Acción del viento

Acción del viento

El viento es un agente geológico muy importante, especialmente en las regiones áridas y desérticas donde los productos de meteorización no están protegidos por la vegetación.

Dos son los materiales transportados por el viento: polvo y arena.

El polvo es el material más fino resultante de la meteorización mecánica y es lo suficientemente pequeño para permanecer suspendido en el aire en movimiento.

El polvo, cuando alcanza los niveles altos de la atmósfera, puede ser transportado y depositado a grandes distancias de su punto de origen. En el Báltico cae a menudo polvo proveniente del Sahara.

Los granos de arena, por ser demasiado grandes, no pueden ser transportados en suspensión por el viento, y se mueven por arrastre superficial. La arena arrastrada por el viento se mantiene a pequeña altura, menos de 2m.; su trabajo erosivo se aprecia a nivel del suelo. Bate los afloramientos rocosos y las partes blandas de las rocas se desgastan, mientras que las duras forman resaltes.

Las diaclasas se agrandan y las masas rocosas se socavan en la base; rocas en forma de seta. Los efectos de la erosión eólica se llaman corrosión.

Deposición por el viento. Los depósitos formados por al acción del viento se denominan eólicos

Velocidades del viento según su zona geográfica

Los vientos en la tierra son de varias clases, estos vientos se forman gracias a factores terrestres que se ven influenciados por la temperatura, la geografía y su ubicación frente al océano. El entendimiento del movimiento de los vientos es especialmente cuando el hombre pudo ver por primera vez el globo terrestre desde el espacio.

Gracias a las ayudas dadas por los satélites meteorológicos, el hombre puede predecir muchos fenómenos relacionados con los vientos, además, puede predecir catástrofes que la fuerza de la naturaleza puede ocasionar.

El viento produce energía porque está siempre en movimiento. Se estima que la energía contenida en los vientos es aproximadamente el 2% del total de la energía solar que alcanza la tierra. El contenido energético del viento depende de su velocidad.

Cerca del suelo, la velocidad es baja, aumentando rápidamente con la altura. Cuanto más accidentada sea la superficie del terreno, más frenará ésta al viento. Es por ello que sopla con menos velocidad en las depresiones terrestres y más sobre las colinas. No obstante, el viento sopla con más fuerza sobre el mar que en la tierra.

El instrumento que mide la velocidad del viento, es el anemómetro, que generalmente esta formado por un molinete de tres brazos, separado por ángulos de 120º que se mueve alrededor de un eje vertical. Los brazos giran con el viento y accionan un contador que indica en base al número de revoluciones, la velocidad del viento incidente.

La velocidad del viento se mide preferentemente en náutica en nudos y mediante la escala Beaufort: Esta es una escala numérica utilizada en meteorología que describe la velocidad del viento, asignándole números que van del 0 (calma) al 12 (huracán). Fue ideada por el Almirante Beaufort en el siglo XIX.

La velocidad del viento aumenta con la altura y por tanto, la potencia producida por un aerogenerador también. Sin embargo, a medida que disminuimos la altura, el viento se ve frenado por el rozamiento con la superficie terrestre. A este fenómeno se le conoce como cizallamiento. Se puede decir que, en general, cuanto mayor sea la rugosidad del suelo, más se verá disminuida la velocidad del viento. A la hora de evaluar las condiciones eólicas de un emplazamiento, es común hablar de “clases de rugosidad”. Por ejemplo, un bosque o una zona con edificios tienen una rugosidad alta (rugosidad clase 3 ó 4), por lo que ralentizarán mucho al viento, mientras que una superficie de agua, como el mar, tiene una rugosidad mínima (rugosidad clase 0).

La orografía del terreno influye de manera importante sobre el viento, ya que puede causar turbulencias, descensos o incrementos de la velocidad. Es habitual emplazar aerogeneradores en la cima de las colinas, ya que normalmente en estas zonas se producen vientos algo más fuertes que en los alrededores. Esto es una buena solución si la colina tiene una forma suave y redondeada, pero si es demasiado escarpada o accidentada es muy posible que se formen turbulencias de viento que resultan muy negativas para el funcionamiento de los aerogeneradores y que anularían la ventaja de contar con mayores velocidades de viento. Otro buen emplazamiento para aerogeneradores, aprovechando la orografía del terreno, es entre dos montañas o colinas que formen un paso estrecho. El aire se comprime en la parte de la montaña que está expuesta al viento y la velocidad aumenta de forma significativa en el “túnel” formado entre las colinas. Al igual que antes, es preciso que la zona no sea demasiado escarpada, ya que daría lugar a turbulencias que anularían el beneficio obtenido por la aceleración del viento.

Las centrales eólicas son rentables en zonas en las que el viento es intenso con regularidad a lo largo del año. Esas son las zonas privilegiadas para la instalación de parques eólicos. El desigual reparto y comportamiento de los vientos en el mundo viene determinado por la circulación general de la atmósfera, en la que entran en juego las masas de aire, la temperatura, la humedad y la rotación y traslación de la Tierra. Por ello hay zonas con más o menos intensidad de vientos. En la siguiente imagen se puede ver de manera muy esquemática la distribución mundial del viento:

Presión actuante de acuerdo a la velocidad viento

El viento produce una presión sobre las superficies expuestas.

La fuerza depende de:

-densidad y velocidad del viento

-ángulo de incidencia

-forma y rigidez de la estructura

-rugosidad de la superficie

-altura de la edificación. A mayor altura mayor velocidad del viento

Para una estructura en general se deben calcular las cargas de viento que actúan, en cualquier dirección, sobre:

a. La estructura en conjunto

b. Los elementos estructurales individuales, por ejemplo una pared de fachada en especial, el techo.

c. Las unidades individuales de revestimiento y sus conexiones, vidriería y cubierta con sus aditamentos.

Para convertir el efecto del viento en presión se cuenta con dos procedimientos aceptados por las normas, el simplificado o estático y el dinámico.

En el estático se toma una velocidad promedio sin tener en cuenta efectos como rugosidad del terreno y topografía y se convierte en presión por métodos energéticos (energía cinética pasa a ser energía potencial). Si después de realizar el análisis estático se encuentra que el viento es determinante en el diseño, se debe realizar un estudio mas profundo de la carga utilizando el método de análisis dinámico.

Método simple:

La presión producida por el viento se calcula por:

en kN/m2

donde:

P: presión estática

q: velocidad convertida en presión dinámica.

Vs: velocidad del viento en k.p.h (km/hora). Para determinar la velocidad, Vs, se cuenta con los mapas de amenaza eólica del país (figura B.6.5.1 de la NSR-98), donde por energía sabemos que la energía cinética es 1/2mV2 y m es la densidad del aire.

La tabla B.6.4-1 nos da los valores de q calculados según la altura con respecto al terreno de la parte superior de la edificación o de cada parte de esta, si se hace un análisis por partes y según la velocidad del viento. Debe tenerse presente que el análisis simple no considera otros factores como rugosidad del terreno, tamaño del edificio, altura sobre el terreno, topografía y por lo tanto, es de esperarse que los valores encontrados por este método son mayores a los que se encontrarían por un análisis particular.

S4: variación de la densidad del aire con la altura sobre el nivel del mar

Cp= Coeficiente de presión que depende de la forma de la edificación.

Para encontrar la presión ejercida sobre las diferentes partes de la estructura se emplean los coeficientes CP (coeficientes de presión) que modifican el valor de la presión del viento básica para tener en cuenta los efectos de la forma de la edificación y el sentido de la presión que se produce.

Por el análisis simplificado estos valores son globales para la estructura analizada, es decir, no consideran efectos puntuales que pueden hacer aumentar la presión del viento en algún punto en especial de la edificación.

Según las recomendaciones del análisis simple de la NSR-98 se dan valores de Cp para:

Cubiertas con superficies inclinadas en edificaciones cerradas, tabla B.6.4-3 (cubiertas inclinadas, superficie a barlovento y superficie a sotavento.

En cubiertas inclinadas de edificios con uno o mas lados abiertos, leer los valores de la tabla B.6.4-3 y añadir -1,0 a los valores negativos de estas.

Pórticos a dos aguas considerando el viento soplando paralelamente a la cumbrera (fuerza ascendente sobre el pórtico), Cp=-0,6

Para los aleros de cualquier tipo de cubierta, Cp=-1,5

Para superficies verticales como paredes o fachadas de edificaciones o vallas se utilizan los valores de la tabla B.6.4-2.

Una vez obtenida la presión se encuentra la fuerza total al multiplicar por el área expuesta frontal efectiva y dicha presión.

El resultado del análisis simplificado son unas presiones tentativas sobre el elemento analizado o sobre la edificación, si se quiere

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