El perfil del viento logarítmico es una relación semi-empírica comúnmente usada para describir la distribución vertical de las velocidades medias horizontales del viento dentro de la porción más baja de la capa límite planetaria . La relación está bien descrita en la literatura. [1]
El perfil logarítmico de las velocidades del viento generalmente se limita 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 compuesto por la parte restante de la capa límite planetaria (hasta alrededor de 1000 m) y la troposfera o atmósfera libre. En la atmósfera libre, se deben utilizar las relaciones de viento geostrófico.
Definición
La ecuación para estimar la velocidad media del viento () en altura (metros) sobre el suelo es:
dónde 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), yes un término de estabilidad dondees 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,
.
Desplazamiento de plano cero () es la altura en metros sobre el suelo a la que se alcanza la velocidad del viento cero como resultado de obstáculos de flujo, como árboles o edificios. Se puede aproximar como 2 / 3 a 3 / 4 de la altura media de los obstáculos. [2] Por ejemplo, si se estiman vientos sobre un dosel de bosque de 30 m de altura, el desplazamiento en el plano cero podría estimarse como d = 20 m.
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 la 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 dedado para ciertas descripciones de terreno. Por ejemplo, para terrenos muy planos (nieve, desierto), la longitud de la rugosidad puede estar en el rango de 0,001 a 0,005 m. [2] De manera similar, para terreno abierto (pastizales) el rango típico es 0.01-0.05 m. [2] Para tierras de cultivo y matorrales / bosques, los rangos son 0,1-0,25 my 0,5-1,0 m, respectivamente. Al estimar las cargas de viento en las estructuras, los terrenos pueden describirse como suburbanos o urbanos densos, para los cuales los rangos son típicamente de 0,1 a 0,5 my de 1 a 5 m, respectivamente. [2]
Para estimar la velocidad media del viento a una altura () basado en eso en otro (), la fórmula se reorganizaría, [2]
,
dónde es la velocidad media del viento en altura .
Limites
En general, se considera que el perfil del viento logarítmico es un estimador más fiable de la velocidad media del viento que la ley de potencia del perfil del viento en los 10-20 m más bajos de la capa límite planetaria. Entre 20 my 100 m, ambos métodos pueden producir predicciones razonables de la velocidad media del viento en condiciones atmosféricas neutras. Desde 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 (asumiendo condiciones atmosféricas neutrales). [3]
El supuesto de estabilidad atmosférica neutra discutido anteriormente es razonable cuando la velocidad media horaria del viento a una altura de 10 m excede los 10 m / s donde la mezcla turbulenta domina la inestabilidad atmosférica. [3]
Aplicaciones
Los perfiles de viento logarítmicos se generan y utilizan en muchos modelos de dispersión de la contaminación atmosférica . [4]
Ver también
Referencias
- ^ Oke, TR (1987). Climas de la capa límite . Methuen.
- ^ a b c d e Holmes JD. Carga de viento de estructuras. 3ª ed. Boca Raton, Florida: CRC Press; 2015.
- ^ a b Cook, Nueva Jersey (1985). La guía del diseñador para la carga de viento en estructuras de edificios: Parte 1 . Butterworths.
- ^ Beychok, Milton R. (2005). Fundamentos de la dispersión de gas de chimenea (4ª ed.). publicado por el autor. ISBN 0-9644588-0-2.