La atmósfera

La atmósfera es la capa gaseosa que envuelve a la Tierra. Está constituida por una mezcla de gases juntamente con partículas sólidas y líquidas en suspensión en cantidades y composición variables. La masa total de la atmósfera es aproximadamente de 5,3 · 10¹⁸𝑘𝑔. La fuente primaria de energía para los procesos atmosféricos es la radiación solar, de la cual solo una pequeña parte se transforma en energía cinética vinculada al movimiento del aire³.

La temperatura del aire varía con la altura de manera que la atmósfera se puede dividir en capas según el gradiente de temperatura. Se distinguen tres grandes zonas [6]:

a) Homosfera: la homosfera es la capa inferior de la atmósfera terrestre clasificada según su composición. Se extiende hasta los 80-100 km de altura aproximadamente y se caracteriza por mantenerse constante la concentración de la mayoría de los gases constituyentes allí presentes [7].

 Troposfera: zona inferior de la atmósfera que engloba aproximadamente el 80 % de la masa atmosférica. En esta zona la temperatura disminuye según un gradiente medio de 6,5ºC/km a medida que aumenta la altura. La parte superior de esta región se denomina tropopausa y separa la troposfera de la estratosfera. Su altura varía en función del punto terrestre, siendo de entre 6 y 8 km en los polos y de 16 a 18 km en el ecuador.

 Estratosfera: en esta capa se produce una inversión térmica. La temperatura aumenta con la altura, frenando los movimientos verticales del aire. Los principales intercambios energéticos son de tipo radiativo. El límite superior se denomina estratopausa y está a unos 50 km de altura.

 Mesosfera: vuelve a disminuir la temperatura con la altura, llegando a sus valores mínimos (alrededor de -90ºC) a una altura de 90 km.

3 Se considera que aproximadamente un 2 % de la energía solar que llega al globo terrestre, se transforma en energía cinética del movimiento del aire.

D. M. Baer | Universidad de las Islas Baleares, 2019-2020 25 b) Heterosfera: la atmósfera superior o heterósfera es la capa superior de la atmósfera terrestre clasificada según su composición. Se desarrolla sobre la Mesosfera, a partir de los 80 km de altitud aproximadamente. También se le denomina Ionosfera debido a que las capas de nitrógeno, oxígeno y helio se encuentran ionizadas [8].

 Termosfera: la temperatura aumenta con la altura llegando a unos 2000 K en la parte superior que se encuentra a una altura de unos 200-500 km. El aire está muy enrarecido.

 Metasfera: en alturas superiores a los 500 km el movimiento de las partículas viene condicionado por el campo magnético de la Tierra.

c)Exosfera: la exosfera es la capa de la atmósfera de un planeta o satélite en la que los gases poco a poco se dispersan hasta que la composición es similar a la del espacio exterior. Es la capa menos densa y su ubicación varía en cada astro, en el caso de la Tierra comienza a los 690 km del suelo, y por ejemplo en la Luna se encuentra a nivel del suelo [9]. En la Figura 1, se puede observar la estructura vertical de la atmósfera:

Figura 1: Estructura vertical de la atmósfera terrestre. Fuente:[10]

2.1.1 EL VIENTO

El viento es aire en movimiento [11], [6]. Este movimiento se debe a las diferencias de densidad y presión presentes en la atmósfera, que a su vez se deben a las diferencias de temperatura ocasionadas por la variación de la radiación solar sobre las diferentes partes del globo terrestre. Dos de los parámetros del viento que se deben tener en cuenta siempre a la hora de planificar cualquier aplicación eólica, son la dirección y la velocidad del viento. La rosa de los vientos es una representación conjunta de estas dos magnitudes que permite ver la dirección predominante a simple vista.

D. M. Baer | Universidad de las Islas Baleares, 2019-2020 26 Velocidad del viento

La velocidad del viento depende de la acción de varias fuerzas [6]:

 Fuerza debida al gradiente de presión (Fp): fuerza perpendicular que va desde las isóbaras de alta presión a las de baja presión.

 Fuerza de Coriolis (Fd): la rotación de la Tierra sobre su propio eje provoca la desviación de la masa de aire hacia la derecha (hemisferio norte) y hacia la izquierda en el hemisferio sur.

 Fuerza centrífuga (Fc): se debe a la curvatura de las isobaras y actúa en la dirección del radio de curvatura.

 Fuerza de rozamiento (Fr): tiene influencia en las capas bajas de la atmósfera próximas a la superficie terrestre (capa límite). Depende de las características locales de la superficie.

En la Figura 2, se puede observar la representación vectorial de estas fuerzas:

Figura 2: Fuerzas que contribuyen a la velocidad del viento. Fuente: Elaboración propia.

En función de las fuerzas que se consideran, se puede distinguir entre dos tipos de viento, el viento geostrófico y el viento de gradiente. El viento geostrófico es el viento resultante de la acción conjunta de las fuerzas debidas al gradiente de presión y la fuerza de Coriolis. El viento de gradiente es el resultante de las fuerzas debidas al gradiente de presión (Fp), Coriolis (Fd) y la fuerza centrífuga (Fc).

Para alturas superiores a los 1000 m, zona conocida como atmósfera libre, los vientos geostróficos y los de gradiente describen adecuadamente las condiciones de viento reales. A alturas menores, el viento de superficie está muy influenciado por el perfil orográfico, la rugosidad del terreno y los obstáculos. En aplicaciones de energía eólica, interesa estudiar los vientos de superficie que se encuentran en la denominada capa límite de la atmósfera.

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