Contenido
- Definición de cabeza piezométrica
- Qué mide realmente la cabeza piezométrica
- Determinación de la cabeza piezométrica en aguas subterráneas
- Cálculo de la cabeza piezométrica en represas hidroeléctricas
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 a cabeza piezométrica o hidráulica.
Definición de cabeza piezométrica
los definición de cabeza piezométrica del glosario de la American Meteorological Society es "la presión que existe en un acuífero confinado". La definición continúa al afirmar que la cabeza piezométrica "... es la elevación sobre un dato más la cabeza de presión".
La superficie piezométrica se describe como "una superficie imaginaria o hipotética de la presión piezométrica o la cabeza hidráulica en todo o parte de un acuífero confinado o semiconfinado; análogo a la capa freática de un acuífero no confinado".
Los sinónimos de cabeza piezométrica incluyen cabeza hidráulica y presión de cabeza hidráulica. La superficie piezométrica también puede llamarse superficie potenciométrica. La cabeza piezométrica es una medida de la energía potencial del agua.
Qué 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 cabeza piezométrica se mide usando la elevación de la superficie del agua en un pozo o la altura del agua en una tubería vertical unida a una tubería que contiene agua a presión.
La cabeza del piezómetro combina tres factores: la energía potencial del agua debido a la altura de las aguas por encima de un punto dado (generalmente el nivel medio o medio del mar), cualquier energía adicional aplicada por la presión y la cabeza de la velocidad.
La presión puede deberse a la gravedad, como con el flujo a través de las tuberías en una presa hidroeléctrica, o por confinamiento, como en un acuífero confinado. La ecuación para calcular cabeza se puede escribir como cabeza h es igual a la altura de elevación z más cabezal de presión Ψ cabeza de velocidad plus v.
h = z + Ψ + v
El cabezal de velocidad, si bien es un factor importante en los cálculos de flujo de tuberías y bombas, es insignificante en los cálculos del cabezal piezométrico del agua subterránea porque la velocidad del agua subterránea es muy lenta.
Determinación de la cabeza piezométrica en aguas subterráneas
La determinación de la cabeza piezométrica se logra midiendo la elevación del nivel del agua en un pozo. Los cálculos de la cabeza total piezométrica en aguas subterráneas usan la fórmula h = z + Ψ dónde h significa altura total o altura del nivel del agua subterránea por encima del nivel de referencia, generalmente el nivel del mar, mientras z representa la cabeza de elevación y Ψ representa la cabeza de presión.
La cabeza de elevación, z, es la altura del fondo de un pozo por encima del dato. El cabezal de presión es igual a la altura de la columna de agua arriba z. Para un lago o estanque, Ψ es igual a cero, por lo que la cabeza hidráulica o piezométrica simplemente es igual a la energía potencial de la altura de la superficie del agua por encima del dato. En un acuífero no confinado, el nivel del agua en el pozo será aproximadamente igual al nivel del agua subterránea.
Sin embargo, en acuíferos confinados, el nivel del agua en los pozos se eleva por encima del nivel de la capa de roca confinada. La altura total se mide directamente en la superficie del agua en el pozo. Restando la elevación del fondo del pozo de la elevación de la superficie del agua se obtiene la presión de carga.
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 cabeza 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 sobre un dato. En el caso de una presa hidroeléctrica, el dato utilizado puede ser la superficie del agua justo debajo de la presa.
La ecuación de la cabeza total se simplifica a la diferencia de elevación desde la superficie del depósito y la superficie de salida. Por ejemplo, si la superficie del embalse está a 200 pies sobre el nivel del río inmediatamente debajo de la presa, la altura hidráulica total es igual a 200 pies.