“INGENIERÍA DE COSTAS”Presentado por:Bach. Ing. Luis Alexander García Caveroe-mail: [email protected] Web: www.ingenieriarecursoshidricos.com
Ingeniería de Recursos Hídricos
Organización para un Desarrollo Sostenible
CAPÍTULO 1:
PROPIEDADES DEL AGUA DE
MAR
INTRODUCCIÓN
El agua del mar es una solución de sales, por lo que sus propiedades físicas son muy diferentes de las del agua dulce y varían de acuerdo con la cantidad de sales que contenga.
Figura 1.1. Vista del mar desde el Salto del Fraile - Chorrillos. Fuente: Rafael García, 2007 en Google Earth, 2012.
Cloruro (Cl-) 55.07 Sodio (Na+) 30.62
Sulfato (SO42-) 7.72 Magnesio (Mg++) 3.68
Bicarbonato
(HCO3-)
0.4 Calcio (Ca++) 1.18
Bromuro (Br-) 0.19 Potasio (K+) 1.1
Flúor (F-) 0.01 Estroncio (Sr++) 0.02
Ácido bórico (H3BO3)
0.01
Aniones Cationes
Molécula no disociada
Tabla 1.1. Composición de solutos sólidos del agua del mar, cada uno
expresado como porcentaje del total. Fuente: Osorio Arias & Alvarez Silva,
2006.
El agua de mar es una disolución en agua (H2O) de muy diversas sustancias. Hasta los 2/3 de los elementos químicos naturales están presentes en el agua de mar, aunque la mayoría sólo como trazas.
COMPOSICIÓN
Salinidad
Conductividad Eléctrica
Temperatura
Densidad
Viscosidad
Tensión Superficial
Sonido en el Océano
Luz en el Océano
CARACTERISTICAS
La salinidad debe ser la suma de todas las sales disueltas en gramos por el kilogramo de agua de mar.
La salinidad media del océano es de 35 gramos de sales por kg de agua de mar, es decir, S=35 ppm (partes por mil).
La salinidad absoluta (SA), está en base a una
relación entre la clorinidad y la salinidad.
SALINIDAD
La salinidad práctica (S), en 1978, el Practical Salinity Scale, define la salinidad en términos de una razón o cociente de conductividades.
El valor de K igual a 1 corresponde exactamente, por definición, a una salinidad práctica igual a 35.
SALINIDAD
La conductividad eléctrica es la capacidad que tiene una sustancia para transmitir corriente a través de ella.
La conductividad se incrementa directamente en función a la salinidad, es decir, mientras más iones se encuentren en una solución, mayor será la conductividad y la salinidad.
CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA
Figura 1.2. Temperatura en la Superficie del Océano Pacífico. Fuente: National Oceanic and Atmospheric Administration, 2012.
TEMPERATURA
La temperatura tiene un gran poder termo estabilizante en el mar, depende de la cantidad de radiación solar que reciba y refleje.
Además, tiene gran influencia en las propiedades físicas de: densidad, viscosidad, tensión superficial, módulo de elasticidad, velocidad del sonido.
Es uno de los parámetros más estudiados, es fácilmente medible con termómetro, la cual se expresa siempre en la escala Celsius (ºC)
TEMPERATURA
Figura 1.3. Perfiles Típicos de Temperatura/Profundidad a Distintas Latitudes.
Fuente: Pickard, 1982 en Osorio Arias & Alvarez Silva, 2006.
TEMPERATURA
La densidad del agua del mar consiste en su peso derivado de la cantidad de masa de sales por unidad de volumen de agua, por lo que es directamente proporcional a su salinidad; en cambio, es inversamente proporcional a la temperatura siendo, a mayor temperatura, la densidad menor.
MAYOR SALINIDAD
MENOR TEMPERATURA
MAYOR DENSIDAD
DENSIDAD
La densidad también puede variar con la profundidad, por lo que se encuentra una estratificación del agua del mar, es decir, se presenta una separación horizontal de las capas de agua de diferente densidad.
La densidad oscila entre 1021 kg/m3 en la superficie y los 1070 kg/m3 a 10000 m de profundidad. Por conveniencia, es usual expresar sólo la cantidad definida por:
DENSIDAD
Figura 1.4. Perfiles Típicos de Densidad/Profundidad a Distintas Latitudes.
Fuente: Osorio Arias & Alvarez Silva, 2006.
DENSIDAD
La viscosidad se define físicamente como: “la facilidad con que puede intercambiarse energía cinética entre moléculas adyacentes”, esto es debido a la fricción interna que existe entre las moléculas de un fluido.
: Coeficiente de viscosidad dinámica
: Coeficiente de viscosidad cinemática
VISCOSIDAD
La viscosidad es afectada por dos variables: temperatura y salinidad. La viscosidad del agua aumenta con la salinidad, pero es más afectada por la disminución en temperatura.
Temp. Viscosidad Viscosidad Temp. Viscosidad Viscosidad
S = 0 o⁄oo S = 35 o⁄oo S = 0 o⁄oo S = 35 o⁄oo
10-6 m2/s 10-6 m2/s 10-6 m2/s 10-6 m2/s5 1.519 1.607 16 1.112 1.1926 1.472 1.561 17 1.084 1.1637 1.428 1.516 18 1.057 1.1358 1.386 1.474 19 1.031 1.1089 1.346 1.434 20 1.007 1.08210 1.308 1.395 21 0.983 1.05711 1.272 1.357 22 0.96 1.03312 1.237 1.321 23 0.938 1.00913 1.204 1.287 24 0.917 0.98814 1.172 1.254 25 0.896 0.96715 1.141 1.223 26 0.876 0.946
o Co C
Tabla 1.2. Relación Temperatura/Viscosidad en agua dulce y agua de mar. Fuente: Osorio Arias & Alvarez Silva, 2006.
VISCOSIDAD
Figura 1.5. Tensión Superficial. Fuente: Marina Nuñez, 2012.
TENSIÓN SUPERFICIAL
La energía sonora se propaga con facilidad en el agua, puede penetrar hasta las partes más profundas del océano y aún atravesar toda una cuenca oceánica. Si la fuente sonora es muy energética, también es posible penetrar las capas de sedimentos y rocas del fondo.
Una expresión matemática que se usa, para que se note el tipo de relación es:
EL SONIDO EN EL OCÉANO
Se debe tener precaución al utilizar el sonido en grandes distancias, ya que, se refleja y refracta con los cambios de propiedades del agua. Además, los cambios bruscos de densidad del agua, reflejan y refractan la señal, que a partir de un ángulo no puede penetrar.
Figura 1.6. Refracción y reflexión del sonido.
Fuente: Cifuentes Lemus et al., 2012.
EL SONIDO EN EL OCÉANO
Figura 1.7. Océano Pacífico 39° N 46° W. (A): Perfiles de salinidad y temperatura; (B): Correcciones a la velocidad del sonido debidas a la salinidad, temperatura y presión; (C): Velocidad resultante del sonido. Fuente: Pickard, 1982 en Osorio Arias & Alvarez
Silva, 2006.
EL SONIDO EN EL OCÉANO
Las propiedades físicas de la luz son: la reflexión, proceso por el que la superficie del agua del mar devuelve a la atmósfera una cantidad de luz que se transmite en el agua del mar; la absorción, o sea el grado de radiación retenida, y la turbidez, que consiste en la reducción de la claridad del agua por la presencia de materia suspendida.
Las características ópticas se producen debido a que el agua del mar presenta cierta transparencia, es decir, la posibilidad de dejar pasar la luz, transparencia que cambia conforme aumenta la profundidad, debido a los factores anteriormente mencionados.
LUZ EN EL OCÉANO
La transparencia del mar se mide usando un disco blanco de 30 centímetros de diámetro, llamado “Disco de Secchi”, y la transparencia media del agua oscila entre 1 y 66 metros de profundidad.
Figura 1.8. Disco de Secchi.Fuente: Cifuentes Lemus et al.,
2012.
LUZ EN EL OCÉANO
Figura 1.9. Espectro electromagnético y la transmisión de luz en el agua. Fuente: Lizano R., 2012.
LUZ EN EL OCÉANO
Figura 1.10. Variación de salinidad, temperatura y densidad del agua de superficie con la latitud.
Fuente: Pickard, 1982 en Osorio Arias & Alvarez Silva, 2006.
DISTRIBUCIÓN DE DENSIDAD, TEMPERATURA Y SALINIDAD
Temperatura ºC Salinidad o/oo
N. Atlántica 8 - 19 35.1 - 36.5
S. Atlántica 6 - 17 34.7 - 36.0
N. Pacífica 6 - 18 34.0 - 34.9
S. Pacífica 10 - 17 34.5 - 35.6
Índica 7 - 16 34.5 - 35.6
Atlán. Subártica 4 - 5 34.6 - 34.7
Pacíf. Subártica 3 -6 33.5 - 34.4
Subantártica 3 - 10 33.9 - 34.7
Ant. circumpolar 0 - 2 34.6 - 34.7
Ártica 3 - 5 34.7 - 34.9
N. pacífico 4 - 10 34.0 - 34.5
Antártica 3 - 7 33.8 - 34.7
Mediterránea 6 - 12 35.3 - 36.5
Mar rojo 8 - 12 35.1 - 35.7
N. atlántico 2 - 4 34.8 - 35.1
Antártica - 0.4 34.7
Masa de agua
Sup. Central
Sup. Altas Latitudes
Intermedias
Profundas y Fondo
Tabla 1.3. Principales Masas de Agua del Océano. Fuente: Osorio Arias & Alvarez Silva, 2006.
MASAS DE AGUA OCEÁNICAS
Cifuentes Lemus, J. L., Torres-García, P., & Frías M., M. (Diciembre de 2012). Propiedades Físicas del Agua del Mar. Obtenido de El Océano y sus Recursos III. Las Ciencias del Mar: Oceanografía Física, Matemáticas e Ingeniería: http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/17/htm/oceano.htm
Gonzáles Alvarez, S. A. (Diciembre de 2012). El Agua de Mar: ¿Qué la hace tan especial para la vida? Obtenido de Un Mar de cosas por Explorar: http://valoraciencia.ucn.cl/guia/06-profe-aguademar.pdf
Grupo de Ingeniería Oceanográfica y de Costas. (2000). Documento de referencia: Dinámicas (Vol. I). Santander: Universidad de Cantabria.
REFERENCIAS
Lizano R., O. G. (Diciembre de 2012). Propiedades Físicas del Agua de Mar. Obtenido de Topicos en Oceanografía Física: http://www.cimar.ucr.ac.cr/Oceonografia/capitulo4.pdf
Marina Nuñez, G. (Diciembre de 2012). Tensioactivos y objetos flotantes. Obtenido de Hablando de Ciencia: http://www.hablandodeciencia.com/articulos/2012/04/13/tensioactivos-tension-superficial/
National Oceanic and Atmospheric Administration. (Diciembre de 2012). Sea Surface Temperature (SST) Contour Charts. Obtenido de Office of Satellite and Product Operations: http://www.ospo.noaa.gov/Products/ocean/sst/contour/index.html
Osorio Arias, A. F., & Alvarez Silva, O. A. (2006). Introducción a la ingeniería de Costas. Medellín: Universidad Nacional de Colombia.
REFERENCIAS
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