Velocidad del viento
En meteorología, la velocidad del viento, o velocidad del flujo del viento, es una cantidad atmosférica fundamental causada por el aire que se mueve de alta a baja presión, generalmente debido a cambios en la temperatura. La velocidad del viento ahora se mide comúnmente con un anemómetro.
La velocidad del viento afecta el pronóstico del tiempo, las operaciones aéreas y marítimas, los proyectos de construcción, el crecimiento y la tasa de metabolismo de muchas especies de plantas, y tiene muchas otras implicaciones. Tenga en cuenta que la dirección del viento suele ser casi paralela a las isobaras (y no perpendicular, como cabría esperar), debido a la rotación de la Tierra.
Unidades
Metros por segundo (m/s) es la unidad SI para la velocidad y la unidad recomendada por la Organización Meteorológica Mundial para informar sobre la velocidad del viento, y se utiliza, entre otras, en los pronósticos meteorológicos en los países nórdicos. Desde 2010, la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI) también recomienda metros por segundo para informar la velocidad del viento al acercarse a las pistas, reemplazando su recomendación anterior de usar kilómetros por hora (km/h).
Por razones históricas, a veces también se usan otras unidades como millas por hora (mph), nudos (kn) o pies por segundo (ft/s) para medir la velocidad del viento. Históricamente, las velocidades del viento también se han clasificado utilizando la escala de Beaufort, que se basa en observaciones visuales de efectos del viento definidos específicamente en el mar o en tierra.
Factores que afectan la velocidad del viento
La velocidad del viento se ve afectada por una serie de factores y situaciones, que operan en escalas variables (desde escalas micro a escalas macro). Estos incluyen el gradiente de presión, las ondas de Rossby y las corrientes en chorro, y las condiciones climáticas locales. También se pueden encontrar vínculos entre la velocidad y la dirección del viento, en particular con el gradiente de presión y las condiciones del terreno.
Gradiente de presión es un término para describir la diferencia en la presión del aire entre dos puntos en la atmósfera o en la superficie de la Tierra. Es vital la velocidad del viento, porque cuanto mayor es la diferencia de presión, más rápido fluye el viento (de la presión alta a la baja) para equilibrar la variación. El gradiente de presión, cuando se combina con el efecto de Coriolis y la fricción, también influye en la dirección del viento.
Las ondas de Rossby son fuertes vientos en la troposfera superior. Estos operan a escala global y se mueven de oeste a este (de ahí que se los conozca como Westerlies). Las ondas de Rossby son en sí mismas una velocidad del viento diferente de la que experimentamos en la troposfera inferior.
Las condiciones climáticas locales juegan un papel clave en la influencia de la velocidad del viento, ya que la formación de huracanes, monzones y ciclones como condiciones climáticas anormales pueden afectar drásticamente la velocidad del flujo del viento.
Velocidad máxima
La velocidad del viento más rápida no relacionada con tornados jamás registrada fue durante el paso del ciclón tropical Olivia el 10 de abril de 1996: una estación meteorológica automática en la isla de Barrow, Australia, registró una ráfaga de viento máxima de 113,3 m/s (408 km/ h; 253 mph; 220,2 nudos; 372 ft/s) La ráfaga de viento fue evaluada por el Panel de evaluación de la OMM que encontró que el anemómetro era mecánicamente sólido y que la ráfaga estaba dentro de la probabilidad estadística y ratificó la medición en 2010. El anemómetro se montó 10 m sobre el nivel del suelo (y por lo tanto 64 m sobre el nivel del mar). Durante el ciclón, se registraron varias ráfagas extremas de más de 83 m/s (300 km/h; 190 mph; 161 nudos; 270 ft/s), con una velocidad media máxima en 5 minutos de 49 m/s (180 km /h; 110 mph; 95 nudos; 160 ft/s) el factor de ráfaga extrema fue del orden de 2,27 a 2,75 veces la velocidad media del viento. El patrón y las escalas de las ráfagas sugieren que se incrustó un mesovórtice en la ya fuerte pared del ojo del ciclón.
Actualmente, la segunda velocidad del viento en la superficie más alta jamás registrada oficialmente es de 103,266 m/s (371,76 km/h; 231,00 mph; 200,733 nudos; 338,80 pies/s) en el Observatorio Mount Washington (New Hampshire) a 1917 m (6288 ft) sobre el nivel del mar en los EE. UU. el 12 de abril de 1934, utilizando un anemómetro de hilo caliente. El anemómetro, diseñado específicamente para su uso en el Monte Washington, fue probado más tarde por la Oficina Meteorológica Nacional de EE. UU. y se confirmó que era preciso.
La velocidad del viento dentro de ciertos fenómenos atmosféricos (como los tornados) puede exceder en gran medida estos valores, pero nunca se ha medido con precisión. La medición directa de estos vientos de tornados rara vez se realiza ya que el viento violento destruiría los instrumentos. Un método para estimar la velocidad es usar Doppler sobre ruedas para detectar la velocidad del viento de forma remota y, con este método, la cifra de 135 m/s (490 km/h; 300 mph; 262 nudos; 440 pies/s) durante el El tornado Bridge Creek-Moore de 1999 en Oklahoma el 3 de mayo de 1999 a menudo se cita como la velocidad del viento en la superficie más alta registrada, aunque se ha registrado otra cifra de 142 m/s (510 km/h; 320 mph; 276 nudos; 470 pies/s). también ha sido citado para el mismo tornado. Otro número más utilizado por el Center for Severe Weather Research para esa medición es 135 ± 9 m/s (486 ± 32 km/h; 302 ± 20 mph; 262 ± 17 kn; 443 ± 30 pies/s). Sin embargo, las velocidades medidas por el radar Doppler no se consideran registros oficiales.
La velocidad del viento más rápida observada en un exoplaneta fue observada en HD 189733b por científicos de la Universidad de Warwick en 2015, y se midió a 2414 m/s (8690 km/h; 4692 kn). En un comunicado de prensa, la Universidad anunció que los métodos utilizados para medir la velocidad del viento de HD 189733b podrían usarse para medir la velocidad del viento en exoplanetas similares a la Tierra.
Medición
Un anemómetro es una de las herramientas utilizadas para medir la velocidad del viento. Dispositivo formado por un pilar vertical y tres o cuatro cazoletas cóncavas, el anemómetro capta el movimiento horizontal de las partículas del aire (velocidad del viento).
A diferencia de los anemómetros de veleta y copa tradicionales, los sensores ultrasónicos de viento no tienen partes móviles y, por lo tanto, se utilizan para medir la velocidad del viento en aplicaciones que requieren un rendimiento sin mantenimiento, como en la parte superior de las turbinas eólicas. Como sugiere su nombre, los sensores de viento ultrasónicos miden la velocidad del viento utilizando un sonido de alta frecuencia. Un anemómetro ultrasónico tiene dos o tres pares de transmisores y receptores de sonido. Colóquelo en el viento y cada transmisor emite constantemente sonido de alta frecuencia a su respectivo receptor. Los circuitos electrónicos internos miden el tiempo que tarda el sonido en hacer su viaje desde cada transmisor hasta el receptor correspondiente. Dependiendo de cómo sople el viento, afectará a algunos de los haces de sonido más que a otros, ralentizándolos o acelerándolos muy ligeramente. Los circuitos miden la diferencia en las velocidades de los rayos y la usan para calcular qué tan rápido sopla el viento.
Los sensores de viento de resonancia acústica son una variante del sensor ultrasónico. En lugar de utilizar la medición del tiempo de vuelo, los sensores de resonancia acústica utilizan ondas acústicas resonantes dentro de una pequeña cavidad especialmente diseñada para realizar la medición de la velocidad del viento. Construido en la cavidad hay una serie de transductores ultrasónicos, que se utilizan para crear patrones separados de onda estacionaria en frecuencias ultrasónicas. A medida que el viento pasa a través de la cavidad, se produce un cambio en la propiedad de la onda (cambio de fase). Al medir la cantidad de cambio de fase en las señales recibidas por cada transductor y luego al procesar matemáticamente los datos, el sensor puede proporcionar una medición horizontal precisa de la velocidad y dirección del viento.
Otra herramienta utilizada para medir la velocidad del viento incluye un GPS combinado con un tubo de Pitot. Una herramienta de velocidad de flujo de fluidos, el tubo de Pitot se utiliza principalmente para determinar la velocidad del aire de un avión.
Diseño de estructuras
La velocidad del viento es un factor común en el diseño de estructuras y edificios en todo el mundo. A menudo es el factor determinante en la resistencia lateral requerida del diseño de una estructura.
En los Estados Unidos, la velocidad del viento utilizada en el diseño a menudo se denomina "ráfaga de 3 segundos" que es la ráfaga sostenida más alta durante un período de 3 segundos con una probabilidad de ser excedida por año de 1 en 50 (ASCE 7-05, actualizado a ASCE 7-16). Esta velocidad del viento de diseño es aceptada por la mayoría de los códigos de construcción en los Estados Unidos y, a menudo, rige el diseño lateral de edificios y estructuras.
En Canadá, las presiones del viento de referencia se utilizan en el diseño y se basan en la velocidad del viento "medio hora" que tiene una probabilidad de ser excedido por año de 1 en 50. La presión del viento de referencia q{displaystyle q} se calcula utilizando la siguiente ecuación: q=12pv2{displaystyle q={2}pv^{2} Donde p{displaystyle p} es la densidad del aire y v{displaystyle v} es velocidad del viento.
Históricamente, las velocidades del viento se han informado con una variedad de tiempos promedio (como la milla más rápida, ráfagas de 3 segundos, 1 minuto y promedio por hora) que los diseñadores deben tener en cuenta. Para convertir las velocidades del viento de un tiempo promedio a otro, se desarrolló la Curva de Durst, que define la relación entre la velocidad máxima probable del viento promediada durante t segundos, Vt, y la velocidad media del viento durante una hora V3600.
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