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Medida del viento en superficie.

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MEDIDA DEL VIENTO EN SUPERFICIE, informacion y todos los procedimientos.

Agregado: 29 de AGOSTO de 2000 (Por ) | Palabras: 1337 | Votar! | Sin Votos | Sin comentarios | Agregar Comentario
Categoría: Apuntes y Monografas > Fsica >
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    MEDIDA DEL VIENTO EN SUPERFICIE

    La velocidad del viento es una magnitud vectorial tridimensional con fluctuaciones aleatorias de pequea escala en el espacio y en el tiempo, sobrepuestas a un flujo organizado de mayor escala. Normalmente el viento en superficie ser considerado una magnitud vectorial bidimensional especificada por la direccin y la velocidad. La mejor manera de medir el viento en superficie es utilizar una veleta y un anemmetro.

    En cuanto a las unidades, la velocidad del viento debe expresarse en metros por segundo o en nudos, con precisin de una unidad y, para fines sinpticos, debe representar el promedio sobre un periodo de diez minutos o, si el viento cambia notablemente en un periodo de diez minutos, un promedio sobre el periodo despus del cambio.

    La direccin del viento debe expresarse en grados, con precisin de diez grados, y debe representar el promedio sobre diez minutos o, si el viento cambia notablemente en un periodo de diez minutos, un promedio sobre el periodo despus del cambio. La direccin del viento se define como la direccin de la cual el viento sopla y se mide en el sentido de las agujas de un reloj a partir del norte geogrfico.

    Se debe considerar calma cuando el promedio de velocidad del viento es inferior a un nudo. En este caso, la direccin se fija en 00. As, el norte no ser 00 sino 360.

    En cuanto a los problemas de la exposicin del equipo de medida tendremos que, debido al efecto de friccin, la velocidad del viento podr variar notablemente en las primeras decenas de metros por encima del terreno e incluso despus. Tambin podrn darse variaciones considerables por un terreno desigual o que presente obstculos. Por esta razn se ha definido una altura normalizada sobre el terreno para la exposicin de los instrumentos de medida del viento. Las observaciones de la velocidad del viento a otras alturas deben ser ajustadas para lograr una estimacin correspondiente a la altura normalizada. Sin embargo, no se trata de hacer ajustes de la desviacin de la direccin del viento con la altura sobre terreno abierto, porque resulta muy pequea y no merece la pena. La posicin normal establecida de los anemmetros en tierra sobre un terreno llano es de diez metros por encima de dicho terreno. Se llama terreno abierto a una zona donde la distancia entre el anemmetro y cualquier otro obstculo es al menos diez veces la altura del obstculo.

    Cuando no pueda lograrse una disposicin normal del anemmetro, esto es de diez metros sobre el terreno, deber instalarse a una altura tal que sus indicaciones resulten razonablemente exentas de la influencia de los obstculos locales y representen en la mayor medida posible qu viento que habra a diez metros si no hubiese obstculos en las proximidades. Esto exige normalmente que se situ el anemmetro a una altura superior a diez metros, dependiendo el exceso de altura del anemmetro y de la altura y distancia de los obstculos. Sin embargo, no existe ninguna regla general para determinar esta altura, ya que las condiciones locales son muy distintas de unas zonas a otras. Puede ser conveniente utilizar distintas alturas efectivas para distintas direcciones del viento.

    Cuando en un terreno abierto el anemmetro no pueda ser puesto a la altura normal, las velocidades observadas del viento pueden ajustarse para lograr estimar el viento en el nivel normal, utilizando la siguiente expresin de variacin media de la velocidad con la altura:

    Donde Vh es la velocidad del viento a la altura de h metros y V10 es la velocidad a diez metros por encima del terreno.

    Tambin es aconsejable adoptar precauciones especiales para mantener el equipo de medida del viento exento de las acumulaciones de nieve recongelada y hielo, llegando a veces al uso de sistemas de calefaccin artificial para las partes del equipo expuestas.

    En el presente trabajo contaremos con un registro de viento con el cual estudiaremos la rafagosidad. El anemmetro con el que conseguimos el registro, se ubic en la Facultad de Ciencias Fsicas de la Universidad Complutense de Madrid, es decir, a las afueras de la ciudad pero con edificios altos en sus proximidades. El anemmetro fue del tipo anemmetro snico (figura 1), que pasamos a describir:

    Como su nombre indica, esta clase de anemmetros se basan en el sonido y en el tiempo que tardan en llegar las ondas sonoras de un punto emisor a otro receptor en el interior del anemmetro, que estar dentro del fluido cuya velocidad queremos determinar, en nuestro caso el aire. Este intervalo de tiempo en la recepcin de la seal sonora depender de la velocidad del fluido.

    Una onda snica se desplaza en un medio fluido con una velocidad algo diferente de la que le correspondera en el mismo medio en reposo. Si la velocidad del medio fluido es pequea, podremos diferenciar la expresin elemental del tiempo igual a distancia dividida por la velocidad del sonido, para obtener el desfase aproximado en tiempo:

    Esta expresin ser vlida si el arrastre es producido por una componente pequea de la velocidad del fluido en la distancia d entre emisor y receptor. Si esta distancia d fuese mayor tendramos un error relativo ms pequeo en la medida del tiempo, pero ello implicara una reduccin en la seal recibida y, por tanto, una reduccin de la relacin seal a ruido. Esta relacin podr mejorarse si se trata con una preamplificacin, pasada a travs de un filtro pasabanda y seguida de una amplificacin final.

    Para dar las componentes segn dos ejes del viento horizontal o las componentes en un sistema cartesiano trirrectangular, usaremos una pareja de estos sistemas. Este sistema es extraordinariamente sensible a los objetos materiales en la proximidad del altavoz y de los micrfonos, pudiendo aparecer grandes desfases en las medidas ocasionados por ecos producidos por estos objetos materiales. Por esto, al realizar las medidas, tendremos que evitar cualquier variacin en la geometra del contorno, incluso en la posicin del observador prximo. Estas medidas se realizan durante el tiempo de propagacin de los pulsos emitidos a razn de unas pocas decenas por segundo.

    Veamos con ms detalle geomtrico (figura 2) la fsica del sonido en un entorno con viento constante, por ejemplo de valor vectorial v en el plano horizontal en el que estn las parejas de emisor-receptor E1-R2 y E2-R1. Llamaremos vd y vn a las componentes del viento en la distancia d y perpendicular a ella:

    Una componente del viento distinta de cero en el recorrido d har diferente los tiempos t1 y t2 en los dos sentidos opuestos al serlo la velocidad. Viendo la anterior figura, tendremos las siguientes expresiones:

    Restando ambas:

    Aproximando para a pequeo:

    De aqu obtenemos la velocidad del viento en la direccin d:

    Esta frmula permite aceptar que as las fluctuaciones de la velocidad son proporcionales a las fluctuaciones de tiempo, y que, por tanto, resultaran as eliminadas del valor medio.

    Podramos tener en cuenta que la velocidad del sonido est relacionada con la temperatura virtual, o lo que es lo mismo, con la tensin de vapor de agua y la presin existente en la zona donde realizamos el estudio. Sin embargo, el obviar esto slo supondr unas fluctuaciones en la velocidad del sonido de un 1%, lo que permite ignorarlo si lo que queremos obtener es el valor de la velocidad del viento.

     
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