El agua que brota del suelo parece francamente mágica. El agua que fluye cuesta arriba a través de las tuberías parece contradecir las leyes de la gravedad. Si bien estos pueden parecer eventos milagrosos, ocurren debido acabezal piezométrico o hidráulico.
Definición de cabeza piezométrica
Ladefinición de cabeza piezométricadel glosario de la Sociedad Meteorológica Estadounidense es "la presión que existe en un acuífero confinado". La la definición continúa indicando que la cabeza piezométrica "... es la elevación sobre un datum más la presión cabeza."
La superficie piezométrica se describe como "una superficie imaginaria o hipotética de la presión piezométrica o la carga hidráulica a lo largo de todo o parte de un acuífero confinado o semi confinado; análogo al nivel freático de un acuífero no confinado ".
Los sinónimos de cabeza piezométrica incluyen cabeza hidráulica y presión de cabeza hidráulica. La superficie piezométrica también se puede llamarsuperficie potenciométrica. La cabeza piezométrica es una medida de laenergía potencial del agua.
Lo que mide realmente la cabeza piezométrica
La cabeza piezométrica mide indirectamente la energía potencial del agua midiendo la altura del agua en un punto dado. La altura piezométrica se mide utilizando la elevación de la superficie del agua en un pozo o la altura del agua en una tubería vertical conectada a una tubería que contiene agua a presión.
La cabeza del piezómetro combina tres factores: la energía potencial del agua debido a la altura del agua por encima de un punto dado (generalmente nivel medio o medio del mar), cualquier energía adicional aplicada por presión y velocidad cabeza.
La presión puede deberse a la gravedad, como ocurre con el flujo a través de las tuberías en una presa hidroeléctrica, o por confinamiento, como en un acuífero confinado. La ecuación para calcular la cabeza se puede escribir como cabezahes igual a la altura de elevaciónzmás cabezal de presiónΨmás cabeza de velocidadv.
h = z + \ Psi + v
La altura de la velocidad, si bien es un factor importante en los cálculos de flujo de tuberías y bombas, es insignificante en los cálculos de la altura piezométrica del agua subterránea porque la velocidad del agua subterránea es muy lenta.
Determinación de la altura piezométrica en aguas subterráneas
La determinación de la altura piezométrica se logra midiendo la elevación del nivel del agua en un pozo. Los cálculos piezométricos de altura total en aguas subterráneas utilizan la fórmulah = z + Ψdóndehsignifica la altura total o altura del nivel del agua subterránea por encima del datum, generalmente el nivel del mar, mientras quezrepresenta la altura de elevación yΨrepresenta la cabeza de presión.
La cabeza de elevación,z, es la altura del fondo de un pozo por encima del datum. El cabezal de presión es igual a la altura de la columna de agua por encimaz. Para un lago o estanque,Ψes igual a cero, por lo que la altura hidráulica o piezométrica simplemente es igual a la energía potencial de la altura de la superficie del agua por encima del punto de referencia. En un acuífero no confinado, el nivel del agua en el pozo será aproximadamente igual al nivel del agua subterránea.
Sin embargo, en los acuíferos confinados, el nivel del agua en los pozos se eleva por encima del nivel de la capa de roca confinante. La altura total se mide directamente en la superficie del agua del pozo. Restando la elevación del fondo del pozo de la elevación de la superficie del agua se obtiene la altura de presión.
Por ejemplo, la superficie del agua en un pozo se encuentra a una altura de 120 pies sobre el nivel medio del mar. Si la elevación en el fondo del pozo se encuentra a 80 pies sobre el nivel medio del mar, entonces la altura de presión es igual a 40 pies.
Cálculo de la altura piezométrica en represas hidroeléctricas
La definición de presión piezométrica muestra que la energía potencial en la superficie de un reservorio es igual a la elevación de la superficie del lago por encima de un datum. En el caso de una presa hidroeléctrica, el datum utilizado puede ser la superficie del agua justo debajo de la presa.
La ecuación de altura total se simplifica a la diferencia de elevación desde la superficie del depósito y la superficie del flujo de salida. Por ejemplo, si la superficie del embalse está a 200 pies sobre el nivel del río inmediatamente debajo de la presa, la carga hidráulica total es igual a 200 pies.