Tema 4:

EL VIENTO

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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

= − Ω∧ = ∧Ω

Ω

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.

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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

ϕ ϕ ϕ

ρ ϕ

⊥

= − Ω∧ = ∧Ω

∧Ω = Ω Ω = Ω

≡

− ∇ = ⇒ ∆ ∆ = Ω

aras)

2 sengeosPv

nρ ϕ∆

=Ω ∆

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

verΩ

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

CORvf P NR

ρ− ∇ =

2 20

/

: radio de curvatura. COR

v vP N P P nR R

R

f ρ ρ− ∇ = ⇒ ∇ = ∆ ∆ =

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 ROZvf P f NR

ρ− ∇ + =

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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

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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

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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:

ohumedo

oseco

0.5 C /100m (aire saturado subiendo)

1 C /100m (aire seco bajando)

γ

γ

= −

= +

bajada subidaT T∆ > ∆

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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 2CIN

CIN

m E mvvρ

→ =

→ =

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

Energiatv vol

tvol A xA

x

ρ

= =∆

×=

∆= ×∆

∆

3

ire

1 P(viento)2

A vρ=

´

´

19

[ ]

3

max,

3 1

1 P(rotor)2

: Coeficiente de Potencia

16 27 0.59Ocurre cuando (maximizando la funcion) : 1 3

Maquinas Reales : Rendimiento 30,40 %

P

Pideal Betz

P P

C A v

CC C

v v

ρ=

= =

=

´

´

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CURVA DE POTENCIA. Ejemplo

v > 25 m/s, parada.