Septiembre 29, 2009
Balances de agua, sal y calor
El principio de conservación tal y como se usa en física tiene su mejor ejemplo en el caso de la conservación de energía mecánica.
Si Ua es la energía potencial del sistema en el punto a, Ta es la energía cinética en el punto a, Ub es la energía potencial en el punto b, y Tb es la energía cinética en el punto b, entonces
Ua + Ta = Ub + Tb = E
E, la energía total, permanece constante (se conserva) durante el movimiento.
Conservación de volumen
Este principio se puede discutir en varios niveles, desde el formal, usando cálculo de varias variables, hasta el más simple. Pero en cualquier caso, la idea fundamental no cambia, la que expresada en el caso simple quedaría así: si en un volumen de control el nivel del agua (incompresible) no cambia con el tiempo, entonces la entrada de agua al volumen control es igual a la salida de agua del mismo.
Ejemplo de la aplicación del principio de conservación: un estuario.
Para nuestros fines, un estuario es un cuerpo de agua semicerrado en el que hay entrada de agua dulce (salinidad cero o casi nula) por descarga de río y entrada de agua salada por estar en comunicación con el mar adyacente. En al figura de arriba se muestran cuatro tipos de estuarios, los que se diferencian entre si según la importancia relativa del flujo del río con respecto al flujo del agua de mar.
En el estudio del balance de agua del estuario entran los aportes siguientes:
- Evaporación
- Precipitación
Agua de río
Agua de mar
Conservación de volumen en el estuario:
Salida neta de agua de mar = Entrada neta de agua dulce = Volumen total
Note que el principio de conservación de volumen implica para ese caso que el nivel del estuario no cambia, pero si la entrada de agua dulce cambia, también cambiará la salida neta de agua de mar. Es decir el principio implica movimiento. El volumen total permanece constante durante el movimiento. (En los estuarios el nivel del mar cambia con el tiempo, por lo que se considera que lo que se tiene en este caso es el promedio temporal del nivel del mar, para un tiempo suficientemente grande).
Note además que el agua de mar que sale en realidad es agua de mar mezclada con agua dulce.
En un estuario la estratificación es muy fuerte, tal que por lo general se establecen dos capas. En la capa inferior está el agua pesada, agua salada, y en la capa inferior el agua ligera, agua dulce. En la interfase es donde generalmente se produce la mezcla. Por la capa superior sale el agua mezclada ligera y por la capa inferior entra la agua salada pesada. Esto es lo que se conoce como circulación estuarina (ver figura).
Conservación de sal
El principio de conservación de sal diría que la cantidad total de sales disueltas en el océano es constante, pero el aporte de sales disueltas por los ríos lo contradice. Sin embargo, el aporte por los ríos es una cantidad pequeña comparada con las sales totales, la primera es del O (10 ^12 kg/año) y la segunda del O ( 10^ 19 kg). De tal forma que es sustentable considerar que se cumple el principio.
En el caso del estuario el principio se establece así:
Flujo total de sal que entra con el agua de mar = Flujo total de sal que sala con el agua estuarina = Cantidad total de sal
Referencias basicas. - Pickard and Emery (1990), Descriptive Physical Oceanography. Capitulo 5. - Stewart. Capitulo 5.
