura del pozo. Este proceso se efecta de 2 a 3 das dependiendo de las condiciones particulares del pozo. Desinfeccin del pozo y equipo de bombeo siguiendo la norma NOM-004cna-1996, se debe aplicar una solucin

    de 200 mg/l como mnimo de acuerdo al volumen estimado en el pozo.

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    TRABAJO DE PRENSA ELECTRO HIDRAULICA

    Es una herramienta que consta de tres gajos que se pueden abrir y cerrar al ser accionados por un pistn al que se le aplica la presin con una bomba hidrulica. Este conjunto es el que se introduce al pozo y recibe la energa necesaria a travs de un cable conductor elctrico, que a su vez recibe la corriente de un generador con motor de combustin interna. Se ejerce una fuerza de hasta 150 toneladas lineales. La prensa se baja hasta la profundidad donde se presenta la falla, por medio de flechas de bomba o con cable y es capaz de ejercer presiones suficientes para que las deformaciones o las puntas del ademe roto vuelvan a su posicin original, generalmente esto se logra despus de repetir la maniobra varias veces. Con estas maniobras se logra un efecto similar al que se consigue con un trompo. Una vez que se enderez el ademe roto o colapsado, se procede a colocar una camisa de lmina (8 mm) cuyo dimetro exterior corresponde al interior del ademe que se pretende reparar. La camisa lleva unas estras o canales con el fin de disminuir el dimetro durante el descenso de la herramienta y permitir que sea alcanzada la profundidad requerida. Cuando se aplica presin, los canales se planchan y la camisa alcanza su dimetro definitivo (Figura 3.7). Las camisas tienen una longitud aproximada de un metro y conviene soldar, en el permetro superior e inferior de ellas, cuatro tuercas, que al ser incrustadas en el ademe original, por la presin de la prensa, incrementan la adherencia entre camisa y ademe. Para la instalacin de una camisa, se monta sta en la prensa hidrulica cerrada, empleando un cable, que en la primera vez que se accione la prensa se rompe, dejando adherida la camisa al ademe, por medio de las tuercas y la friccin; la prensa se vuelve a accionar hasta dejar completamente adherida la camisa. PRENSA

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    VIDEOGRABACION DE POZOS La video grabacin de pozos, se ha convertido en la herramienta principal en la rehabilitacin de pozos profundos para la explotacin del agua, se requiere de un equipo especial mvil, que permita reconocer toda la extensin del pozo, para este trabajo se utiliza una camioneta que contiene el equipo de video grabacin completo, que con autogenerador produce la corriente necesaria para hacer una toma en cualquier lugar, se baja la cmara (que es de acero inoxidable), dentro del pozo mediante un malacate elctrico especial, la imagen se registra en un panel de imagen de alta resolucin, grabndose de inmediato y en color que vamos observando en el monitor con esta informacin se determina un diagnostico de las condiciones del pozo.

    Estacionar camionera con equipo de video grabacin cerca del pozo Montar brazo para el paso del cable sumergible y cmara en cada libre hacia el pozo Se enciende la cmara y el equipo de video grabacin Se baja la cmara mientras se hace un reporte diagnostico del pozo Una vez alcanzada la profundidad total o actual.

    BOMBAS SUMERGIBLES Y VERTICALES TIPO TURBINA Para la aplicacin de bombas se hace un calculo de ingeniera, determinando, caudal, alturas de extraccin y de distancia para llevar el agua, potencia de consumo, etc. la seleccin se hace con la ayuda de curvas predeterminadas con relacin carga-gasto-potencia-eficiencia, siempre considerando todas las marcas disponibles, al autorizarse las propuestas se solicitan a la fbrica la cual procesa el pedido. Al entregarse los equipos se acompaan de las pruebas de laboratorio para confirmar sus capacidades tcnicas Los equipos de bombeo se complementan por partes maquinadas por nosotros como son: columnas, flechas tuberas etc. los equipos de bombeo necesitan tambin arrancadores automticos y manuales a voltaje reducido o tensin completa, subestaciones industriales y de tipo rural suministrndose transformadores. Para casos en que la produccin de slidos rebase la norma de manera considerable se utilizan separadores o filtros. En el caso de que el agua presente caractersticas qumicamente agresivas o depsitos corrosivos se utilizan materiales alternativos como: acero inoxidable o PVC. OPERACIN Y MANTENIMIENTO Las bombas sumergibles no requieren mantenimiento en el lugar, es recomendable hacer inspecciones peridicas y una bitcora semanal que permita conocer cinco datos de suma importancia:

    Voltaje o Tensin con que opera la bomba.

    Amperaje o carga del motor.

    Nivel Dinmico.

    Muestreo de Agua (calidad).

    Ruidos anormales o vibracin. La Bitcora es fundamental para la deteccin temprana de problemas en el sistema de bombeo y la planeacin oportuna de los mantenimientos preventivos.

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    BIBLIOGRAFA www.conagua.gob.mx/ocavm/espaniol Comisin Nacional del Agua, MANUAL DE AGUA POTABLE, ALCANTARILLADO Y SANEAMIENTO REHABILITACIN DE POZOS, Diciembre de 2007, www.cna.gob.mx W.Raul Alfaro Rejn, REHABILITACIN DE POZOS, Colegio de Ingenieros Gelogos de Mxico. Manuel Viejo Zubicaray, BOMBAS TEORA, DISEO Y APLICACIONES, Editorial Limusa, Mxico D.F., 1983 Comisin Nacional del Agua, MANUAL DE INCREMENTO DE EFICIENCIA FSICA, HIDRULICA Y ENERGTICA EN SISTEMAS DE AGUA POTABLE Noviembre 2009 www.conagua.gob.mx

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