El clima en las ciudades

Bases

Hoja de Ejercicios: El viento en la ciudad

Hoja 3: Experimentos sobre el viento en la ciudad

1. El viento en la Ciudad

En la ciudad, debido al rápido calentamiento del aire, sobre todo en los días de verano, existen áreas de baja presión. Las zonas no urbanas se calientan mucho más despacio, por lo que la presión alta se mantiene fuera de la ciudad. 

Por lo tanto, se genera una diferencia de presión atmosférica. En la parte baja cercana al suelo el aire empieza a salir de las zonas no urbanas hacia el interior de la ciudad. De este modo el viento sigue las principales carreteras y disminuye su velocidad hasta un 50%. Dentro de la ciudad la velocidad del viento puede volver a aumentar en las esquinas de las calles, plazas, esquinas de las casas hasta un 20%. En estos sitios el viento genera remolinos locales. En el centro de la ciudad la temperatura del aire aumenta mucho, de forma que el aire más caliente sube por las fachadas de las casas, alcanza capas más altas de la atmósfera y salen hacia los alrededores formando la llamada anti-brisa. Después se enfría, se vuelve más pesada y se hunde volviendo a la ciudad como brisa urbana..

Puedes comparar el viento urbano y el no urbano con la circulación atmosférica de en regiones tropicales o la circulación de la tierra y el mar. Pregunta más detalles a tu profesor de geografía.

2. Experimento

Con este experimento puedes ver cómo genera remolinos el viento

2.1 Aviso de seguridad

- Este experimento sólo puedes llevarlo a cabo en el laboratorio de física o química o en el exterior en una zona de arena!
- Asegúrate de que hay un adulto presente durante el experimento!
- Sigue exactamente las instrucciones! De lo contrario, el fuego o la corriente eléctrica pueden ser muy peligrosos!
- Ten cerca arena, una manta y un extintor!
- Nunca apages un fuego con agua, sino con arena, con una manta o con el extintor!
- Si no eres capaz de apagar el fuego, vete de casa y llama a los bomberos!

 Lo que necesitas para el experimento:

Materiales para el experimento (foto tomada por Gert Bauer)

Material:

1. Tabla para usarla como base
2. Lana, unas tijeras y pegamento para pegar los palitos de incienso en las hileras de edificios.
3. Para hacer los edificios, utiliza ladrillos grandes y pequeños (o cartones de leche llenos de agua)
4. Recipiente de aluminio para el combustible
5. Mechero y piñas de abeto para que el combustible forme humo
6. Secador de pelo y cartulina, uniéndolos para hacer el canal de viento  (pegada con cinta adhesiva)
7. Spray para mojar las piñas (para hacer humo)
8. Pizarra o cartulina negra para usarla como fondo

 2.2 Preparación del experimento

preparación del experimento (foto tomada por Gert Bauer)

Este modelo simplificado (como Frankfurt/Main) consiste en un grupo de edificios, un suelo de arena y una pizarra como fondo.
Elegimos el suelo de arena porque no es inflamable. Lo mismo pasa con los ladrillos.

2.3 Realización de los experimentos:

1. Como base del experimento puedes usar una tabla de plástico o un corcho.
2. Los palitos de incienso para medir el viento se pueden pegar facilmente a la parte externa de los edificios. Dependiendo de la dirección del viento se tienen que pegar en el lado izquierdo o en el derecho. Se pueden arrastrar pequeñas bolitas de poliestireno o ceniza con la corriente de aire. Esto permite que la corriente de aire sea vilisble.
3. En lugar de ladrillos puedes usar tetrabriks llenos de agua.
4. Las calles puedes hacerlas con papel de aluminio anti-térmico.
5. El humo se puede hacer con la ayuda de los mecheros y las piñas (para ver formas alternativas de producir humo, ver  la siguiente hoja de ejercicios.)
6. Una corriente de aire se levanta si haces un tubo de papel y lo pegas al secador de pelo. La mayoría de los secadores se pueden regular, por lo que la fuerza del viento puede variar. También se podría usar un ventilador, aunque la corriente de aire puede ser muy difusa de esta forma.
7. El spray ayuda a humedecer las piñas.

Experimento 1

Lo primero que hay que hacer será comprobar cómo circula el viento en un edificio de muchas plantas. 
El viento puede subir por la fachada o si rodear el edificio. De esta forma la velocidad del viento aumenta hasta un 20%.

En primer lugar, dirige el humo hacia la parte larga del último edificio de la fila. Se enciende la máquina de viento y se orienta directamente al edificio a una distancia de 30-50 cm, así la corriente de viento va por encima del edificio. Si es necesario la distancia entre la máquina de viento y el edificio puede reducirse hasta encontrar la posición ideal. Ahora puedes variar el ángulo entre la corriente de aire y la casa hasta 45º. Después la corriente de aire y humo se dirige a la parte larga del edificio y el procedimiento empieza de nuevo.

Pincha en el icono "movie" para ver una pequeña película de la corriente alrededor de un edificio. (hecho por G. Bauer y B. Wohlhöfer)

Atención:
Si no puedes verlo, por favor instala primero el Microsoft Media Player (TM) o el RealPlayer (TM) .
Si tienes un modem lento es mejor que guardes el archivo en el disco duro y lo veas después. Si tines una conexión rápida, puedes ver la película directamente.

Corriente de aire por el edificio (foto tomada por Gert Bauer) 

Pincha en el icono "movie" para ver una película sobre el experimento! (hecho por G. Bauer y B. Wohlhöfer)

 Experimento 2

Ahora se probará cómo el viento irá por encima de la última fila de edificios y cómo da vueltas en la esquina.

De este modo, el viento debe moverse paraleo a la hilera de edificios. En este caso, la fuente de humo debe colocarse en frente de la parte larga del primer edificio de esta fila. Se abre la máquina de viento y se coloca a una distancia de 30-50 cm, de forma que el viento se mueva por encima de los edificios. Ahora el viento se mueve sobre los edificios y gira en las esquinas o se mueve por los laterales de los edificios.

Corriente de aire simplificada a lo largo de una hilera de edificios (foto tomada por Gert Bauer)

Pincha en el icono "movie" para ver una película sobre el experimento! (hecho por G. Bauer y B. Wohlhöfer)

Experimento 3

Para este experimento es importante que las casas del fondo sean aproximadamente tres veces más altas que las que están al frente y tiene que haber una especie de plaza en medio de la disposición del experimento. Se supone que el experimento muestra cómo sopla el viento en una ciudad en las esquinas de los edificios y las calles así como en plazas, además se ve el aumento de la velocidad del viento hasta un 20%. El viento sopla desde el lado izquierdo del cañón urbano. En nuestro experimento llegamos a la conclusión de que los remolinos serán más fuertes cuando la corriente de viento y humo llegue a las calles formando un ángulo de 45º.

Corriente de aire en una agrupación de edificios (foto tomada por Gert Bauer)

Pincha en el icono "movie" para ver una película sobre el experimento! (hecho por G. Bauer y B. Wohlhöfer)

Cuando hayas terminado los experimentos pudes ver las pelícuas, que muestran estes experimento.

Cuéntale todo sobre el experimento a tu profesor de física y química!

3. Importancia del viento en las ciudades

3.1 Test del cauce del viento

Antes de que se construyan partes nuevas en la ciudad, se prueba el cauce del viento y se ve cómo se comporta en caso de vientos fuertes en determinadas esquinas que deberían evitarse. Las imágenes muestran un modelo de cauce de viento en la plaza recién construida Postdammer Platz en Berlín.

Foto tomada por E. Uherek en la exhibición sobre clima en el German Museum / Munich

Los parámetros más importantes, que influyen en los factores del viento en una ciudad, son el perfil de viento y el relieve. Estos parámetros se tienen que simular dentro del cauce del viento. Con la ayuda de esta simulación se pueden probar con detalle áreas enteras de la ciudad o edificios individualmente.

El resultado del test del cauce del viento puede ser como este:

Plan de construcción de un área nueva, mostrando las secciones de disminución de la velocidad del viento en rojo, amarillo y púrpura, autor: Mr. Müller, Stuttgart, Fuente: www.stadtklima.de/stuttgart/websk21/Heft13/kap3.HTM

Más enlaces:

www.ruscheweyh.de/bauwesen.php
www.gfa.de/de/Windlasten/windlast.html

3.2. Presión que ejerce el viento sobre un edificio

La presión del viento sobre un edificio varía en relación al tiempo y el espacio. Trabaja directamente sobre la superficie exterior de los edificios cerrados e indirectamente a través de los abiertos sobre las paredes interiores, dependiendo de la dirección predominante del viento y su velocidad. La siguiente animación procedente de la compañía de aerofísica muestra el cambio de presión del viento:

Presión del viento sobre un edificio, autor: Gesellschaft für Aerophysik mbH, Munich, fuente de la animación: www.gfa.de/de/Windlasten/windlast.html

Requisitos para un modelo:

La semejanza geométrica con el original significa que tienes que poner con cuidado la escala. En un modelo con un tamaño 1:100 el viento debe ir 100 más rápido que en realidad. El experimento debería ser reproducible en todo el mundo. Sin embargo, sólo se pueden garantizar condiciones idénticas en habitaciones cerradas.

Más enlaces de páginas sobre rascacielos en todo el mundo (alemán o inglés):

www.skyscrapers.com/re/en/
www.skyscrapers.com/re/ge/

Sobre esta página:

- Autor: G. Bauer, B. Wohlhöfer- University of Nürnberg - Alemania
- supervisor científico:
- corrección pedagógica: Prof. Dr. Schrettenbrunner, J. Heres
- última actualización: 09.09.03