Perfil de viento de registro

El perfil de viento logarítmico es una relación semiempírica que se utiliza habitualmente para describir la distribución vertical de las velocidades medias horizontales del viento en la parte más baja de la capa límite planetaria . La relación está bien descrita en la literatura. ^[1]

El perfil logarítmico de las velocidades del viento se limita generalmente a los 100 m más bajos de la atmósfera (es decir, la capa superficial de la capa límite atmosférica ). El resto de la atmósfera está compuesta por la parte restante de la capa límite planetaria (hasta unos 1000 m) y la troposfera o atmósfera libre. En la atmósfera libre, se deben utilizar relaciones de viento geostrófico.

Definición

La ecuación para estimar la velocidad media del viento ( ) a una altura (metros) sobre el suelo es: ${\displaystyle u_{z}}$ ${\displaystyle z}$

${\displaystyle u_{z}={\frac {u_{*}}{\kappa }}\left[\ln \left({\frac {z-d}{z_{0}}}\right)+\psi (z,z_{0},L)\right]}$

donde es la velocidad de fricción (ms ⁻¹ ), es la constante de Von Kármán (~0,41), es el desplazamiento del plano cero (en metros), es la rugosidad de la superficie (en metros), y es un término de estabilidad donde es la longitud de Obukhov de la teoría de similitud de Monin-Obukhov . En condiciones de estabilidad neutra , y desaparece y la ecuación se simplifica a, ${\displaystyle u_{*}}$ ${\displaystyle \kappa }$ ${\displaystyle d}$ ${\displaystyle z_{0}}$ ${\displaystyle \psi }$ ${\displaystyle L}$ ${\displaystyle z/L=0}$ ${\displaystyle \psi }$

${\displaystyle u_{z}={\frac {u_{*}}{\kappa }}\left[\ln \left({\frac {z-d}{z_{0}}}\right)\right]}$.

El desplazamiento en el plano cero ( ) es la altura en metros sobre el suelo a la que se alcanza una velocidad media del viento cero como resultado de obstáculos al flujo, como árboles o edificios. Este desplazamiento se puede aproximar como 2/3 _{a 3/4} de ^la altura ^media de los obstáculos. ^{[2] Por ejemplo,} _si se estiman los vientos sobre un dosel forestal de 30 m de altura, el desplazamiento en el plano cero podría estimarse como d = 20 m. ${\displaystyle d}$

La longitud de rugosidad ( ) es una medida correctiva para tener en cuenta el efecto de la rugosidad de una superficie en el flujo del viento. Es decir, el valor de la longitud de rugosidad depende del terreno. El valor exacto es subjetivo y las referencias indican un rango de valores, lo que dificulta dar valores definitivos. En la mayoría de los casos, las referencias presentan un formato tabular con el valor de dado para ciertas descripciones de terreno. Por ejemplo, para terrenos muy planos (nieve, desierto) la longitud de rugosidad puede estar en el rango de 0,001 a 0,005 m. ^[2] De manera similar, para terrenos abiertos (pastizales) el rango típico es de 0,01-0,05 m. ^[2] Para tierras de cultivo y matorrales/bosques los rangos son de 0,1-0,25 m y de 0,5-1,0 m respectivamente. Al estimar las cargas de viento sobre las estructuras, los terrenos pueden describirse como suburbanos o urbanos densos, para los cuales los rangos son típicamente de 0,1-0,5 m y de 1-5 m respectivamente. ^[2] ${\displaystyle z_{0}}$ ${\displaystyle z_{0}}$

Para estimar la velocidad media del viento a una altura ( ) en función de la de otra ( ), la fórmula se reorganizaría, ^[2] ${\displaystyle {{z}_{2}}}$ ${\displaystyle {{z}_{1}}}$

${\displaystyle u({{z}_{2}})=u({{z}_{1}}){\frac {\ln \left(({{z}_{2}}-d)/{{z}_{0}}\right)}{\ln \left(({{z}_{1}}-d)/{{z}_{0}}\right)}}}$,

¿Dónde está la velocidad media del viento a la altura ? ${\displaystyle u({{z}_{1}})}$ ${\displaystyle {{z}_{1}}}$

Límites

En general, se considera que el perfil de viento logarítmico es un estimador más confiable de la velocidad media del viento que la ley de potencia del perfil de viento en los 10 a 20 m más bajos de la capa límite planetaria. Entre los 20 m y los 100 m, ambos métodos pueden producir predicciones razonables de la velocidad media del viento en condiciones atmosféricas neutras. Desde los 100 m hasta cerca de la parte superior de la capa límite atmosférica, la ley de potencia produce predicciones más precisas de la velocidad media del viento (suponiendo condiciones atmosféricas neutras). ^[3]

El supuesto de estabilidad atmosférica neutral analizado anteriormente es razonable cuando la velocidad media horaria del viento a una altura de 10 m supera los 10 m/s, donde la mezcla turbulenta supera la inestabilidad atmosférica. ^[3]

Aplicaciones

Los perfiles de viento de registro se generan y utilizan en muchos modelos de dispersión de la contaminación atmosférica . ^[4]

Véase también

• Ley de potencia del perfil del viento
• Lista de modelos de dispersión atmosférica

Referencias

1. Oke, TR (1987). Climas de capa límite . Methuen.
2. Holmes JD. Carga de viento en estructuras. 3.ª ed. Boca Raton, Florida: CRC Press; 2015.
3. Cook, NJ (1985). Guía del diseñador para la carga de viento en estructuras de edificios: Parte 1. Butterworths.
4. Beychok, Milton R. (2005). Fundamentos de la dispersión de gases en chimeneas (4.ª ed.). Publicado por el autor. ISBN 0-9644588-0-2.