AGUA. FUENTES, CARACTERIZACIÓN, TECNOLOGÍA Y GESTIÓN SUSTENTABLE

Preliminares
Capítulo 1 Hidrosfera
1.1 Objetivos del capítulo ........................... 1
1.2 Introducción .......................................... 1
1.3 Origen del agua y su importancia para la vida ............................. 2
1.4 La hidrosfera en el planeta tierra ........ 3
1.5 Interacción entre los subsistemas del planeta ............................ 4
1.6 Estado natural del agua ....................... 6
1.7 Aguas marinas ...................................... 7
1.7.1 Océanos ...................................... 8
1.7.2 Mares ......................................... 10
1.8 Aguas continentales ............................. 12
1.8.1 Aguas continentales superficiales ......................................... 12
1.8.1.1 Ríos ................................... 12
1.8.1.2 Lagos ................................ 14
1.8.2 Aguas congeladas ...................... 16
1.8.2.1 Glaciares .......................... 16
1.8.2.2 Inventario y distribución de glaciares ................................... 17
1.8.3 Aguas subterráneas o freáticas . 19
Resumen ..................................................... 21
Preguntas de repaso y ejercicios ............... 22
Referencias ................................................. 23
Capítulo 2
Agua y sus propiedades
2.1 Objetivos del capítulo ........................... 27
2.2 Introducción .......................................... 28
2.3 Estructura del agua .............................. 28
2.4 Propiedades físicas del agua pura ...... 32
2.4.1 Calor específico .......................... 32
2.4.2 Cambios de estado .................... 33
2.4.3 Densidad .................................... 36
2.4.4 Viscosidad .................................. 38
2.4.5 Tensión superficial ..................... 40
2.4.6 Transparencia ............................ 45
2.4.7 Comparación de propiedades físicas del agua y otros compuestos
de similar peso molecular ................... 46
2.5 Propiedades coligativas de las soluciones acuosas .................................... 47
2.5.1 Poder disolvente del agua ......... 48
2.5.2 Difusión, ósmosis ypresión osmótica ................................. 50
2.5.3 Disminución de la presión de vapor .................................. 52
2.5.4 Ascenso del punto de ebullición 53
2.5.5 Descenso del punto de congelación ..................................... 54
2.6 Propiedades químicas del agua pura .. 55
2.6.1 Reacción con ácidos: PH ........... 56
2.6.2 Reacción con óxidos, metales y no metales ......................................... 56
2.6.3 Formación de hidratos ............... 57
2.7 Propiedades de las aguas naturales ... 58
2.7.1 Reacciones del agua en la naturaleza ................................... 58
2.7.2 Características del agua atmosférica ................................. 59
2.7.3 Características de las aguas
continentales superficiales .................. 60
2.7.4 Características de las aguas continentales subterráneas ................. 61
2.7.5 Características de las aguas marinas................................................. 63
2.7.6 Características fisicoquímicas distintivas de las aguas marinas ......... 64
2.8 Funciones del agua en los seres vivos 67
2.8.1 Composición de los seres vivos . 67
2.8.2 El agua en organismos unicelulares, plantas y animales ......... 68
2.8.3 El agua en el ser humano .......... 69
2.8.4 Reacciones químicas en las células ....................................... 70
Resumen ..................................................... 71
Preguntas de repaso y ejercicios ............... 73
Referencias ................................................. 75
Capítulo 3
Hidrología
3.1 Objetivos del capítulo ........................... 77
3.2 Introducción .......................................... 77
3.3 Dinámica de la hidrosfera .................... 78
3.3.1 Ciclo hidrológico: Interno y externo .................................. 78
3.3.2 Fases del ciclo hidrológico ......... 78
3.3.3 Alteraciones del ciclo hidrológico ................................... 79
3.3.4 Balance hídrico general ............. 80
3.3.5 Balance hídrico específico ......... 81
3.3.5.1 Almacenamiento de agua en un lago ............................. 83
3.3.6 Modelos para el análisis de sistemas hidrológicos .......................... 86
3.3.6.1 Análisis de sistemas hidrológicos ................... 86
3.3.6.2 Ejemplos de modelos hidrológicos .................... 88
3.4 Medición de variables hidrológicas ..... 91
3.4.1 Precipitaciones .................... 91
3.4.1.1 Cálculo de la precipitación media de una cuenca ............................. 92
3.4.1.2 Ejemplo de cálculo de la precipitación media .... 93
3.4.2 Evaporación ......................... 97
3.4.2.1 Almacenamiento de agua en el suelo ..................... 98
3.4.2.2 Medición de la evaporación ........................ 98
3.4.3 Transpiración ....................... 100
3.4.4 Evapotranspiración ............. 101
3.4.4.1 Medición de la evapotranspiración ................ 101
3.4.5 Infiltración ........................... 106
3.4.5.1 Medición de la infiltración .............................. 108
3.4.5.2 Ecuaciones empíricas para calcular la infiltración .... 110
3.4.6 Escorrentía .......................... 112
3.4.6.1 Aplicación del balance de masas al estudio hidrológico del suelo .............. 113
3.4.6.2 Aplicación del balance hídrico al cálculo de la descarga de un acuífero ........ 115
3.5 Agua atmosférica ................................. 118
3.6 Hidrología continental .......................... 120
3.6.1 Ríos y arroyos ............................. 121
3.6.1.1 Morfología y clasificación de los ríos ...................................... 123
3.6.2 Lagos .......................................... 125
3.6.2.1 Estratificación de los lagos ........................................ 126
3.6.2.2 Productividad biológica de los lagos ................................... 127
3.6.3 Embalses .................................... 130
3.6.4 Glaciares .................................... 133
3.6.4.1 Formación de los glaciares .................................. 133
3.6.4.2 Clasificación de los glaciares .................................. 134
3.6.4.3 Fluctuaciones de los glaciares .................................. 136
3.6.5 Aguas subterráneas ................... 138
3.6.5.1 Origen de las aguas subterráneas ...................... 138
3.6.5.2 Clasificación de los acuíferos .................................. 139
3.6.6 Ecosistemas acuáticos .............. 142
3.6.6.1 Ecosistemas de agua dulce..................................... 143
3.6.6.2 Ecosistemas de aguas salobres .............................. 144
3.7 Hidrología oceánica ............................. 145
3.7.1 Olas............................................. 145
3.7.2 Mareas ....................................... 147
3.7.3 Circulación oceánica .................. 150
3.7.3.1 Componentes de la circulación oceánica ..................... 150
3.7.3.2 Cinta transportadora oceánica ........................................ 151
3.7.3.3 Otros factores que generan o afectan la circulación oceánica . 151
3.7.3.4 Efectos de las
corrientes superficiales ................ 154
3.7.3.5 El fenómeno El Niño/La Niña (fenómeno ENOS) .......................... 155
3.7.3.6 Efectos de los océanos
sobre el clima ................................ 158
3.7.3.7 Biomas.............................. 158
3.7.3.8 Biomas estuarianos y oceánicos ...................................... 159
Resumen ..................................................... 162
Preguntas de repaso y ejercicios ............... 166
Referencias ................................................. 170
Capítulo 4
Meteorología
4.1 Objetivos del capítulo ........................... 177
4.2 Introducción a la meteorología ............ 178
4.3 Composición y estructura de la atmósfera ........................................... 179
4.4 Radiación solar ..................................... 182
4.5 Variables meteorológicas ..................... 185
4.5.1 Presión atmosférica ................... 185
4.5.2 Temperatura ............................... 190
4.5.3 Agua en la atmósfera ................. 192
4.5.3.1 Humedad .......................... 193
4.5.3.2 Nubes ............................... 194
4.5.3.3 Niebla ............................... 196
4.5.3.4 Precipitación..................... 197
4.5.3.4.1 Precipitación líquida ................................... 198
4.5.3.4.2 Medición de la lluvia .................................. 200
4.5.3.4.3 Precipitación sólida ..................................... 200
4.5.3.4.4 Medición de la precipitación de nieve........ 201
4.5.4 Sequía ......................................... 202
4.6 Movimientos del aire ............................ 203
4.6.1 Movimiento vertical .................... 203
4.6.2 Movimientos horizontales .......... 205
4.6.2.1 Viento................................ 205
4.6.2.2 Medición de la velocidad y dirección del viento .................... 206
4.6.3 Frentes ........................................ 209
4.6.3.1 Frente frío ......................... 209
4.6.3.2 Frente cálido .................... 210
4.6.3.3 Frente ocluido .................. 210
4.6.4 Circulaciones .............................. 211
4.6.4.1 Circulaciones locales ....... 211
4.6.4.1.1 Brisas .................. 212
4.6.4.1.2 Monzones ........... 212
4.6.4.2 Circulación general en la atmósfera ............................. 212
4.6.5 Movimientos violentos ............... 214
4.6.5.1 Tormenta .......................... 215
4.6.5.2 Huracán............................ 215
4.6.5.3 Tornado ............................ 216
4.7 Climatología .......................................... 217
4.7.1 Factores que condicionan el clima ............................ 217
4.7.1.1 Factores ambientales ...... 218
4.7.1.2 Factores geográficos ....... 219
4.7.2 Predicción del tiempo ................ 219
4.7.3 Confección de un climograma ... 220
4.7.4 Tipos de climas .......................... 222
4.7.5 Cambio climático ....................... 226
4.7.5.1 Gases de Efecto invernadero (GEI)............... 228
4.7.5.2 Cambio climático global .. 231
Resumen ..................................................... 235
Preguntas de repaso y ejercicios ............... 242
Referencias ................................................. 243
Capítulo 5 Hidráulica
5.1 Objetivos del capítulo ........................... 245
5.2 Introducción ........................................ 246
5.3 Hidrostática .......................................... 247
5.3.1 Fuerza y empuje ......................... 247
5.3.2 Ley de Pascal ............................. 248
5.3.3 Ley de Stevin .............................. 249
5.3.4 Empuje hidrostático ................... 250
5.4 Hidrodinámica ...................................... 254
5.4.1 Ecuación de continuidad ........... 254
5.4.2 Teorema de Bernoullli................ 256
5.4.3 Singularidades ........................... 258
5.4.3.1 Orificios ............................ 258
5.4.3.2 Vertedores o vertederos .. 262
5.5 Flujo de fluidos en conductos .............. 263
5.5.1 Flujo en tuberías ........................ 263
5.5.2 Flujo en canales ......................... 266
5.5.2.1 Cálculo de flujo en un canal trapezoidal ..................... 266
5.5.2.2 Bases para el diseño
de canales de riego y drenaje ...... 270
5.6 Balsas de riego ..................................... 273
5.6.1 Tipos de balsas según su constitución .......................... 274
5.6.2 Etapas previas para la
construcción de una balsa impermeabilizada ...................... 275
5.6.2.1 Lugar del emplazamiento.............................. 275
5.6.2.2 Geología, hidrología y
demandas de agua ....................... 276
5.6.2.3 Aportes y requerimientos
de agua .......................................... 276
5.6.2.4 Formas geométricas
de las balsas ................................. 276
5.6.2.5 Componentes de
las balsas ...................................... 277
5.6.2.6 Construcción de las balsas ...................................... 278
5.7 Bombas hidráulicas .............................. 280
5.7.1 Bomba centrífuga ....................... 280
5.7.2 Relaciones entre altura manométrica, caudal y
potencia de bombas ............................ 281
5.8 Extracción de aguas subterráneas ...... 286
5.8.1 Prospección de aguas subterráneas ........................................ 286
5.8.2 Captación de aguas subterráneas ........................................ 287
5.8.3 Propiedades hidráulicas
de los acuíferos .................................... 289
5.8.3.1 Porosidad del material que forma un acuífero .................. 289
5.8.3.2 Permeabilidad .................. 292
5.8.3.3 Transmisividad ................. 292
5.8.3.4 Coeficiente de almacenamiento ........................... 293
5.8.4 Ensayo de bombeo ..................... 293
Resumen ..................................................... 297
Preguntas de repaso y ejercicios ............... 302
Referencias ................................................. 305
Índice analítico

Este libro es una gran aportación a la bibliografía de temas como fuentes, caracterización, tecnología y gestión sustentable del agua. Ante la realidad y los problemas que actualmente enfrentamos en relación con este tema, es necesario conocer los problemas que implica disponer de agua en cantidad y calidad en el entorno donde se vive; también se deben buscar las soluciones más adecuadas para que el líquido vital alcance para todos en el presente y en el futuro. Tanto la captación de agua (desde sus fuentes) como la producción de agua potable y usos industriales para emplearla eficientemente, en un marco de desarrollo sustentable, son temas complejos que no tienen respuestas simples, por lo que será necesario adquirir un mejor conocimiento y comprensión sobre estos temas. Para lograr este objetivo, la obra ha sido escrita con un estilo conciso y directo. Sus capítulos son la hidrosfera; el agua y sus propiedades; la hidrología; la meteorología y, por último, la hidráulica. Santiago Ramírez Morales ha sido Profesor auxiliar de la Pontificia Universidad Católica de Chile; investigador en el Instituto de Investigaciones Tecnológicas (INTEC-CHILE); profesor titular de la Universidad de La Frontera (UFRO), donde también fue director del Departamento de Ingeniería Química, Decano de la Facultad de Ingeniería, Vicerrector Académico y miembro fundador del Instituto de Agroindustrias y del Instituto del Medio Ambiente. Ha publicado en las áreas de Química orgánica, Química de polímeros y Tratamiento de aguas servidas. Juan Carlos Vega de Kuyper es profesor titular de la Pontificia Universidad Católica de Chile y es autor de numerosos artículos científicos sobre síntesis y reactividad de compuestos orgánicos y patentes de invención para la concentración de minerales cupríferos, así como de los libros Química orgánica para estudiantes de Ingeniería, Manejo y gestión de residuos de la industria química y afín y Química del medio ambiente y de los recursos naturales.