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

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

Generacin de olas

EXPERIMENTO DE GENERACIN Y PROPAGACIN DE OLEAJE(WIEGEL, 1964)SEASWELL

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.

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.

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

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

Equivalencias para oleaje de viento limitado por fetch

3. Generacin del oleajeHindcasting de oleaje Mtodo parametrizacin Jonswap:Mar limitado por FetchU=velocidad del viento efectiva medida a 10m

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

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.

3. Generacin del oleajeInteracciones no linealesInestabilidad de Benjamin FeirEcuaciones SchrodingerEcuaciones de Zakarov

Espectro de equilibrio de olas generadas por viento.

Cascada de energa

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