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Manual de Prácticas de Laboratorio de Física de Fluidos

Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero

Responsable de la elaboración del manual de Física de Fluidos

Universidad Autónoma de Baja California

Facultad de Ciencias Marinas

Revisado el 16 de Octubre de 2013 por la Academia de la Facultad de Ciencias Marinas

Directorio

Dr. Felipe Cuamea VelázquezRector UABC

Dr. Oscar Roberto López BonillaVicerrector, UABC Campus Ensenada

Dr. Juan Guillermo Vaca RodríguezDirector FCM

Dr. Víctor Antonio Zavala HamzSubdirector, FCM

Universidad Autónoma de Baja California

Facultad de Ciencias Marinas

ÍndiceÍndice.................................................................................................................................................................................... iii

Introducción..........................................................................................................................................................................1

Encuadre del Sistema de Prácticas........................................................................................................................................2

Contenido de Prácticas de Laboratorio de Física de Fluidos..................................................................................................5

Introducción a la meterología.…………………………..…………..………………………………………………………………………………………………...7

Estaciones y Datos Meteorológicos.....................................................................................................................................13

Principios de Meteorología Dinámica..................................................................................................................................31

Fenómenos Meteorológicos................................................................................................................................................59

Anexos.................................................................................................................................................................................89

Manual de Prácticas de Laboratorio de Física de FluidosIntroducción Página 1

Introducción

Un medio para lograr aprendizaje significativo es que los estudiantes relacionen el contenido temático de las asignaturas con fenómenos observados en la naturaleza. Para conseguirlo, la docencia debe de ser creativa y motivadora, estimulando el conocimiento teórico-práctico, y es aquí justamente donde la incidencia de prácticas de laboratorio resulta importante.

Una de las formas de alcanzar este objetivo es a través de la realización de experimentos a partir de los cuales el estudiante fije contenidos, reflexione acerca de los procesos físicos subyacentes y reavive su curiosidad planteándose preguntas y sugiriendo respuestas. En el caso particular del proceso de enseñanza-aprendizaje de las ciencias de la atmósfera y el océano, el desarrollo de experiencias de laboratorio que ilustren procesos de la dinámica de los fluidos geofísicos es de vital importancia para la comprensión de los complejos procesos que en estos fluidos tienen lugar, los cuales en ocasiones son poco intuitivos. A través de estas experiencias el alumno puede visualizar los procesos físicos subyacentes e interpretarlos como complemento del análisis del complejo sistema de ecuaciones que se utilizan para explicarlos.

Este manual está diseñado para estudiantes de Ciencias Naturales. Está destinado a servir de complemento a la materia de Física de Fluidos de la carrera de Oceanología de la Facultad de Ciencias Marinas de la Universidad Autónoma de Baja California, pero podrá, mediante adaptaciones y modificaciones, ser usado en cualquier carrera afín.

Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero Facultad de Ciencias Marinas de la UABC

Manual de Prácticas de Laboratorio de Física de FluidosEncuadre del Sistema de Prácticas Página 2

Encuadre del Sistema de Prácticas

Presentación

El Manual de Laboratorio de Física de Fluidos que presentamos es una primera versión a la que seguramente le falta retroalimentación de especialistas en el área. Confiamos que, a lo largo del tiempo se sigan recogiendo más y más experiencias que perfeccionen este documento.

La Física de fluidos, como su nombre indica, se encarga de estudiar, mediante la hipótesis del medio continuo, todo lo relativo a las substancias que no pueden soportar esfuerzos continuados: los fluidos. Mientras la enseñanza teórica tiene el propósito de capacitar al alumno en materia de análisis vectorial, introducción a la dinámica de la atmósfera, y la meteorología descriptiva haciendo uso de herramienta matemática, mediante las prácticas diseñadas durante el programa de sesiones de laboratorio, el estudiante adquirirá los elementos necesarios para explicar algunos de los fenómenos atmosféricos de diferente escala, interés científico y/o impacto socio económico, realizando búsquedas tecnológicas, trabajando con modelos a escala, procesando datos meteorológicos e interpretando cartas meteorológicas sinópticas, cuestionando al estudiante y con ello desarrollando su capacidad crítica.

Las ideas, críticas y conocimientos nacerán del trabajo en equipo. Los estudiantes compartirán libros, conocimientos previos y material de laboratorio. La viabilidad de este esquema de trabajo supone la aceptación de responsabilidades y el cumplimiento estricto de las mismas. Por ello, en la presentación del curso, se ponen en claro las actividades de los estudiantes y de los profesores.

Así pues, se capacitará al futuro Oceanólogo en la identificación y solución de problemas (meteoro) siguiendo una metodología científica con responsabilidad, honestidad y ética profesional.



Competencias a las que contribuye

Niveles de DesempeñoEl conjunto de prácticas del presente manual te permitirá llegar a un desempeño de nivel IV de acuerdo la clasificación de Webb &Bravo (2006), Carpenter, et.al. (2004) y National Research Council (2000), a saber “Nivel IV, implica un nivel de competencia de Análisis: Se desarrollan un conjunto de actividades de naturaleza diversa, en las que se tiene que mostrar creatividad y recursos para conciliar intereses. Se debe tener habilidad para motivar y dirigir grupos de trabajo”.

Las razones por las que asumimos que obtendrás un nivel de desempeño tan alto son:

1. La realización de las prácticas en forma y tiempo presupone el dominio de diferentes habilidades y conocimientos.

2. La elaboración de un protocolo y un informe con la estructura de reporte científico por práctica requiere de disciplina, organización, análisis y síntesis, así como la utilización de herramientas computacionales.

3. El trabajo en el laboratorio podrá ser realizado en equipo, lo que requiere de la participación armónica de los elementos. La capacidad de liderazgo deberá ser usada en forma óptima para realizar los diversos pasos de la práctica. El reporte de la práctica se entregará de manera individual.

Analizar el comportamiento de procesos físicos que acontecen en los fluidos mediante modelos a escala, realizar mediciones de variables meteorológicas y procesar dichos datos, así como resolver problemas de cálculo vectorial brindarán herramientas para plantear la dinámica de procesos atmosféricos que dan lugar a las condiciones climatológicas del tiempo, de forma creativa, crítica y reflexiva, fomentando la capacidad de análisis y síntesis, con una actitud responsable basada en la ética y el respeto por el medio ambiente.

Carpenter, T.P., Blanton, M.L., Cobb, P., Franke, M.L., Kaput, J., & McClain, K. (2004).Scaling Up Innovative Practices in Mathematics and Science, National Center for Improving Student Learning and Achievement in Mathematics and Science: Research Report.

National Research Council (2000). How People Learn: Brain, Mind, Experience and the School, Expanded edition. Committee on Developments in the Science of Learning and Committee on Learning Research and Educational practice, J.D. Bransford, [et. al.]Editors.Commission on Behavioral and Social Sciences and Education. Washington, DC: The National Academies Press.

Webb, N., & Bravo, M. (2007).Matrix of Learning with Deep Understanding in Mathematics (DOK). San Juan, PR: PR Math and Science Partnership (AlACiMa). (Unpublished Document).



Ubicación dentro del mapa curricular


7mo. Semestre6to. Semestre5to.Semestre4to. Semestre3er. Semestre2do. Semestre1er. Semestre

PROYECTOS DE VINCULACIÓN

DINÁMICA DEL OCÉANO

SEMINARIO DE OCEANOGRAFÍA

OCEANOGRAFÍA DE MARES DE MÉXICO

PROCESOS COSTEROS

DESARROLLO SUSTENTABLE

PRÁCTICAS PROFESIONALE

S

OCEANOGRAFÍA FÍSICA

ECUACIONES DIFERENCIALES

OCEANOGRAFÍA QUÍMICA

OPTATIVA

OCEANOGRAFÍA BIOLÓGICA II

OPTATIVA

FÍSICA DE FLUÍDOS

PROGRAMACIÓN

BIOQUÍMICA

OCEANOGRAFÍA GEOLÓGICA

OCEANOGRAFÍA BIOLÓGICA I

OPTATIVA

FÍSICA III

CÁLCULO II

FISICOQUÍMICA

SEDIMENTOLOGÍA

ECOLOGÍA MARINA

OPTATIVA

FÍSICA II

ESTADÍSTICA

QUÍMICA ORGÁNICA

SISTEMAS INFORMACIÓN GEOGRÁFICA

ZOOLOGÍA MARINA

OPTATIVA

FÍSICA I

CÁLCULO I

QUÍMICA

GEOLOGÍA MARINA

RECURSOS BOTÁNICOSMARINOS

SEMINARIO CS. DEL MAR Y MEDIO

AMB.

MEDIO AMBIENTE Y SOCIEDAD

MATEMÁTICAS

COMUNICACIÓN ORAL Y ESCRITA

FUNDAMENTOS DE CARTOGRAFÍA

BIOLOGÍA


Programa del Sistema de Prácticas

Tema Práctica o prácticas programadas Ámbito de desarrollo Duración*

1. Introducción Práctica 1: Análisis de un artículo científico.Encuadre. Semana 1:

2 horas

2. Estaciones y datos meteoro -lógicos

Práctica 2: Instrumentación meteorológica. Laboratorio Semana 2: 2 horas

Práctica 3: Ubicación de una estación meteorológica Laboratorio Semana 3: 2 horas

Práctica 4: Series de tiempo de datos meteorológicos Laboratorio Semana 4: 2 horas

4. Principios de Meteorología dinámica

Práctica 5: Corrientes de Gravedad. Laboratorio Semana 5: 2 horas

Práctica 6. Celdas de Convección. Laboratorio Semana 6: 2 horas

Práctica 7. Difusión en los fluidos. Laboratorio Semana 7: 2 horas

Práctica 8. Calor radiativo. Laboratorio Semana 8: 2 horas

Práctica 9. Transferencia de calor. Laboratorio Semana 9: 2 horas

Práctica 10. Psicrometría. Laboratorio Semana 10: 2 horas

7. Fenómenos meteorológicos

Práctica 11. Observación del cielo. Laboratorio Semana 11: 2 horas

Práctica 12. Efecto de la Rotación en los fluidos. Laboratorio Semana 12: 2 horas

Práctica 13. Masas de aire. Laboratorio Semana 13: 2 horas

Práctica 14. Mapas sinópticos. Laboratorio Semana 14: 2 horas

Práctica 15. Cartas sinópticas. Laboratorio Semana 15: 2 horas

Práctica 16. EXPOSICIONES. Laboratorio Semana 16: 2 horas

*Duración en horas para cada práctica, y semana del semestre en la que se realizará.


Contenido de Prácticas de Laboratorio de

Física de Fluidos

Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero, M.C. José Ramón Luna HernándezResponsable de la elaboración del manual de Física de Fluidos

Manual de Prácticas de Laboratorio de Física de FluídosIntroducción a la meteorología Página 7

Introducción

Facultad de Ciencias Marinas de la Universidad Autónoma de Baja California

Responsable(s): Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero

Número de alumnos por práctica: 8

Propósito General de la Práctica de Introducción

Por un lado, plantear el encuadre bajo el cual se trabajara en laboratorio, por otro, especificar la ponderación bajo la cual serán evaluados los reportes de laboratorio, y finalmente, familiarizar al estudiante con la literatura nacional e internacional, así como bancos de datos disponibles concernientes a variables y fenómenos meteorológicos objeto de estudio.

Formato para la Elaboración de Reportes de Laboratorio de Física de Fluidos

Especificaciones

El reporte deberá ser escrito en computadora, con letra de 12 puntos, espacio sencillo y márgenes de 2 cm.

La carátula del reporte debe incluir el nombre de la universidad, de la facultad, de la carrera, de la materia, número y título de la práctica o salida, nombre completo del estudiante, nombre completo de los profesores, fecha de entrega y resumen.

Introducción (10 puntos)

Comenzar con una exposición del tema a tratar que ayude al lector a ubicarse dentro del tema de interés (no más de una página).

Debe indicarse el propósito u objetivos de la práctica o visita.

Gran parte de la información de esta sección es obtenida de trabajos de otros autores, por lo tanto se deben citar al final del párrafo correspondiente. El trabajo de un autor se cita: (Jones, 2001). El de dos autores: (Jones y Hanes, 2004). El de más de dos autores: (Grids, et al., 1999). Muchos autores latinos prefieren utilizar sus dos apellidos, si este es el caso se cita: (Alvarez-Borrego, 1985). No se permitirá extraer información del manual de laboratorio.

Metodología (10 puntos)



Si procede, debe describirse el área de estudio. Incluir un mapa de la misma.

Deben describirse los procedimientos seguidos, con detalle suficiente para que el lector pueda repetirlos.

Se puede incluir una lista de los materiales y equipos utilizados. En el caso de los equipos se debe incluir la marca y modelo. Ej. Higrómetro Taylor, Anemómetro CUP ANEM/BAR Mod ABH-4224. En el caso de ser material elaborado, deberán especificarse todos y cada uno de los elementos utilizados.

Resultados y Discusión (40 puntos)

En este curso, esta sección estará integrada principalmente por los dibujos que realizarán producto de sus observaciones y/o las fotografías tomadas en el momento de la práctica. NO INCLUIR IMÁGENES DE INTERNET.

Las tablas, gráficas y figuras deben ser numeradas progresivamente en cada caso. Las tablas van numeradas con números romanos y una leyenda como encabezado que describa su contenido general. Las gráficas, figuras e imágenes se enumeran con números arábigos y un pie de figura o leyenda al calce que describa su contenido general. Si la figura es el dibujo de lo que observamos en una preparación, fija o fresca, de microscopio se deberá anotar en la leyenda el aumento al cual fue observada.

Las leyendas de tablas y figuras deberán escribirse a renglón seguido. Se deberán citar los autores o fuentes (internet) de las imágenes, dibujos, tablas, gráficas o figuras que se incluyan. Es importante acompañar la figura con una descripción clara y concisa de lo que estamos observando (análisis de los resultados), y siguiendo una secuencia coherente y uniforme.

Los nuevos hallazgos deben ser relacionados con resultados previos publicados por otros autores (citar).

Conclusiones y Resumen (15 puntos)

Enumeración de los aspectos más relevantes de la práctica.

Evaluación del alcance la práctica (revisar objetivos).

Literatura citada (10 puntos)

Presentarse en orden alfabético.

Incluir únicamente las referencias citadas en las secciones previas.

Un trabajo de más de dos autores se cita en el texto como (Lara-Lara et al., 1980), pero en esta sección se tienen que escribir siguiendo los siguientes lineamientos.

Ortografía, Sintaxis y Formato de párrafo (15 puntos)



Se restará un punto por cada 3 errores ortográficos encontrados en el reporte. Se restarán los 10 puntos de la sección de ortografía si se encuentran errores ortográficos básicos como: Autónoma, física, también, práctica, ¨a la¨, nombres propios sin la primer letra en mayúscula, nombres científicos no en cursiva, negritas o subrayados, etc.

Artículos científicos

Autor(es). Año de la publicación. Título completo de la publicación (en el idioma en que fue publicado). Nombre de la revista en que fue publicado (abreviado adecuadamente). Volumen (únicamente el número). Número de la revista (entre paréntesis y únicamente si la revista lo indica): páginas del artículo.Ejemplo: Lara-Lara, J.R., S. Álvarez-Borrego y L.F. Small. 1980. Variability and tidal exchange of ecological properties in a coastal lagoon. Estuar. Coastal Mar. Sci. 2(1): 613-637 p.

Autores de libros

Autor(es). Año en que fue publicado el libro. Título completo del libro (en el idioma en que fue publicado). Nombre de la editorial. Número de edición. Ciudad en que se encuentra la editorial (cuando se encuentra en varias, incluir únicamente la primera). Número total de páginas del libro.Ejemplo: Cushman, B. y J. Beckers. (2009). Introduction to Geophysical Fluid Dynamics.Pearson Education. Florida, USA. 785 pp.

Autor de capítulo de un libro editado por otra persona:

Autor(es) del capítulo. Año en que fue publicado el libro. Título completo del capítulo. En: nombre(s) del editor(es) (ed.). Título completo del libro (en el idioma en que fue publicado). Nombre de la editorial, ciudad en que se encuentra la editorial (cuando se encuentra en varias, incluir únicamente la primera), páginas del capítulo.Ejemplo: Hammann, M.G. 1991. Spawning habitat and egg larval transport, and their importance to recruitment of pacific sardine, Sardinops sagax caeruleus, in the Gulf of California.En: T. Kawasaka, S. Tanak, Y. Toba y A. Taniguchi (eds.). Longterm variability of pelagic fish populations and their environment. Pergamon Press, New York, 110-118 p.

Internet: Escribir toda la liga e incluir la fecha de consulta.Ejemplo: taxonomicon.taxonomy.nl/ consultado el 27 de enero de 2010.



Práctica 1. Análisis de un artículo científico

1.1 Introducción

Una vez finalizada una investigación, es necesario comunicar los resultados. Existen dos maneras de presentar los resultados:

1. Contexto académico.2. Contexto no académico.

En el contexto académico los resultados se preparan para ser presentados a profesores, investigadores, alumnos, funcionarios de instituciones de educación superior o centros de investigación. Esta forma es la que caracteriza a las tesis de grado, presentaciones en encuentros científicos o publicaciones científicas. En el contexto no académico, los resultados se preparan para ser presentados a un público general, menos interesados en los detalles de la investigación, con fines prácticos y a veces comerciales.

Para efectos de los reportes de laboratorio de la Facultad de Ciencias Marinas, por ser esta una entidad académica dedicada a la formación en ciencia experimental, establece como requisito la elaboración de reportes científicos una vez realizada una práctica de laboratorio, este deberá comprender una descripción del estudio efectuado, los resultados y las conclusiones de dicha actividad.

LISTADO DE ALGUNAS REVISTAS CIENTIFICAS EN METEOROLOGIA Y CIENCIAS ALEDAÑAS

Bulletin of the American Meteorological SocietyJournal of Applied Meteorology and ClimatologyJournal of Atmospheric and Oceanic TechnologyJournal of ClimateJournal of the Atmospheric SciencesEarth InteractionsMonthly Weather ReviewWeather and ForecastingWeather, Climate, and SocietyMeteorological MonographsJournal of HydrometeorolgyRevista cubana de MeteorologíaAtmosferaRevista Brasileira de MeteorologíaRevista Meteorológica Argentina (CAM)Revista Meteorológica ColombianaTETHYS, Revista Meteorológicahttp://journals.ametsoc.org/http://www.elsevier.com/journals/subjects/earth-and-planetary-sciences


http://www.elsevier.com/journals/subjects/earth-and-planetary-sciences

http://journals.ametsoc.org/


1.1.1ObjetivoQue el alumno:

Sea capaz de leer e interpretar un artículo científico o trabajo de investigación identificando las partes de que consta.

1.2 Material

Se proporcionaran al menos 4 revistas científicas diferentes para que el alumno las revise, compare y elija una de ellas, de donde deberá leer un artículo e interpretarlo.

Leer un Reporte Meteorológico (iio.ens.uabc.mx/~vientos/) identificando cada uno de los elementos que debe contener; elaborar un ensayo haciendo alusión a cada una de las secciones contenidas en el mismo.

1.3 Desarrollo

Revisar los artículos contenidos en las revistas proporcionadas y comparar, primero si la estructura de todos los artículos de una misma revista es la misma. Posteriormente comparar la estructura del artículo científico revista a revista y compárelas con el esquema de reporte científico proporcionado, anote sus las similitudes y diferencias de las estructuras principales.

Temas para Discusión

Una vez leído el reporte meteorológico de IIO, hacer una cr ítica referente a la estructura, contenido y esquema de redacción utilizado por el(los) autor(es), es decir, responder a la pregunta: ¿Contiene todos los elementos del escrito científico? Sí, No, ¿Por qué?

El reporte que leyó: ¿es comprensible? Sí, no, ¿Por qué?

Considera que: ¿es un texto de divulgación o netamente científico? ¿Por qué?

1.4 Método de Evaluación

Al final de la sesión de laboratorio, cada estudiante deberá mostrar al profesor el trabajo realizado durante la misma (anotaciones, etc.) recibiendo una calificación por su desempeño dentro del laboratorio.El reporte de la práctica se enviará por correo electrónico al profesor, a más tardar antes de que comience la siguiente sesión de laboratorio. El reporte calificado se devolverá por la misma vía, a más tardar el día de la siguiente sesión de laboratorio.



1.5 Bibliografía

M. Espinosa, E. Minero, N. Hilje y R. Barrientos, 2001: “Química para el desarrollo”, Editorial Limusa S.A., México.

R. Hernández S., C. Fernández C., P. Baptista L., 2003: “Metodología de la Investigación”, 3ra edición, McGraw-Hill, México.


Manual de Prácticas de Laboratorio de Física de FluídosEstaciones y Datos Meteorológicos Página 13

Estaciones y Datos Meteorológicos


Responsable(s):Dra. Sorayda Aime Tanahara Romero, M.C. José Ramón Luna Hernández


Propósito General de las Prácticas de Estaciones y Datos Meteorológicos

Conocer las características que debe reunir una estación meteorológica, mediante el análisis de sus elementos constitutivos y funcionalidad, clasificación, y emplazamiento; y procesar los datos obtenidos, es importante para comprender los procesos atmosféricos locales, su importancia ecológica, social y/o económica, con una actitud responsable basada en la ética y el respeto por el medio ambiente.



Práctica 2. Instrumentación meteorológica

2.1 Introducción

La atmósfera terrestre es una masa gaseosa que cubre a nuestro planeta, y sin la cual la vida no sería posible en él. Dispone de los elementos necesarios para el correcto desarrollo de los organismos y el cumplimiento de sus funciones vitales, como la respiración, la generación de calor y la capacidad de dejar transmitir la luz necesaria para los productores primarios. De igual manera protege de las radiaciones dañinas para la vida a través de una estructura vertical que va filtrando de manera selectiva dichas radiaciones. La meteorología es el estudio de todos los cambios que se presentan en la atmósfera; es decir, en la capa de gases (aire) que rodea a la Tierra. Entre sus ramas se encuentra la meteorología aplicada, la cual tiene sus bases en la medición de la mayor cantidad de parámetros y la aplicación de conocimientos y leyes físicas para analizarlos en interpretarlos. Entre las mediciones más comunes se encuentran las de temperatura, presión, humedad velocidad del viento, precipitación y nubosidad, entre otras.

Las estaciones meteorológicas y sus instrumentos deben ajustarse a las recomendaciones de la Organización Meteorológica Mundial (OMM). Estas especificaciones están recogidas con detalle en publicaciones como Doorenbos (1981), WMO (1983) y Gómez y Arteaga (1988). En libros sobre agro meteorología como Seemann et al. (1979), Rosenberg et al. (1983), Elías y Castellvi (1996), etc. pueden encontrarse, además, detalles sobre medidas más específicas de micro climatología. Existen varios tipos de estaciones meteorológicas, que se pueden clasificar por el número de instrumentos que posean o por la función que cumplen. La clasificación por el número de instrumentos las divide en 3 categorías. Las de tipo A, o completas, en las cuales se mide la temperatura, precipitación, nubosidad, viento, presión atmosférica, humedad y evaporación principalmente. Las de tipo B, o termo-pluviométricas, en las cuales se mide sólo la temperatura y precipitación. Y las de tipo C, o pluviométricas y pluvio-gráficas, en las cuales únicamente se mide precipitación. En cuanto a la clasificación por la función que desempeñan, se pueden encontrar varios tipos que obtendrán solamente la información necesaria para servir a cierto propósito. Entre estas se encuentran las climatológicas (características del clima), sinópticas (estado del tiempo internacional y pronóstico meteorológico), aeronáuticas (navegación aérea), aerológicas (observación de la atmósfera libre) y las llamadas especiales (parásitos, electricidad, rastreo, ozono, agricultura, entre otros; Brenes y Saborío, 1995).

INSTRUMENTOS METEOROLOGICOS BASICOS

Termómetro: La temperatura se mide con un termómetro que generalmente está hecho con un tubo de vidrio que contiene alcohol teñido. Conforme el aire se calienta, el nivel del líquido sube, y conforme el aire se enfría, el nivel baja. La temperatura del aire siempre está cambiando. La temperatura del aire es una parte muy importante de la medición del tiempo.



Veleta: El conocer la dirección del viento es una parte importante en la predicción del tiempo porque el viento desplaza las masas de aire. Una veleta es una herramienta para medir la dirección del viento y probablemente fue uno de los primeros instrumentos meteorológicos que se usó. Para determinar la dirección del viento, la veleta gira y apunta en la dirección desde la que viene el viento y generalmente tiene dos partes o extremos: uno que generalmente tiene la forma de una flecha y que voltea hacia el viento y otro extremo que es más ancho para que atrape la brisa. La flecha apuntará hacia la dirección desde la que sopla el viento, así que si está apuntando hacia el este, significa que el viento viene del este. Además, la dirección del viento es desde donde sopla el viento. Por lo tanto, un viento del oeste sopla desde el oeste.

Anemómetro: El viento es el movimiento del aire. El instrumento que se usa para medir la velocidad del viento se llama anemómetro, que es un dispositivo que gira con el viento. El anemómetro rota a la misma velocidad del viento., es decir, proporciona una medida directa de la velocidad del viento. La velocidad del viento se mide usando la Escala de Beaufort para el Viento que es una escala de 0 a 12 con base en claves visuales.

Velocidad del Viento (Km/h)

Término Descripción

0-5 Calma El humo sube verticalmente

6-20 LigeroSe siente el viento en la cara; las veletas giran;

las hojas se mueven ligeramente

21-39 Moderado Levanta polvo; las banderas ondean

40-61 FuerteLas ramas grandes se mueven;

las sombrilla se vuelven al revés

62 o más Ventarrón

Barómetro: La presión atmosférica es el resultado del peso de pequeñas partículas de aire (moléculas de aire) que empujan hacia abajo en un área. Aunque no son invisibles a simple vista, (o sea, son microscópicas), ocupan un espacio y tienen peso. Las unidades de medición comunes que usan los barómetros son los hectopascales (hPa), también conocido como milibares (mb) o pulgadas de mercurio.

CLASIFICACIÓN MORFOFUNCIONAL DE LAS ESPONJAS: EXPLICA SU EVOLUCIÓN.

2.1.1 Objetivo

Que el alumno:

Sea capaz de construir instrumentos para medir la dirección y velocidad de viento, temperatura, y presión atmosférica;

Sea capaz de explicar y demostrar cómo cada instrumento es utilizado para medir el tiempo.



2.2 Material

Termómetro

o Alcohol etílico

o Agua

o Un frasco cilíndrico transparente o una botella (las botellas delgadas funcionan mejor)

o 1 popote para beber

o Plastilina (masilla) o teflón

o Colorante para Alimentos

Veleta o Una etiqueta de cartón o una carpeta de papel manilao Un alfilero Tijeraso Gomao Un lápiz que tenga el borrador nuevoo Un popote para beber de plásticoo Plastilinao Un plato de papelo Brújula

Anemómetro

o 4 vasos pequeños de papelo 4 popotes de plástico para bebero cinta adhesivao tijeraso alfilereso un lápiz con borrador Nuevoo engrapadora


http://ciese.org/curriculum/weatherproj2/images/thermometer7.jpg

http://ciese.org/curriculum/weatherproj2/images/thermometer9.jpg


Barómetro

o un frasco de vidrio con boca ancha o una lata de café pe-queña

o un globo (preferentemente) o plástico para envolvero una ligao tijeraso un popote para bebero tiras de cartulinao pegamento fuerte (Resistol)o regla y lapicero o lápizo caja de cartón del tamaño de una caja de zapatos para po-

ner el barómetro

2.3 Desarrollo

Termómetro1.º. Quita la etiqueta del frasco si la tiene.2.º. Quita la tapa y haz un hueco pequeño en la tapa (apenas para que quepa una popote).3.º. Vierte la misma cantidad de agua fría y alcohol en el frasco o la botella, llenando

aproximadamente 1/4 del envase.4.º. Añade dos o tres gotas de colorante para alimentos.5.º. Cierra herméticamente el frasco. Si es necesario, puedes poner plastilina alrededor del cuello

para asegurarse que la tapa ajuste más al cierre. 6.º. Coloca el popote en el frasco o la botella de modo que el extremo del mismo quede sumergido en

el líquido pero que no toque el fondo del envase.7.º. Sella la parte superior de la botella con la plastilina de modo que tenga un sello hermético y que

el popote quede derecho.

Veleta 1.º. Corta una punta de flecha de aproximadamente 4-5cm de largo.2.º. Corta una cola para la flecha de aproximadamente 7-8cm de largo.3.º. Haz cortes de 1cm en los extremos de cada popote. 4.º. Mete la punta de flecha y la cola de la flecha en los cortes que hiciste en el popote.5.º. Mete un alfiler que atraviese el popote por la mitad; mete el extremo que sobresale en el borra -

dor del lápiz.6.º. Mete la punta del lápiz en una base de plastilina.7.º. Marca las palabras norte, sur, este y oeste en el plato de papel8.º. Coloca la base de plastilina en el plato de papel.9.º. Prueba tu Veleta: Sopla la veleta y asegúrate de que la flecha gira libremente.

Anemómetro1.º. Este anemómetro tiene cuatro vasos/conos que atrapan el viento.2.º. Arregla cuatro (4) popotes de plástico para beber en forma de cruz y pégalas con cinta adhesiva

en el centro.3.º. Engrapa la parte superior de un vaso, como los vasos pequeños de papel diseñados para dispen-

sadores, a uno de los extremos de cada popote, de modo que los extremos abiertos de los vasos queden viendo en la misma dirección.


http://ciese.org/curriculum/weatherproj2/images/baro6_es.jpg


4.º. Inserta un alfiler a través del centro de los popotes y prénsalo en el borrador al extremo del lá -piz. Esto funciona como eje.

5.º. Marca uno de los vasos; este será el que usen para contar las vueltas del anemómetro.

Barómetro

1.º. Corta un poco por debajo de la mitad de la parte angosta del globo.2.º. Cubre la parte superior del frasco con la parte cortada del globo de modo que quede hermética-

mente sellado y plano y usa la liga para mantenerlo en su lugar. IMPORTANTE: el sello debe ser hermético.

3.º. Pon una pequeña cantidad de pegamento en el centro del globo, colocando, de manera horizon-tal una punta del popote sobre el globo de modo que el otro extremo sobresalga del borde del frasco.

4.º. Mientras se seca la goma, dobla un pedazo de cartón de modo que pueda sostenerse solo.5.º. Con cuidado, marca líneas dejando 0.5 cm entre ellas y escribe "Baja Presión" en la parte infe -

rior y "Alta Presión" en la parte superior. 6.º. Cuando termines, coloca el barómetro y la escala dentro de la caja de cartón del tamaño de una

caja de zapatos de modo que el extremo del popote con plastilina apenas llegue a la escala, pero sin tocarla. Pega con cinta el barómetro y la escala en su lugar para que no se muevan.


a. Recoge el frasco o la botella con tus manos y sostenlo por aproximadamente cinco (5) minutos. ¿Qué sucede?

b. Coloca tu termómetro en un envase con agua fría. ¿Qué sucede?c. Coloca tu termómetro en un envase con agua caliente. ¿Qué sucede?d. Prueba tu veleta en el interior del laboratorio ¿Qué sucede?e. Prueba tu veleta fuera del laboratorio ¿Qué sucede?f. ¿Puedes determinar en qué dirección sopla el viento?g. ¿Qué hace que los vasos/conos del anemómetro giren?h. ¿Cómo podrías calibrar el anemómetro construido?i. ¿Cuántas veces girará el anemómetro diseñado en un minuto? ¿Puedes escribir una ora-

ción relacionando el número de vueltas de tu anemómetro y la velocidad del viento?j. ¿Cómo se mide la presión atmosférica?k. ¿Crees que los instrumentos que construiste son tan precisos como los que utilizan los

meteorólogos profesionales? ¿Por qué si y por qué no? l. ¿Cómo podrías hacerlos más precisos?


Al final de la sesión de laboratorio, cada estudiante deberá mostrar al profesor el trabajo realizado durante la misma. El reporte de la práctica se enviará por correo electrónico al profesor, a más tardar antes de que comience la siguiente sesión de laboratorio. El reporte calificado se devolverá por la misma vía, a más tardar el día de la siguiente sesión de laboratorio. No se aceptaran reportes extemporáneos.

2.5 Bibliografía



Brenes, A. y V. Saborío. (1995). Elementos de climatología: su aplicación didáctica a Costa Rica. San José: EUNED. 54 pp.

Doorenbos, J. 1981. Estaciones Agrometeorológicas. FAO, Serie Riego y Drenaje n. 27.

Elias F., Castellvi F., 1996. Agrometeorología. Mundi Prensa-MAPA.

Gómez B., Arteaga R., 1988. Elementos básicos para el manejo de instrumental meteorológico. CECSA.

Rosenberg N.J., Blad B.L., Verma S.B., 1983 Microclimate. The biological environment. John Wiley & Sons.

Seemann J., Chirkov Y.I., Lomas J., Primault B., 1979. Agrometeorology. Springer-Verlag. WMO 1983. Guide to Agricultural Meteorological Practices. WMO n. 134.



Práctica 3. Ubicación de una estación meteorológica

3.1Introducción

Las estaciones se deben ser ubicadas en lugares cuyo clima sea representativo de las condiciones de la zona, así, por ejemplo, se evitarán hondonadas o elevaciones cuya temperatura, viento, etc. puede ser diferente a la de su entorno. Además, deben estar situadas en lugar llano y libre de obstáculos/edificaciones que puedan afectar a las observaciones. Siempre que sea posible, el suelo deberá estar cubierto de césped, al menos en una superficie de 10x10 m, de ser posible de 50x50 m, y el recinto deberá estar cercado para evitar el paso de animales o vandalismo. En cuanto a cómo localizar espacialmente los instrumentos en la estación, no hay normas establecidas al respecto, siendo esencial que no se afecten entre sí (por ejemplo, que no se proyecte sombra sobre el instrumento medidor de la radiación o evitar obstáculos que afecten a la recogida de lluvia por el pluviómetro o a la velocidad del viento).

Los instrumentos en una estación meteorológica están dispuestos algunos al aire libre y otro bajo protección para lograr filtrar los efectos indirectos que pueden alterar las mediciones (Brenes y Saborío, 1995).

Dentro de las estaciones, podemos distinguir las tradicionales que requieren la existencia de un encargado que las visite diariamente a horas fijas para la lectura de medidas, y las automáticas o autónomas que son las que actualmente están resultando más populares, ya que el registro de datos se hace automáticamente y prácticamente en continuo. A partir de los datos obtenidos en estas estaciones, se van formando sucesivamente las series de tiempo de datos, horarios, diarios, semanales, mensuales y anuales, que son la base para un estudio climático.

El Instituto de Investigaciones Oceanológicas (IIO) se encuentra ubicado dentro de la Universidad Autónoma de Baja California (UABC), campus Sauzal, en la ciudad de Ensenada, BC. Una de las principales actividades del IIO es el monitoreo constante de los parámetros físicos del océano y la atmósfera a lo largo de la península de Baja California, a través de la obtención de diferentes variables meteorológicas en diversas estaciones. Desde el año 2000 se colectan datos con aparatos especializados que miden la velocidad y dirección del viento, temperatura del aire, humedad relativa, presión atmosférica y radiación solar neta; todo con el objetivo de hacer análisis de dicha información y prever los efectos que esto pueda tener en el desarrollo de planes de anejo tanto terrestres como marinos. El sitio <http://iio.ens.uabc.mx/~vientos/> muestra la información detallada de las estaciones meteorológicas distribuidas por toda la península de Baja California, son 10 en total y abarcan desde Cabo Pulmo hasta Punta Morro. Cada estación muestra los informes técnicos que se han generado haciendo principal énfasis en


http://iio.ens.uabc.mx/~vientos/


la dirección y velocidad del viento, así como sus variaciones mensuales. En algunos reportes se muestran diagramas en rosa, histogramas, e incluso gráficos de dispersión para describir el comportamiento de cada una de las variables. Sin embargo, lo realmente importante de esta estación meteorológica es la capacidad de cubrir un área tan extensa y hacer un pronóstico general de la región.

DIAGRAMA DE UNA ESTACION METEOROLOGICA CONVENCIONAL

ESTACION METEOROLOGICA AUTOMATICA (AUTONOMA)



3.1.1 Objetivo

Que el alumno:

Sea capaz de determinar las condiciones de entorno necesarias para la ubicación de una estación meteorológica.

Sea capaz de identificar zonas estratégicas donde pueda instalar o ubicar una estación meteorológica.

Sea capaz de evitar la obtención de datos meteorológicos erróneos. Sea capaz de determinar el tipo de estación meteorológica que debe instalarse en

función de los recursos y necesidades que se tengan.

3.2 Material

Presentación Power Point conteniendo el listado de especificaciones del entorno para la ubicación de una estación meteorológica.

Documentos PDF conteniendo un catálogo de instrumentación meteorológica. Observar mediante visita, la estación meteorológica autónoma existente en el Instituto de

Investigaciones Oceanológicas de UABC. Hacer dibujos de las observaciones. Investigar la importancia de recabar datos meteorológicos de manera convencional, autónoma

y mediante sensores remotos.

3.2.1 Instrumental

Computadora personal Proyector Estaciones autónomas (proporcionadas por durante la visita al IIO).

3.3 Desarrollo


Precisión de instrumentos meteorológicos Sensibilidad y precisión constante a través del tiempo Simplicidad de diseño y manejo Facilidad de funcionamiento y manejo Facilidad de funcionamiento y mantenimiento Solidez de construcción de una estación Normas de instalación, manejo, calibración y mantenimiento de instrumentos, una vez

salidos de la fábrica certificados y autorizados Comparar le estación utilizada por el IIO (ANDERAA) con el texto (archivo PDF)

proporcionado por el instructor.



3.4Método de Evaluación

Al final de la sesión de laboratorio, cada estudiante deberá mostrar al profesor el trabajo realizado durante la misma (dibujos, anotaciones, etc).

El reporte de la práctica se enviará por correo electrónico al profesor, a más tardar antes de que comience la siguiente sesión de laboratorio. El reporte calificado se devolverá por la misma vía, a más tardar el día de la siguiente sesión de laboratorio.

3.5 Bibliografía

Brenes, A. y V. Saborío. 1995. Elementos de climatología: su aplicación didáctica a Costa Rica. San José: EUNED. 54 pp.

Catálogo de Meteorología 2011 – Drogallega: en www.drogallega.es



Práctica 4. Series de tiempo de datos meteorológicos

4.1 Introducción

El estudio de los fenómenos atmosféricos se remonta al siglo III antes de nuestra era, tiempo en que el filósofo Aristóteles intentaba explicar los fenómenos atmosféricos de manera especulativa y filosófica (descrita en su libro Meteorológica),donde expresaba los conocimientos sobre el clima y fenómenos atmosféricos de esa época. El nacimiento de la meteorología como ciencia se da en el siglo XVI con la invención de instrumentos para la medición de parámetros atmosféricos como el termómetro, barómetro e higrómetro los cuales facilitaron la observación e interpretación de fenómenos climáticos (Donald, 2009).La presión atmosférica es definida como la fuerza ejercida por el peso de las moléculas del aire sobre un área determinada, esta variable se mide con un barómetro. La temperatura es un parámetro termodinámico del estado de un sistema que se caracteriza por el calor, considerándose una medida de la velocidad promedio de los átomos y moléculas, es decir, del contenido de energía cinética, en cuyo caso las temperaturas altas corresponden a una velocidad alta. Esta medición utiliza un sensor que captura la cantidad de calor que hay en un ambiente determinado llamado termómetro. La humedad relativa definida como la relación entre la cantidad de agua contenida en el aire y la máxima cantidad que puede contener, se mide por medio de un higrómetro. La temperatura del punto de rocío se considera como la temperatura a la cual el aire enfriado isobáricamente satura respecto del agua (Sediña y Pérez, 2006).La medición de variables meteorológicas pude llevarse a cabo de manera convencional, manual y mediante registros automatizados, en el caso último, dada la abundancia de información, se hace necesario un tratamiento estadístico de los datos que facilite la interpretación de las mediciones realizadas.Los parámetros estadísticos de las variables meteorológicas que registran los sensores de las estaciones meteorológicas puntuales, temporales y espaciales permiten realizar una base de datos para analizar la información anual y mensual registrada en intervalos de tiempo predeterminados durante el transcurso de los días. Con la finalidad de presentar de manera ordenada los registros numéricos y los valores de las variables como la rapidez del viento, series de tiempo, tablas, gráficas, diagramas de astillas, holográficas, tablas y rosas de viento en reportes técnicos que permiten hacer comparaciones con valores mensuales entre años de anteriores reportados y avanzar en el conocimiento de los cambios meteorológicos.Los errores por la precisión de los instrumentos y las fallas en las comunicaciones de los registros pueden ocasionar junto con factores físicos, anomalías en los valores. Realizar una red neuronal o en malla de sensores autónomos permite controlar con mayor seguridad y eficiencia los sensores autónomos, enviando toda la información a un servidor o estación nodriza que serán los centros de conservación y almacenamiento de los datos por medio de un software o programa informático. Los ahorros son significativos en comparación con las estaciones meteorológicas convencionales, puesto que los sensores se conectan mediante largos tramos de carretera, ayudando a conservar el medio ambiente y evitando la excesiva aspersión de salmueras. Además, en muchos de los casos, los datos ser pueden consultados mediante Internet desde cualquier servidor y los registros se guardan en un disco duro para su análisis.



SERIES DE TIEMPO

DIAGRAMA DE ASTILLAS


http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=bahTcj6mLRwsYM&tbnid=SomuJeNYs-21GM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.monografias.com/trabajos95/presion-atmosferica/presion-atmosferica.shtml&ei=SV_DUb-NEqOWiALBgoHIDQ&bvm=bv.48293060,d.cGE&psig=AFQjCNFoEqqGn6Vi0RjlkWWh3wQrUPD_Kw&ust=1371844804235029

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1463500308001522#gr3


HODOGRAFA


http://www.google.com.mx/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=P_Y67lkpSnAXQM&tbnid=0ThjhEc8T_i7eM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.crh.noaa.gov/grr/science/19800513/08.php&ei=zWDDUZ-IEKfjiAL80YF4&psig=AFQjCNHCjfAlhhq0k6NxG6QyWRbxaoLd4Q&ust=1371845186824509


ROSA DE VIENTOS

4.1.1 Objetivo

Que el alumno:

Sea capaz de utilizar distintos aparatos y estaciones meteorológicas portátiles, así como identificar las diferencias que existen entre ellos.

Interprete los diferentes tipos de graficado utilizado en los reportes de variables meteorológicas.

Sea capaz de procesar series de tiempo de datos meteorológicos provenientes de estaciones automáticas.

4.2 Material

4.2.1 Instrumentales

1) Higrómetro Taylor2) Higrómetro Alemán3) CUP ANEM/BAR Mod ABH-4224



4) SPER SCIENTIFIC5) KESTREL 25006) SERIES DE DATOS METEOROLOGICOS PROPORCIONADOS POR LA ESTACION METEORO-

LOGICA DEL IIO-UABC.4.3Desarrollo

Registra tus medidas: Por favor sigue las siguientes instruccioneso Temperatura (Utiliza un termómetro para exteriores y registra la temperatura en

grados centígrados (oC) o Dirección del Viento (Norte, Noroeste, Oeste, Suroeste, etc.) o Velocidad del Viento (¿Cuántas veces giró el anemómetro?) o Presión Atmosférica (Registra tus descubrimientos bajo las unidades marcadas en

el barómetro) Procedimiento

o Ve afuera y mide todas las variables meteorológicas que cada estación o instrumento te permitan medir.

o Deberás compara los valores que obtengas a través de cada instru-mento.

o Espera dos minutos antes de leer el termómetro. Esto permitirá que el termómetro se ajuste a la temperatura del aire en el exterior.

o Cuando anotes la temperatura, por favor recuerda lo siguiente Haz la lectura lejos de los edificios. Haz la lectura en la sombra (sin luz solar directa). Sostén el termómetro cerca del nivel de tus ojos; nunca

debe estar cerca del suelo. No dejes que caiga lluvia o nieve sobre el termómetro.

Realice el llenado de las tablas siguientes:Mediciones con Higrómetro:

HORA oT bulbo húmedo oT bulbo seco Humedad Relativa

Mediciones con CUP ANEM/BAR Mod ABH-4224:



HORA oT oT punto rocío HR (humedad) Presión Rapidez viento

Mediciones con SPER SCIENTIFIC:HORA oT Rapidez Viento Humedad Relativa

Mediciones con CUP ANEM/BAR Mod ABH-4224:HORA oT Rapidez Max viento Rapidez Promedio Presión Altitud

Con las series de tiempo de datos meteorológicos proporcionadas, realice las siguientes graficas:

A. SERIES DE TIEMPO DE PROMEDIOS DIARIOS DE: Rapidez de viento, Temperatura, Humedad Relativa, Presión atmosférica, Radiación solar neta.

B. DIAGRAMA DE ASTILLAS DE: Velocidad del viento de los datos registrados.C. ROSA DE VIENTOS DE: La dirección y rapidez del viento de los datos proporcionados.


1.º.Si tienes acceso a la Internet, selecciona e imprime uno de los siguientes mapas de satélite donde tu país se encuentra localizado y responde las siguientes preguntas:http://espanol.weather.com/mapRoom/mapRoomPreguntas:

¿Qué ves en el mapa? ¿Coinciden las condiciones del tiempo en tu ciudad con esas que ves en el mapa de


http://espanol.weather.com/mapRoom/mapRoom


satélite? ¿Cómo puedes utilizar un mapa de satélite para predecir el tiempo?


Al final de la sesión de laboratorio, cada estudiante deberá mostrar al profesor el trabajo realizado durante la misma (dibujos, anotaciones, etc.), de lo contrario no podrá salir del laboratorio.

El reporte de la práctica se enviará por correo electrónico al profesor, a más tardar antes de que comience la siguiente sesión de laboratorio. El reporte calificado se devolverá por la misma vía, a más tardar el día de la siguiente sesión de laboratorio. Si se entrega el reporte, máximo dos días después, ya no será calificado, pero contará como entregado.

4.5 Bibliografía

Donald, C. 2009. Meteorology Today. An Introduction to Weather, Climate, and Environment. Novena Edición. Cengage Learning. 549pp.

Sediña, I y Pérez, V. 2006. Fundamentos de meteorología. Universidad de Santiago de Com-postela. 555pp.

http://iio.ens.uabc.mx/~vientos/ http://www.windygrid.org/sensores.pdf Fecha de consulta: 6-Marzo-2013 http://www.estacionmeteorologica.net Fecha de consulta: 6-Marzo-2013 http://www.herterinstruments.es/catalogo/instrumentacion/transmisores/sondas-radiometri -

cas-y-sondas-fotometricas/ Fecha de consulta: 7-Marzo-2013 http://www.tecnica-mente.com.ar/?1590 Fecha de consulta: 7-Marzo-2013


http://www.tecnica-mente.com.ar/?1590

http://www.herterinstruments.es/catalogo/instrumentacion/transmisores/sondas-radiometricas-y-sondas-fotometricas/

http://www.herterinstruments.es/catalogo/instrumentacion/transmisores/sondas-radiometricas-y-sondas-fotometricas/

http://www.estacionmeteorologica.net/

http://www.windygrid.org/sensores.pdf

http://iio.ens.uabc.mx/~vientos/

Manual de Prácticas de Laboratorio de Física de FluídosPrincipios Meteorología Dinámica Página 31

Meteorología Dinámica




Propósito General de las Prácticas de Meteorología Dinámica

Conocer las principales condiciones que generan movimiento y estabilidad en un fluido como la atmósfera, mediante la reproducción experimental y el análisis de cada fenómeno observado, con una actitud responsable basada en la ética y el respeto por el medio ambiente.



Práctica 5. Corrientes de Gravedad

5.1Introducción

En el estudio de la dinámica de fluidos geofísicos se debe lidiar con dos factores principales, la rotación y la estratificación. La rotación está referida a la de la Tierra y todos los efectos que tiene sobre fluidos en movimiento. La estratificación se refiere a que un fluido está constituido por parcelas con distintas densidades. Por efecto de la gravedad, estas parcelas llegan a un estado de equilibrio en donde las partes más densas se encuentran en el fondo y las menos densas cerca del tope. Esta conformación por capas en el sentido vertical introduce un gradiente que desencadena en efectos sobre los campos de velocidad. Dado que la estratificación introduce en el sistema una serie de posibles interacciones entre las distintas capas, se pueden observar más tipos de movimientos que en sistemas homogéneos. Por ejemplo, cuando la estratificación es en su mayor parte vertical (un sistema estable), se pueden generar ondas de gravedad entre las diferentes capas llamadas ondas internas. Cuando la estratificación no es estable, pueden aparecer patrones de movimiento mucho más complicados (Cushman y Beckers, 2009).En fluidos compresibles como la atmósfera, la densidad puede cambiar mediante dos mecanismos: cambios de presión y procesos de cambio de energía interna. El primer caso se conoce como expansión o compresión adiabática, el cual incluye cambios en temperatura y densidad con el mismo signo, aunque sin intercambio de calor. Es por esto que lo que parece una estratificación estable de parcelas de aire no es relevante dinámicamente, pues si alguna de ellas pudiese ser cambiada de posición adiabátiamente, se ajustaría a las nuevas condiciones y no provocaría perturbaciones al sistema. En cambio, los cambios de energía interna si son importantes para la dinámica, y en la atmósfera estos incluyen flujos de calor dados por cambios de latitud, composición de la atmósfera, el ciclo diurno, entre otros; los cuales si generan cambios de densidad causantes de movimiento (Cushmany Beckers, 2009).La presión atmosférica es un elemento que normalmente no percibimos. Se define como la fuerza que ejerce la atmosfera sobre cualquier superficie en la Tierra. Sobre cada metro cuadrado de la superficie terrestre hay una columna de aire que pesa unos 10 000 Kg; la presión ejercida por este peso sobre nuestro cuerpo, sería capaz de aplastarnos si no fuera porque se ejerce por igual sobre toda la superficie y porque se transmite por igual en todas direcciones (Brenes 2008).Los gases que componen la atmosfera pierden densidad muy rápidamente a medida que aumenta la altura, por eso la presión atmosférica también disminuye con esa rapidez. Cuanto más alto este un punto de la superficie terrestre menos espesor de la atmosfera es siempre menos en una montaña que al nivel del mar (Brenes 2008).



Las unidades utilizadas para medir la presión atmosférica han variado con el tiempo, inicialmente se utilizaban en milímetros de mercurio, después se fue internacionalizando el empleo de milibar (mb) que es la presión ejercida por una fuerza de 1000 dinas sobre un centímetro cuadrado de superficie. En la actualidad, los meteorólogos emplean el Hecto Pascal (hPa), unidad de medición de la presión en el Sistema Internacional de medidas (Brenes 2008).El aire siempre está en constante movimiento, por lo que, a nivel del suelo siempre se renueva; por esta razón, la presión atmosférica no permanece constante en ningún sitio por largo tiempo. Debido a que la superficie del planeta no se calienta en forma uniforme, habrá siempre diferencias de presión, por lo tanto siempre existirán regiones con presión alta y regiones con presión baja. Masas de aire frio son transportadas de un lugar a otro, al igual que masas de aire caliente. El aire frío por ser más denso, pesa más y presiona más contra la superficie, formando áreas de alta presión. Por su parte el aire caliente se dilata, se hace más ligero y en consecuencia tiende a elevarse con relativa facilidad, por lo que forma áreas de baja presión. En consecuencia las diferencias de temperatura generan diferencias de presión (Brenes 2008).Se llama gradiente de presión o gradiente bárico a la diferencia en la presión atmosférica existente en dos sitios, dividida entre la distancia que los separa. Se pueden diferenciar dos tipos de gradientes de presión: gradiente bárico horizontal, que es la fuerza que pone el aire en movimiento (viento), y que se mueve más rápido entre mayor sea el gradiente, de manera que, la velocidad del viento es proporcional al gradiente horizontal de la presión atmosférica (Brenes 2008); y gradientes horizontales de temperatura, lo cual significa que el aire no puede viajar como un bloque sólido sin que su estructura interna cambie, esto debido a que, cuando las masas de aire se mueven a lo lejos de su fuente de región estas son afectadas por diferentes cambios de calor y humedad mediante procesos dinámicos en la atmósfera. Por lo tanto masas de aire inicialmente barotrópicas son gradualmente cambiadas en superficies isostéricas e isobáricas que se intersecan entre sí. La trayectoria seguida por una partícula de aire en la troposfera media o superior normalmente será muy diferente a la de una partícula más cercana a la superficie debido al aumento de la velocidad de viendo del oeste con la altura de la troposfera (Barry et al. 1968).

5.1.1Objetivo

Que el alumno:

Sea capaz de establecer, las condiciones necesarias para la formación de una corriente de gravedad o densidad.

Sea capaz de identificar, la respuesta de un fluido estratificado ante una perturbación.



5.2Material

Colorantes azul y rojo Agua dulce Agua de mar Hielo Botellas de experimentación con separadores intercomunicados por pequeños orificios Cubetas Plastilina para tapar posibles fugar del tanque

5.2.1 Instrumental Cuba de agua rectangular

5.3Desarrollo

Procedimiento:

Preparar cuatro soluciones de distintas densidades (ρ1<ρ2<ρ3<ρ4) y color:

o Agua dulce a temperatura ambiente y sin color (ρ1)o Agua dulce a la que se le agrego la misma cantidad de agua de mar y colorante rojo

(ρ2).o Agua dulce a la que se le agrego el equivalente a sus 4/5 partes en agua de mar y co -

lorante rojo (ρ3).o Agua de mar con colorante azul helada (ρ4).

Exp.1.- Se ponen en el tanque de experimentación la solución ρ4 en una esquina, dentro de la solución ρ1.

Observar:

Velocidad de propagación Forma en que se desplazan los fluidos Que sucede cuando dos fluidos se encuentran

6

7

8

Exp.2.- Se ponen en el tanque de experimentación la solución ρ4 en una esquina y ρ3 en otra esquina dentro de la solución ρ1.


ρ₁ ρ₄


9

10

Exp.3.- Se ponen en el tanque de experimentación la solución ρ4 en una esquina y ρ2 en otra esquina dentro de la solución ρ1.

11

12

EXPERIMENTO Solución Tiempo (seg) Distancia (cm) Velocidad de propagación

(cm/seg)

Experimento 1 4ρ

Experimento 2 3ρ

4ρ

Experimento 3 2ρ

4ρ


ρ₁

ρ₁

ρ₄ρ₃

ρ₄ρ₂



¿Cuál agua se propaga más rápido en cada caso?¿Qué es flotabilidad?¿Qué es la frecuencia de Brünt-Väisälä?¿En qué casos es mayor la frecuencia de Brünt-Väisälä? ¿Por qué?¿Qué es un frente?¿Qué tipos de corriente de gravedad encontramos en la atmósfera?¿Cómo responde un fluido ante una perturbación?¿Por qué el experimento recibe de manera indistinta los nombres de corrientes de densidad o

gravedad?


Al final de la sesión de laboratorio, cada estudiante deberá mostrar al profesor el trabajo realizado durante la misma (dibujos, anotaciones, etc.).


5.5Bibliografía

Brenes A. y Freddy V., 2008. Elementos de climatología su aplicación didáctica a Costa Rica. Editorial EUNED, 104 pp.

Barry RG, Chorley RJ. 1968. Atmosphere, Weather and Climate. Editorial Methuen. 141 pp.

Cushman, B. y J. Beckers. 2009. Introduction to Geophysical Fluid Dynamics. Pearson Ed-ucation. Florida, USA. 785 pp.


Manual de Prácticas de Laboratorio de Física de FluídosPrincipios de Meteorología Dinámica Página 37

Práctica 6. Celdas de Convección

6.1 Introducción

El calor se define como la energía transferida entre un sistema y sus alrededores debido a la existencia de una diferencia de temperatura entre ambos, si bien es también cierto que la energía puede ser también transmitida en forma de trabajo, la diferencia radica en que el calor está asociado con la temperatura y el trabajo con la fuerza.Existen principalmente tres formas de transmisión de calor: conducción, convección y radiación (Tippens, 2001). La conducción es la primera forma de transferencia de calor y se da únicamente cuando dos cuerpos de distintas temperaturas entran en contacto. De esta manera, las partículas del cuerpo más caliente comienzan a transmitir energía por medio de choques y transferencia de momentum, de tal forma que el cuerpo más frío comienza a calentarse y esto continúa hasta que la energía cinética se distribuye homogéneamente, generando así una distribución también homogénea de temperatura. Dependiendo de la estructura molecular de cada sustancia, podrá haber mejores conductores que otros. La energía solar se transmite a través de un proceso llamado radiación. Esta se transmite en forma de ondas electromagnéticas y no requiere de un medio para transportarse, aunque si puede ser que algún objeto funcione como barrera (Hewitt, 2004). Por último, en el caso de líquidos y los gases, éstos transmiten el calor principalmente por mecanismos de convección, lo cual se debe al mismo movimiento del fluido. La diferencia con la conducción, es que esta forma de transferencia es efectiva porque se mueve toda la masa de fluido que tiene mayor temperatura en busca de su zona de estabilidad estática. Es así que cuando existe un proceso de calentamiento desde el fondo, el fluido debe subir y la parte superior que estaba más fría tiene que bajar para acomodarse de acuerdo a una distribución vertical estable de densidad. Este proceso se presenta muy regularmente en la atmósfera y también en los océanos, donde las masas de agua más densas y frías se hunden siendo remplazadas por otras más calientes y ligeras (Oxford-Complutense, 2000).La circulación general de la atmósfera está sujeta a movimientos convectivos propulsados por la energía solar. La celda de Hadley es el patrón de circulación que domina en la región tropical con un ascenso cerca del ecuador y un descenso en latitudes medias (hacia ambos hemisferios). La importancia de estos movimientos en la atmósfera radica en su papel de distribución de energía a lo largo de toda la franja en que se extiende. Esto propiciado por el exceso de energía recibido en el Ecuador y las extensas regiones oceánicas, que favorecen la evaporación y el ascenso del aire, el cual por conservación de masa debe fluir hacia los polos y de esta manera cuando se enfría lo suficiente regresa por menores altitudes. Existen además otros dos sistemas de celdas convectivas en regiones de latitudes más altas, que funcionan de una manera similar. Se muestra un esquema de esto en la Figura 1 (Emanuel, 1994).



Figura 1. Esquema de la circulación atmosférica global.

Los fenómenos convectivos que se presentan en la atmósfera, dan por resultado los vientos o corrientes de aire. Algunas regiones de la superficie terrestre absorben más radiación solar (en los trópicos) que otras (en los polos), dando por consecuencia un gradiente latitudinal en el campo horizontal de la temperatura, formándose celdas convectivas, las cuales transportan calor del trópico a las latitudes altas, tratando siempre de uniformizar el campo térmico (ver liga 2). Se observa: cuando una masa de aire tiende a ascender, varia su temperatura que, si al elevarse la masa de aire, llega a ser superior a la del ambiente, continua ascendiendo. Este aire, creara una especie de vacío en superficie dando lugar a un área de bajas presiones, llamadas ciclones, depresiones o borrascas y una afluencia del viento circundante que es atraído hacia el centro de la misma. Por otro lado, el aire al descender se enfría y el vapor de agua se condensa en nubes que van creciendo y pueden formar nubes de desarrollo vertical (cúmulos y cumulonimbos) dando lugar a precipitaciones tormentosas, acompañadas de granizo (ver liga 1).

6.1.1Objetivo

Que el alumno:

Sea capaz de establecer las condiciones necesarias para la formación de una celda convectiva.

Sea capaz de comprender el mecanismo de la circulación atmosférica global mediante convección a través de experimentos con sistemas controlados.

Sea capaz de reconocer los movimientos convectivos se pueden presentar en escalas pequeñas y tanto en agua como aire.

Sea capaz de describir la importancia de la convección en océano y atmósfera.



6.2Material

Colorante azul Colorante rojo Vela Vara de incienso Hielo Cuba o recipiente transparente Agua fría Agua caliente Agua a temperatura ambiente

6.2.1 Instrumental Celda de convección

6.3 Desarrollo

Experimento 1a.

1. Colocar una vela encendida debajo de una de las aperturas de la celda de convección.2. Poner una varita de incienso encendida en la otra apertura, con la esquina que se consu-

me dentro de la celda convectiva.3. Observar lo que sucede.

Experimento 1b.

1. Colocar una vela encendida debajo de una de las aperturas de la celda de convección. 2. Colocar un recipiente con hielo debajo de la otra apertura.3. Poner dentro de la apertura debajo de la cual se colocó el hielo, una vara de incienso en-

cendida con la porción consumida dentro de la celda. 4. Observar lo que sucede.


EscapeIncienso


Experimento 2a.

1. Llenar aproximadamente 3/4 partes del recipiente transparente con agua. 2. Llenar una navecilla de agua caliente3. Llenar una segunda navecilla con agua a temperatura ambiente.4. Colocar el recipiente transparente sobre las dos navecillas.5. Agregar una gota de colorante rojo al agua del recipiente transparente, en el área sobre-

puesta a la navecilla con agua caliente.6. Observar lo que sucede.

Experimento 2b.

1. Llenar aproximadamente 3/4 partes del recipiente transparente con agua. 2. Llenar una navecilla de agua caliente3. Llenar una segunda navecilla con agua fría4. Colocar el recipiente transparente sobre las dos navecillas.5. Agregar una gota de colorante rojo al agua del recipiente transparente, en el área sobre-

puesta a la navecilla con agua caliente.6. Agregar una gota de colorante azul al agua del recipiente transparente, en el área sobre-

puesta a la navecilla con agua.7. Observar lo que sucede.


EscapeIncienso

Vaso con agua caliente



¿explique cómo ocurre la radiación, la conducción y la convección en la atmósfera? ¿Qué son las corrientes de convección? ¿Qué es una inversión térmica? ¿Dónde se produce? ¿Por qué se dice que la atmósfera se calienta por convección?




6.5 Bibliografía

Emanuel, K., 1994. Atmospheric convection. Oxford University Press, USA. 583 pp. Hewitt, P., 2004. Física conceptual. Pearson Eduación, México. 797 pp. Tippens, P., E. 2001. Física: conceptos y aplicaciones, McGraw-Hill, 943p. (1) http://ctmaramonllull.files.wordpress.com/2012/09/070-dinc3a1mica-atmosfc3a9rica.pdf (2) http://usuario.cicese.mx/~sreyes/LIBRO%20METEOROLOGIA/Meteo6.pdf


Vaso con agua caliente Vaso con agua fría


Práctica 7. Difusión en los fluidos

7.1 Introducción

La difusión es el intercambio de las propiedades de una sustancia fluida como consecuencia de los movimientos moleculares o turbulentos del mismo fluido, entre regiones de mayor a menor densidad o concentración (Reyes, 2002), es un proceso de suma importancia en todo lo que nos rodea, ya que es la responsable de fenómenos como el transporte celular, la destilación, dis-persión de contaminantes, absorción de gases, generación de niebla, entre muchas otras cosas. La difusión es causada por el movimiento aleatorio de las moléculas de cualquier sustancia que conllevan a una mezcla total, con propiedades homogéneas en todo el medio. En gases por ejemplo, la tasa de difusión es hasta de 5cm/min; en líquidos de 0.05cm/min; y en sólidos ape-nas de 0.00001cm/min. Este movimiento tan lento de las propiedades a transferir y el hecho de que la difusión casi siempre ocurre de manera secuencial en la naturaleza, hace que la impor-tancia del proceso radique en su capacidad para controlar la eficiencia y velocidad de muchos fenómenos. Un ejemplo de esto es la absorción de nutrientes por el intestino, o el crecimiento de organismos en un cultivo, así como la corrosión del acero. (Cussler, 2009).

La difusión también es un proceso importante en el océano, dado que la mayor parte de los procesos de mezcla involucran tanto fenómenos de advección como de difusión de sustancias. Esta tiene lugar a muy distintas escalas, desde el nivel molecular con procesos como la viscosidad, hasta escalas de procesos turbulentos oceánicos de centímetros, metros, kilómetros o centenas de kilómetros. Se podría decir, en resumen, que la difusión es la causante de la distribución de las propiedades físicas en el océano. También es importante considerar que la energía es una propiedad que puede difundirse, por lo cual considerar los efectos de la fricción se vuelve de suma importancia cuando se quiere hacer una descripción más realista (Cushman y Beckers, 2010).

En el océano los procesos de mezcla de agua dependen entre otras cosas del carácter turbulento de los flujos en cuestión, y dicho carácter estará determinado por las diferencias de propiedades entre dichas masas y su capacidad de alcanzar estados basales o de mínima energía. En lo que se refiere a movimientos verticales, este tipo de mezcla estará dado por la estabilidad asociada con gradientes de presión siempre crecientes hacia el fondo; de lo contrario se generará turbulencia (Cushman y Beckers, 2010).

El estudio de fluidos donde una capa de mayor densidad se sitúa bajo otra de menor densidad, se refiere al estudio de fluidos estratificados (García, 1996). El modelo más sencillo de difusión en fluidos estratificados es una capa de turbulencia homogénea con flujo constante de velocidad y que posee una distribución uniforme de flujo de calor, manteniendo constante el gradiente de temperatura potencial media (Alonso del Rosario 2005). Sin embargo, cuando además de gradientes de temperatura, se presentan condiciones diferentes de salinidad, observamos un proceso de doble difusión. Este, se produce cuando el gradiente vertical de temperatura y salinidad tienen el mismo signo, pudiendo ser doble difusión convectiva (en



gradientes verticales negativos) o dedos de sal (en gradientes verticales positivos). En la primera, la temperatura y la salinidad aumentan con la profundidad mientras que en la segunda ocurre lo contrario (Pérez Santos, et al., 2013).

Cuando dos masas de un fluido de la misma densidad pero con diferente composición de temperatura y salinidad se encuentran en contacto, una sobre la otra, producen diferencialmente la difusión doble. El cambio de estas propiedades origina alteraciones en la densidad, lo cual produce capas inestables (Caso et al, 2004).

Suponiendo que hay un fluido caliente con salinidad en la parte superior y una fría y de menos salinidad en la parte inferior, entonces el fluido con mayor salinidad en la interfase empezará a perder calor rápidamente hacia el fluido más frío que se encuentra en la parte inferior; la pérdida de sal es más lenta debido a que la razón de difusión molecular del calor es cerca de cien veces mayor que la difusión de la sal. Si la diferencia de densidad entre las capas es pequeña, el fluido más salado se volverá más pesado que la capa de fluido más frío y menos salado, y este se hundirá dentro de esa capa. Además, el fluido frío y menos salado por debajo de la interfase ganará calor rápidamente con respecto a la cantidad de sal pudiendo ser suficientemente ligera, elevándose así a la capa superior. A esta situación se le conoce como inestabilidad de difusión doble. El descenso y ascenso de movimiento de fluido en forma de columnas muy delgadas, se conoce como el fenómeno dedos de sal (Caso et al, 2004).

La estabilidad en una columna de agua viene marcada por los cambios de la densidad con la profundidad.

Si la densidad aumenta con la profundidad, la columna de agua es estable. Si disminuye con la profundidad, la columna de agua es inestable. Si la densidad no cambia con la profundidad, la estabilidad es neutral.

7.1.1 Objetivo

Que el alumno:

Sea capaz de reconocer, los procesos de estabilidad, inestabilidad, difusión y difusión doble entre agua dulce y agua de mar.

Sea capaz de observar, la dinámica de fluidos frente a los procesos de estabilidad e inestabilidad, así como durante movimientos de difusión y doble difusión.

Sea capaz de describir la importancia oceanológica y meteorológica de la difusión.

7.2 Material

Agua dulce Agua de mar vasos Lamina de plástico



Colorante azul Colorante rojo Hielo Plancha

7.3 Desarrollo

Preparar las siguientes 4 soluciones:

1. Agua salada y fría (temperatura aproximadamente de 10o C)2. Agua salada y caliente (temperatura aproximadamente de 40o C)3. Agua menos salada y caliente (formada de 450 ml de agua salada caliente más 50

ml de agua dulce).4. Agua menos salada y fría (formada de 450 ml de agua salada fría más 50 ml de

agua dulce)

Se construirán 4 sistemas de 2 vasos, tales que se coloque uno encima del otro, de manera tal, que las

bocas de ambos coincidan perfectamente, evitando cualquier burbuja de aire a la hora de colocarlos uno

encima del otro. Para ello: Cubrir el vaso de abajo con un plástico grueso, de manera que funcione como

tapadera del mismo, cuidando que no se atrape ninguna burbuja de aire. El vaso de arriba cubrirlo con

papel parafilm, o bien, con algún otro plástico suave y adherente (plástico para alimentos). Colocar el

vaso con parafilm sobre el vaso que está cubierto con el plástico grueso. Extender el plástico suave

sobre el grueso, y retirar ambos plásticos del sistema formado, cuidando de no atrapar ninguna burbuja

de aire. Una vez construido el sistema, observar que sucede e identificar el tipo de sistema construido.

Los sistemas a construir son:

CASO 1: Colocar en el vaso de abajo agua salada fría, y en el de arriba agua menos salada y caliente

con colorante rojo.


Caso 1

Agua caliente (-) salada

Agua fría


CASO 2: Colocar en el vaso de abajo agua menos salada y caliente, y en el vaso de arriba agua de mar

fría, con colorante azul.

CASO 3: Colocar en el vaso de abajo agua salada y caliente, y en el de arriba agua menos salada y fría

con colorante azul.

CASO 4: Colocar en el vaso de abajo agua menos salada y fría, y en el vaso de arriba agua salada y

caliente, con colorante rojo.

Actividad: Responda lo que se pide.

1. Un pequeño cuerpo de aire infinitesimal y nítido, de aire que no se mezcla fácilmente con el aire circundante, se denomina:

a. Columna de aireb. Masa de airec. Porción de aire


Caso 4

Agua caliente salada

Agua fría (-) salada

Caso 3

Agua fría (-) salada

Agua caliente salada

Caso 2

Agua fría salada

Agua caliente (-) salada


d. Globo de aire calientee. byc

2. La temperatura del aire aumenta a medida que la presión atmosférica

a. Se incrementab. Disminuye

3. ¿Cuáles son los dos factores que influyen en la flotabilidad de una porción de aire?

4. Si la temperatura de una porción de aire es más fría que el aire circundante, generalmente:

a. Se elevab. Desciendec. Permanece en el mismo lugar

5. Los cambios de temperatura de una porción de aire producidos por modificaciones en la presión atmosférica se denominan:

a. Advectivosb. Adiabáticosc. Pendientesd. Prevalentes

7. El gradiente adiabático seco es:

a. –6 °C/1.000 mb. <1 °C/1.000 mc. –9,8 °C/1.000 md. –7,5 °C/1.000 m8. ¿Verdadero o falso? Una atmósfera estable resiste el movimiento vertical.

a. Verdaderob. Falso

9. La mezcla vertical causada por la flotabilidad aumenta cuando las condiciones atmosféricas son:

a. Inestablesb. Neutrasc. Establesd. Extremadamente estables



10. Las condiciones atmosféricas inestables generalmente se desarrollan durante:

a. Días nubososb. Días soleadosc. Noches nubosasd. Noches claras

11. Finalmente, responda:

¿Cuándo se tiene un gradiente positivo en la atmosfera y cuándo uno negativo?


Al final de la sesión de laboratorio, cada estudiante deberá mostrar al profesor el trabajo realizado durante la misma (dibujos, anotaciones, etc.). El reporte de la práctica se enviará por correo electrónico al profesor, a más tardar antes de que comience la siguiente sesión de laboratorio. El reporte calificado se devolverá por la misma vía, a más tardar el día de la siguiente sesión de laboratorio. Si se entrega el reporte, máximo dos días después, ya no será calificado, pero contará como entregado.

7.5Bibliografía

Caso M, Pisanty I, Ezcurra E. 2004. Diagnóstico ambiental del Golfo de México. V olumen 1. Instituto Na-cional de Ecología. México. pp 99-100.

Cushman, B. y Beckers, J. (2010). Introduction to geophysical fluid dynamics. Academic Press 768 pp Cussler, E. (2009). Diffusión: mass transfer in fluid systems. Cambridge 3rd ed. 631pp. García, Marcelo H. Hidrodinámica ambiental. 1996 Pp. 52. Perez Santos, Ivan. Garces Vargas,Jose. Schneider,Wolfgang. Parra, Sabrina. Ross, Lauren. Valle Levinson, Arnoldo.

Doble difusión a partir de mediciones de microestructura en los canales Martinez y Baker, Patagonia chilena central (47.85 Sur). Revista Lat. Am. J. Aquat. Res., 41(1):177-182,2013.

Reyes S.2002. Introducción a la meteorología. Universidad Autónoma de Baja California. México. pp 408.

http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:tAHFJwvzK2YJ:www.tdx.cat/bitstream/10803/6587/2/02Irc02de02.pdf+&cd=5&hl=es&ct=clnk&gl=mx



Práctica 8. Calor radiativo

8.1Introducción

8.1.1Objetivo

Que el alumno:

Sea capaz de

8.2 Material

8.2.1 Instrumental

8.3 Desarrollo


Al final de la sesión de laboratorio, cada estudiante deberá mostrar al profesor el trabajo realizado durante la misma (dibujos, anotaciones, etc.) El reporte de la práctica se enviará por correo electrónico al profesor, a más tardar antes de que comience la siguiente sesión de laboratorio. El reporte calificado se devolverá por la misma vía, a más tardar el día de la siguiente sesión de laboratorio. Si se entrega el reporte, máximo dos días después, ya no será calificado, pero contará como entregado.

8.5Bibliografía


Manual de Prácticas de Laboratorio de Física de FluídosFenómenos Meteorológicos Página 50

Práctica 9. Transferencia de calor

9.1 Introducción

Transferencia de calor, en física, proceso por el que se intercambian energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura. El calor se transfiere mediante convección, radiación o conducción. Aunque estos tres procesos pueden tener lugar simultáneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos predomina sobre los otros dos. Por ejemplo, el calor se transmite a través de la pared de una casa fundamentalmente por conducción, el agua de una cacerola situada sobre un quemador de gas se calienta en gran medida por convección, y la Tierra recibe calor del Sol casi exclusivamente por radiación.

El calor puede transferirse de tres formas: por conducción, por convección y por radiación. La conducción es la transferencia de calor a través de un objeto sólido: es lo que hace que el asa de un atizador se caliente aunque sólo la punta esté en el fuego. La convección transfiere calor por el intercambio de moléculas frías y calientes: es la causa de que el agua de una tetera se caliente uniformemente aunque sólo su parte inferior esté en contacto con la llama. La radiación es la transferencia de calor por radiación electromagnética (generalmente infrarroja): es el principal mecanismo por el que un fuego calienta la habitación.

CONDUCCIÓN

En los sólidos, la única forma de transferencia de calor es la conducción. Si se calienta un extremo de una varilla metálica, de forma que aumente su temperatura, el calor se transmite hasta el extremo más frío por conducción. No se comprende en su totalidad el mecanismo exacto de la conducción de calor en los sólidos, pero se cree que se debe, en parte, al movimiento de los electrones libres que transportan energía cuando existe una diferencia de temperatura. Esta teoría explica por qué los buenos conductores eléctricos también tienden a ser buenos conductores del calor. En 1822, el matemático francés Joseph Fourier dio una expresión matemática precisa que hoy se conoce como ley de Fourier de la conducción del calor. Esta ley afirma que la velocidad de conducción de calor a través de un cuerpo por unidad de sección transversal es proporcional al gradiente de temperatura que existe en el cuerpo (con el signo cambiado).

CONVECCIÓN

Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un líquido o un gas, es casi seguro que se producirá un movimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de una parte del fluido a otra por un proceso llamado convección. El movimiento del fluido puede ser natural o forzado. Si se calienta un líquido o un gas, su densidad (masa por unidad de volumen) suele



disminuir. Si el líquido o gas se encuentra en el campo gravitatorio, el fluido más caliente y menos denso asciende, mientras que el fluido más frío y más denso desciende. Este tipo de movimiento, debido exclusivamente a la no uniformidad de la temperatura del fluido, se denomina convección natural. La convección forzada se logra sometiendo el fluido a un gradiente de presiones, con lo que se fuerza su movimiento de acuerdo a las leyes de la mecánica de fluidos.

RADIACIÓN

La radiación presenta una diferencia fundamental respecto a la conducción y la convección: las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino que pueden estar separadas por un vacío. La radiación es un término que se aplica genéricamente a toda clase de fenómenos relacionados con ondas electromagnéticas. Algunos fenómenos de la radiación pueden describirse mediante la teoría de ondas, pero la única explicación general satisfactoria de la radiación electromagnética es la teoría cuántica. En 1905, Albert Einstein sugirió que la radiación presenta a veces un comportamiento cuantizado: en el efecto fotoeléctrico, la radiación se comporta como minúsculos proyectiles llamados fotones y no como ondas. La naturaleza cuántica de la energía radiante se había postulado antes de la aparición del artículo de Einstein, y en 1900 el físico alemán Max Planck empleó la teoría cuántica y el formalismo matemático de la mecánica estadística para derivar una ley fundamental de la radiación. La expresión matemática de esta ley, llamada distribución de Planck, relaciona la intensidad de la energía radiante que emite un cuerpo en una longitud de onda determinada con la temperatura del cuerpo. Para cada temperatura y cada longitud de onda existe un máximo de energía radiante. Sólo un cuerpo ideal (cuerpo negro) emite radiación ajustándose exactamente a la ley de Planck. Los cuerpos reales emiten con una intensidad algo menor.

Las superficies opacas pueden absorber o reflejar la radiación incidente. Generalmente, las superficies mates y rugosas absorben más calor que las superficies brillantes y pulidas, y las superficies brillantes reflejan más energía radiante que las superficies mates. Además, las sustancias que absorben mucha radiación también son buenos emisores; las que reflejan mucha radiación y absorben poco son malos emisores. Por eso, los utensilios de cocina suelen tener fondos mates para una buena absorción y paredes pulidas para una emisión mínima, con lo que maximizan la transferencia total de calor al contenido de la cazuela.

Además de los procesos de transmisión de calor que aumentan o disminuyen las temperaturas de los cuerpos afectados, la transmisión de calor también puede producir cambios de fase, como la fusión del hielo o la ebullición del agua. En ingeniería, los procesos de transferencia de calor suelen diseñarse de forma que aprovechen estos fenómenos. Por ejemplo, las cápsulas espaciales que regresan a la atmósfera de la Tierra a velocidades muy altas están dotadas de un escudo térmico que se funde de forma controlada en un proceso llamado ablación para impedir



un sobrecalentamiento del interior de la cápsula. La mayoría del calor producido por el rozamiento con la atmósfera se emplea en fundir el escudo térmico y no en aumentar la temperatura de la cápsula.

9.1.1Objetivo

Que el alumno:

Sea capaz de identificar los tres mecanismos de transmisión de calor.

9.2 Material

Soporte Universal Varillas de Cobre, Aluminio y Acero Vela de Parafina (alumnos) Aserrín (alumnos) Foco de 100 watts Agua Vaso de precipitados Globo (alumnos)

9.2.1 Instrumental• Termómetro

9.3 Desarrollo

CONDUCCION

Coloca una gota de parafina en la punta de la barra de metal Pon la barra a calentar en baño maría y reporta en cual se derrite mas rápido la parafina Anota en orden descendente del mejor conductor de calor

CONVECCION

13. En un vaso de precipitados pon agua y un poco de aserrín, pon a calentar el vaso y observa el movimiento del aserrin dentro del vaso

14. Dibuja el movimiento del aserrín dentro del vaso, ese movimiento se conoce como convección.

RADIACION

1. Infla un globo y con cuidado introduce el termómetro dentro de el. 2. Acerca el globo a el foco encendido y observa como aumenta la temperatura dentro del

mismo, anota cuanto aumenta la temperatura después de ser irradiando el globo por 15 minutos.



• Realiza los dibujos del experimento.

Actividades1. Ordena del mejor a peor los distintos metales de acuerdo a su capacidad para transmitir

el calor.2. ¿Cómo se llama el mecanismo de transmisión de calor en cuerpo sólido, menciona 3

ejemplos3. ¿El mecanismo de transmisión de calor por convección en que medios se realizan? 4. ¿Cómo se llama el mecanismo de transmisión de calor en líquidos? 5. ¿Que sientes al acercar tu mano a el foco encendido? 6. ¿Cómo se llama este mecanismo de transmisión de calor y dan ejemplos de él?



9.5 Bibliografía



Práctica 10. Psicrometría

10.1 Introducción

Psicrometría es una palabra que se define como la medición del contenido de humedad del aire, es decir, es la ciencia que involucra las propiedades termo dinámicas del aire húmedo, y el efecto de la humedad atmosférica sobre los materiales, el ambiente y el mismo ser humano.

El aire es una mezcla de gases incolora, inolora e insabora que rodea a la tierra. Este aire que envuelve a la tierra se conoce como atmósfera. Se extiende hasta una altura de aproximadamente 645 km, y se divide en varias capas. La capa más cercana a la tierra se llama tropósfera, y va desde el nivel del mar hasta alrededor de los 15 km. La capa que se extiende desde los 15 hasta los 50 km, se llama estratósfera, para luego localizar entre los 50 km y los 95 km a la mesósfera, y finalmente, la ionósfera, la cual va de los 95 a los 400 km.

Si bien es cierto que, nosotros podemos movernos libremente en el aire, y por ello suponer que el aire no tiene peso, o por lo menos, tiene tan poco peso, que es despreciable, lo cierto es que el aire sí tiene peso, y es sorprendentemente pesado. Su densidad (o peso por metro cúbico) varía, siendo mayor a nivel del mar (donde es comprimido por todo el aire encima del mismo) que en la cima de una alta montaña. El peso que este aire ejerce produce una presión de 101.325 kPa (1.033 kg/cm2) al nivel del mar, pero esta presión disminuye más y más, mientras más alto subimos.

El aire es un gas en continuo calentamiento, o más precisamente, es una mezcla de gases sobrecalentados. Así, cuando calentamos o enfriamos aire seco, solamente estamos agregando o quitando calor sensible. Podemos enfriar o calentar el aire, limpiarlo y moverlo, pero esto no cambia significativamente sus propiedades; ya que, los relativamente pequeños cambios de temperatura que le hagamos, sólo causan pequeñísimos cambios en el volumen y la densidad. Si el aire seco se calienta, se expande; y su densidad disminuye, cuando la presión permanece constante. Inversamente, si se enfría el aire seco, aumenta su densidad. Aún más, las temperaturas, densidades, volúmenes y presiones, todas varían proporcionalmente.

Cada uno de los gases que componen el aire, se comporta de acuerdo a la ley de Dalton, la cual postula que, una mezcla de dos o más gases, pueden ocupar el mismo espacio al mismo tiempo, y que cada uno actúa independientemente de los otros, como si los otros no estuvieran allí. Es decir, si un cuarto está completamente lleno de aire, también está completamente lleno de oxígeno, de nitrógeno, vapor de agua, etc., cada uno independiente del otro. Cada uno tiene su propia densidad, su propia presión (presión parcial), y cada uno responde a los cambios de volumen y temperatura a su propia manera, sin "hacer caso" uno al otro, y cada uno se comporta según las leyes que lo gobiernan en lo particular. Es esencial que esto sea entendido y recordado.



A continuación mencionaremos las propiedades que se ocupa de cuantificar la psicrometría:

La humedad relativa (hr), es un término utilizado para expresar la cantidad de humedad en una muestra dada de aire, en comparación con la cantidad de humedad que el aire tendría, estando totalmente saturado y a la misma temperatura de la muestra. La humedad relativa se expresa en porciento, tal como 50%, 75%, 30%, etc.

El término "humedad bsoluta" (ha), se refiere al peso del vapor de agua por unidad de volumen. Esta unidad de volumen, generalmente es un espacio de un metro cúbico. La humedad relativa está basada en la humedad absoluta, bajo las condiciones establecidas; es decir, la humedad relativa es una comparación con la humedad absoluta a la misma temperatura, si el vapor de agua está saturado. Tanto la humedad absoluta, como la relativa, están basadas en el peso del vapor de agua en un volumen dado.

La humedad específica, o también llamada contenido de humedad, es el peso de vapor de agua en gramos por kilogramo de aire seco (o bien, granos por libra).

El porcentaje de saturación (o porcentaje de humedad), es un término que algunas veces se confunde con la humedad relativa. El porcentaje de saturación, es 100 veces la relación del peso de vapor de agua con el peso del vapor de agua necesario para saturar un kilogramo de aire seco a la temperatura del bulbo seco. Esto se puede expresar en una ecuación:

porcentaje de saturación = w1w s

dónde:w1 = humedad específica en el punto de rocío de la mezcla de aire seco y vapor de agua.ws = humedad específica en el punto de saturación.

El punto de rocío se define como: la temperatura abajo la cual el vapor de agua en el aire, comienza a condensarse. También es el punto de 100% de humedad.

Una carta psicrométrica, es una gráfica de las propiedades del aire, tales como temperatura, hr, volumen, presión, etc. Las cartas psicrométricas se utilizan para determinar, cómo varían estas propiedades al cambiar la humedad en el aire. Si bien existen tablas psicrométricas que son más precisas, el uso de la carta psicrométrica puede ahorrarnos mucho tiempo y cálculos, en la mayoría de los casos donde no se requiere una extremada precisión. Existen muchos tipos de cartas psicrométricas, cada una con sus propias ventajas. Algunas se hacen para el rango de bajas temperaturas, algunas para el rango de media temperatura y otras para el rango de alta temperatura. A algunas de las cartas psicrométricas se les amplía su longitud y se recorta su altura;



mientras que otras son más altas que anchas y otras tienen forma de triángulo. Todas tienen básicamente la misma función; y la carta a usar, deberá seleccionarse para el rango de temperaturas y el tipo de aplicación.

En práctica utilizaremos una carta psicrométrica basada en la presión atmosférica normal, también llamada presión barométrica, de 101.3 kPa ó 760 mmHg. Esta carta cubre un rango de temperaturas de bulbo seco (bs) de -10oC hasta 55oC, y un rango de temperaturas de bulbo húmedo (bh) desde -10oC hasta 35oC.Curvas presentes en una Carta Psicrométrica:

10.1.1Objetivo

Que el alumno:



1. Sea capaz de reconocer y calcular las propiedades básicas del sistema aire-vapor de agua (humedad absoluta, humedad relativa, entalpia, volumen específico, temperatura del aire seco, temperatura de rocío, temperatura de saturación adiabática, etc).2. Sea capaz de aprender a manejar diagramas psicrométricos, tanto en su lectura de propiedades como para la representación de procesos.3. Sea capaz de comprender el fundamento de los principales procesos psicrométricos.

10.2 Material

Cartas psicrometricas Problemas diversos

10.3 Desarrollo



Actividad: Graficar en la carta psicrométrica los datos que se proporcionen en cada problema propuesto, para posteriormente, dar respuesta al planteamiento propuesto.

Ejemplo 1: Dada una masa de aire cuya temperatura de bulbo seco es de 30oC y la de bulbo húmedo de 23oC. Determine la temperatura a la cual se condensara, la cantidad de agua que tiene, y la energía contenida.

Ejemplo 2: Una masa de aire a 30oC con 30% de humedad se somete a un proceso de saturación adiabática. Después se enfría hasta 13.5oC y posteriormente se calienta hasta que su temperatura alcanza 19oC. Determínese su humedad relativa y la variación en su humedad específica.

Ejemplo 3: A una muestra de aire se le midió la humedad relativa, utilizando un higrómetro y ésta es de 60%. Si la temperatura de bulbo seco es de 27oC, ¿cuál será el punto de rocío?

Ejemplo 4: Encontrar la hr cuando la temperatura de bulbo seco es de 32oC, y el contenido de humedad (presión del vapor de agua) es de 14 g/kg de aire seco.

Ejemplo 5: Si a una muestra de aire se le toman las temperaturas de bulbo seco (35 oC) y bulbo húmedo (22oC), ¿cuáles serán las demás propiedades?

Ejemplo 6: Una habitación contiene aire a 1 atm de presión, y una humedad relativa de 40%. Determinar la humedad absoluta, entalpia, temperatura del bulbo húmedo, temperatura de rocío, volumen específico y la densidad de dicha masa de aire.

Ejemplo 7: En un proceso típico de acondicionamiento de aire, se requiere que dentro del espacio acondicionado, el aire llegue a las siguientes condiciones: 11oC de bs y 90% de hr. El ventilador del equipo tiene una capacidad para manejar 60 m3/min. El aire de retorno, sale del cuarto con una temperatura de bs de 27oC y una temperatura de bh de 18 oC. Las condiciones de diseño de verano del aire exterior, son de 34oC de bs y 24oC de bh. Para obtener las condiciones deseadas en el cuarto, la mezcla de aire debe llegar al equipo con una temperatura de bs de 29oC y 20oC de bh. ¿Qué cantidad de aire de retorno se debe recircular? y ¿qué cantidad de aire exterior se debe mezclar con el aire recirculado?


Al final de la sesión de laboratorio, cada estudiante deberá mostrar al profesor el trabajo realizado durante la misma (dibujos, anotaciones, etc.). El reporte de la práctica se enviará por correo electrónico al profesor, a más tardar antes de que comience la siguiente sesión de laboratorio. El reporte calificado se devolverá por la misma vía, a más tardar el día de la siguiente sesión de



laboratorio. Si se entrega el reporte, máximo dos días después, ya no será calificado, pero contará como entregado.

10.5 Bibliografía

Robert E. Treybal, Mass Transfer Operations, Part two 7. Humidification operations, 2a. Edicion, McGraw-Hill, 1955.

Perry, Chemical Engineer s Handbook, 6 th. Ed. ́

J. Ocón y G. Tojo B. Problemas de Ingeniería Química, Tomo I,Cap. 4. Humidificación, 1968.

A. Valiente, Cap. 2, Operaciones aire –agua, Métodos de Producción de Frío, Programa Universitario de Alimentos, UNAM, México, 1993.



Fenómenos Meteorológicos




Propósito General de las Prácticas de Fenómenos Meteorológicos

Estudiar, además de las nubes, que es un fenómeno presente en la atmósfera o en la superficie del globo terrestre, otros fenómenos atmosféricos, basándose en las observaciones realizadas a la misma hora y anotadas en mapas geográficos, con el objeto de predecir el estado del tiempo futuro.



Práctica 11. Observación del cielo

11.1 Introducción

La meteorología es una rama de la física encargada del estudio de la atmósfera y los fenómenos que en ella ocurren. En específico, se enfoca en estudios de balance de calor, intercambios de energía con las fronteras, formación de masas de aire, dinámica de las mismas, entre otros temas. Una de las ramas de la meteorología físicas es la física de las nubes; la cual puede definirse como la ciencia de las nubes en la atmósfera. Esta abarca temas desde la clasificación de las nubes hasta la química de las precipitaciones. Sin embargo, en general se considera que el objetivo principal es la explicación de la formación de las nubes y el desarrollo de las precipitaciones. Para entender este proceso de deben tomar en cuenta otros dos de naturaleza muy distinta. El primero consiste en estudiar las donde el aire está saturados, es decir, donde existen humedades relativas al 100%. Estos están casi exclusivamente limitados en virtud de las corrientes de aire verticales en las zonas libres de nubosidad, los cuales pueden variar en extensión horizontal desde metros hasta centenares de kilómetros. Estos movimientos verticales son indispensables para la formación de nubes, pues juegan un papel muy importante en el tipo y magnitud de precipitación que dichas nubes pueden generar después. El segundo proceso involucrado incluye la formación de partículas que constituyen la lluvia. Esto se refiere a la formación y el crecimiento de las gotitas nubosas, así como sus interacciones con el medio ambiente. Esta parte de la física de las nubes se concentra en explicar los mecanismos mediante los cuales dicha gotita se crea mediante moléculas adheridas a otras, como esto va creciendo y así hasta alcanzar tamaños visibles y que finalmente puedan verse afectadas por la gravedad (Rogers, 1976)

Las nubes son una parte importante del ciclo del agua sobe el planeta, el cual es impulsado por la energía recibida del sol y que controla el tiempo atmosférico. Como ya se describió antes, se deben de cumplir ciertas características de la región para que se puedan formar, como cierta humedad relativa, la presencia de partículas higroscópicas y la radiación solar suficiente para la evaporación. Todo esto está relacionado con que a diferentes temperaturas en la atmósfera, irá variando la cantidad de agua requerida para saturar el aire, es decir, en regiones frías se necesita menos evaporación para saturar el aire. De esta manera, en lugares donde la atmósfera es más fría y que existan partículas condensadoras en el aire, será mucho más probable que se formen nubes. Existen varios mecanismos mediante los cuales se puede cumplir con esto, como las elevaciones orográficas, los desarrollos verticales en ciertas regiones, entre otros. Dada la naturaleza dinámica de la atmósfera y la circulación global que presenta la misma, no siempre las zonas de generación de nubes son los lugares donde



precipita. De hecho, la zona del ecuador “exporta” agua, hacia latitudes más altas debido a la circulación explicada por las celdas de Hadley (León y Quirantes, 2004).

La clasificación de las nubes es importante dado que cada tipo se forma bajo determinadas condiciones atmosféricas, y el hacer un estudio de estas nos puede dar información sobre un panorama general del estado del tiempo en cuando a sistemas de humedad, presión, temperatura, vientos, entre otras cosas. De esta manera, existen varias clasificaciones para las nubes que pueden depender de su origen, altura, composición o forma. En cuanto a la clasificación por su origen, pueden ser de tres tipos: frontales, orográficas o convectivas. Estos tipos dependen de las condiciones atmosféricas y de nubes previas, así como de las elevaciones del terreno. Por su altura se clasifican en bajas, medias, altas y de desarrollo vertical, en donde cada una representa características dinámicas de la región e incluso sobre perfiles verticales de temperatura y presión de la atmósfera. Por su forma existe gran variedad de divisiones, pero son tres los tipos principales: cirros, estratos y cúmulos. De estos tipos se derivan otros e incluso se hacen combinaciones de clasificaciones con la altura y el origen. En cuanto a la clasificación por su naturaleza, se pueden dividir principalmente en naturales y artificiales. En general el estudio de todos estos patrones nos puede brindar una imagen del estado del tiempo (León y Quirantes, 2004).

El método de identificación y clasificación visual de nubes es tomado del Atlas Internacional de Nubes de la Organización Meteorológica del Mundo, el cual es la guía oficial para observadores del clima alrededor del mundo (Houze, 1994).

Existen diez géneros de nubes, los cuales son organizados en tres grupos correspondientes a la altura de la base de la nube sobre la altura local de la superficie terrestre (ver tabla 1.1). Cada género pueden llegar a tomar diferentes formas, los cuales luego son designados como especies. Las especies se subdividen en variedades (Houze, 1994). En la Tabla 1.1 se pueden observar los géneros y grupos de nubes.

Tabla I. Géneros (Genus) y grupos (Étage) de nubes identificadas visualmente (Tomado de Houze, 1994).



Figura 1. Diagrama con los diez géneros de nubes (Houze, 1994).

11.1.1Objetivo

Que el alumno:

Sea capaz de reconocer, sistemas nubosos y tipos de nubes. Sea capaz de analizar el estado del tiempo en Ensenada durante 8 semanas a través de la

observación del cielo, la clasificación de las nubes y eventos meteoro que se presenten durante dicho periodo de observación.

Sea capaz de describir la importancia de la meteorología en la economía, y las repercusiones de eventos meteoro en la sociedad.

11.2 Material

Presentación ppt Documentación fotográfica Manual de nubes



11.3 Desarrollo

Procedimiento

1.º. Elabore una tabla de resultados donde anote la fecha, hora de observación, tipo de nube observada, cobertura en octas, e indicar observaciones como: viento, viento santana, llovizna, lluvia, tormenta, etc.

Tabla II. Observaciones de nubes

FECHA HORA TIPOS COBERTURA OBSERVACIONES

2.º. Con la información recopilada en el punto anterior, elabore graficas tiempo-cobertura, cobertura-frecuencia, Histograma de cobertura de nubes durante todo el periodo, y media de cobertura por horarios (incluya también el promedio del día), así como las desviaciones standard correspondientes.

Ejemplos de figuras propuestas:

Figura 2. Cobertura de nubes en octas a partir del 16 de febrero del 2013. Se muestran los resultados en cada horario de registro y la media de los mismos.



Figura 3. Histograma de cobertura de nubes durante todo el periodo. Se muestran los resultados para cada horario así como la media respectiva.

Figura 4. Media y desviación estándar de cobertura por cada horario y la media de los mismos.



Cirros Cumulos Cumulonimbus mamma

Stratocumulus05

101520253035404550

Nubes observadas

Tipo de nube

Cobe

rtur

a en

%

Figura 5. Gráfico de porcentaje total de nubes observadas durante periodo de estudio . Para su determinación, se tomaron en cuenta 57 observaciones en total, correspondientes al 100% del trabajo. Posteriormente se contó la cantidad de veces vista cada tipo de nube y mediante una regla de 3, se determinó su porcentaje

8%

8%

7%

9%

5%

8%

1%3%

27%

22%

1%

Tipos de nubes en EnsenadaCúmulusCirroestratosEstratocumulusNimboestratosNeblinaCirrocumulosEstratosAltoestratosDespejadoCirrosAltocumulus

Figura 6. Diagrama de pastel de tipos de nubes en Ensenada, desde el 17 de Febrero al 1º de Abril.




Al final de la sesión de laboratorio, cada estudiante deberá mostrar al profesor el trabajo realizado durante la misma (dibujos, anotaciones, etc.). El reporte de la práctica se enviará por correo electrónico al profesor, una vez transcurridas las 8 semanas de observación y antes de que comience la siguiente sesión de laboratorio. El reporte calificado se devolverá por la misma vía, a más tardar el día de la siguiente sesión de laboratorio. Si se entrega el reporte, máximo dos días después, ya no será calificado, pero contará como entregado.

11.5 Bibliografía

Houze RA Jr., 1994. Cloud Dynamics. Volume 53. Academic Press. pp 573. León, F. y J. Quirantes, 2004. Meteorología y Climatología: Semana de la Ciencia y la Tecnología 2004.

Observación e identificación de nubes. FECYT. España. 168pp. Rogers, R., 1976. Física de las nubes. Reverté. México. 131 pp.



Práctica 12. Efecto de la Rotación en los fluidos

12.1 Introducción

Las partículas de un fluido siempre están sometidas a una cierta aceleración. Esta aceleración es cons-tante, es decir sin un movimiento relativo entre sus partículas, en algunos casos tales como la rotación y/o la translación del mismo. Experimentos de laboratorio fueron los primeros en demostrar que los flui-dos de rotación no se comportan en absoluto como fluidos (Turner 2000), sino que estos se comportan como cuerpos rígidos, moviéndose paralelo al eje de rotación. Dicho resultado tiene amplias implicacio-nes para los fenómenos que van desde la gigante Mancha Roja de Júpiter hasta la circulación de la at-mósfera y los océanos (Brenner y Stone 2000).

El efecto llamado “columnas de Taylor” es una consecuencia de la rotación de la Tierra asociado con el efecto Coriolis. Las formaciones que se dan cuando los objetos rotantes son perturbados tienen una gran implicación en el aire de la atmósfera como en el agua de los océanos. Para que se den estas columnas, los puntos a lo largo de una columna de fluido deben moverse todos a la misma velocidad. En el teorema mismo, no solo se nos asegura que el fluido se mueve en formas de columnas, sino que además, estas deben mantenerse en una posición vertical. El fluido se comportaría entonces como un sólido.

Figura de http://paoc.mit.edu/labguide/dye_theory.html

Ahora, cuando un objeto, al desplazarse sobre cualquier otro sistema en rotación, lleva una aceleración producida de manera perpendicular al movimiento conlleva a que se presente una desviación en el recorrido. Lo cual da una trayectoria curva. Esta nueva fuerza se conoce como Coriolis y se trata de una fuerza aparente pues esta no realiza trabajo alguno.


http://paoc.mit.edu/labguide/dye_theory.html


12.1.1Objetivo

Que el alumno:

Sea capaz de demostrar, que la rotación organiza el campo de velocidades del fluido, impidiendo que el mismo pueda mezclarse de forma turbulenta como sucede en ausencia de rotación frente a una perturbación externa.

Sea capaz demostrar, cómo el fluido es incapaz de atravesar un obstáculo sumergido como consecuencia de no poder tener variaciones en la componente vertical de la velocidad.

12.2 Material

Agua de mar pintada de azul Agua con un poco de sal pintada de rojoAgua dulceHielo Colorante azul y verdeColorante rojoRecipiente

12.2.1 InstrumentalMesa rotatoria Cuba cuadrada TornamesaRecipiente

12.3 Desarrollo

Experimento 1.

Llenar el tanque con aproximadamente 20 cm de agua dulce y hacerlo rotar a una velocidad angular de 4 rpm. Una vez que el movimiento se estabiliza introducir algo de turbulencia, simplemente moviendo el fluido con la mano. Inyectar tintas de dos colores diferentes.

Experimento 2

Introducir en el fondo del tanque un obstáculo circular a unos 15 cm del centro del mismo y llenar el tanque con 20 cm de agua dulce. El obstáculo utilizado deberá tener dimensiones aproximadas de 8 cm de alto y 15 cm de diámetro. Luego de que el fluido se estabiliza, inducir una velocidad relativa, reduciendo o aumentando ligeramente la velocidad de rotación del tanque, e inyectar trazador de un color sobre el lugar en donde se encuentra el obstáculo y de otro color en las regiones aledañas.

Actividades

Responder referente a Experimento 1:



¿Qué velocidad tienen las partículas a lo largo de la misma columna?

¿Existe mezcla lateral?

Responder referente a Experimento 2:

¿Qué sucede con el fluido que se encuentra por encima del obstáculo?

¿Qué sucede con el fluido que se encuentra en zonas aledañas al obstáculo?

¿Qué velocidad tienen las partículas a lo largo de la columna por encima del obstáculo?

¿Qué velocidad tienen las partículas a lo largo de la columna en zonas aledañas al obstáculo?

¿Existe mezcla lateral?

Investigue:

Teorema de Taylor-Proudman: ¿Cómo relaciona los resultados de la práctica realizada con dicho teorema? ¿Satisface el teorema? Si, no, ¿dónde? ¿bajo qué circunstancias?

El concepto de Número de Rossby y calcule las escalas para la mancha en la atmósfera de ese planeta y verifique que en la misma el número de Rossby es pequeño, de modo que este fluido se encuentra fuertemente afectado por la rotación.



12.5 Bibliografía

Brenner, M., and H. Stone, 2000: Modern classical physics through the work of G. I. Taylor. Phys. Today, 53, 30–35.

Díaz Ortíz, J. E., 2006: Mecánica de los fluidos e hidráulica. Universidad del Valle. 241 pp. Gedzelman, S., 1994: Chaos rules. Weatherwise, 47, 21–26. Turner, J. S., 2000: Development of geophysical fluid dynamics: The influence of laboratory

experiments. Appl. Mech. Rev., 53, 111–122.



Práctica 13. Masas de aire y frentes

13.1 Introducción

El concepto de masa de aire fue desarrollado en Noruega por los meteorólogos Bergeron y Bjerkness en los años 20 como parte de su teoría sobre el Frente Polar.

Una masa de aire se define como un volumen de aire de gran extensión cuyas propiedades físicas, sobre todo temperatura y humedad, son uniformes en el plano horizontal. Su tamaño cubre por lo general centenares e incluso miles de kilómetros cuadrados, verticalmente puede alcanzar espesores de varios kilómetros, y sus caracteres los obtiene por el contacto prolongado sobre extensas áreas oceánicas o continentales con unas condiciones superficiales homogéneas, a las que se denomina región manantial o fuente. La adquisición de las características por parte de las masas de aire es un proceso lento, por lo que se forman en zonas donde se encuentran sistemas barométricos estacionarios, como el cinturón subtropical, Siberia, Norte de Canadá y ambos polos.

Una masa de aire es un cuerpo grande del aire con las características similares de la temperatura y de la humedad en todas partes. Las mejores regiones de la fuente para las masas de aire son las áreas llanas amplias donde el aire queda estancado bastante tiempo adquirir las características de la superficie inferior. Mientras que una masa de aire se mueve lejos desde su región de la fuente, se modifica como encuentra las condiciones diferentes que ésas encontradas en la región de la fuente. De masas de aire choquen típicamente en las latitudes medias, produciendo un tiempo muy interesante.

Figura 1. Distribución especial de masas de aire en el mundo.



Clasificación de las masas de aire

Las masas de aire se clasifican según su temperatura (determinada por su posición sobre el globo, ártica, antártica, polar, tropical o ecuatorial) y por la humedad del aire (continental o marítima).

MASA DE AIRE SIMBOLO TEMPERATURA HUMED ESPEC PROPIEDADES

Ártica continental

Ártica contin. de invierno

Ac

AAc

-55 a -35 0.05 a 0.2

Muy fría, muy seca, muy estable

Polar continental Invierno verano

Pc -35 a -205 a 15

0.2 a 0.64 a 9

Fría, seca y muy estableFría, seca estable

Polar marítima Invierno verano

Pm 0 a 102 a 14

3 a 85 a 10

Fresca, húmeda e inestableFresca, húmeda e inestable

Tropical continental

Tc 30 a 42 5 a 10 Cálida, seca e inestable

Tropical marítima de verano

Tm 22 a 30 15 a 20 Cálida, húmeda estabilidad variable

Ecuatorial marítima

Em Aprox. 27 Aprox. 19 Cálida, muy húmeda e inestable

Características de las masas de aire:M a s a s de a i r e ár ti c o y a n t ár ti c o

Se originan en la proximidad de los polos, sobre las aguas heladas del océano Ártico y los casquetes de hielo de Groenlandia y la Antártida. Se caracterizan por sus bajas temperaturas y su débil contenido de humedad, en consecuencia, la nubosidad es escasa y el riesgo de precipitaciones muy reducido. Son muy estables debido a la fuerte inversión térmica que crea el fuerte enfriamiento de las capas inferiores de la atmósfera y la subsidencia del aire en las regiones de altas presiones.

M a s a s de a i r e pol a r

Las regiones fuente de estas masas de aire se sitúan en zonas alejadas de los polos, entre 50º y 70º de latitud. Las masas continentales son frías, secas y de estratificación estable porque se



forman en las zonas de altas presiones del interior de Asia Central y Canadá. No existen manantiales en el hemisferio Sur debido al dominio del océano en estas latitudes. Cuando se desplazan al Sur, sobre regiones terrestres más cálidas, aumentan su temperatura y se inestabilizan, dando lugar a la formación de cúmulos pero sin aporte de precipitación. Por el contrario, cuando se desplazan sobre superficies oceánicas el aire inicialmente seco se puede convertir en tropical marítimo formando bancos de niebla o nubes estratiformes (con lloviznas asociadas).

M a s a s de a i r e tropi ca l

Sus regiones de origen son los centros oceánicos y continentales de altas presiones en las latitudes tropicales. El aire seco procede de las extensas áreas desérticas que crea la subsidencia anticiclónica y es seco, estable y cálido. En verano, el intenso calor que desprende el suelo causa remolinos y tormentas de arena (Sahara, Australia). El aire tropical marítimo es muy húmedo. Propicia la formación de nieblas de advección, asociadas a nubes estratiformes de poca altitud y lluvias débiles.

M a sa de a i r e e c u a to r i a l

En las latitudes bajas los contrastes térmicos son débiles y la identificación de la masa de aire no es tan sencilla. El aire ecuatorial se caracteriza por tener elevadas temperaturas, alto contenido en humedad y una elevada inestabilidad. Esto posibilita el crecimiento de grandes torres de nubes cumulus y cumulonimbus, de las que caen lluvias intensas a causa del elevado contenido de humedad absoluta que contiene el aire cálido.

Las masas de aire se desplazan empujándose unas a otras, y raramente se mezclan. Esta propiedad es la causante del acentuado dinamismo de la atmósfera en la llamada superficie frontal, como se denomina a la superficie de contacto entre dos masas de aire.

Como la atmósfera tiene tres dimensiones, la separación entre las masas de aire es una superficie llamada superficie frontal, siendo el frente, la línea determinada por la intersección de la superficie frontal y el suelo. Los frentes pueden tener una longitud de 500 Km. a 5000 Km, un ancho de 5 a 50 Km y una altura de 3 a 20 Km. La pendiente de la superficie frontal puede variar entre 1:100 y 1:500. La formación de los frentes se llama frontogénesis y el proceso inverso se llama frontólisis.

Se llama frente a la zona de transición entre dos masas de aire de distintas características físicas: presión, humedad, densidad, temperatura, viento y energía potencial, es decir, es una



superficie de discontinuidad en las propiedades del aire, puesto que separa dos masas de aire de distinta naturaleza, donde tienen lugar los fenómenos más importantes del tiempo.

Una masa de aire es generalmente más cálida y contiene más humedad que la otra. En todos los frentes las masas de aire cálidas toman un movimiento a lo largo de la superficie frontal y originan fenómenos variados de nubosidad y con frecuencia lluvias.

Un frente se caracteriza por (a) un cambio rápido en la dirección del viento, que se ve a lo largo del frente y un típico doblez en las isobaras, cuyo vértice apunta en sentido desde las bajas a las altas presiones (figura 2). (b) A menudo, aunque no siempre, un frente está asociado a nubosidad extensa, que produce la precipitación, principalmente en el lado frío del frente. (c) En casos extremos, la temperatura cerca del suelo puede estar influida fuertemente por condiciones locales, esto puede confundir los contrastes existentes a través de capas profundas de aire.

Las masas de aire frío que cubren las regiones polares tienen un límite muy irregular, con continuos movimientos fluctuantes hacia el norte y sur. El nombre con que se designa a este límite que separa el aire polar del tropical es el de Frente Polar. Dicho frente puede comportarse como frío o caliente, según el sentido con que se desplace. Debido a la gran diferencia de temperatura que existe a un lado y otro de este frente polar, la zona de separación es altamente inestable y propensa a la formación de perturbaciones.

Como trazar un frente

Los frentes fríos salen de la baja presión y por lo general se extienden de Norte a Sur, estando su sector Sur más retrasado, con respecto a la baja. Teniendo siempre en cuenta las diferencias de temperaturas y el cambio del viento, que generalmente es del cuarto al primer cuadrante.

Figura 2. Trazado de un frente mostrando la concavidad de la línea.

Los frentes cálidos entran a la baja estando el sector más alejado a una latitud superior y el sector más próximo a la baja coincidiendo su sector izquierdo con el frente frío. También



teniendo en cuenta el cambio del viento del tercer cuadrante al cuarto cuadrante. A la hora de trazar o dibujar los frentes cálidos, se dibujaran de manera cóncava. En otras palabras su curvatura es hacia arriba como muestra la Figura 2.

1.º.El menor ángulo que describe las isobaras es hacia las presiones más bajas y el mayor ángulo es hacia las presiones más altas.

2.º.El trazado de las isobaras cuando se trate de una zona de bajas presiones se hará de izquierda a derecha en sentido contrario de las manecillas del reloj.

3.º.El trazado de las isobaras cuando se trate de una zona de altas presiones se hará de derecha a izquierda, en el sentido de las manecillas del reloj. Observe como los valores de la presión aumenta a medida que nos aproximamos al centro de la misma.

13.1.1Objetivo

Que el alumno:

Sea capaz de identificar, las masas de aire en un mapa de tiempo y en una región geográfica. Sea capaz de delimitar, el borde entre 2 masas de aire que están interactuando Sea capaz de identificar, la presencia de un frente meteorológico.

13.2 Material

Mapas de tiempo

13.3 Desarrollo

Actividades

El diagrama de abajo representa dos tipos de masas de aire que influyen comúnmente sobre los Estados Unidos. Para cada masa de aire, identifique las características siguientes.

1) Encuentre las masas de aire:



MASA DE AIRE 1 MASA DE AIRE 2

Tipo de masa de aire:

Región de la fuente:

Temperatura Relativa:

Dirección del viento:

Contenido de agua:

Una forma de identificar una masa de aire tropical en un mapa de tiempo es buscando una región de temperatura más alta. Para encontrar una masa de aire polar, se busca una región de temperatura más fría.

2) La imagen abajo es un mapa de observaciones superficiales. Utilice el campo de temperatura para dibujar dos líneas; una línea roja para contornear el borde de una masa de aire tropical y una línea azul para identificar una masa de aire polar.



Examine las regiones que ha definido. Mire especialmente cerca de las líneas que definen intensidad y dirección del viento y observe los valores de temperatura de rocío.

3) En la pregunta N °1, usted determinó las temperaturas típicas del punto de rocío y la dirección del viento asociadas a una masa de aire tropical y otra de aire polar. Etiquete el borde de una masa de aire tropical con una línea roja y utilice una línea azul para indicar el borde externo de la masa de aire polar.

4) ¿Hay diferencias entre su primer análisis y el segundo análisis? Explique porqué son diferentes.





13.5 Bibliografía

Reyes-Coca Sergio, 2002: Introducción a la Meteorología. UABC. Pinet-Plascencia Rene, 2001: Dinámica sobre la Tierra. UABC Donald Ahrens C., 2003: Meteorology Today. An Introduction to Weather, Climate and Environ-

ment. Thomson Brooks/Cole. México. Holton J. R., 2004: An Introduction to Dynamic Meteorology. Academic Press.



Práctica 14. Cartas sinópticas

14.1 Introducción

Un mapa sinóptico es un mapa preparado a partir de mediciones simultáneas del estado de la atmósfera en estaciones distribuidas espacialmente de forma irregular. Las horas (UTC) de toma de medidas están estandarizadas: 00:00, 06:00, 12:00, 18:00. Sus orígenes se remontan a principios del siglo XIX (1816), por Heinrich Wilhelm Brandes, como continuación de trabajos de la Sociedad Meteorológica Palatina (Baviera) de finales del siglo XVIII. Su uso rutinario solamente fue posible a mediados del siglo XIX tras el descubrimiento del Morse. Se realizan mediciones en superficie y en diversas alturas. Como resultado de este proceso de mediciones simultáneas en diversos lugares del mundo por medio de diversos métodos (instrumentos en superficie, globos sonda, boyas, satélites, etc.) se llega a determinar de la mejor manera posible el estado de la atmósfera en el momento de la medida.

Se mezclan datos de : Mapas de estaciones de medida en superficie , distribución de estaciones regulares de sondeos, y de distribución de medidas mediante satélites con los resultados de la predicción del tiempo del día anterior para determinar las condiciones iniciales para la predicción del tiempo del día siguiente mediante lo que se llama el proceso de análisis. Las mediciones se codifican de forma adecuada (partes SYNOP, TEMP, etc.) y se transmiten mediante el Sistema Mundial de Telecomunicaciones a los centros de predicción del tiempo.

Analizando los mapas con las condiciones actuales del tiempo es una parte esencial de todo el proceso de pronóstico. Básicamente, si no sabemos lo que está ocurriendo actualmente, es casi imposible predecir lo que sucederá en el futuro.

Las computadoras han sido capaces de analizar los mapas de más de 20 años. Sin embargo, las computadoras no pueden interpretar lo que analizan. No hay sustituto para el análisis de la mano. Analizando los mapas a mano hace que el pronóstico para el estudio de todos los detalles en el tiempo y que él / ella permite discernir la continuidad o "flujo" de las condiciones meteorológicas.

Grandes previsiones, las que salvan vidas y propiedades, comienzan con el análisis cuidadoso de las condiciones actuales. Por el contrario, en base a un análisis posterior, (o roto) previsiones "malos", los más recordados por el público, podría haber mejorado si se hizo un análisis cuidadoso en el principio.

Un mapa de análisis no es muy diferente a la elaboración de un libro para colorear de punto a punto. Así como uno puede trazar una línea que va de un punto a otro, el análisis de los mapas es similar en que vamos a trazar líneas de igual valor entre los puntos que representan diversos elementos de la atmósfera.

14.1.1Objetivo



Que el alumno:

Sea capaz de determinar, la ubicación de los frentes fríos y cálidos en un mapa trazado con las observaciones meteorológicas.

Sea capaz de aprender, a leer un mapa del tiempo nos permite ver el clima en todo el país (y del mundo) al mismo tiempo.

14.2 Material

Mapas de variables meteorológicas

14.3 Desarrollo

1.º. Figura 1: Comience la elaboración de la presión de 1,024 milibares estación sobre Salt Lake City, Utah (resaltado en azul). Dibuje una línea a la siguiente 1.024 valor situado al noreste (parte superior derecha). Sin levantar el lápiz dibuja una línea con el siguiente valor de 1024 situada en el sur y luego a la situada al suroeste, finalmente, vuelva al valor de Salt Lake City. Recuerde, las isobaras son líneas lisas con pocos, si alguno, torceduras. Repita el procedimiento con el siguiente valor isobaras. Recuerde que el valor entre isobaras es de 4 milibares. Dado que no existen valores de 1028 milibares en el mapa, entonces su siguiente línea seguirá los 1.020 milibares. Después continúe con los valores restantes hasta que tenga todos los informes relacionados con una isobara. Marque cada isobara con el valor apropiado. Tradicionalmente, sólo los dos últimos dígitos se utilizan para las etiquetas. Por ejemplo, la etiqueta en el 1024 mb la isobara sería 24. A 1.008 mb la isobara sería etiquetado 08. A 992 mb la isobara será etiquetada como 92. Estas etiquetas se pueden colocar en cualquier lugar a lo largo de la isobara pero por lo general se colocan alrededor de los bordes del mapa al final de cada línea. Para isobaras cerradas (líneas que conectan) un hueco se coloca en el isobara con el valor insertado en la brecha. Analice y localice centros de alta o baja presión (A/H, B/L). Regiones con altas presiones son generalmente asociadas con el clima seco debido a que el aire se hunde, se calienta y la humedad se evapora. Regiones de baja presión suelen traer lluvia porque cuando el aire sube, se enfría y se condensa el vapor de agua. En el hemisferio norte el viento sopla en sentido horario alrededor de los centros de alta presión. Dibuje el patrón de vientos.

2.º. Figura 2: Dibuje líneas que conectan las temperaturas, al igual que lo hizo con el mapa de la presión del nivel del mar. Sin embargo, usted también tendrá que interpolar entre valores. La interpolación consiste en estimar valores entre las estaciones que le permitirá analizar correctamente un mapa. Inicie dibujando desde la temperatura de 40 ° F en Seattle, Washington (valor superior izquierda). Como queremos conectar todos los 40 ° C la temperatura en conjunto, los 40° F más cercanos al valor se encuentran en Reno, Nevada, (sureste de Seattle). Sin embargo, para llegar hay que trazar una línea entre la temperatura de 50 ° C a lo largo de la costa de Oregón y una temperatura de 30 ° F en Idaho. Dado que, 40 ° F está a medio camino entre las dos localidades, su línea de Seattle debe pasar a medio



camino entre los 50°F y 30°F. Coloque un punto de luz a medio camino entre los 50°F y 30°F. A continuación conecte el Seattle 40 ° F de temperatura con el Reno 40 ° F de temperatura. Continuar la conexión de los 40 ° C la temperatura hasta llegar a Texas. Ahora su línea pasará entre dos valores, 60 ° F y 30 ° F. Al igual que la última vez, usted debe hacer una marca entre los 60 ° F y 30 ° F, pero esta vez interpolando a 50° F. Entre los 60 ° F y 30 ° F temperaturas, colocar un pequeño punto cerca de 1/3 de la distancia desde el 30 ° F y otro pequeño punto cerca de 2/3 de la distancia desde el 30 ° F. Estos puntos se convierten en su interpolado 40 ° F y 50 ° F. Termine de dibujar su isoterma de 40 ° F. Repita el procedimiento anterior con el resto de las isotermas dibujadas a intervalos de 10°F. Etiquete sus isotermas. Analice las isotermas para identificar masas de aire frío (coloree en azul) o cálidas (coloree en rojo).

3.º. Figura 3: Ahora dibuje líneas que conectan las temperaturas de punto de rocío, al igual que lo hizo con el mapa de temperatura del aire. Las isodrosotermas se utilizan para identificar humedad de la superficie. Cuanto más cerca de la temperatura y punto de rocío están juntos, cuanto mayor es la humedad en la atmósfera. A medida que la humedad aumenta también lo hace la probabilidad de lluvia. También, ya que el aire húmedo es más ligero que el aire seco, mayor es la humedad, resultando en una oportunidad para tormentas. Por lo general, el punto de rocío 70 ° F o más tienen la energía potencial necesaria para producir el mal tiempo. Coloree en verde la región donde las temperaturas de punto de rocío son 70 ° F o más.

Figura 1. Mapa de presión superficial.



Figura 2. Mapa de temperatura superficial del aire.

Figura 3. Mapa de temperatura del punto de rocío.






14.5 Bibliografía

Donald Ahrens C., 2003: Meteorology Today. An Introduction to Weather, Climate and Environ-ment. Thomson Brooks/Cole. México.



Práctica 15. Cartas sinópticas

15.1 Introducción

Un mapa sinóptico es un mapa preparado a partir de mediciones simultáneas del estado de la atmósfera en estaciones distribuidas espacialmente de forma irregular. Las horas (UTC) de toma de medidas están estandarizadas: 00:00, 06:00, 12:00, 18:00. Sus orígenes se remontan a principios del siglo XIX (1816), por Heinrich Wilhelm Brandes, como continuación de trabajos de la Sociedad Meteorológica Palatina (Baviera) de finales del siglo XVIII. Su uso rutinario solamente fue posible a mediados del siglo XIX tras el descubrimiento del Morse. Se realizan mediciones en superficie y en diversas alturas. Como resultado de este proceso de mediciones simultáneas en diversos lugares del mundo por medio de diversos métodos (instrumentos en superficie, globos sonda, boyas, satélites, etc.) se llega a determinar de la mejor manera posible el estado de la atmósfera en el momento de la medida.

En un mapa de superficie se pueden identificar: Zonas de precipitación, niebla, tormentas, etc.; zonas de tendencia positiva y negativa de presión, dibujo de isóbaras e identificación de anticiclones, borrascas, vaguadas, dorsales y collados barométricos; dibujo de isalobaras (líneas de igual tendencia de presión); dibujo de los frentes; superficies isobáricas; dibujo de isotermas; dibujo de isodrosotermas (líneas de Td = cte); dibujo de isotacas (líneas de |v| = cte).



15.1.1Objetivo

Que el alumno:

Sea capaz de reconocer, el simbolismo que aparece en una carta meteorológica sinóptica.



Sea capaz de leer e interpretar, una carta meteorológica sinóptica.

15.2 Material

Cartas sinópticas

15.3 Desarrollo

Observar las siguientes cartas sinópticas, identificar rasgos distintivos e interpretarlas.



Responda

1. La fuerza que resulta de la rugosidad de la superficie de la tierra se llama la fuerza de:(a)Coriolis(b)Divergencia(c) Fricción(d)Gradient de presión

2. La presión del aire en la trama del tiempo a continuación es:(a) 998 milibares(b) 978 milibares(c) 912.4 milibares(d) 1012.4 milibares

98 12410 -0378 20

3. ¿Cuál de estas nubes pueden producir moderada a fuertes precipitaciones?:(a) nimbostratus(b) cumulunimbus(c) stratocumulus(d) altostratus



4. La dirección y velocidad del viento en la trama del tiempo a continuación es:

(a) 15 kn SE(b) 10 kn NO(c) 20 Kn SE(d) 15 Kn NO

98 12410 -0378 20

5. La temperatura de punto de rocío en la trama del tiempo a continuación es:

(a) 98°F(b) 124°F(c) 78°F(d) 78°F

98 12410 -0378 20




15.5 Bibliografía

Donald Ahrens C., 2003: Meteorology Today. An Introduction to Weather, Climate and Environ-ment. Thomson Brooks/Cole. México.


Manual de Prácticas de Laboratorio de Física de FluídosAnexos Página 90

Anexos

Normas Generales de Seguridad e Higiene1. El uso de bata es obligatorio.

2. Antes de empezar el trabajo en el laboratorio tienes que familiarizarte con los elementos de seguridad disponibles.

3. Es necesario localizar las salidas principales y de emergencia por si se diese el caso de una evacuación por fuego o por cualquier otro incidente, así como conocer la localización exacta de extintores, duchas de seguridad y duchas de ojos.

4. Es obligatorio usar gafas de seguridad siempre que se esté en el laboratorio.

5. No usar lentes de contacto en el laboratorio, ya que en caso de accidente las salpicaduras de productos químicos o sus vapores pueden pasar detrás de las lentes y provocar lesiones en los ojos antes de poder retirar las lentes. En estos casos es recomendable el uso de gafas graduadas o de gafas de seguridad cerradas.

6. Sí un producto químico te salpica los ojos, utiliza inmediatamente una ducha de ojos y lava completamente el ojo afectado durante 15 minutos sin interrupción. Actúa siempre con urgencia, en menos de 10 segundos. No dirijas una corriente de alta presión de agua de un grifo directamente al ojo porque podrías lesionarlo. Informa al encargado del laboratorio de lo que ha sucedido y si es necesario pide asistencia médica.

7. El uso de bata (preferentemente de algodón) es obligatorio, ya que por mucho cuidado que se tenga al trabajar, las salpicaduras de productos químicos son inevitables.

8. Así mismo se recomienda llevar zapatos cerrados y no sandalias.

9. No comer ni beber en el laboratorio, ya que hay la posibilidad de que los alimentos o bebidas se hayan contaminado con productos químicos.

10. Los recipientes del laboratorio nunca deben utilizarse para el consumo y conservación de alimentos y bebidas; tampoco las neveras u otras instalaciones destinadas al empleo en los laboratorios.

11. Lavarse siempre las manos después de hacer cualquier análisis y antes de salir del laboratorio.

12. Procure quitarse la bata hasta que salga del laboratorio.

13. Está prohibido fumar en el laboratorio por razones higiénicas y de seguridad.

14. No inhales, pruebes o huelas productos químicos si no estás debidamente informado.



15. Cerrar herméticamente los frascos de productos químicos después de utilizarlos.

16. Para pipetear los líquidos utilice siempre una bombilla pipeteadora, no absorber directamente con la boca.

17. Cuando caliente tubos de ensaye hágalo siempre en la parte superior del líquido y con agitación suave, nunca por el fondo del tubo, y debe estar inclinado y no apuntar hacia ninguna persona.

18. No deben transportarse innecesariamente los reactivos de un sitio para otro del laboratorio. Sí tuviese que hacerlo, tenga cuidado con las botellas, las cuales deben ser siempre transportadas cogiéndolas por el fondo, nunca por la boca de la botella.

19. El área de trabajo tiene que mantenerse siempre limpia y ordenada, sin libros, abrigos, bolsas, productos químicos vertidos.

20. La conducta en el laboratorio debe ser seria, sin bromas, sin correr, jugar, empujar, gritar, etc.

21. No se puede hacer ningún experimento no autorizado.

22. No utilices nunca un equipo o aparato sin conocer perfectamente su funcionamiento.

23. No utilices material de cristal en mal estado ya que aumenta el riesgo de accidentes.

24. El material y los aparatos utilizados tienen que dejarse siempre limpios y en perfecto estado de uso.

25. Todos los productos químicos tienen que ser manejados con mucho cuidado de acuerdo con las Hojas de Seguridad de cada una de las sustancias.

26. No inhales los vapores de productos químicos y trabaja siempre en vitrinas extractoras, especialmente cuando manipules productos tóxicos, irritantes, corrosivos o lacrimógenos.

Medidas Generales en Caso de Accidente

Plan general de emergencia Dar la alarma.

Ponerse a salvo.

Ayudar a las personas.

Luchar contra el fuego.

Avisar al responsable del departamento.

Evacuación del edificio en caso necesario.

Avisar a ambulancias, bomberos.



Fuego en el laboratorio Evacuar el laboratorio, por pequeño que sea el fuego, por la salida principal o por la salida de

emergencia, sí la principal está bloqueada.

Avisar a todos los compañeros de trabajo sin que se extienda el pánico y conservando siempre la calma.

Sí el fuego es pequeño y localizado, apagarlo utilizando un extintor adecuado, arena cubriendo el fuego con un recipiente de tamaño adecuado que lo ahogue.

Retirar los productos químicos inflamables que estén cerca del fuego. No utilices nunca agua para extinguir un fuego provocado por la inflamación de un disolvente.

Para fuegos grandes aislar el fuego, utilizar los extintores adecuados, sí el fuego no se puede controlar rápidamente accionar la alarma de fuego, avisar al servicio de extinción de incendios y evacuar el edificio.

Fuego en el cuerpo Sí se te incendia la ropa, pide inmediatamente ayuda.

Estírate en el suelo y rueda sobre ti mismo para apagar las llamas.

No corras ni intentes llegar a la ducha de seguridad si no es que está muy cerca de ti.

Es tu responsabilidad ayudar a alguien que se está quemando, cúbrele con una manta antifuego, condúcele hasta la ducha de seguridad, si está cerca, hazle rodar por el suelo, no utilices nunca un extintor sobre una persona.

Una vez apagado el fuego, mantén a la persona tendida, procurando que no coja frío y proporciónale asistencia médica.

Quemaduras Las pequeñas quemaduras producidas por material caliente, baños, placas, etc., se tratarán lavando

la zona afectada con agua fría durante 10-15 minutos.

Las quemaduras más graves requieren atención médica inmediata.

No utilices cremas y pomadas grasas en las quemaduras graves.

Cortes Los cortes producidos por la rotura de material de cristal son un riesgo común en el laboratorio.

Las cortadas se tienen que lavar bien, con abundante agua corriente, durante 10 minutos como mínimo.



Sí la cortada es pequeña y deja de sangrar en poco tiempo, lávala con agua y jabón y tápala con una venda.

Sí la cortada es grande y no deja de sangrar, requiere de asistencia médica inmediata.

Derrame de productos químicos sobre la piel Los productos químicos que se hayan vertido sobre la piel han de ser lavados inmediatamente con

agua corriente abundantemente, como mínimo durante 15 minutos.

Las duchas de seguridad instaladas en los laboratorios serán utilizadas en aquellos casos en que la zona afectada del cuerpo sea grande y no sea suficiente el lavado en una pila.

Es necesario sacar toda la ropa contaminada de la persona afectada lo antes posible mientras esté bajo la ducha.

Recuerda que la rapidez en el lavado es muy importante para reducir la gravedad y la extensión de la herida.

Proporcionar asistencia médica a la persona afectada.

Corrosiones en la piel por ácidos y álcalis Cuando ocurre una corrosión por ácidos, corta lo más rápidamente posible la ropa, lave con agua

abundantemente la zona afectada, neutralice la acidez con bicarbonato de sodio durante 15-20 minutos, sacar el exceso de pasta formada, seca y cubra la parte afectada con linimento óleo-calcáreo o parecido.

Cuando se produce una corrosión por álcalis, lave la zona afectada abundantemente con agua corriente y aclárala con una disolución de ácido acético al 1%, seca y cubre la zona afectada con una pomada de ácido tánico.

Corrosiones en los ojos En este caso el tiempo es esencial (menos de 10 segundos), cuanto antes se lave el ojo, menos grave

será el daño producido.

Lava los dos ojos con agua corriente abundantemente durante 15 minutos como mínimo en una ducha de ojos, y, si no hay, con un frasco de lavar los ojos.

Es necesario mantener los ojos abiertos con la ayuda de los dedos para facilitar el lavado debajo de los párpados.

Es necesario recibir asistencia médica, por pequeña que parezca la lesión.

Ingestión de productos químicos Antes de cualquier actuación pide asistencia médica.



Sí el paciente está inconsciente, ponerlo en posición lateral de seguridad, con la cabeza de lado, y estirarle la lengua hacia fuera.


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