Este documento describe los instrumentos utilizados para medir las olas y las mareas. Explica los principios físicos detrás de los sensores de presión y corrientímetros, así como el funcionamiento de perfiladores acústicos Doppler y boyas oceanográficas. También compara los métodos antiguos y modernos para medir olas y mareas.

1. Oceanografía física II
M.C. Rafael Blanco Betancourt

2. Práctica I
 Introducción a los instrumentos de
medición de oleaje y mareas (sensores
de presión, correntimetros (principio de
Faraday), perfiladores acústicos doppler,
ológrafos doppler).

3. Objetivo
 Que el estudiante conozca los métodos
antiguos y modernos para medir el
oleaje y compare entre ambos.

4. Introducción
Instrumentos usados para la medición de oleaje y mareas.-
La medición de datos de oleaje sirven para un rango amplio de propósitos como:
 Determinar las propiedades estadísticas de la climatología local de oleaje.
 Calibrar y validar modelos de oleaje y otros procesos oceánicos.
 Mejorar el entendimiento de los procesos físicos en la evolución de las olas.
 Diseñar y construir adecuadamente obras marítimas en la ingeniería portuaria.
(Young, 1999).

5. MEDICIONES DE OLEAJE ANTIGUAS
A través del tiempo ha habido grandes cambios en las técnicas utilizadas para la
obtención de datos oceanográficos, particularmente las encaminadas a medir oleaje.
Medición de altura de oleaje y dirección, primera aproximación.
Medidores de oleaje por estadal.
Medidores de oleaje por vara.

6. Principios físicos para la medición de
corrientes y altura de ola
 Ley de Faraday-Henry
Michael Faraday (1791-1867)
 Si uno conecta un galvanómetro a una bobina de conductor, sin nada más, el galvanómetro no deberá
señalar nada: por allí no circula corriente de ningún tipo. Pero ahora bien, al acercar o alejar un imán de
la bobina descubriría un hecho sorprendente: el galvanómetro marcaría una tenue corriente durante este
proceso. Esta experiencia, similar a las llamadas experiencias de Faraday, demuestra claramente que
existe una relación entre el campo magnético y el eléctrico.
 Si en la experiencia anterior uno acerca un imán a la bobina y lo deja ahí vería que el galvanómetro
marca corriente mientras el imán se mueve, pero no cuando le dejamos quieto. Este fenómeno
constituye la esencia de la ley de Faraday y Henry, que podemos ya enunciar:
 En esta ecuación es la fuerza electromotriz inducida y es el flujo magnético que atraviesa la
superficie delimitada por el circuito. Así pues la variación del flujo magnético ocasiona la aparición de
una fuerza electromotriz. Como el flujo magnético esta variación puede deberse a tres
causas diferenciadas o a una mezcla de todas:
 Variación del módulo del campo magnético B.
 Variación del módulo de la superficie del circuito S.
 Variación de la orientación entre ambos.
 La variación del flujo magnético induce una fuerza electromotriz.

7. Figura 2a. Un movimiento magnético
induce una corriente eléctrica en el
alambre de cobre. .
Figura 2b. El flujo magnético es producto
del campo magnético.
Figura 2c. El movimiento perpendicular del
conductor al campo magnético, genera una
fuerza electromotriz por que la fuerza que
actúa lleva carga.

8. Sensores de presión
 Principio de Doppler
Christian Johann Doppler (1803-1853)
 El efecto Doppler fue descubierto en 1842 por Christian
Johan Doppler y es un efecto de la física ondulatoria que
ocurre cuando una fuente en movimiento emite ondas. En
esta situación, un observador que esté situado delante de
la fuente observará como la frecuencia de las ondas es
mayor que la realmente emitida, mientras que un
observador situado detrás de la fuente observará una
mayor distancia entre los frentes de onda y por lo tanto
una menor frecuencia. Cuando escuchamos el sonido de
una sirena de un vehículo; recordaremos cómo va
cambiando el sonido a medida que el móvil se nos acerca,
y especialmente el cambio del tono, en el momento que
acaba de pasarnos. Si hubiésemos viajado en el coche no
hubiéramos observado este cambio.

9. Lo que ocurre es que el sonido emitido por el coche cambia de frecuencia en el instante
en que nos cruza. Este efecto se llama efecto Doppler.
Cuando el coche se acerca, la frecuencia es superior a la frecuencia que se hubiera
emitido si estuviera parado, y cuando se aleja, la frecuencia es inferior, todo ello debido
a que la distancia entre el emisor del sonido y el receptor cambia.
Si el coche está parado y emite un sonido, éste va emitiendo sucesivamente los
máximos de la onda de presión separados por una distancia igual a la longitud de onda.
Cuando el coche se acerca a nosotros y emite un máximo, al cabo de muy poco tiempo
emitirá el siguiente, pero la distancia entre los dos máximos será un poco menor debido
a que el coche se ha movido, por lo cual la longitud de onda será menor, lo que hace
que la frecuencia sea mayor.
Cuando el coche se aleja, ocurre exactamente el efecto contrario, la longitud de onda
aumenta por lo que la frecuencia será menor (Jordi, 2001).

11. ADCP (acoustic Doppler current profile) makes it possible to measure
discharge faster and more accurately than with conventional methods, but
it requires more training and knowledge.
ADCP transmitts an accoustic "ping" or pulse into the water column. This
ultrasonic pulse bounces off small particles of sediment and other
material (scatterers) and is echoed back to the ADCP.
Upon receiving the returned echo the ADCP's onboard signal processing
unit calculates its Doppler shift using a form of auto-correlation.
Only radial motion, which is change in distance between the source and
receiver, will cause a Doppler shift. Water velocity can be calculated from
the Doppler shift knowing the direction of the line between the source
(ADCP) and receiver (scatterers).

13. Instalación
Figura 4 y 5. Perfilador Acústico Doppler montado en su estructura listo para desplegarse en el medio marino.
Figuras 6 y 7 .Recuperación de perfilador acústico doppler y estado de perfilador después de 6 meses de medición
continua de corrientes y oleaje en una localidad cualquiera.

14. Boyas oceanográficas
Una de las empresas pioneras en instrumentos
superficiales para medir oleaje es la compañía
Datawell de los países bajos; los cuales
manufacturan una boya llamada WAVERIDER.
Esta boya posee un acelerómetro diseñado
para medir con precisión el desplazamiento
vertical de la superficie del mar. El acelerómetro
esta montado en una esfera con líquido en su
interior en donde permanece vertical trabajando
con frecuencias de 0.04 Hz a 0.2 Hz que son
las frecuencias típicas de la olas. La información
generada por el acelerómetro es doblemente
integrada para así recuperar la elevación del
perfil de las olas. Hoy en día estos instrumentos
tienen la capacidad de transmitir en tiempo real
la información generada mediante el uso de
Figura 8. Ejemplo de una Boya oceanográfica.
transmisores del tipo HF o VHF los cuales
tienen un alcance de hasta 20 km (Young,
1999).

15. Referencias
 Jordi Lagares, César Córcoles, David Mata y Pere Carrers. Comprensión física de los
sistemas multimedia I. Barcelona, Universitat Oberta de Catalunya y Universitat
Politécnica de Catalunya, 2001.

Komar, D. P. Beach processes and sedimentation. New Jersey. Prentice – Hall, 429pp.
1976.
 The Open University (1999) Waves, Tides and Shallow – Water Processes. The Open
University, Walton Hall, and Butter Worth – Heinemann. Second Edition 227 pp.
 Young R. Ian (1999) Elsevier ocean engineering book series volume 2; Wind generated
ocean waves. Ocean engineering editors. 255 pp.
 http://www.sontek.com/
 http://www.rdinstruments.com/