Turbulencia

TURBULENCIA El movimiento de un fluido, tal como el aire, desde el punto de vista hidrodinámico, puede ser laminar o turbulento El movimiento es laminar cuando la velocidad “no es demasiado grande” y el recorrido de las partículas de fluido es ordenadamente rectilíneo.

Al aumentar la velocidad y en condiciones adecuadas, el recorrido de las partículas se hace desordenado, apareciendo perturbaciones en forma de remolinos. Luego el movimiento es turbulento.

Características de la turbulencia a) la turbulencia es tridimensional b) la turbulencia es irregular y casual c) la turbulencia es turbillonaria d) la turbulencia no es lineal e) la turbulencia produce mezcla f) la turbulencia disipa energía

Influencia de la turbulencia en el equilibrio atmosférico Sin movimientos verticales no existiría nubosidad convectiva. El gradiente vertical de temperatura sería excesivamente grande Los gradientes horizontales de temperatura también serían excesivos La estructura físico-químico de la atmósfera sería muy diferente

No habría ciclogenésis La contaminación sería intolerable La cantidad de oxigeno abastecida por difusión molecular no seria suficiente

Escala empírica de turbulencia (de Darmstadt) Turbulencia 1: ligera (perceptible) Turbulencia 2: moderada (dificultad para caminar dentro del avión) Turbulencia 3: severa (se desplazan los objetos no adheridos en el interior del avión

TURBULENCIA MECANICA Es la ocasionada por el rozamiento del aire con la superficie A consecuencia del rozamiento del aire con la superficie se crean remolinos, que afectan a una capa de unos 100 metros de espesor, llamada capa turbulenta. Los obstáculos y la accidentada orografía estimulan la formación de remolinos

Corrientes turbulentas formadas por el viento que sopla sobre superficies desiguales o con obstrucciones

Viento fuerte

Los accidentes orográficos constituyen obstáculos que la corriente debe rodear, donde aparecen movimientos adicionales diferentes en orden de magnitud. Al mismo tiempo las líneas de corriente se deforman al pasar por el obstáculo dando lugar a variaciones de la velocidad y de la presión de acuerdo con el teorema de Bernouilli, engendrándose remolinos y turbulencia. Aún cuando a barlovento del obstáculo pueden crearse remolinos, éstos no son significativos comparados con los que se producen a sotavento del mismo.

TURBULENCIA TERMICA Para que se produzca la turbulencia térmica es necesario que haya inestabilidad y puede producirse: - Por calentamiento de las capas bajas de la atmósfera - Por enfriamiento de las capas superiores de la atmósfera.  

En la turbulencia térmica juega un papel fundamental el gradiente vertical de temperatura. Durante el día el aire en contacto con el suelo se calienta fuertemente y cuando se alcanza una temperatura tal que el aire está más caliente que el de su entorno se hace inestable y asciende.

De esta forma suben volúmenes aislados mientras que descienden otros más fríos para equilibrar el sistema. El mecanismo es más complejo ya que en principio el ascenso-descenso se produce en células convectivas ordenadas, sin que aparezca turbulencia adicional.

Pero cuando la atmósfera es baroclínica, es decir cuando existe una cizalladura vertical del viento en las capas bajas y hay turbulencia mecánica, la convección no es ordenada. Hay entonces dos movimientos ascendentes, uno el de la fuerza ascensional de las burbujas caldeadas y otro de los movimientos desordenados producidos por la turbulencia mecánica.

A veces el calentamiento es tan intenso que a pesar de que a cierta altura ya no hay efectos de turbulencia mecánica, el proceso ascensional continúa. Una vez alcanzado el nivel de libre convección, el aire inestable sigue subiendo por sí mismo

Durante la noche el proceso es inverso. El aire en contacto con el suelo, se enfría fuertemente estabilizándose y produciéndose movimientos descendentes. La convección cesa. El aire caliente se encuentra sobre el frío y para que haya movimientos verticales las partículas tienen que moverse contra la fuerza de Arquímedes, es decir contra la estratificación de densidad. La energía necesaria para ello se toma entonces de la energía mecánica. De esta manera la energía mecánica se amortigua y si la estabilidad es fuerte queda totalmente agotada, en el estado final el flujo se hace prácticamente laminar.

TURBULENCIA OROGRAFICA. ONDA DE MONTAÑA En la atmósfera se producen, en determinadas circunstancias, ciertos movimientos ondulatorios. Si las ondas son de gran longitud, se producen grandes remolinos que engendran bajas y anticiclones, pero si las longitudes no exceden de varios kilómetros, se forman ondas cortas.

Las ondas cortas pueden ser de tres clases: a) Ondas de gravedad. b) Ondas de gravedad-cizalladura c) Ondas de cizalladura.

Las ondas de gravedad, como su nombre indica, se deben a la gravedad. Se forman, al igual que las olas del mar, cuando una fuerza eleva la superficie de un fluido hasta un determinado nivel, a partir del cual la fuerza de la gravedad lo hace descender, produciéndose así ascensos y descensos que configuran la onda, cuya longitud varía desde 3 a 20 km.

Estas ondas son estables, manteniéndose dentro de ciertos límites su amplitud y longitud de onda mientras se propagan corriente abajo. Un caso particular de onda de gravedad es la onda de montaña que se describirá más adelante

Las ondas de, gravedad-cizalladura dependen no sólo de la fuerza de gravedad. Para que se formen es preciso que exista también un salto de temperatura y densidad entre dos masas de aire superpuestas que se mueven a diferente velocidad y en consecuencia hay una notable cizalladura del viento. Estas ondas son inestables y a medida que se propagan corriente abajo disminuye su longitud de onda y aumenta su frecuencia.

Hay que hacer constar que mientras la longitud de onda es mayor de 60 m se mantienen todavía estables. pero al disminuir ésta y crecer la amplitud y la frecuencia se inestabilizan reduciéndose la longitud de onda corriente abajo a 10 cm, 1 cm, 1 mm, y así sucesivamente, desbordándose la turbulencia en forma difusa y mezclándose la parte superior con la inferior

Las ondas de gravedad-cizalladura tienen un papel preponderante en la formación de la turbulencia en aire claro. Finalmente las ondas de cizalladura no se presentan nunca en estado estacionario, son altamente inestables y se caracterizan por una definida discontinuidad en el campo del viento

La onda de montaña puede ser definida como un fenómeno ondulatorio en el flujo de aire perpendicularmente a una barrera montañosa. A barlovento de la montaña el aire es forzado a ascender, mientras que a sotavento viene hacia abajo, extendiendo su efecto sobre el valle como una onda.  Para que se forme la onda de montaña a sotavento es necesario que se cumplan los siguientes requisitos:

Una barrera montañosa La dirección del viento debe ser perpendicular a la montaña La velocidad del viento debe ser superior a 15 nudos sobre la cima La velocidad del viento ha de aumentar en función de la altura La masa de aire debe ser estable (capa estable)

EXISTEN TRES ZONAS DE TURBULENCIA BIEN DELIMITADAS ZONA BAJA : Corresponde al aire inestable con nubes de la muralla de Foehn y rotor es tremendamente turbulenta. ZONA-MEDIA : Corresponde al aire estable donde se forman los lenticulares. ZONA ALTA : Es muy turbulenta, especialmente cuando la onda viene acompañada con la corriente en chorro

Cizalle del viento en niveles bajos El gradiente o cizalladura del viento se define como un cambio en la velocidad y/o en la dirección del viento en el espacio. Condiciones meteorológicas asociadas a la cizalladura del viento en niveles bajos: Flujo del viento en torno a obstáculos Brisa de tierra y brisa de mar Sistemas frontales La ráfaga descendente