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Dinámica de masas fluidas




Enviado por Pablo Turmero



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    1. INTRODUCCIÓN CICLO DEL AGUA

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    FUNCIONAMIENTO MÁQUINA DEL CLIMA GRADIENTE Diferencia
    entre dos puntos en parámetros atmosféricos (
    temperatura, humedad, presión), tanto vertical como
    horizontalmente. El gradiente genera un movimiento de
    circulación de fluidos. COMPORTAMIENTO DE LA
    ATMÓSFERA Y LA HIDROSFERA. El aire es menos denso. El aire
    es más compresible. El aire tiene más movilidad. El
    agua almacena más el calor. El agua conduce más el
    calor

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    MOVIMIENTOS VERTICALES Dependen de la temperatura que condiciona
    la densidad. A mayor temperatura menor densidad. El aire es mal
    conductor del calor, no se calienta por radiación solar
    directa. Se calienta por debajo o irradiación del suelo,
    calentado previamente por el Sol. El aire de la superficie
    caliente y menos denso sube y se va enfriando. El aire
    frío en altura y más denso desciende y se calienta.
    El agua es mejor conductor del calor. Se calienta la parte
    superior y es menos densa. El fondo permanece frio y por tanto es
    más denso. Por tanto en principio no hay movimientos
    verticales, a no ser que debido al clima el agua superficial se
    enfríe y descienda.

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    MOVIMIENTOS HORIZONTALES Se producen tanto en el aire (vientos)
    como en el agua (corrientes) Se deben a la distinta
    insolación, mayor en el ecuador y menor en los polos. El
    calor se transporta del ecuador a los polos. La presencia de
    masas continentales dificulta el transporte del calor y
    desvía vientos y corrientes.

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    2. COMPOSICIÓN DE LA ATMÓSFERA COMPONENTES – MEZCLA
    DE GASES. N2 ( 78%). Es un gas inerte y poco reactivo. O2 ( 21%).
    Es muy activo y reacciona con otros elementos. Ar (0,9%). Gas
    noble, inerte. CO2 (0,035%). Interviene en la fotosíntesis
    y el efecto invernadero. Otros gases como gases nobles, metano
    gases de azufre e hidrógeno. – PARTÍCULAS EN
    SUSPENSIÓN. Polvo levantado del suelo. Partículas
    salinas de origen marino. Humos y cenizas de volcanes y
    combustiones. Agua. Microorganismos, polen, esporas..

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    CAPAS ATMÓSFERA SEGÚN COMPOSICIÓN –
    HOMOSFERA.. Hasta los 80 Km de altura y presenta una
    composición de gases uniforme en cualquier punto. Se dan
    unas pequeñas variaciones: Vapor de agua ( mayor
    proporción a ras del suelo) y ozono (mayor
    proporción a los 30 Km). – HETEROSFERA.. Por encima de los
    80 Km Los gases se colocan en capas por pesos. En la parte mas
    baja el nitrógeno, por encima el oxígeno, el helio
    y el hidrógeno

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    3. ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA ENERGÍA PROCEDENTE
    DEL SOL El Sol es una estrella que desprende energía
    electromagnética de diferentes longitudes de onda –
    Radiación visible (42%) – Radiación anterior a la
    visible ( 9%). De onda corta. Sobre todo ultravioleta, rayos
    gamma y X. – Radiación superior a la visible (51%). De
    onda larga. Sobre todo infrarroja.

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    ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA. CAPAS TROPOSFERA. Hasta unos
    12 km de altitud. Forma el 75% de la masa total de la
    atmósfera y casi todo el vapor de agua y partículas
    en suspensión. Los primeros 500 m forman la capa sucia
    (sal, polvo, contaminantes) que dan un color rojo al cielo. En
    ella se originan los fenómenos atmosféricos y el
    efecto invernadero. El aire se mueve tanto horizontalmente como
    verticalmente. La temperatura desciende con la altitud ,unos
    6,5ºC cada 100m y se denomina gradiente térmico
    vertical. El límite superior es la tropopausa, que no es
    constante ni en el espacio ni en el tiempo. En verano es
    más alta, ya que el aire caliente es menos denso y ocupa
    más volumen que el frio.

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    ESTRATOSFERA. Alcanza hasta los50 Km desde la superficie, hasta
    la estratopausa. Contiene la capa de ozono, con máximas
    concentraciones entre 15 y 35 Km. La temperatura aumenta con la
    altura, pudiendo alcanzar entre 0º y 4º, subiendo
    suavemente al principio y a los 30 km el ascenso es
    rápido, debido a la capa de ozono que atrapa a la
    radiación U V. Las corrientes de aire son sólo
    horizontales, no verticales.

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    MESOSFERA. Hasta los 80 km de altura. La temperatura va
    descendiendo hasta alcanzar valores por debajo de -100º, ya
    que no hay nada que atrape radiación solar. TERMOSFERA O
    IONOSFERA. Alcanza hasta unos 100 km. Los gases se encuentran en
    capas (heterosfera) y absorben los rayos X y gamma, que hace que
    aumente la temperatura con la altitud. La densidad del aire se
    aproxima a la del vacio. La interacción de
    partículas procedentes del sol con los átomos
    ionizados de esta capa(ionosfera) provoca las auroras . Su color
    depende de las partículas que chocan. EXOSFERA Hasta los
    800 km. Bajísimas densidades, formada sobre todo por
    O,H,He.

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    Formación de auroras boreales y australes

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    BALANCE ENERGÉTICO La energía solar que llega a la
    atmósfera se reparte de la siguiente forma. – Entre un 28%
    y 30% es reflejada por las nubes, gases y partículas en
    suspensión; suelo y superficie helada y nevada: Esta
    radiación reflejada se denomina albedo. – Entre el 19% y
    21% es absorbido por las nubes, vapor de agua, partículas
    del aire y la capa de ozono. – Entre el 47% y 51% es absorbido
    por la superficie terrestre y oceanos, que parte se libera de
    nuevo , en forma de radiación infrarroja y parte se pierde
    en calor.

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    FUNCIONES DE LA ATMÓSFERA FUNCIÓN PROTECTORA En la
    termosfera se absorben las radiaciones de onda corta y alta
    energía( rayos X y rayos gamma). En la estratosfera , la
    capa de ozono, se absorbe la radiación UV . FUNCIÓN
    REGULADORA El albedo, que supone un 30% de la energía que
    manda el Sol, produce un enfriamiento de la Tierra. Parte de la
    energía emitida por la atmósfera es absorbida por
    los gases de efecto invernadero , provocando el calentamiento El
    equilibrio entre el albedo y el efecto invernadero natural ha
    permitido mantener una temperatura en la Tierra de 15º, Si
    no hubiera atmósfera la temperatura de la superficie
    sería -18ºC.

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    4. DINÁMICA ATMOSFÉRICA CONVECCIÓN
    TÉRMICA – Son movimientos verticales del aire debido a la
    temperatura. – El aire superficial caliente y menos denso, tiende
    a elevarse, formando convecciones térmicas ascendentes .
    El aire de las partes altas frio y denso, tiende a
    descender

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    CONVECCIÓN POR HUMEDAD La presencia de vapor de agua en el
    aire, le hace ser menos denso. Hay más moléculas de
    agua de peso molecular menor 18, que ocupan el lugar de otras
    como la de oxígeno que pesa 32. Humedad absoluta: Cantidad
    de vapor de agua en un volumen de aire en g/cm3 Humedad relativa:
    Cantidad de vapor de agua en % que hay en un metro cúbico
    de aire, en relación con la que podría contener a
    la temperatura en la que se encuentra. Si una masa de aire
    asciende, se va enfriando y se alcanza el punto de rocío,
    el vapor se condensa y se forma una nube. Punto de rocío:
    Se produce cuando el aire no puede contener más vapor y
    está saturado. Núcleos de condensación o
    higroscópicos: Son partículas de ( polvo, humo.
    NOx, ClNa..) que sirven para que se forme la gota de agua y
    llueva.

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    PRESIÓN ATMOSFÉRICA Es la presión que ejerce
    una columna de aire sobre la superficie. Las capas bajas de la
    atmósfera soportan el peso de las superiores, por tanto la
    presión atmosférica es menor al ascender. En las
    capas bajas , al ser el aire muy compresible y haber mayor
    p.atmosférica, también es mayor la densidad. Zonas
    de bajas presiones o borrascas: La temperatura calienta el aire,
    que asciende, se enfría y el vapor de agua se condensa en
    nubes y se da un tiempo inestable con precipitaciones. Zonas de
    altas presiones o anticiclones: El aire frio y denso desciende
    hacia la superficie. Este se va secando por calentamiento y el
    agua se evapora, Se asocia a tiempo seco y soleado.

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    MOVIMIENTOS VERTICALES DEL AIRE. GRADIENTE TERMICO VERTICAL (GTV)
    Variación de la temperatura del aire en condiciones
    estáticas y de reposo La temperatura del aire desciende
    6,5ºC/1Km o 0,65 / 100m Este puede variar con la latitud,
    época del año

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    INVERSIÓN TERMICA. A veces se dan perturbaciones en el GTV
    y la temperatura aumenta con la altitud

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    GRADIENTE ADIABÁTICO SECO (GAS) Variación de la
    temperatura del aire que asciende verticalmente sin producirse
    intercambio. La temperatura desciende 1ºC cada 100m. La
    tº del aire que asciende (GAS) es distinta que la del aire
    de esa zona (GTV). Asciende hasta alcanzar el equilibrio, en el
    que la temperatura de los dos se iguala y el movimiento vertical
    cesa. Cuando el ascenso del aire continua y desciende la
    temperatura, se produce la condensación del vapor de agua
    y tenemos el gradiente adiabático húmedo

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    5. DINÁMICA DE MASAS FLUIDAS DINÁMICA
    ATMOSFÉRICA. – MOVIMIENTOS DEL AIRE. El aire que desciende
    en un anticiclón provoca vientos superficiales desde el
    centro del anticiclón hacia fuera. El aire ascendente en
    una borrasca provoca vientos superficiales hacia el centro. En
    las zonas de convergencia hay contacto entre masas de aire,
    produciendose frentes que originan mal tiempo. En las zonas de
    divergencia no hay contacto de masas de aire y origina buen
    tiempo.

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    – EFECTO CORIOLIS. Es la fuerza ejercida por el movimiento de
    rotación terrestre que hace que los vientos no se muevan
    rectilíneos y lo hagan en espiral. En el hemisferio norte
    un viento que se mueva hacia el norte se desvía hacia la
    derecha o este y si se dirige al sur se desvía hacia la
    izquierda u oeste.

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    CIRCULACIÓN GENERAL DE LA ATMÓSFERA. El aire en
    contacto con la superficie de la Tierra en el ecuador, se
    calienta y sube a la troposfera y fluye a los polos. El aire
    frío de las zonas polares desciende a la superficie y
    fluye hacia el ecuador. Si la Tierra fuera homogénea e
    inmóvil, las corrientes formarían un circuito
    cerrado, dándose dos células convectivas ( una en
    cada hemisferio). Al ser heterogénea se establecen tres
    ciclos por hemisferio

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    – CIRCULACIÓN EN EL HEMISFERIO NORTE

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    CIRCULACIÓN DEL AIRE EN EL HEMISFERIO NORTE. El aire
    asciende en el ecuador y se dirige por las capas altas hacia el
    noreste. Al llegar a la latitud de 30ª parte del aire , una
    parte del aire desciende a la superficie formando una zona de
    altas presiones denominada cinturón anticiclónico
    subtropical, otra parte se queda circulando por la parte alta de
    la troposfera en sentido del giro de la Tierra. Desde el
    cinturón anticiclónico subtropical parten vientos
    superficiales hacia el ecuador desviados hacia el oeste que son
    los vientos alisios.También parten vientos hacia el norte
    desviados hacia el este que son los vientos del oeste. Los viento
    alisios de cada hemisferio convergen en la zona de convergencia
    intertropical, que no coincide con el ecuador. Los vientos del
    oeste al llegar a la zona de latitud 60º ascienden
    ,formándose una zona de bajas presiones templada. A la
    zona de 60º llegan vientos superficiales de la zona de altas
    presiones polares, que ascienden. En esta zona se produce el
    choque de aire frío y cálido en un frente polar,
    originándose borrascas subpolares

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    En las zonas altas de la troposfera se producen las corrientes en
    chorro o jet streems, que circulan a gran velocidad alrededor de
    la Tierra de este a oeste. Están causadas por el contraste
    térmico que se produce en el choque de dos células
    convectivas. Existe la corriente en chorro polar que circula en
    latitudes de 60º y la corriente en chorro subtropical que lo
    hace en latitudes de 30º

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    DINÁMICA DE LA HIDROSFERA CORRIENTES SUPERFICIALES Se
    deben a los vientos superficiales permanentes que transfieren su
    energía al agua por rozamiento. Los vientos alisios causan
    corrientes ecuatorilaes hacia el oeste que giran a los polos en
    el borde occidental de cada océano, formando corrientes
    cálidas paralelas a la costa. Corriente del Golfo,
    Kuroshio. Los vientos del oeste producen movimientos lentos de
    agua , formando la deriva del viento del oeste( más
    importante en el hemisferio austral, al ser los mares más
    abiertos. Al llegar a las costas orientales del océano se
    desvian a los polo a lo largo de la costa, formando corrientes
    frías. C. Humbolt, C Benguela. En el hemisferio norte
    existen flujos de agua fría hacia el ecuador por los
    estrechos que unen el ártico con el atlántico y el
    pacífico. C de Kanchatka, Labrador, Groenlandia.

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    CORRIENTES PROFUNDAS. Se forman debido a la diferente densidad
    del agua, causada por las variaciones de temperatura y/o
    salinidad. En latitudes altas (Groenlandia) el agua fría y
    salada y por tanto más densa se hunde , formando una
    corriente por el fondo del Atlántico norte al Sur. Al
    contactar con el agua frías del Antártico
    asciende´.

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    – EL OCÉANO GLOBAL El agua fría, salada y densa
    cercana a Groenlandia se hunde y recorre el fondo del
    Atlántico hasta llegar al Antártico (corriente
    profunda). Al contactar con las aguas frías del
    Antártico asciende. Parte vuelve a hundirse por el
    enfriamiento superficial recorre el Indico y Pacífico en
    los que asciende y se calienta de nuevo y recorre
    superficialmente hasta Groenlandia

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    CONSECUENCIA DE LAS CORRIENTES. Redistribución del calor
    desde zonas ecuatoriales hacia latitudes altas. Las corrientes
    cálidas calientan zonas frías y las corrientes
    frías templan regiones tropicales. Afloramientos: En las
    zonas orientales de los océanos tropicales(costa oeste de
    los continentes) el agua se separa por los vientos alisios. Este
    agua cálida es reemplazada por aguas frías
    profundas, ricas en materia inorgánica. Al llegar a la
    superficie, se favorece por la energía solar el desarrollo
    del plancton y el resto de seres vivos. Transporte y
    redistribución de sedimentos.

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    EFECTO NIÑO. Fue utilizado por primera vez por pescadores
    peruanos para referirse a una corriente cálida que
    aparecía por navidad y provocaba escasa pesca. En
    inglés se denomina ENSO. En condiciones normales los
    vientos van de este a oeste, empujando las aguas superficiales
    calentadas por el sol hacia Indonesia. Esto provoca el
    afloramiento de aguas frías en las costas sudamericanas.
    En Indonesia se dan fuertes lluvias y en Sudamerica sequía
    Cada cierto tiempo (2 a 5 años), por cambios en la
    presión atmosférica, los vientos alisios se
    debilitan e invierten su dirección. Esto provoca el cambio
    de las corrientes y al no desplazarse las aguas cálidas de
    la superficie hacia el oeste, no se dan afloramientos. Se produce
    un aumento de temperatura en la costa sudamericana, el plancton
    muere y no hay pesca. Se producen intensas lluvias e inundaciones
    en Sudamerica y sequía e incendios en Indonesia

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    En ocasiones y después de un efecto niño intenso se
    produce una situación normal muy exagerada y se denomina
    efecto niña. Los vientos alisios soplan con más
    intensidad y arrastra hacia Indonesia mayor volumen de agua,
    aflora más agua fría en las costas sudamericana. Se
    producen precipitaciones muy grandes en Asia y Australia,
    aumentando los tifones. Al disminuir la temperatura en las costas
    americanas, aumenta la aridez y los huracanes

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