En cierto aspecto, la atmósfera puede compararse con una gigantesca máquina térmica donde la diferencia constante de temperatura existente entre los polos.

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1 En cierto aspecto, la atmósfera puede compararse con una gigantesca máquina térmica donde la diferencia constante de temperatura existente entre los polos y le Ecuador proporciona la energía necesaria para la circulación atmosférica. Temp sup Mar El aire, al calentarse, varía su densidad y por lo tanto su presión atmosférica. Las diferencias barométricas ponen en movimiento las masas de aire, las que entran en una constante pero inalcanzable “búsqueda de equilibrio bárico”. La transformación de energía calorífica en energía cinética puede implicar un ascenso o descenso del aire, pero los movimientos verticales son generalmente mucho menos evidentes que los horizontales, que pueden abarcar amplias zonas y persistir durante períodos de tiempo que oscilan entre algunos días y varios meses.

2 Sin embargo, antes de considerar estos aspectos globales, es importante determinar las leyes que rigen el movimiento del aire. Cabría esperar que la diferencia de presión existente entre la superficie de la tierra y los niveles superiores de la atmósfera ocasionase el escape de ésta, hecho que no se produce a causa de la existencia del campo gravitatorio terrestre. El descenso de la presión del aire al aumentar la altura está compensado por la fuerza de la gravedad dirigida hacia abajo; esto es lo que se conoce como equilibrio hidrostático. Este equilibrio, conjuntamente con la estabilidad general de la atmósfera y su escaso espesor, limita en gran manera los movimientos verticales del aire. Por término medio, la velocidad de los vientos horizontales es del orden de varios centenares de veces mayor que la de los movimientos verticales, aunque se producen algunas excepciones, particularmente en las tormentas convectivas.

3 Las leyes del movimiento horizontal El Gradiente de Presión
 El movimiento del aire en las proximidades de la superficie terrestre está controlado por cuatro factores: la fuerza del gradiente de presión, la fuerza de Coriolis, la aceleración centrípeta y la fuerza de rozamiento. De éstos, la fuerza de Coriolis y la aceleración centrípeta son, en rigor, ficticios, pero conviene atribuir a dichas fuerzas ciertos efectos sobre el movimiento del aire en las proximidades de la tierra. El Gradiente de Presión Esta fuerza es la componente horizontal de la fuerza de presión. La componente vertical de dicha fuerza se equilibra con la fuerza de la gravedad. La diferencia de presión en el espacio, que pueden ser debidas a causa mecánicas o térmicas, controlan los movimientos horizontales de las masas de aire. El gradiente de presión es la fuerza que ocasiona el movimiento del aire desde la zona de altas presiones hacia las de bajas presiones.

4 El gradiente de presión por unidad de masa, perpendicular a las isobaras se expresa matemáticamente como: donde = densidad del aire y p/n= gradiente horizontal de presión Por consiguiente, cuanto más juntas estén las isobaras, más intenso será el gradiente de presión y mayor la velocidad el viento La fuerza del gradiente de presión es también inversamente proporcional a la densidad del aire y está relación es de especial importancia para comprender el comportamiento de los vientos en altura

5 Esquema del efecto de Coriolis en la circulación planetaria.
La fuerza de Coriolis una consecuencia del hecho de que el movimiento de las masas de aire sobre la superficie de la tierra está generalmente referido a un sistema de coordenadas móvil ( por ejemplo, la red de meridianos y paralelos que gira con la tierra). Se puede entender la fuerza de Coriolis imaginando a un hombre de pie en el centro de un disco giratorio y de cara a un objeto situado al borde. Cuando el hombre larga una bola al objeto, ésta viaja en línea recta y evita el movimiento del objeto. Sin embargo para el hombre que gira con el objeto la bola se ha movido describiendo una curva desde el punto en que estaba este. Esquema del efecto de Coriolis en la circulación planetaria. La Fuerza de Coriolis se puede comprobar trazando una línea de tiza con un desplazamiento recto de la mano sobre un disco de música en movimiento o intentando caminar sobre una plataforma en movimiento circular. De forma similar los vientos fluyen de la zona de Altas Presiones a las de Bajas Presiones son desviados siempre por efecto de la rotación terrestre.

6 LA FUERZA DE CORIOLIS La fuerza de Coriolis es un fenómeno visible. Las vías del ferrocarril se desgastan más rápidamente de un lado que del otro. Las cuencas de los ríos están excavadas más profundamente en una cara que en la otra (de cual se trate depende en qué hemisferio nos encontremos : en el hemisferio norte las partículas sueltas son desviadas hacia la derecha). En el hemisferio norte el viento tiende a girar en el sentido contrario al de las agujas del reloj (visto desde arriba) cuando se acerca a un área de bajas presiones. En el hemisferio sur el viento gira en el sentido de las agujas del reloj alrededor de áreas de bajas presiones.

7 Cómo afecta la fuerza de Coriolis a los vientos globales
El viento sube desde el ecuador y se desplaza hacia el norte y hacia el sur en las capas más altas de la atmósfera. Alrededor de los 30° de latitud en ambos hemisferios la fuerza de Coriolis evita que el viento se desplace más allá. En esa latitud se encuentra un área de altas presio- nes, por lo que el aire empieza a descender de nuevo. Cuando el viento suba desde el ecuador habrá un área de bajas presiones cerca del nivel del suelo atrayendo los vientos del norte y del sur. En los polos, habrá altas presiones debido al aire frío. La atmósfera tiene un espesor de sólo 10 km, lo que representa 1/1200 del diámetro del globo. Esta parte de la atmósfera, conocida con el nombre de troposfera, es donde ocurren todos los fenómenos meteoro- lógicos (y también el efecto invernadero). Las direcciones dominantes del viento son importantes para el emplazamiento de un aerogenerador, ya que obviamente querremos situarlo en un lugar en el que haya el mínimo número de obstáculos posibles para las direcciones dominantes del viento. Sin embargo la geografía local puede influenciar en los resultados.

8 En el caso de un sistema cerrado de Altas presiones la aceleración centrípeta es debido a la diferencia entre ambos pero la fuerza de Coriolis es mayor que el gradiente de presión. La aceleración centrípeta en general es pequeña y sólo adquiere importancia en el caso de vientos que se muevan a gran velocidad siguiendo su trayectoria muy curvados, es decir en las proximidades de las Bajas presiones muy intensas. Igualmente se presentan dos casos de especial importancia meteorológica: 1. - Los ciclones intensos próximos al Ecuador donde se desprecia la Fuerza de Coriolis 2. - Los vórtices de pequeños diámetros tales como los tornados. En estas condiciones, cuando el fuerte gradiente de presión proporciona la aceleración centrípeta necesaria para que el flujo sea paralelo a las isobaras el movimiento se denomina ciclostrófico. Todo esto supuestamente con flujo estacionario, pero debe tenerse en cuenta que existen dos factores que rompen el estado de equilibrio El movimiento en sentido latitudinal que hace variar la fuerza de Coriolis El hecho de que un sistema isobárico al moverse o cambiar de intensidad produce una aceleración del aire (positiva o negativa), que ocasiona un flujo a través de las isobaras. Los mismos cambios de presión dependen del desplazamiento del aire cuando se rompe el estado de equilibrio.

9 La atmósfera es una capa muy fina alrededor del globo. El globo tiene
un diámetro de km. La troposfera, que se extiende hasta los 11 km de altitud, es donde tienen lugar todos los fenómenos meteorológicos y el efecto invernadero. Visto a una escala diferente: si el globo fuese una bola de 1,2 metros de diámetro, la atmósfera sólo tendría un espesor de 1 mm. El viento geostrófico: Los vientos globales son en realidad los vientos geostróficos. que son generados, principalmente, por las diferencias de temperatura, así como por las de presión, y apenas son influenciados por la superficie de la tierra. Los vientos geostróficos se encuentran a una altura de metros a partir del nivel del suelo. La velocidad de los vientos geostróficos puede ser medida utilizando globos sonda. Vientos de superficie Los vientos están mucho más influenciados por la superficie terrestre a altitudes de hasta 100 metros. El viento es frenado por la rugosidad de la superficie de la tierra y por los obstáculos , como veremos segui- damente. Las direcciones del viento cerca de la superficie serán ligera- mente diferentes de las de los vientos geostróficos debido a la rotación de la tierra (fuerza de Coriolis ). Tratándose de energía eólica interesará conocer los vientos de superficie y cómo calcular la energía aprovechable del viento.

10 Aunque los vientos globales son importantes en la determinación de los
vientos dominantes de un área determinada, las condiciones climáticas locales pueden influir en las direcciones de viento más comunes. Los vientos locales siempre se superponen en los sistemas eólicos a gran escala, esto es, la dirección del viento es influenciada por la suma de los efectos global y local. Cuando los vientos a gran escala son suaves, los vientos locales pueden dominar los regímenes de viento. Densidad del aire La energía cinética de un cuerpo en movimiento es proporcional a su masa (o peso). Así, la energía cinética del viento depende de la densidad del aire, es decir, de su masa por unidad de volumen. En otras palabras, cuanto "más pesado" sea el aire más energía recibirá la turbina. A presión atmosférica normal y a 15° C el aire pesa unos 1,225 kilogramos por metro cúbico, aunque la densidad disminuye ligeramente con el aumento de la humedad. Además, el aire es más denso cuando hace frío que cuando hace calor. A grandes altitudes (en las montañas) la presión del aire es más baja y el aire es menos denso.