TURBULENCIA ATMOSFERICA

Autor: BUENESTADO CABALLERO PABLO.
Año: 2003.
Universidad: BARCELONA.
Centro de lectura: FÍSICA.
Centro de realización: FACULTAD DE FÍSICA.

Resumen: Esta tesis tiene como objetivo general contribuir a mejorar la comprensión y el conocimiento de la estructura térmica y dinámica de la capa superficial atmosférica, mediante el tratamiento y el análisis de datos procedentes de diversos instrumentos de exploración en diferentes campañas experimentales. El trabajo realizado se divide en tres partes: la microclimatología, el problema de la indeterminación y el análisis de la capa superficial nocturna. El estudio microclimático ayuda a caracterizar el comportamiento medio de las variables termodinámicas en la capa superificial atmosférica. El problema de la inderteminación de las ecuaciones del movimiento se aborda desde dos puntos de vista diferentes. Por un lado, en base a la teoría de semejanza (indeterminación de orden cero) se presentan nuevas parametrizaciones para los valores medios de las principales variables atmosféricas y, por otra parte, se parametrizan los estadísticos turbulentos (indeterminación de orden uno) a partir del módulo del viento y el gradiente térmico. El análisis de la capa superficial nocturna engloba la caracterización de los regímenes estables y el estudio de diferentes fenómenos que en ella tienen lugar, tales como la intermitencia de la turbulencia, el flujo de drenaje y las inestabilidades de Kelvin-Helmholtz.

Autor: ACEÑA MORENO BEGOÑA.
Año: 2002.
Universidad: COMPLUTENSE DE MADRID.
Centro de lectura: FÍSICA.
Centro de realización: FACULTAD DE CC. FÍSICAS.

Resumen: Esta memoria se centra esencialmente en el estudio de los parámetros que caracterizan el estado turbulento de la baja atmósfera en una zona costera y que son importantes datos de entrada en los modelos de dispersión de contaminantes y, por tanto, para calcular la concentración (distribución espacial y temporal), y depósito de los contaminantes. El problema que surge con las relaciones empíricas utilizadas en turbulencia es que están basadas en un limitado número de datos experimentales. Muchas de estas relaciones se han obtenido con datos correspondientes a días y en el mejor de los casos, pero en menor número, a pocas semanas y, principalmente, en terrenos llanos. Por tanto, su representatividad y consecuentemente la validez del uso de estas relaciones, especialmente sobre terreno no llano y no homogénero, como es el caso de zonas costeras, es cuestionable. La Península Ibérica, debido a su situación geográfica, topografía y tipo de cubierta vegetal, posee una serie de elementos diferenciales que la marcan específicamente en el contexto europeo. Además, una parte importante del territorio español corresponde a zonas costeras con una orografía accidentada, por lo que la dispersión en estas zonas resulta extremadamente compleja. El estudio realizado en esta Memoria, se ha llevado a cabo utilizando los datos obtenidos en dos torres meteorológicas instaladas en la localidad de Palomares (Almería), al sur de la Península Ibérica, en la costa mediterránea (Capítulos II y III). Los parámetros turbulentos estudiados corresponden a la rugosidad local del terreno Z0, a la velocidad de fricción u* (Capítulos IV y V) y, a los parámetros que definen la intensidad de turbulencia y su influencia en el cálculo de la concentración de un determinado contaminante emitido a la atmósfera (Capítulo VI). En el capítulo I se describen brevemente las bases teóricas desarrolladas para la Capa Superficial y en las que se apoya esta Memoria. En el capítulo II, se describen las circulaciones de viento locales que tienen lugar en zonas costeras y el análisis de los datos de viento y temperatura ambiente de la evolución mensual de un día promedio de brisa en Palomares.

Autor: VIÑAS ARREBOLA CARMEN.
Año: 2002.
Universidad: COMPLUTENSE DE MADRID.
Centro de lectura: FÍSICA.
Centro de realización: FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS.

Resumen: Con el objetivo de realizar un estudio del movimiento de una masa de aire en el interior de una habitación, y con el propósito de que tenga aplicación en los problemas de ventilación de edificios, se ha llevado a cabo un conjunto de experimetnos en el interior de una célula CESPA, en los que ha predominado el análisis del comportamiento turbulento del flujo. En este estudio se ha tendio en cuenta la estratificación del aire en el interior, las condiciones externas, así como la geometría y tamaño de las aberturas y la influencia de las paredes y límites. Tanto la metodología como las variables manejadas, en todo el estudio, son semejantes a las utilizadas en la Capa Límite Atmosférica, debido a que los mecanismos de intercambio que tienen lugar en una habitación se pueden considerar análogos a los que ocurren en aquella, teniendo en cuenta que los límites impuestos por paredes, aberturas y obstáculos afectan de forma considerable. El trabajo se ha centrado en efectuar un estudio de los mecanismos de intercambio, entre las magnitudes físicas características de una corriente de aire, que es introducida en el interior de una habitación, teniendo en cuenta que superpuesto al efecto de transporte advectivo, se encuentra un transporte turbulento. Con este propósito se ha determinado los flujos de momento y de calor, encontrado relación entre estos flujos con la agitación turbulenta, medida mediante la intensidad de turbulencia, con la cizalla generada por la introducción de la masa da aire en forma de chorro y con los productos adimensionales que caracterizan el flujo. Así mismo, se han obtenido las escalas predominantes que dependen de las condiciones de contorno existentes y el intervalo espectral donde la transferencia energética en forma de cascada de remolinos, siguiendo la teoría de Kolmogorov, no depende de factores externos y encontrando una analogía con el subrango inercial definido en la Capa Límite Atmosférica. Los límites de este subrando determinados a través de la escala integral y la escala de Kolmogorov, dependiente de la energía cinética de disipación, también han sido claramente identificados.

Autor: NAVARRO MONTESINOS JORGE.
Año: 2001.
Universidad: POLITECNICA DE MADRID.
Centro de lectura: INGENIEROS AERONÁUTICOS.
Centro de realización: ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS AERONAUTICOS.

Resumen: Este trabajo se ha desarrollado y validado una nueva aplicación del modelo de anemometría sónica Cuerva-Sanz. Esta nueva aplicación rebajas las restricciones de homogeneidad e isótropia de la turbulencia introduciendo un modelo de homogeneidad horizontal, anisótropo e incompresible, permitiendo así un tratamiento más amplio de la influencia del proceso de medida de anemómetro sónico en la evaluación de la turbulencia atmosférica. La consideración de un modelo de turbulencia anisótropo supone un mayor acercamiento a las características reales de la atmósfera, por lo que permite una mejor estimación de la energía contenida en el espectro, el cálculo de los espectros cruzados y la determinación de forma independiente de las funciones de densidad espectral. Estas características son importantes a la hora de hacer una estimación de las cargas dinámicas producidas por el viento sobre grandes estructuras, puentes, edificios, torres y aerogeneradores eólicos. La anemometría sónica es una técnica de medida idódea para la atmósfera, en experimentos de larga duración y cuando se requiere el conocimiento de las tres componentes del vector velocidad del viento con una alta resolución temporal. La anemometría sónica ha permitido un gran avance en el conocimiento de las características vectoriales de la velocidad de viento, así como de sus propiedades espectrales para frecuencias superiores a 0.5hz, factores ambos fundamentales en la determinación de cargas aleatorias sobre estructuras sometidas a la acción del viento y en la medida directa de flujos verticales de calor o de sustancias contaminantes en la capa superficial de la atmósfera. Se ha puesto especial interés en mostrar el destacable efecto del proceso de medida del anemómetro sónico sobre magnitudes fundamentales para la caracterización de la anisotropía de la turbulencia atmosférica, tales como las funciones de densidad espectral cruzadas en un punto, el cociente entre funciones de densidad espectral o la desigualdad de varianzas de la velocidad. En general se ha pretendido sistematizar el análisis del proceso de medida de los indicadores de anisotropía atmosférica mediante anemómetros sónicos, a través de la clasificación de los parámetros que influyen en dicho proceso de medida. Así, se ha puesto de manifiesto la importancia de parámetros tales como la geometría del anemómetro sónico, la velocidad del muestreo, el tiempo de retardo entre disparos de pulsos, el módulo del vector velocidad y sus ángulos de incidencia respecto al sensor, y especialmente la propia anisotropía atmosférica natural. También se ha analizado la relación existente entre dichos parámetros. El modelo obtenido teniendo en cuenta todos estos parámetros, permite un análisis del proceso de medida de un anemómetro sónico genérico, en la determinación de indicadores de anisotropía atmosférica. La verificación experimental de la nueva formulación ha puesto de manifiesto cómo esta es capaz de reproducir efectos reales hasta ahora no modelados, tales como la inversión de signos en las funciones de densidad espectral cruzadas para altas frecuencias, así como la reducción significativa del error en el modelado de datos reales respecto a los modelados existentes en la literatura.

Autor: HINOJOSA LOBATO JULIA.
Año: 2000.
Universidad: BARCELONA.
Centro de lectura: FISICA.
Centro de realización: UNIVERSIDAD DE BARCELONA.

Resumen: El objetivo final de esta memoria es contribuir a mejorar la comprension y el conocimiento de la estructura térmica y dinámica de la capa fronteriza atmosférica mediante el análisis de los datos proporcionados por un Sodar-Doppler. Se ha aplicado en el campo de la dispersión de contaminantes para optimizar la calidad i la cantidad de las entradas meteorológicas que precisan los modelos destinados a este uso. Para llevar a buen termino el trabajo se ha dispuesto de una torre meteorológica instrumentada con diferentes tipos de sensores meteorológicos. Además, se han realizado una serie de campañas experimentales: BRINV92, GLOBUS95 Y VILEXP96 con material adecuado, para estudiar cualquier situacion tipica de la zona. De la misma manera, en todo momento, se ha dispuesto de los datos suministrados por el Departament de Medi Ambient de la Generalitat de Catalunya y de su colaboracion. Esta memoria esta estructurada en cuatro partes diferenciadas. La primera incluye el primer capítulo, donde se presentan las definiciones y los metodos de medida más habituales de la capa fronteriza, el segundo capítulo, en el cual se desarollan los fundamentos historico-teoricos, y el tercero, en el que se citan las caracteristicas principales del equipo sodar utilizado. La segunda parte incluye unicamente el capitulo cuatro, que se centra tanto en la validación de los datos suministrados por el equipo como en el estudio estadistico de estos datos. La tercera parte esta constituida por lo capitulos cinco y seis en los que se estudian, una a una, las principales capas que conforman la capa fronteriza atmosférica mediante la ayuda del sodar. Finalmente, la cuarta parte incluye el capitulo siete en el cual se integran las mejoras conseguidas, a través del sodar i constatadas con anterioridad, en los modelos de dispersión de contaminantes.

Autor: CUERVA TEJERO ÁLVARO.
Año: 2000.
Universidad: POLITECNICA DE MADRID .
Centro de lectura: INGENIEROS AERONÁUTICOS.
Centro de realización: ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS AERONAUTICOS.

Resumen: El objetivo principal de este trabajo es desarrollar un nuevo modelo del proceso de medida que realizan los anemómetros sónicos para obtener una determinación del vector velocidad de viento de los anemómetros sónicos. El nuevo modelo teórico y su correspondiente versión computacional tienen en cuenta el fenómeno físico de la transmisión de señales de ultrasonidos a través del correspondiente campo de velocidades turbulentas, así como el subsiguiente proceso discreto de cálculo del vector velocidad. La anemometría sónica en una técnica idónea de medida en al atmósfera, en experimentos de larga duración y cuando se requiere conocimiento de las tres componentes del vector velocidad de viento con una alta resolución temporal. La anemometría sónica ha permitido un gran avance en el conocimiento de las características vectoriales de la velocidad de viento, así como de sus propiedades espectrales para frecuencias f>0.5 Hz., elementos fundamentales en la determinación de cargas aleatorias sobre estructuras sometidas a la acción del viento o bien en el conocimiento, por medida directa, de flujos verticales de calor o sustancias contaminantes en la capa superficial de la atmósfera. La necesidad de la anemometría sónica ha llevado al autor, en un primer lugar, al estudio de las limitaciones y los errores asociados a estos sensores y en segundo lugar al convencimiento de la conveniencia de desarrollar un modelo del proceso de medida de un anemómetro sónico que permita la consideración de todos los parámetros que intervienen en dicho proceso y que posibilite una caracterización de los mencionados errores, la aplicación de funciones de corrección y el establecimiento de métodos de optimización en la fase de diseño y uso (montaje). Se ha puesto especial interés en mostrar el importante efecto del proceso de medida del anemómetro sónico sobre magnitudes fundamentales en la caracterización de la turbulencia atmosférica, tales como las funciones de densidad espectral en un punto (el espectro de la turbulencia) o varianzas de la velocidad (intensidades de turbulencia); magnitudes que se utilizan como parámetros de referencia en el dimensionado de sistemas sometidos a la acción del viento y en la caracterización de flujos meteorológicos en proceso transmisión vertical de calor o de contaminación atmosférica, entre otros. En general se ha pretendido sistematizar el estudio del proceso de medida de los anemómetros sónicos mediante la clasificación en grupos de los parámetros que incluyen en dicho proceso de medida, su estudio de forma separada, así como su relación. Se ha puesto de manifiesto la importancia en la medida de parámetros tales como la geometría del anemómetro sónico (su propia estructura y el montaje) la velocidad de muestreo, el tiempo de retardo entre disparo de pulsos, el módulo del vector velocidad, así como sus ángulos de incidencia relativos al propio sensor.

Autor: BRAGARD JEAN.
Año: 1996.
Universidad: COMPLUTENSE DE MADRID.
Centro de lectura: FISICA.
Centro de realización: DEPARTAMENTO: FISICA DE LA TIERRA, ASTRONOMIA Y ASTROFISICA II (ASTROFISIC PROGRAMA DE DOCTORADO: ASTROFISICA Y CIENCIAS DE LA ATMOSFERA.

Resumen: LAS ESTRUCTURAS CONVECTIVAS QUE PUEDEN APARECER DENTRO Y EN LA SUPERFICIE DE UNA CAPA FLUIDA SOMETIDA A GRADIENTES TERMICOS, SE CENTRA FUNDAMENTALMENTE EN LAS ESTRUCTURAS ESTACIONARIAS Y MOVILES QUE SE OBSERVAN CUANDO EL NIVEL DE CALENTAMIENTO SOBREPASA UN UMBRAL CRITICO, PERTURBANDO EL SISTEMA DE NOVIER-STOKES, PERMITE DETERMINAR EL UMBRAL CRITICO. CON ESTA TEORIA NO LINEAL PERMITE ESTUDIAR LA VARIABILIDAD RELATIVA DE LAS ESTRUCTURAS. LAS PREDICIONES TEORICAS SE HAN COMPROBADO CON LA EXPERIMENTACION.

Autor: BLASCO LAFFON M. BEGOÑA.
Año: 1994.
Universidad: COMPLUTENSE DE MADRID.
Centro de lectura: FISICA .
Centro de realización: DEPARTAMENTO: FISICA DE LA TIERRA, A. Y A. II.

Resumen: EL OBJETIVO CENTRAL DEL PRESENTE TRABAJO ES EL ESTUDIO Y MODELIZACION DE LA CAPA DE MEZCLA ENTRE DOS CORRIENTES VERTICALES CON SIMETRIA AXIAL. EL TRABAJO EXPERIMENTAL HA CONSISTIDO EN DIFERENTES ENSAYOS, EN UN TUNEL AERODINAMICO, VARIANDO LAS CONDICIONES EXTERNAS DE LOS FLUJOS, DESTACANDO EL ANALISIS DE SITUACIONES DE FLUJO NATURAL (NO PERTURBADO) Y CON PERTURBACIONES EXTERNAS. LA INTRODUCCION DE UN GAS DE DIFERENTE DENSIDAD EN EL CHORRO INTERIOR, PERMITE LA SIMULACION DE COEXISTENCIA DE UN FLUJO DE AIRE CON TEMPERATURA DISTINTA A LA DEL AMBIENTE, PUDIENDO EXTRAPOLAR LOS RESULTADOS A LAS CONDICIONES ATMOSFERICAS EN LAS QUE ESTA PRESENTE UNA CORRIENTE VERTICAL CONVECTIVA, COMO OCURRE EN LA SALIDA DE GASES DE UNA CHIMENEA O EN EL CASO DE CELULAS CONVECTIVAS GENERADORAS DE CUMULOS NUBOSOS Y DE TORMENTAS. LAS MEDIDAS ANEMOMETRICAS SE HAN REALIZADO MEDIANTE LA TECNOLOGIA LASER-DOPPLER, MUY APROPIADA EN ESTE CASO, DADA LA EXIGENCIA DE EXTREMA PRECISION Y ALTA RESOLUCION TEMPORAL DE LAS MISMAS. EL ESTUDIO SE COMPLETA CON LA TECNICA DE VISUALIZACION, QUE PERMITE REALIZAR INTERPRETACIONES CUALITATIVAS A LA VEZ QUE CUANTITATIVAS DEL COMPORTAMIENTO DE LAS ESTRUCTURAS TURBULENTAS QUE SE GENERAN EN LA INTERFASE DE LOS DOS FLUJOS.

Autor: YAGUE ANGUIS CARLOS.
Año: 1992.
Universidad: COMPLUTENSE DE MADRID.
Centro de lectura: FISICA.
Centro de realización: DEPARTAMENTO: ASTROFISICA Y CIENCIAS DE LA ATMOSFERA. PROGRAMA DE DOCTORADO: GEODESIA, GEOFISICA Y METEOROLOGIA.

Resumen: EN ESTE TRABAJO SE ESTUDIA EL FENOMENO DE LA MEZCLA TURBULENTA A TRAVES DE DOS VIAS DE INVESTIGACION. POR UN LADO, LA EXPERIMENTACION DE LABORATORIO, MODELIZANDO SITUACIONES CONVECTIVAS QUE ROMPEN ESTRATIFICACIONES ESTABLES FUERTES, DANDO LUGAR A MEZCLA, Y POR OTRO HACIENDO UN ESTUDIO DE LOS COEFICIENTES DE INTERCAMBIO TURBULENTO EN LA CAPA SUPERFICIAL ATMOSFERICA. PARA EL ANALISIS DE LOS DATOS MICROMETEOROLOGICOS SE HAN UTILIZADO DOS CONJUNTOS DE DATOS, UNOS PROCEDENTES DE UNA TORRE DE VALLADOLID, Y OTROS MEDIDOS EN LA ANTARTIDA DURANTE EL INVIERNO AUSTRAL DE 1986. LA MEMORIA, PRETENDE SER UN ESTUDIO DE LA INFLUENCIA DE LA ESTRATIFICACION O ESTABILIDAD SOBRE LA MEZCLA TURBULENTA, ESPECIALMENTE LA PRODUCIDA EN LAS CAPAS BAJAS DE LA ATMOSFERA.

Autor: ARTIÑANO RODRIGUEZ DE TORRES BEGOÑA.
Año: 1987.
Universidad: COMPLUTENSE DE MADRID.
Centro de lectura: FISICA .
Centro de realización: DEPARTAMENTO DE FISICA DE LA TIERRA, ASTRONOMIA Y ASTROFISICA DE LA UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID..

Resumen: EN EL TRABAJO PRESENTADO SE HA REALIZADO UN ESTUDIO DE LAS CARACTERISTICAS TURBULENTAS DE LA ATMOSFERA EN LA CAPA SUPERFICIAL, Y EN BASE A TRES PARAMETROS FUNDAMENTALES: ZO, U* Y L. LAS CARACTERISTICAS ESPECIFICAS DEL TERRENO EN EL CUAL SE HAYA SITUADA LA TORRE METEOROLOGICA, DENTRO DEL EMPLAZAMIENTO DEL CENTRO DE ENERGIAS RENOVABLES DE SORIA, PERTENECIENTE AL CIEMAT, HACEN PARTICULARMENTE INTERESANTES LAS CONCLUSIONES OBTENIDAS SOBRE LA ESTRUCTURA DINAMICA Y TERMICA QUE PRESENTA LA ATMOSFERA SOBRE TERRENOS NO HOMOGENEOS. SE HAN OBSERVADO, A TRAVES DE PERFILES REALES DE VIENTO, LAS PERTURBACIONES QUE PRODUCEN LOS OBSTACULOS Y ELEMENTOS TOPOGRAFICOS, EN DIFERENTES CONDICIONES DE ESTRATIFICACION DE LA ATMOSFERA, Y A TRAVES DE LOS PARAMETROS ANTERIORMENTE MENCIONADOS. POR OTRA PARTE, EL ANALISIS ESPECTRAL, HA PUESTO DE MANIFIESTO LA NATURALEZA Y EVOLUCION DE LAS OSCILACIONES PRODUCIDAS EN LA COMPONENTE VERTICAL DEL VIENTO, BAJO DISTINTAS CONDICIONES DE ESTRATIFICACION ATMOSFERICA, TIPO DE TERRENO Y NATURALEZA DEL FLUJO TURBULENTO.