Trabajo práctico : Viento 1 PREDOMINANTES- CALMA -VARIABLES CALCULO -ECUACION LOGARITMICA

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1 Trabajo práctico : Viento 1 TRABAJO PRACTICO Nº 7 VIENTO CONTENIDOS * CONCEPTOS GENERALES * PRESION ATMOSFERICA Y VIENTO * CARACTERISTICAS DEL VIENTO : ** DIRECCION DEL VIENTO: OBSERVACION Y REGISTRO PREDOMINANTES- CALMA -VARIABLES FRECUENCIA ANUAL ** VELOCIDAD DEL VIENTO MEDICION - INSTRUMENTOS CALCULO -ECUACION LOGARITMICA PERFIL DE VELOCIDAD I. CONCEPTOS GENERALES. Recordar : * Que denominamos ATMOSFERA a la envoltura gaseosa que rodea la tierra. * Que esa masa gaseosa está compuesta por una mezcla mecánica de diferentes gases y elementos no gaseosos. * Que ese conjunto, llamado AIRE tiene un comportamiento de masa fluida elástica, compresible y con un cierto peso. * Que en función de todas esas características el AIRE es un cuerpo que ejerce distintas presiones ( Hidrostática, la de su peso y Dinámica la de su movimiento ). * Que llamamos VIENTO al aire en movimiento.

2 Trabajo práctico : Viento 2 En esta oportunidad nos interesa el movimiento del aire que actúa en las capas atmosféricas más bajas,es decir en aquéllas que están en contacto con la superficie del suelo o con la cobertura que posee o con cualquier tipo de obstáculos que presente. II. PRESION ATMOSFERICA Y VIENTO Recordar : * Que la PRESION ATMOSFERICA no es un valor constante sino que varía tanto con la altura como a lo largo de la superficie terrestre. * Que esas diferencias de presiones que se registran en diferentes puntos del territorio determinan desplazamientos de masas de aire desde zonas de mayor presión (CENTROS DE ALTA PRESION) a zonas de menor presión (CENTROS DE BAJA PRESION). Que la PRESION ATMOSFERICA es un indicador muy útil para predecir y conocer movimientos de masas de aire que modifican sustancialmente el "tiempo" en una región. III. CARACTERIZACION DEL VIENTO. La influencia del viento sobre los seres vivos puede ser directa o indirecta, siendo en la mayoría de los casos un factor del ambiente no esencial para la vida de las plantas. Por el contrario, se estudian las consecuencias negativas de los vientos, considerando a éstos como una adversidad climática. En éste sentido se lo menciona con frecuencia en las zonas áridas y semiáridas por sus efectos negativos al favorecer la evaporación, la erosión de los suelos, etc. Además son importantes los estudios del viento como fuerza mecánica (Presión dinámica ) por sus efectos perjudiciales en el vuelco de cosechas, pérdidas y roturas el cultivos o instalaciones, en invernáculos, en el diseño de sistemas de riego. Por estos motivos dedicaremos parte de este Práctico al estudio de la VELOCIDAD del viento como indicador de esta fuerza mecánica. III.1 - DIRECCION DEL VIENTO * Concepto : Está dada por el rumbo geográfico de donde procede, es decir,la DIRECCION del viento se define por el lugar de donde sopla. Ej, si el viento "sopla" del Norte, es viento Norte. * Determinación de la DIRECCION del viento: Si bien la observación directa ( de una columna de humo, del movimiento del follaje de la vegetación, de la trayectoria de las nubes) puede darnos una idea, se considera poco precisa por lo cual se utilizan INSTRUMENTOS como la VELETA y la MANGA en los lugares de observación donde interesa este aspecto del viento. Se toman como referencia los cuatro puntos cardinales Norte Sur Este Oeste, pero para el registro de las observaciones de dirección del viento se consideran 16 direcciones intermedias distribuidas para cada cuadrante de la siguiente manera :

3 Trabajo práctico : Viento 3 Cuadrante NE Direcciones intermedias NNE ; NE ; ENE * Utilidad de la información : con esta información diaria, podemos conocer a lo largo del año las FRECUENCIAS en las DIRECCIONES del viento y así poder determinar los vientos PREDOMINANTES de una localidad; se sabe que los vientos son un factor importante en la determinación del clima de una región. * Representación gráfica de las FRECUENCIAS de los vientos en una localidad. Se utilizan los GRAFICOS DE FRECUENCIA. Consisten en la representación a escala de la FRECUENCIA de los vientos en cada una de las direcciones ( para las representaciones en gráficos se consideran solo ocho direcciones. * Modalidad de la observación : se realiza en los horarios previstos para las otras observaciones en las ESTACIONES METEOROLOGICAS ( 8; 14; 20 horas ) De las tres observaciones diarias de la dirección del viento se saca para cada día una dirección que puede ser : 1. predominante 2. variable 3. calma ( no sopla viento ) * Utilidad de la información : con esta información diaria, podemos conocer a lo largo del año las FRECUENCIAS en las DIRECCIONES del viento y así poder determinar los vientos PREDOMINANTES de una localidad; se sabe que los vientos son un factor importante en la determinación del clima de una región. * Representación gráfica de las FRECUENCIAS de los vientos en una localidad. Se utilizan los GRAFICOS DE FRECUENCIA. Consisten en la representación a escala de la FRECUENCIA de los vientos en cada una de las direcciones ( para las representaciones en gráficos se consideran solo ocho direcciones. III.2 VELOCIDAD DEL VIENTO * Concepto : la velocidad del viento es por definición el número de metros recorridos por una masa de aire en un segundo, en cuyo caso la velocidad se expresa en m / seg. Además se puede expresar en km / h o en nudos ( 1 nudo = 1,853 km / hora ). m / seg km / h nudos La fuerza del viento depende de su velocidad, por eso en el lenguaje corriente se habla de fuerza del viento para expresar la velocidad. * Variación horaria y con la altura : se producen variaciones diarias muy importantes con el cambio de horas y en las diferentes alturas. De allí que interesa conocer con fines prácticos el perfil de la velocidad del viento a distintas alturas.

4 Trabajo práctico : Viento 4 * Para conocer la velocidad del viento, que sabemos varía con la altura y las horas del día podemos recurrir a su MEDICION o a su CALCULO. * Medición de la velocidad del viento : se puede medir con instrumental, el más conocido es el anemómetro de rotación de cazoletas ( tipo Robinson ) : mide la velocidad del viento de acuerdo al número de revoluciones que el aire imprime a un molinete de tres o cuatro brazos iguales. En uno de los extremos del brazo lleva una esfera semihueca y el otro va unido al eje giratorio. El viento actúa sobre el lado cóncavo y produce el movimiento giratorio que es registrado por un contador mecánico o dispositivo eléctrico. * Altura de la observación : el dispositivo con las cazoletas es colocado a 10 m de altura * Cálculo : como vemos,el ANEMOMETRO nos permite medir la velocidad a una determinada altura, pero para ciertas aplicaciones prácticas es necesario conocer el valor a otras alturas, es decir el perfil de velocidad. Para obtener datos a distintas alturas se utiliza la fórmula de la ecuación logarítmica : ECUACION u LOGARITMICA u = Ln Z / Ln Zo DEL VIENTO 0,4 Ell viento cerca de la superficie muestra un perfil logarítmico. A medida que nos acercamos a la superficie, la velocidad del viento tiende a anularse hasta hacerse igual a cero. del mismo modo que al alejarnos se incrementa. La ecuación logarítmica es válida hasta una altura aproximada de 50 m, pero es conveniente usarla hasta una altura de 20 m. PERFIL DEL VIENTO EN LAS CAPAS BAJAS Z (altura) Zo (velocidad) u Fig. 1

5 Trabajo práctico : Viento 5 Muestra un aspecto como el de la Fig 1, es dec ir que a una cierta altura (Zo) la velocidad del viento u se hace 0, es decir u = 0. A medida que ascendemos, la velocidad aumenta según un perfil que responde a la ecuación antes descripta: U U = Ln Z / Ln Zo 0,4 u* = es un valor empírico que varía durante el día Zo = parámetro de rugosidad. Altura a la cual la velocidad del viento se hace 0 Aunque Zo se denomina parámetro de rugosidad no indica altura de los elementos rugosos (árboles, pasto corto, pasto largo,etc) aún cuando a mayor altura de los elemento rugosos mayor es el valor de Zo.En general, en un campo sembrado, Zo aumenta a medida que crece el cultivo Valores típicos de Zo : tipo de terreno Arena (sin dunas) Pasto corto Pasto largo Campo con trigo Zo 0,05 cm 3,0 cm 4,0 cm 4,5 cm ANALISIS DEL PERFIL DEL VIENTO MEDIANTE PAPEL SEMI LOGARITMO. El perfil del viento en las capas bajas tiene el aspecto de loa fig.(1), donde a partir de Zo ( en que u = 0 ) la velocidad aumenta con la altura siguiendo una curva del tipo que está dibujada Pero si analizamos el perfil de la velocidad del viento utilizando papel con escala

6 semi-logarítmica para el gráfico ( u ; Ln Z ) de la ecuación : u u u = Ln Z/Zo = Ln Z - Ln Zo 0,4 0,4 de donde: u 0,4 Ln Z = Ln Zo u Trabajo práctico : Viento 6 Vemos que es una ecuación de la forma Y = a.x + b, o sea la ecuación de la recta, lo cual nos dice que el perfil del viento será una línea recta. Fig. (2) Ln Zo. Si Y = a X + b completar (*) Ln Zo Ln Z =... u. La pendiente de la recta es 0,4 / u o sea que si Y= a X +b, el Ln Z es (*). Cuando la u = 0, se encuentra el valor de Zo, porque : 0,4.u / u = 0 entonces : Ln Z = Ln Zo PARAMETRO DE RUGOSIDAD : altura a la que u= 0

7 Trabajo práctico : Viento 7 TRABAJO PRACTICO Nº 7 VIENTO ACTIVIDADES EJERCICIO Nº 1 Completar direcciones intermedias en todos los cuadrantes. N O E S EJERCICIO N 2 Representar gráficamente la FRECUENCIA ANUAL de: direcciones diarias predominantes y días de calma en los vientos de la E.E.A. de MANFREDI. En el CUADRO I se reúne los valores de la FRECUENCIA ANUAL PROMEDIO de cuatro años ( ) en dicha Estación de observaciones las siguientes observaciones : viento predominante. días de viento variable. (1) días de calma. (2 (1) Días en que la dirección no tiene una tendencia o predominio, sino ue cambia o rota en varias direcciones. (2) días en que no se registran viento

8 Trabajo práctico : Viento 8 CUADRO I Direcciones N S E W NE SE NW SW variable calma Frecuencia a - En la hoja de papel milimetrado realizar la representación gráfica de la FRECUENCIA ANUAL de los vientos. b - En un gráfico a escala se representan las frecuencias en las ocho direcciones y se construye un polígono cuya forma expresa gráficamente los vientos predominantes, escasos o excepcionales. Trabajar a una escala 0,5 cm = 10 días. c - Sacar conclusiones EJERCICIO N 3 Algunas Estaciones Meteorológicas, como la de Castelar registran la velocidad del viento a varias alturas : 0,5 ; 1,0 ; 2,0 ; 6,0 y 10,0 metros. En el CUADRO II figura el Promedio Anual de la velocidad del viento a las alturas señaladas. CUADRO II Altura m Velocidad Km / hora 0,5 1,0 2,0 6,0 10,0 5,4 6,5 7,7 9,5 10,4 TAREA : Representar gráficamente la velocidad del viento a diferentes altura en papel semi logaritmo Determinar a qué función corresponde el perfil de velocidad del viento

9 Trabajo práctico : Viento 9 EJERCICIO N 4 * GRAFICAR PERFILES DE VELOCIDAD DEL VIENTO A DIFERENTES HORAS * CALCULO GRAFICO DEL PARAMETRO DE RUGOSIDAD (Zo) * CALCULO DE LA VELOCIDAD DE FRICCION (u ) PARA DISTINTAS HORAS Con los DATOS ( CUADRO III ) de velocidad del viento ( VIENTO MEDIO HORARIO en cm/seg) registrados a diferentes alturas en un Anemómetro de tres cazoletas para un día determinado ( 14 de agosto ), realizar las siguientes : TAREAS: 3.1 Graficar en papel semilogatitmo el "perfil de velocidad" del viento ( u versus Ln de la altura ) para las siguientes horas: 0635 ; 1035 ; 1435 ; Usar símbolos diferentes para cada hora indicada. 3.2 Después de plotear los de cada hora AJUSTE UNA LINEA RECTA a los puntos correspondientes a los tres niveles más bajos de observación ( 0,4 m ; 0,8 ; 1,6 m ). Para los tres puntos correspondientes a los niveles más altos ( 3,2 m ; 6,8 m 16,0 m ), AJUSTE UNA PARABOLA (subjetivamente) que tenga continuidad con la LINEA RECTA. 3.3 Analizando el "perfil del viento" durante el día qué conclusión puede sacar respecto a : La marcha de la velocidad con relación a la altura (Z) y horas. La "forma" de la línea de ajuste a los valores de velocidad según la altura. Qué sucede con la línea de ajuste aproximadamente después de 1 m de altura? 3.4 Calcular "gráficamente" el valor de Zo que se obtiene para cada una de las tres rectas. Si los valores no coinciden, promedie los valores de Zo que obtuvo y sugiera un tipo de superficie que tenga ese valor de Zo. 3.5 Calcular la "velocidad de fricción" (u ) para cada hora a la altura Z = 6,4 m. Completar el cuadro:

10 Trabajo práctico : Viento 10 HORA U cm / seg Velocidad de fricción U * = 0,4. U / Ln Z--LnZo , , , , , , , , EJERCICIO N* 5 : Calcular u a 6,4 m de altura Calculo de la velocidad del viento a una determinada altura partir de los datos de u conocidos para otra altura. Comparacion entre datos observados y calculados. Calculo del error me PLANTEO : Supongamos que solo disponemos de los datos de u a 1,6 m de altura y que se tiene una estimación de Zo por el tipo de cobertura de suelo que es de aproximadamente : Zo = 20 mm PROCEDIMIENTO : 1) de u + Ln Z / Zo u = ,4 Puedo obtener el valor de u+ para una hora determinada 0,4 u u+ = (1) LnZ / Zo (1) Sustituir el valor de u observado a Z = 1,60 m con Z0 = 0,02 m 2) Luego se emplea ese valor de u+ para calcular el viento a Z = 6,4.

11 Trabajo práctico : Viento 11 De esta forma se calcularon los valores de u a 6,4 m pero a diferentes horas (EJERCICIO N* 3 ). DATOS : VELOCIDAD DEL VIENTO MEDIO HORARIO ( cm / seg ) A DIFERENTES ALTURAS. Horas altura 16,1 6,4 3,2 1,6 0,8 0, PLANILLA PARA * EL REGISTRO COMPARATIVO DE LOS VALORES DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO OBSERVADOS A 6,4 m Y LOS CALCULADOS A ESA MISMA ALTURA * EL CALCULO DEL ERROR MEDIO. HORAS U a 6,4 m Observada U a 6,4 m observada Diferencia Error medio =...