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3. Generacin del oleajeVientoEl oleaje se genera por la accin
del viento sobre la superficie de un cuerpo de agua. Es un fenmeno
complejo que corresponde a una inestabilidad de flujo producida por
la turbulencia del viento en su capa lmite cuyos remolinos
aleatorios causan perturbaciones locales en la superficie del agua.
Estas perturbaciones crecen y son empujadas en la direccin del
viento que acta preferencialemente en las crestas de las
perturbaciones. Las olas comienzan a propagarse hasta alcanzar una
cierta fraccin del valor de la velocidad del viento.Ver video
inestabilidades turbulencia
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Al soplar el viento sobre el ocano, transfiere energa y momentum
a su capa superficial.
Las fluctuaciones del viento provocan fluctuaciones en la tensin
normal (presin) y tangencial a la superficie del mar, generando
ondas capilares que evolucionan hasta formar el oleaje.
Las ondas capilares, con longitudes de onda de pocos centmetros,
tienen un papel esencial en la formacin del oleaje por el viento,
pero una vez generado ste, tienen un papel despreciable en su
evolucin.
Una particularidad de estas ondas es que adicionalmente a la
fuerza gravitatoria, la tensin superficial acta en ellas como una
fuerza que trata de restablecer el equilibrio.3. Generacin del
oleaje
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Generacin de olas
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EXPERIMENTO DE GENERACIN Y PROPAGACIN DE OLEAJE(WIEGEL,
1964)SEASWELL
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TIPOS DE OLEAJEEn ingeniera martima se clasifican dos tipos de
oleaje:
OLEAJE LOCAL (SEA)Oleaje en la zona de generacin (wind waves),
con distribucin catica de direcciones y alturas.
MAR DE FONDO (SWELL)Oleaje que ha abandonado la zona de
generacin, con una direccin principal y perfiles
cuasi-sinusoidales.
No obstante ello, existen clasificaciones ms refinadas como la
presentada en el coastal engineering manual, reproducida a
continuacin.
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Escala Beaufort
ForceSpeedNameConditions at SeaConditions on
Landknotskm/hmi/h0< 1< 2< 1CalmSea like a mirror.Smoke
rises vertically.11-31-51-4Light airRipples only.Smoke drifts and
leaves rustle.24-66-115-7Light breezeSmall wavelets (0.2 m). Crests
have a glassy appearance.Wind felt on face.37-1012-198-11Gentle
breezeLarge wavelets (0.6 m), crests begin to break.Flags extended,
leaves move.411-1620-2912-18Moderate breezeSmall waves (1 m), some
whitecaps.Dust and small branches move.517-2130-3919-24Fresh
breezeModerate waves (1.8 m), many whitecaps.Small trees begin to
sway.622-2740-5025-31Strong breezeLarge waves (3 m), probably some
spray.Large branches move, wires whistle, umbrellas are difficult
to control.728-3351-6132-38Near galeMounting sea (4 m) with foam
blown in streaks downwind.Whole trees in motion, inconvenience in
walking.834-4062-7439-46GaleModerately high waves (5.5 m), crests
break into spindrift.Difficult to walk against wind. Twigs and
small branches blown off trees.941-4776-8747-54Strong galeHigh
waves (7 m), dense foam, visibility affected.Minor structural
damage may occur (shingles blown off
roofs).1048-5588-10255-63StormVery high waves (9 m), heavy sea
roll, visibility impaired. Surface generally white.Trees uprooted,
structural damage likely.1156-63103-11864-73Violent
stormExceptionally high waves (11 m), visibility poor.Widespread
damage to structures.1264+119+74+Hurricane14 m waves, air filled
with foam and spray, visibility bad.Severe structural damage to
buildings, wide spread devastation.
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3. Generacin del oleajePerfil de velocidad del VientoLey de
pared de Von Karman (Law of the wall)
U(z)=Perfil promedio de velocidad del vientou*= velocidad de
cortek= constante de Von Karmanz= coordenada verticalz0= altura de
rugosidad
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3. Generacin del oleajeMar Completamente desarrollado: estado de
equilibrio para una condicin de viento especfica que ocurre cuando
la tasa de energa entregada por el viento iguala a la tasa de
energa disipada por turbulencia y friccin.Mar limitado por fetch:
no se logra el desarrollo completo debido a la que la longitud del
fetch es menor a la requerida para que la condicin de viento genere
mar completamente desarrollado.Mar limitado por duracin: no se
logra el desarrollo completo debido a que la duracin de la condicin
del viento es ms corta de lo requerido para que la condicin de
viento genere mar completamente desarrollado.Hindcasting de
oleaje
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Equivalencias para oleaje de viento limitado por fetch
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3. Generacin del oleajeHindcasting de oleaje Mtodo
parametrizacin Jonswap:Mar limitado por FetchU=velocidad del viento
efectiva medida a 10m
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3. Generacin del oleajeHindcasting de oleaje Mtodo
Jonswap:Limitado por duracin:Usar en ecuaciones para mar limitado
por el mnimo entre el fetch geogrfico y el fetch
efectivo.Completamente desarrollado:Usar las siguientes expresiones
lmite:Fetch necesario para producir la misma altura de ola que
cuando la duracin es infinita
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Wave spectra of a developing sea for different winds speeds
according to Moskowitz Wave spectra of a developing sea for
different fetches according to Hasselmann et al. 1973.
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3. Generacin del oleajeInteracciones no linealesInestabilidad de
Benjamin FeirEcuaciones SchrodingerEcuaciones de Zakarov
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Espectro de equilibrio de olas generadas por viento.
Cascada de energa
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Tarea:Calcular las alturas de olas en el punto central de la
rivera sur del lago general carrera sabiendo que la magnitud del
viento puede llegar a ser de 30km/h en la direccin E-W y de 50km/h
en la direccon N-S. Determinar desde que direccin provienen las
olas de mayor energa. Datos: definir el punto de geogrfico para el
clculo, dibujar las lneas de fetch con una separacin de 11.25.
Interpolar los valores de la velocidad del viento para todas las
direcciones donde haya fetch. Calcular la altura de ola para cada
direccin utilizando el mtodo de la parametrizacin JONSWAP. Que
consideracin se debe tomar en aguas someras? Que se hace cuando la
velocidad del viento cambia durante la duracin de la tormenta?
Especificar referencias.Hint: Ver Coastal Engineering Manual