Propiedades del Agua de Mar

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    14-Jun-2015

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Manual introductorio a la Ingeniera de Costas. Cap 1: Propiedades del Agua de Mar (Composicin, Salinidad, Conductividad Electrica, Temperatura, Densidad, Viscocidad, Tensin Superficial, Sonido y Luz en el Ocano)

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<ul><li> 1. Ingeniera deRecursos Hdricos Organizacin para un Desarrollo SostenibleINGENIERA DE COSTAS Presentado por:Bach. Ing. Luis Alexander Garca Caveroe-mail: lgarcia.ingc@gmail.com Sitio Web: www.ingenieriarecursoshidricos.comLIMA PER 2012</li></ul><p> 2. CAPTULO 1PROPIEDADES DELAGUA DE MAR 3. INDICE GENERALINDICE GENERAL ............................................................................................................................. IIIPROLOGO ........................................................................................................................................ IVLISTADO DE TABLAS ......................................................................................................................... VLISTADO DE FIGURAS ....................................................................................................................... VCAPTULO 1: PROPIEDADES DEL AGUA DE MAR ............................................................................... 61.INTRODUCCIN ............................................................................................................................ 62.COMPOSICIN DEL AGUA DEL MAR ........................................................................................................ 63.SALINIDAD ........................................................................................................................................ 73.1 CONDUCTIVIDAD ELECTRICA ........................................................................................................ 94.TEMPERATURA ........................................................................................................................... 105.DENSIDAD ...................................................................................................................................... 126.VISCOSIDAD .................................................................................................................................... 137.TENSIN SUPERFICIAL ................................................................................................................ 158.EL SONIDO EN EL OCANO .................................................................................................................. 169.LUZ EN EL OCANO...................................................................................................................... 1910. DISTRIBUCION DE LA DENSIDAD, TEMPERATURA Y SALINIDAD..................................................................... 2211. PRINCIPALES MASAS DE AGUA OCENICAS ................................................................................ 23REFERENCIAS ................................................................................................................................. 24III 4. PROLOGOEl presente documento es el Captulo 1. Propiedades del Agua de Mar, quees uno de los textos que se estn elaborando, con el objetivo principal: Ofrecer un paquete de informacin base, para que el usuario pueda seguir un lineamiento de estudio sobre la ingeniera de costas.El tema de Ingeniera de Costas no podra ser mejor ni ms oportunamenteescogido, puesto que el control de las zonas costeras y por lo tanto, lasestructuras necesarias para dicho control, son tareas vinculadas desdeantao, y hoy ms que nunca, al desarrollo de nuevos proyectos.En esta rama de la ingeniera, se ha venido utilizando recursos informticoslos cuales permiten resolver diferentes problemas con mayor precisinmediante clculos analticos, pero tambin es cierto, que es indispensable laexperiencia y el buen criterio del ingeniero para dar dichos resultados comofiables. IV 5. LISTADO DE TABLASCAPTULO 1TABLA 1.1. COMPOSICIN DE SOLUTOS SLIDOS DEL AGUA DEL MAR, CADA UNO EXPRESADO COMO PORCENTAJE DEL TOTAL. FUENTE: OSORIO ARIAS &amp; ALVAREZ SILVA, 2006. ......................................................................... 7TABLA 1.2. RELACIN TEMPERATURA / VISCOSIDAD EN AGUA DULCE Y AGUA DE MAR. FUENTE: OSORIO ARIAS &amp; ALVAREZ SILVA, 2006 .......................................................................................................... 14TABLA 1.3. PRINCIPALES MASAS DE AGUA OCENICAS.FUENTE: OSORIO ARIAS &amp; ALVAREZ SILVA, 2006. ...................................................................................................................... 23LISTADO DE FIGURASCAPTULO 1FIGURA 1.1. PERFILES TPICOS DE TEMPERATURA/PROFUNDIDAD A DISTINTAS LATITUDES.FUENTE: PICKARD, 1982 EN OSORIO ARIAS &amp; ALVAREZ SILVA, 2006 .................................................................... 11FIGURA 1.2. TEMPERATURA EN LA SUPERFICIE DEL OCANO PACIFICO COSTAS DE PER. FUENTE: NATIONAL OCEANIC AND ATMOSPHERIC ADMINISTRATION, 2012. ............................................................ 11FIGURA 1.3. PERFILES TPICOS DE DENSIDAD/PROFUNDIDAD A DISTINTAS LATITUDES.FUENTE: OSORIO ARIAS &amp; ALVAREZ SILVA, 2006 .......................................................................................................... 13FIGURA 1.4. TENSIN SUPERFICIAL.FUENTE: MARINA NUEZ, 2012. ............................................................................................................................................ 15FIGURA 1.5. REFRACCIN Y REFLEXIN DEL SONIDO.FUENTE: CIFUENTES LEMUS ET AL., 2012 ......................................................................................................................... 17FIGURA 1.6. OCANO PACFICO 39 N 46 W. (A): PERFILES DE SALINIDAD Y TEMPERATURA; (B): CORRECCIONES A LA VELOCIDAD DEL SONIDO DEBIDAS A LA SALINIDAD, TEMPERATURA Y PRESIN; (C): VELOCIDAD RESULTANTE DEL SONIDO. FUENTE: PICKARD, 1982 EN OSORIO ARIAS &amp; ALVAREZ SILVA, 2006. ........................................... 19FIGURA 1.7. DISCO DE SECCHI.FUENTE: CIFUENTES LEMUS ET AL., 2012. ...................................................................................................................................... 20FIGURA 1.8. ESPECTRO ELECTROMAGNTICO Y LA TRANSMISIN DE LUZ EN EL AGUA. FUENTE: LIZANO R., 2012. ....................................................................................................................................... 21FIGURA 1.9. VARIACIN DE SALINIDAD, TEMPERATURA Y DENSIDAD DEL AGUA DE SUPERFICIE CON LA LATITUD. FUENTE: PICKARD, 1982 EN OSORIO ARIAS &amp; ALVAREZ SILVA, 2006. ................................................................... 22 V 6. CAPTULO 1: PROPIEDADES DEL AGUA DE MAR1.INTRODUCCINEl agua del mar es una solucin de sales, por lo que sus propiedadesfsicas son muy diferentes de las del agua dulce y varan de acuerdocon la cantidad de sales que contenga. Por la gran complejidad quepresenta el agua del mar en su composicin, y debido a su riqueza enseres vivos, sustancias inorgnicas en suspensin y gases disueltos,algunos autores la describen como una sopa turbia de seres vivos.2.COMPOSICIN DEL AGUA DEL MAREl agua de mar es una disolucin en agua (H2O) de muy diversassustancias. Hasta los 2/3 de los elementos qumicos naturales estnpresentes en el agua de mar, aunque la mayora slo como trazas.Seis componentes, todos ellos iones, dan cuenta de ms del 99% dela composicin de solutos.6 7. Aniones CationesCloruro (Cl -)55.07 Sodio (Na+) 30.62Sulfato (SO42-) 7.72Magnesio (Mg++) 3.68Bicarbonato0.4 Calcio (Ca++) 1.18(HCO3-)Bromuro (Br-) 0.19Potasio (K+)1.1Flor (F-)0.01Estroncio (Sr++)0.02cido brico Molcula no disociada0.01(H3BO3) Tabla 1.1. Composicin de solutos slidos del agua del mar, cada uno expresado comoporcentaje del total. Fuente: Osorio Arias &amp; Alvarez Silva, 2006. Cabe resaltar, que la tabla anteriormente presentada nicamente es una idealizacin de los componentes encontrados en cantidades ms o menos constantes en diferentes ensayos.3. SALINIDAD La salinidad est dada, principalmente, por los cloruros, sulfatos y carbonatos que se encuentran disueltos en el agua del mar, y su distribucin no es uniforme ni constante, vara de un lugar a otro, tanto en direccin horizontal, como en vertical, e incluso sufre oscilaciones en un mismo punto del ocano, con el transcurso del tiempo. 8. El factor fundamental que determina las variaciones de salinidad enun rea martima concreta es la prdida o ganancia de agua.Idealmente, la salinidad debe ser la suma de todas las sales disueltasen gramos por el kilogramo de agua de mar. La salinidad media delocano es de 35 gramos de sales por kg de agua de mar, es decir,S=35 ppm (partes por mil).La salinidad absoluta (SA), est en base a una relacin entre laclorinidad y la salinidad. En 1969, los Cientficos de las NacionesUnidas, organizacin educacional, cientfico y cultural (UNESCO)introdujeron esta nueva definicin:La salinidad prctica (S),con el desarrollo de nuevas tcnicas paradeterminar la salinidada partir de medidas de conductividad,temperatura y presin, en 1978, el Practical Salinity Scale, define lasalinidad en trminos de una razn o cociente de conductividades.Entonces, la salinidad de una muestra de agua de mar, se define entrminos de la razn, K de la conductividad elctrica de una muestrade agua de mar a T = 15C y a la presin de una atmsfera estndar(P = 1 atm), a la de una solucin del cloruro de potasio (KCl), en la 9. cual la fraccin de masa total de KCl es de 0.0324356, a la mismatemperatura y presin. El valor de K igual a uno correspondeexactamente, por definicin, a una salinidad prctica igual a 35.Se puede observar, que en esta definicin, la salinidad es un cocientey el smboloresulta innecesario. El antiguo valor de 35corresponde al valor de 35 en la salinidad prctica.3.1 CONDUCTIVIDAD ELECTRICALa conductividad elctrica es la capacidad que tiene una sustanciapara transmitir corriente a travs de ella.La presencia de una gran variedad de iones es lo que hace que elagua de mar sea un buen conductor de la electricidad, a diferencia delagua pura. Los iones conducen la corriente elctrica fcilmente. Laconductividad se incrementa directamente en funcin a la salinidad,es decir, mientras ms iones se encuentren en una solucin, mayorser la conductividad y la salinidad. 10. 4. TEMPERATURA La temperatura tiene un gran poder termo estabilizante en el mar, depende de la cantidad de radiacin solar que reciba y refleje. Adems, tiene gran influencia en las propiedades fsicas de: densidad, viscosidad, tensin superficial, mdulo de elasticidad, velocidad del sonido. Las caractersticas trmicas del agua del mar influyen sobre otras de sus propiedades, y se puede destacar que la temperatura interviene directamente en el establecimiento de la distribucin de las masas de agua en el ocano, por cambios de la densidad, disponindose las menos densas y calientes arriba y las ms densas y fras abajo. Otro ejemplo de la relacin de la temperatura con las caractersticas del ocano consiste en que las sales disueltas en el agua del mar hacen descender su temperatura de congelacin, evitando que una gran parte de ella, cuya temperatura es inferior a 0C, se congele y pase al estado slido, y gracias a esto se van llenando poco a poco las cuencas ocenicas. La temperatura se expresa siempre en la escala Celsius (C), vara entre - 2C (Aguas polares) y 42C (en aguas costeras someras). En tierra, la temperatura tiene un rango de 68C (Siberia, 1892) hasta los 58C (Libia, 1922). 11. Figura 1.1. Perfiles Tpicos de Temperatura/Profundidad a Distintas Latitudes. Fuente: Pickard, 1982 en Osorio Arias &amp; Alvarez Silva, 2006Figura 1.2. Temperatura en la Superficie del Ocano Pacifico Costas de Per.Fuente:National Oceanic and Atmospheric Administration, 2012. 12. 5. DENSIDAD 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, ya que a mayor cantidad de sales, existe una masa superior por unidad de volumen de agua; en cambio, es inversamente proporcional a la temperatura siendo, a mayor temperatura, la densidad menor. La densidad tambin puede variar con la profundidad, por lo que se encuentra una estratificacin del agua del mar, es decir, se presenta una separacin horizontal de las capas de agua de diferente densidad. Si ladensidad aumenta con la profundidad, la estratificacin ser estable debido a que las capas ms pesadas quedan en el fondo; pero si disminuye con la profundidad, la estratificacin ser inestable, y puede cambiar totalmente por los movimientos del ocano al hundirse las capas pesadas que estn en la superficie. La densidad oscila entre 1021 kg/m 3 en la superficie y los 1070 kg/m3 a 10000 m de profundidad. Por conveniencia, es usual expresar slo la cantidad definida por: 13. Figura 1.3. Perfiles Tpicos de Densidad/Profundidad a Distintas Latitudes.Fuente: Osorio Arias &amp; Alvarez Silva, 20066. VISCOSIDAD La viscosidad se define fsicamente como: la facilidad con que puede intercambiarse energa cintica entre molculas adyacentes, esto es debido a la friccin interna que existe entre las molculas de un fluido.: Coeficiente de viscosidad dinmica: Coeficiente de viscosidad cinemtica 14. La viscosidad es afectada por dos variables: temperatura y salinidad.La viscosidad del agua aumenta con la salinidad, pero es msafectada por la disminucin en temperatura, tal como se muestra en lasiguiente tabla: Temp.Viscosidad Viscosidado S = 0 oooS = 35 oooC 10-6 m2/s 10-6 m2/s51.519 1.60761.472 1.56171.428 1.51681.386 1.47491.346 1.43410 1.308 1.39511 1.272 1.35712 1.237 1.32113 1.204 1.28714 1.172 1.25415 1.141 1.22316 1.112 1.19217 1.084 1.16318 1.057 1.13519 1.031 1.10820 1.007 1.08221 0.983 1.05722 0.961.03323 0.938 1.00924 0.917 0.98825 0.896 0.96726 0.876 0.946Tabla 1.2. Relacin Temperatura / Viscosidad en agua dulce y agua de mar. Fuente: Osorio Arias &amp; Alvarez Silva, 2006 15. 7. TENSIN SUPERFICIAL La tensin superficial tiene su origen, en el desequilibrio formado en el contorno lquido lquido, lquido gas, o lquido slido entre las tensiones moleculares. El contorno se comporta como una membrana tensa; la deformacin es proporcional a la fuerza de traccin; y, al coeficiente de proporcionalidad se denomina coeficiente de tensin superficial. La tensin superficial es la responsable en los ocanos de la formacin de ondas capilares sobre la superficie. Estas ondas son importantes en la generacin y posterior desarrollo del oleaje de viento.Figura 1.4. Tensin Superficial. Fuente:Marina Nuez, 2012. 16. 8. EL SONIDO EN EL OCANO En la atmsfera, el sonido es ms atenuado que la luz. En el ocano, lo contrario, la luz ms que el sonido. En el ocano, la luz puede llegar hasta los 1000m de profundidad (detectado con instrumentos especiales), pero el ojo humano no lo detecta ms all de los 50m, por ello es que el hombre hace uso del sonido para obtener informacin del ocano, y conocer el perfil del fondo. La energa sonora se propaga con facilidad en el agua, puede penetrar hasta las partes ms profundas del ocano y an atravesar toda una cuenca ocenica. Si la fuente sonora es muy energtica, tambin es posible penetrar las capas de sedimentos y rocas del fondo. El...</p>