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• Alex Garner

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NATURALEZA DEL FLUJO DEL AIRE Y CUANTIFICACION DEL PROMEDIO TEMPORAL DEL VIENTO I.

INTRODUCCION

El conocimiento de la naturaleza del flujo del aire tiene gran importancia en el estudio de la transferencia y difusión vertical de calor, vapor de agua, cantidad de movimiento, contaminantes y otras. Si el flujo es turbulento existe intercambio vertical de propiedades de gran intensidad, por el contrario bajo la ausencia de este tipo de flujo priman solo la transferencia horizontal. Además, es muy necesario identificar las horas de predominancia del flujo turbulento y las horas del flujo cuasi laminar. La naturaleza del flujo del aire puede detectarse de dos maneras: mediante el análisis del perfil vertical de velocidad del viento y a través del análisis temporal de la velocidad del viento; su utilización esta condicionada a la disponibilidad de datos y/o instrumental (anemómetros). En ambos casos se debe enfatizar con los datos cuasi instantáneos. En el análisis temporal, el flujo turbulento esta caracterizado por la presencia de las oscilaciones (aumento y disminución), cuanto mayor son las oscilaciones disminuyen y tienden a desaparecer, debido a ello los datos promedio no son adecuados para el análisis de la turbulencia. En lo que respecta al análisis del perfil vertical de la velocidad del viento, el flujo turbulento esta caracterizado por presentar viento cortante (gradiente vertical) muy intenso en la capa próxima y en contacto con la superficie y una variación vertical casi nula por encima de la capa mencionada. Todo lo contrario la presencia del fluido cuasi laminar esta caracterizado por la presencia de la variación vertical de la velocidad hasta alturas muy distantes de la superficie. II. OBJETIVOS

1. Determinar el día de mayor o menor turbulencia del aire para los meses asignados. 2. Determinar el promedio temporal del viento para los seis días de mayor y menor turbulencia de los meses asignados

3. Identificar las horas de ocurrencia de flujo turbulento y flujo laminar. III. CONCEPTOS GENERALES Características del flujo turbulento del aire El flujo turbulento es de naturaleza muy compleja y se caracteriza por la existencia de gran número de movimientos secundarios transversales (ascenso y descenso de porciones del fluido) al flujo principal, produciendo una incesante mezcla de aire, es un flujo altamente rotacional en los que los vórtices no tienen estructuras comunes y conocidas. La velocidad del viento sobre una superficie desnuda o cubierta de gras en periodo de gradiente, presenta una variación vertical muy lenta o débil (excepto en la capa muy próxima al suelo), cuando la turbulencia es alta (turbulencia térmica); Mas cuando el flujo es laminar, en el periodo de inversión, la velocidad del viento tiene una variación vertical que se manifiesta hasta grandes alturas. Por otro lado, el viento en la vecindad de los obstáculos, es decir, cerca al suelo es altamente turbulento (turbulencia mecánica o forzada), estos obstáculos pueden ser árboles, casas o edificaciones, colinas, etc. Las propiedades del flujo turbulento guardan una estrecha relación con la teoría cinética de los gases; similar a las moléculas los remolinos o torbellinos transfieren cantidad de movimiento y otras propiedades, dentro de la atmósfera, de una capa a otra. Para su mejor comprensión es posible imaginar un remolino (corriente circular vertical) originalmente una parte del flujo principal en una región de velocidad relativamente alta. Separándose súbitamente se mueve hacia otra capa, conservando parte o todo de su cantidad de movimiento, hasta mezclarse nuevamente con el movimiento medio principal en una región de baja velocidad. Tal proceso

de mezcla será revelado como una ráfaga momentánea o incremento de velocidad en el nuevo nivel (nivel de medición del viento), y el efecto de estos tipos de movimientos secundarios e incesantes será eliminar el gradiente vertical de velocidad, excepto en la vecindad inmediata a la frontera o superficie del suelo, donde la superficie sólida restringe el movimiento. De acuerdo a esto podemos afirmar que en un análisis temporal del viento, los registros de aumento indican llegada de porciones de fluido de niveles superiores, mientras las disminuciones indican llegada de porciones del aire de niveles inferiores. Flujo permanente Es aquel flujo donde las propiedades del fluido y sus características en cualquier punto del campo de movimiento son independientes del tiempo:

∂V = 0, ∂t

∂ρ ∂P = 0, = 0 ∂t ∂t

También puede entenderse como el flujo en el cual la velocidad media temporal permanece constante con el tiempo; también se le conoce como flujo estacionario. En estos casos la trayectoria de una partícula es una línea de corriente, puesto que estas tienen una tangente invariable en el tiempo en cada punto. Flujo Uniforme Es aquel flujo en el cual, en cualquier punto del fluido la velocidad tiene el mismo módulo, el flujo, la misma dirección y sentido en un instante determinado. IV. MATERIALES Y METODOS Materiales - Datos de velocidad del viento de la estación Meteorológica de la Universidad Católica de Santa Maria de Arequipa. - Papel milimetrado o microcomputadora y programa de gráficos. Procedimiento Para los meses y el año asignado, seleccione 6 días de mayor turbulencia y otros 6 días de menor turbulencia. Tener presente que el anemocinemograma consta de 3 partes: una el registro de la dirección, otra el registro de la velocidad (m/s) cada 10 minutos y una tercera parte que corresponde al registro de la velocidad instantánea o ráfagas (m/s); debe observarse además que la escala de tiempo es la misma para las tres partes, que varia cada 10 minutos. Para la práctica y para seleccionar los días de mayor o menor turbulencia utilice la parte correspondiente a las ráfagas. Luego proceda a leer la velocidad cada 10 minutos para los días seleccionados, llenando un cuadro como el 1. Una vez completado el cuadro para los días de mayor turbulencia, realice dos gráficos; uno para el día de turbulencia más alta y otra para la media temporal; de manera similar proceda con los días de menor turbulencia, en ambos casos para los meses asignados. V. RESULTADOS Y DISCUSION Presente los datos en un archivo y sus resultados en cuadro y gráficos; Analice cuales son las horas de flujo turbulento y cuales las de flujo laminar. Discuta lo que sucede al tomarse la media temporal. Discuta la importancia de haber cumplido con los tres objetivos de la práctica. VI. CONLUSIONES Establezca sus conclusiones en función a los objetivos de la práctica.

Cuadro Nº 1: Viento en días de menor turbulencia de los meses de_____ y______ del año____ HORA 7:00 7:10 7:20 7:30 7:40 7:50 8:00 8:10 8:20 8:30 8:40 8:50 9:00 9:10 9:20 9:30 9:40 9:50 10:00 10:10 10:20 10:30 10:40 10:50 11:00 11:10 11:20 11:30 11:40 11:50 12:00 12:10 12:20 12:30 12:40 12:50 13:00 13:10 13:20 13:30 13:40 13:50 14:00 14:10 14:20 14:30 14:40 14:50 15:00 15:10 15:20 15:30 15:40 15:50 16:00 16:10 16:20 16:30 16:40 16:50 17:00 17:10 17:20 17:30 17:40 17:50 18:00 18:10 18:20 18:30 18:40 18:50 19:00

PROMEDIO

DIA 1

DIA 2

DIA 3

DIA 4

DIA 5

DIA 6

PROMEDIO

VII. BIBLIOGRAFIA

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Monteith J. L. Vegetation an Atmosphere. Academic Press Inc. London, 1975. Rosemberg N. Microclimatic Biological Enviroment. John Wiles. New York, 1975 Suton O. G. Micrometeorology. Mc Graw – Hill Book Company, New York, 1953