Manual introductorio a la Ingeniería de Costas. Cap 1: Propiedades del Agua de Mar (Composición, Salinidad, Conductividad Electrica, Temperatura, Densidad, Viscocidad, Tensión Superficial, Sonido y Luz en el Océano)

1. Ingeniería de
Recursos Hídricos
Organización para un Desarrollo Sostenible
“INGENIERÍA DE COSTAS”
Presentado por:
Bach. Ing. Luis Alexander García Cavero
e-mail: lgarcia.ingc@gmail.com
Sitio Web: www.ingenieriarecursoshidricos.com
LIMA – PERÚ
2012

2. CAPÍTULO 1
PROPIEDADES DEL
AGUA DE MAR

3. INDICE GENERAL
INDICE GENERAL ............................................................................................................................. III
PROLOGO ........................................................................................................................................ IV
LISTADO DE TABLAS ......................................................................................................................... V
LISTADO DE FIGURAS ....................................................................................................................... V
CAPÍTULO 1: PROPIEDADES DEL AGUA DE MAR ............................................................................... 6
1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................ 6
2. COMPOSICIÓN DEL AGUA DEL MAR ........................................................................................................ 6
3. SALINIDAD ........................................................................................................................................ 7
3.1 CONDUCTIVIDAD ELECTRICA ........................................................................................................ 9
4. TEMPERATURA ........................................................................................................................... 10
5. DENSIDAD ...................................................................................................................................... 12
6. VISCOSIDAD .................................................................................................................................... 13
7. TENSIÓN SUPERFICIAL ................................................................................................................ 15
8. EL SONIDO EN EL OCÉANO .................................................................................................................. 16
9. LUZ EN EL OCÉANO...................................................................................................................... 19
10. DISTRIBUCION DE LA DENSIDAD, TEMPERATURA Y SALINIDAD..................................................................... 22
11. PRINCIPALES MASAS DE AGUA OCEÁNICAS ................................................................................ 23
REFERENCIAS ................................................................................................................................. 24
III

4. PROLOGO
El presente documento es el Capítulo 1. Propiedades del Agua de Mar, que
es uno de los textos que se están elaborando, con el objetivo principal:
 Ofrecer un paquete de información base, para que el usuario pueda
seguir un lineamiento de estudio sobre la ingeniería de costas.
El tema de Ingeniería de Costas no podría ser mejor ni más oportunamente
escogido, puesto que el control de las zonas costeras y por lo tanto, las
estructuras necesarias para dicho control, son tareas vinculadas desde
antaño, y hoy más que nunca, al desarrollo de nuevos proyectos.
En esta rama de la ingeniería, se ha venido utilizando recursos informáticos
los cuales permiten resolver diferentes problemas con mayor precisión
mediante cálculos analíticos, pero también es cierto, que es indispensable la
experiencia y el buen criterio del ingeniero para dar dichos resultados como
fiables.
IV

5. LISTADO DE TABLAS
CAPÍTULO 1
TABLA 1.1. COMPOSICIÓN DE SOLUTOS SÓLIDOS DEL AGUA DEL MAR, CADA UNO EXPRESADO COMO PORCENTAJE DEL
TOTAL. FUENTE: OSORIO ARIAS & ALVAREZ SILVA, 2006. ......................................................................... 7
TABLA 1.2. RELACIÓN TEMPERATURA / VISCOSIDAD EN AGUA DULCE Y AGUA DE MAR. FUENTE: OSORIO
ARIAS & ALVAREZ SILVA, 2006 .......................................................................................................... 14
TABLA 1.3. PRINCIPALES MASAS DE AGUA OCEÁNICAS. FUENTE: OSORIO ARIAS &
ALVAREZ SILVA, 2006. ...................................................................................................................... 23
LISTADO DE FIGURAS
CAPÍTULO 1
FIGURA 1.1. PERFILES TÍPICOS DE TEMPERATURA/PROFUNDIDAD A DISTINTAS LATITUDES. FUENTE:
PICKARD, 1982 EN OSORIO ARIAS & ALVAREZ SILVA, 2006 .................................................................... 11
FIGURA 1.2. TEMPERATURA EN LA SUPERFICIE DEL OCÉANO PACIFICO – COSTAS DE PERÚ. FUENTE:
NATIONAL OCEANIC AND ATMOSPHERIC ADMINISTRATION, 2012. ............................................................ 11
FIGURA 1.3. PERFILES TÍPICOS DE DENSIDAD/PROFUNDIDAD A DISTINTAS LATITUDES. FUENTE: OSORIO
ARIAS & ALVAREZ SILVA, 2006 .......................................................................................................... 13
FIGURA 1.4. TENSIÓN SUPERFICIAL. FUENTE: MARINA NUÑEZ,
2012. ............................................................................................................................................ 15
FIGURA 1.5. REFRACCIÓN Y REFLEXIÓN DEL SONIDO. FUENTE: CIFUENTES
LEMUS ET AL., 2012 ......................................................................................................................... 17
FIGURA 1.6. 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. ........................................... 19
FIGURA 1.7. DISCO DE SECCHI. FUENTE: CIFUENTES LEMUS ET
AL., 2012. ...................................................................................................................................... 20
FIGURA 1.8. ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO Y LA TRANSMISIÓN DE LUZ EN EL AGUA. FUENTE: LIZANO
R., 2012. ....................................................................................................................................... 21
FIGURA 1.9. VARIACIÓN DE SALINIDAD, TEMPERATURA Y DENSIDAD DEL AGUA DE SUPERFICIE CON LA LATITUD. FUENTE:
PICKARD, 1982 EN OSORIO ARIAS & ALVAREZ SILVA, 2006. ................................................................... 22
V

6. CAPÍTULO 1: PROPIEDADES DEL AGUA DE MAR
1. 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. Por la gran complejidad que
presenta el agua del mar en su composición, y debido a su riqueza en
seres vivos, sustancias inorgánicas en suspensión y gases disueltos,
algunos autores la describen como “una sopa turbia de seres vivos”.
2. COMPOSICIÓN DEL AGUA DEL MAR
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.
Seis componentes, todos ellos iones, dan cuenta de más del 99% de
la composición de solutos.
6

7. Aniones Cationes
Cloruro (Cl -) 55.07 Sodio (Na+) 30.62
Sulfato (SO42-) 7.72 Magnesio (Mg++) 3.68
Bicarbonato
0.4 Calcio (Ca++) 1.18
(HCO3-)
Bromuro (Br-) 0.19 Potasio (K+) 1.1
Flúor (F-) 0.01 Estroncio (Sr++) 0.02
Ácido bórico
Molécula no disociada 0.01
(H3BO3)
Tabla 1.1. Composición de solutos sólidos del agua del mar, cada uno expresado como
porcentaje del total. Fuente: Osorio Arias & Alvarez Silva, 2006.
Cabe resaltar, que la tabla anteriormente presentada únicamente es
una idealización de los componentes encontrados en cantidades más
o menos constantes en diferentes ensayos.
3. SALINIDAD
La salinidad está dada, principalmente, por los cloruros, sulfatos y
carbonatos que se encuentran disueltos en el agua del mar, y su
distribución no es uniforme ni constante, varía de un lugar a otro,
tanto en dirección horizontal, como en vertical, e incluso sufre
oscilaciones en un mismo punto del océano, con el transcurso del
tiempo.

8. El factor fundamental que determina las variaciones de salinidad en
un área marítima concreta es la pérdida o ganancia de agua.
Idealmente, 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. En 1969, los Científicos de las Naciones
Unidas, organización educacional, científico y cultural (UNESCO)
introdujeron esta nueva definición:
La salinidad práctica (S),con el desarrollo de nuevas técnicas para
determinar la salinidad a partir de medidas de conductividad,
temperatura y presión, en 1978, el Practical Salinity Scale, define la
salinidad en términos de una razón o cociente de conductividades.
Entonces, la salinidad de una muestra de agua de mar, se define en
términos de la razón, K de la conductividad eléctrica de una muestra
de agua de mar a T = 15°C y a la presión de una atmósfera estándar
(P = 1 atm), a la de una solución del cloruro de potasio (KCl), en la

9. cual la fracción de masa total de KCl es de 0.0324356, a la misma
temperatura y presión. El valor de K igual a uno corresponde
exactamente, por definición, a una salinidad práctica igual a 35.
Se puede observar, que en esta definición, la salinidad es un cociente
y el símbolo resulta innecesario. El antiguo valor de 35
corresponde al valor de 35 en la salinidad práctica.
3.1 CONDUCTIVIDAD ELECTRICA
La conductividad eléctrica es la capacidad que tiene una sustancia
para transmitir corriente a través de ella.
La presencia de una gran variedad de iones es lo que hace que el
agua de mar sea un buen conductor de la electricidad, a diferencia del
agua pura. Los iones conducen la corriente eléctrica fácilmente. 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.

10. 4. 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.
Las características térmicas del agua del mar influyen sobre otras de
sus propiedades, y se puede destacar que la temperatura interviene
directamente en el establecimiento de la distribución de las masas de
agua en el océano, por cambios de la densidad, disponiéndose las
menos densas y calientes arriba y las más densas y frías abajo.
Otro ejemplo de la relación de la temperatura con las características
del océano consiste en que las sales disueltas en el agua del mar
hacen descender su temperatura de congelación, evitando que una
gran parte de ella, cuya temperatura es inferior a 0°C, se congele y
pase al estado sólido, y gracias a esto se van llenando poco a poco
las cuencas oceánicas.
La temperatura se expresa siempre en la escala Celsius (°C), varía
entre - 2°C (Aguas polares) y 42°C (en aguas costeras someras). En
tierra, la temperatura tiene un rango de – 68°C (Siberia, 1892) hasta
los 58°C (Libia, 1922).

11. Figura 1.1. Perfiles Típicos de Temperatura/Profundidad a Distintas Latitudes.
Fuente: Pickard, 1982 en Osorio Arias & Alvarez Silva, 2006
Figura 1.2. Temperatura en la Superficie del Océano Pacifico – Costas de Perú.
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 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. Si la densidad aumenta con la profundidad, la
estratificación será estable debido a que las capas más pesadas
quedan en el fondo; pero si disminuye con la profundidad, la
estratificación será inestable, y puede cambiar totalmente por los
movimientos del océano al hundirse las capas pesadas que están 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 sólo
la cantidad definida por:

13. Figura 1.3. Perfiles Típicos de Densidad/Profundidad a Distintas Latitudes.
Fuente: Osorio Arias & Alvarez Silva, 2006
6. VISCOSIDAD
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

14. 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, tal como se muestra en la
siguiente tabla:
Temp. Viscosidad Viscosidad
o
S = 0 o⁄oo S = 35 o⁄oo
C
10-6 m2/s 10-6 m2/s
5 1.519 1.607
6 1.472 1.561
7 1.428 1.516
8 1.386 1.474
9 1.346 1.434
10 1.308 1.395
11 1.272 1.357
12 1.237 1.321
13 1.204 1.287
14 1.172 1.254
15 1.141 1.223
16 1.112 1.192
17 1.084 1.163
18 1.057 1.135
19 1.031 1.108
20 1.007 1.082
21 0.983 1.057
22 0.96 1.033
23 0.938 1.009
24 0.917 0.988
25 0.896 0.967
26 0.876 0.946
Tabla 1.2. Relación Temperatura / Viscosidad en agua dulce y agua de mar. Fuente: Osorio
Arias & Alvarez Silva, 2006

15. 7. TENSIÓN SUPERFICIAL
La tensión superficial tiene su origen, en el desequilibrio formado en el
contorno líquido – líquido, líquido – gas, o líquido – sólido entre las
tensiones moleculares. El contorno se comporta como una membrana
tensa; la deformación es proporcional a la fuerza de tracción; y, al
coeficiente de proporcionalidad se denomina coeficiente de tensión
superficial.
La tensión superficial es la responsable en los océanos de la
formación de ondas capilares sobre la superficie. Estas ondas son
importantes en la generación y posterior desarrollo del oleaje de
viento.
Figura 1.4. Tensión Superficial. Fuente:Marina Nuñez, 2012.

16. 8. EL SONIDO EN EL OCÉANO
En la atmósfera, el sonido es más atenuado que la luz. En el océano,
lo contrario, la luz más que el sonido.
En el océano, la luz puede llegar hasta los 1000m de profundidad
(detectado con instrumentos especiales), pero el ojo humano no lo
detecta más allá de los 50m, por ello es que el hombre hace uso del
sonido para obtener información del océano, y conocer el perfil del
fondo.
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.
El sonido es una onda longitudinal de propagación, donde su
velocidad está dada por:
Donde, E = coeficiente de compresibilidad adiabática
ρ = densidad del agua.

17. Una expresión matemática que se usa, para que se note el tipo de
relación es:
Donde, T = temperatura
S = salinidad
Z = profundidad.
Figura 1.5. Refracción y reflexión del sonido.
Fuente: Cifuentes Lemus et al., 2012

18. El sonido se usa para diferentes aplicaciones en el océano:
 Descripción del fondo (ecosondas).
 Descripción de la superficie (sensores de oleaje o nivel).
 Detección y descripción de objetos sumergidos flotantes (sonar).
 Descripción del tipo de material que forma el fondo (sonar de
barrido lateral).
 Descripción de las capas profundas de los sedimentos del fondo
(uniboom).
 Posicionamiento sumergido (transponders y responders).
 Transmisión de datos
 Medida de velocidades puntuales (ADV) y perfiladores de
velocidades (ADP) por efecto Doppler.
 Medida de concentración de sedimentos.
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.

19. Figura 1.6. 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.
9. LUZ 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.

20. 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. Se ha comprobado que la transparencia es mayor para
las aguas oceánicas que para las costas, esto es, debido a las
partículas orgánicas e inorgánicas en suspensión.
Figura 1.7. Disco de Secchi.
Fuente: Cifuentes Lemus et al., 2012.
Las radiaciones que forman la luz son absorbidas por el agua del mar
y le transmiten calor. Esta absorción es selectiva y depende de la
longitud de onda de la radiación. Dentro del espectro visible, la
absorción es máxima para el rojo y mínima para el azul-verde. La
infrarroja transporta la mayor parte de la energía calorífica, y se
absorbe prácticamente en los primeros metros de agua, tal como se
muestra a continuación:

21. Figura 1.8. Espectro electromagnético y la transmisión de luz en el agua.
Fuente: Lizano R., 2012.
La luz que penetra en el océano es indispensable para que tengan
lugar los fenómenos de fotosíntesis en el interior de las aguas
marinas.

22. 10. DISTRIBUCION DE LA DENSIDAD, TEMPERATURA Y SALINIDAD
A continuación se muestra un diagrama de comparación entre la
densidad, temperatura y salinidad:
Figura 1.9. Variación de salinidad, temperatura y densidad del agua de superficie con la
latitud. Fuente: Pickard, 1982 en Osorio Arias & Alvarez Silva, 2006.

23. 11. PRINCIPALES MASAS DE AGUA OCEÁNICAS
Masa de agua Temperatura ºC Salinidad o/oo
N. Atlántica 8 - 19 35.1 - 36.5
S. Atlántica 6 - 17 34.7 - 36.0
Sup. Central 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
Sup. Altas Latitudes
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
Intermedias 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
Profundas y Fondo
Antártica - 0.4 34.7
Tabla 1.3. Principales masas de agua oceánicas.
Fuente: Osorio Arias & Alvarez Silva, 2006.

24. Referencias
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/h
tm/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.
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.
24