Tema 4:

EL VIENTO

1

A la izquierda se representa un viento de origen SW de 20 kt en el Hemisferio Norte, y a la derecha un viento de origen E de 65 kt en el Hemisferio Sur. El círculo señala el punto donde se mide el viento

- Flojo: 6-20 km/h (3-10 kt) - Moderado: 21-40 km/h (11-21 kt) - Fuerte: 41-70 km/h (22-37 kt) - Muy fuerte: 71-120 km/h (38-64 kt) - Huracanado: >120 km/h (> 64 kt).

Parámetros de viento

2

El nudo: 1 kt = 1 milla náutica / hora = 1.853 km/h 2 km/h ~

Rosa de vientos

Causa primaria del viento Gradiente horizontal de presión como consecuencia de diferencias térmicas. Estas últimas producen a su vez diferencias de densidad.

3

Las superficies calientes tienden

a producir ascensos de aire y

bajas presiones en superficie.

Las superficies frías tienden a

producir descensos de aire y

altas presiones en superficie.

Fuerza de Coriolis

Efecto de la fuerza de Coriolis:

La bolita, en su movimiento relativo a la plataforma, se desvía a la derecha, al contrario –es una fuerza de inercia- que los puntos de la plataforma en su movimiento absoluto con giro antihorario. Análogo a lo que vemos en el Hemisferio N.

En sentido contrario en en el H. Sur.

En la Tierra

2 2

: velocidad angular de Tierra.

: velocidad del aire.

: a la derecha de en el H.N.

: a la izquierda de en el H.S.

COR

COR

COR

F m v mv

v

F v

F v

4

Fuerza de Coriolis en la Tierra

Si pensamos que en vez del proyectil lo que tenemos es viento, deduciremos que si el viento es de Norte a Sur, se desvía hacia la derecha, o sea hacia el Oeste. Si ahora se pone una ametralladora en el avión C y se dispara sobre el B, como el C tiene mayor velocidad que el B, la bala caerá delante del B, es decir, se desvía a la derecha. Un viento de Sur a Norte se desvía a la derecha, es decir, al Este.

Si en N una batería antiaérea disparara sobre A cuando el proyectil llegue a A, el avión estará en A' . Análogamente para B y C. Es decir, si el camino de la bala se mira hacia el blanco que se está moviendo, vemos que inicialmente va derecha hacia él, pero luego va desviándose más y más a la derecha.

5

En resumen, la fuerza de Coriolis actúa sobre el aire en movimiento, desviando el viento hacia la derecha en el Hemisferio Norte y hacia la izquierda en el Hemisferio Sur. Su efecto es significativo cuando las distancias son grandes, afectando solamente a la dirección del viento, no a su intensidad.

Fuerza de Coriolis en la Tierra

6

Viento geostrófico

2 2

sen , : latitud , sen .

/ unidad de volumen.

Mov. Rectilíneo y Uniforme, y no fricción:

0 / 2 sen

:distancia (normal a isob

COR

ver z

COR COR

COR geos

v

F m v mv

v v u u

f F

f P P n v

n

aras)

2 sengeos

Pv

n

7

Viento geostrófico

1.- No hay aceleración, es decir, v = vgeos = constante. 2.- Las isolíneas son líneas rectas, y en consecuencia no hay aceleración centrípeta. 3.- El movimiento está libre de fricción.

P

CORf

v

: sale hacia

fuera del papel

ver

Vectores fundamentales en el plano horizontal

8

Viento del gradiente Trayectorias circulares: es una aproximación algo más general que el viento geostrófico, incluyendo la aceleración (centrípeta: v2/R) por la curvatura de las isolíneas.

1. Anticiclones: v = vgrad > vgeos 2. Borrascas: v = vgrad < vgeos

En el Ecuador y sus proximidades:

2

COR

vf P N

R

2 20

/

: radio de curvatura.

COR

v vP N P P n

R R

R

f

Este viento se conoce como ciclostrófico, y domina en las depresiones tropicales.

9

Inclusión de la Fuerza de rozamiento

Trayectorias casi espirales: aparecen al incluir el rozamiento con el suelo.

1. Borrascas: convergentes. 2. Anticlones: divergentes.

2

COR ROZ

vf P f N

R

10

Variación del viento con la altura: Espiral de Ekman

A medida que ascendemos, en los primeros 1000 m aproximadamente:

(1) Aumenta la velocidad del viento.

(2) Giro progresivo de la velocidad en el sentido horario (H.N.), hasta unos 45º. 11

Vientos locales: Brisas

Se origina por calentamiento de tierra que provoca ascenso de aire. Sopla durante el día y penetra en tierra hasta unos 30 ó 40 km, con vientos de 10-40 km/h.

Se origina por el enfriamiento de tierra que provoca descenso de aire. Sopla durante noche y penetra en tierra hasta unos 20 km, con vientos de unos 5-20 km/h.

Brisa de mar Brisa de tierra

12

Vientos locales: Brisas

Brisa de montaña

Se origina por el calentamiento de las laderas que provoca un ascenso de aire. Sopla durante el día con vientos de 10-40 km/h.

Se origina por el enfriamiento de las laderas que provoca ascenso de aire. Sopla durante la noche con una gran variedad de intensidad de vientos.

Brisa de valle Brisa de montaña

13

Vientos locales:

Efecto Föhn

1. El viento Föhn es un viento seco y cálido que fluye a sotavento de las montañas. 2. En la base de la montaña, la temperatura es mayor a sotavento que a barlovento. 3. Esta diferencia de temperatura se debe al calentamiento por compresión adiabática a sotavento, y a la pérdida de humedad por elevación en el lado de barlovento: el incremento de T es menor en la subida debido a la humedad. Gran parte de la humedadse queda arriba y no baja, habiendo mayor incremento de T en la bajada:

o

humedo

o

seco

0.5 C /100m

(aire saturado subiendo)

1 C /100m

(aire seco bajando)

bajada subidaT T

14

4. En España: es el origen de la sequedad de Almería (desierto Tabernas) y Murcia, así como de la desigualdad meteorológica a ambos lados de la Cordillera Cantábrica (vientos Norte o sur) y de las islas Canarias (vientos del N, NE: alisios).

Viento local:

canalización

Intensificación de vientos: Cuando un flujo de aire penetra en un desfiladero, al estrecharse la sección por la que pasa, aumenta su velocidad. Ejemplos típicos en España son el Levante en el Estrecho y la Tramontana (del N) entre Menorca y Mallorca. Canalización: En España, con vientos de componente Norte, soplan en el valle del Ebro vientos del NW, debido a la canalización por el valle. Es un viento Cierzo.

Montaña

Montaña

15

16

Energía del Viento

2

2

Masa 2

Por unidad de volumen e 2

CIN

CIN

m E mv

v

17

18

2

Potencia disponible :

atraviesa rotor P(viento)

1 2

es volumen de aire

es la seccion del rotor

es la longitud del elemento de a

Energia

t

v vol

t

vol A x

A

x

3

ire

1 P(viento)

2A v

´

´

19

3

max,

3 1

1 P(rotor)

2

: Coeficiente de Potencia

16 27 0.59

Ocurre cuando (maximizando la funcio'n) :

1 3

Maquinas Reales :

Rend

P

P

IDEAL Betz

P P

C A v

C

C C

v v

imiento 30, 40 %

´

´

El rendimiento real es menor que el rendimiento ideal de Betz, debido a que en éste (Betz) no se tiene en cuenta la pérdida de energía por turbulencia, muy difícil de calcular.

20

CURVA DE POTENCIA. Ejemplo

v > 25 m/s, parada.