QUÍMICA DE LA ATMÓSFERA Diagramas atmosféricos: Stüve, Emagrama y Tefigrama Química y Tecnología Ambiental 1 Monterrey N.L., 27 de enero del 2022 DIAGRAMAS TERMODINÁMICOS Es una representación en las que las coordenadas son variables de estado; en tal diagrama, un estado de un gas en equilibrio puede representarse por un punto; cuando el gas evoluciona, pasando por sucesivos estados de equilibrio, va describiendo una trayectoria sobre el diagrama termodinámico. 2 LOS DIAGRAMAS TERMODINÁMICOS Dan una representación gráfica de los procesos en la atmósfera. Eliminan, o por lo menos simplifican, los cálculos. En general: nos interesa tener líneas rectas. Hay muchas posibilidades: Ventajas Desventajas 3 Existen diferentes tipos de diagramas termodinámicos: emagrama, Stuve, SkewT y Tefigrama. La diferencia entre ellos es la elección y orientación de dos coordenadas fundamentales (que están entre cualquiera de las 5 variables (propiedades atmosféricas) mencionadas anteriormente o variantes de las mismas) 4 • Aire seco • Vapor de agua 5 Conceptos de los Diagramas termodinámicos: Isobaras (líneas de presión constante) Isotermas (líneas de temperatura constante) Adiabáticas secas Adiabáticas húmedas o saturadas Líneas de relación de mezcla de saturación constantes (isohumas) 6 LOS DIAGRAMAS TERMODINÁMICOS MUESTRAN LA RELACIÓN ENTRE 5 PROPIEDADES ATMOSFÉRICAS Presión (Hpa) Temperatura (ºC) Temperatura potencial (K) Temperatura potencial equivalente (K) Relación de mezcla de saturación (g/Kg) 7 LOS D.T. PERMITEN DETERMINAR Y CUANTIFICAR 1.La estabilidad atmosférica 2.Capas de nubes 3.Altura de la tropopausa 4.Temperatura del tope de las nubes 5.Zonas frontales 6.Cortante vertical de viento 7.Ubicación de inversiones térmicas 8.Tipos de precipitación 9.Altura del nivel de congelamiento 8 PROPIEDADES DE LOS DIAGRAMAS TERMODINÁMICOS 1. Área proporcional a la energía 2. Coordenada vertical proporcional a la altura 3. Adiabáticas secas forman ángulos cercanos al recto con las isotermas. 4. Adiabáticas saturadas forman un ángulo mayor que las adiabáticas secas en la baja atmósfera. 9 DEDUCCIÓN DE UN DIAGRAMA TERMODINÁMICO De acuerdo a la primera ley de la termodinámica: 1. El calor es una forma de energía 2. La energía se conserva. De acuerdo al segundo enunciado: 𝑑𝑄 = 𝑑𝑈 + 𝑑𝑊 (1) En términos de unidad de masa: 𝑑𝑞 = 𝑑𝑢 + 𝑑𝑤 (2) En esta última expresión, se examinará el término trabajo 𝑑𝑉 = 𝐴𝑑𝑛 (3) 10 Sin embargo, p=F/A, por lo tanto: 𝑝𝑑𝑣 = 𝐹𝑑𝑛 4 Ahora, dW= Fdn, por lo tanto, la ecuación podría reescribirse: 𝑑𝑊 = 𝑝𝑑𝑉 5 En unidades de masa: 𝑑𝑤 = 𝑝𝑑𝛼 5 En general, el trabajo específico realizado en una expansión finita de a1 y a2 es: 𝑎2 𝑑𝑊 = 𝑝𝑑𝛼 (6) 𝑎1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 DIAGRAMA STÜVE 20 Isotermas: Son las líneas verticales continuas, rotuladas de 10º en 10º. Isobaras: Son las líneas horizontales continuas, que van rotuladas de 100 en 100 milibares (presión). Adiabáticas secas: Son líneas continúas inclinadas aproximadamente 45º sobre el eje de las abscisas. Están graduadas de 20º o el 10º de temperatura potencial, que es la temperatura que tendría una masa de aire se si lleva por la adibática seca hasta 1000 milibares. Adiabáticas saturadas: Son líneas de trazos de mayor pendiente que las adiabáticas secas, que están graduadas de 20º en 20º de temperatura equivalente potencial, que es la temperatura que adquiriría una masa de aire si todo su vapor se condensase y se llevara adiabáticamente hasta 1000 milibares. Curvas de igual razón de mezcla saturada: Vienen en gramos de vapor de agua por kilogramo de aire seco y están rotuladas desde 2g/kg s 40 g/kg. Se dibujan con puntos. 21 EMAGRAMA Se denominan diagramas verdaderos o reales, a aquellos en los que el área es proporcional a la energía (o trabajo) siendo la constante de proporcionalidad la misma para todo el diagrama. En meteorología, las variables de estado con mayor frecuencia que se utilizan para describir el estado del aire son la presión y la temperatura. Es posible construir un diagrama termodinámico real, a base de las coordenadas P y T: 𝑑𝑤 = 𝑝𝑑𝛼 = 𝑅′ 𝑑𝑇 − 𝛼𝑑𝑝 Y para un proceso cíclico 𝑐 𝑑𝑤 = ′ 𝑐 𝑅 𝑑𝑇 − 𝑐 𝑅 ′ 𝑑𝑝 𝑇 𝑃 Pero R’dT es una diferencial exacta cuya integral se anula, de modo que el trabajo se reduce a 22 𝑑𝑤 = 𝑅′ 𝑐 𝑇𝑑 (𝑙𝑛𝑝 ) 𝑐 23 TELIGRAMA 24 Teligrama esquemático: las líneas isobaras son aproximadamente horizontales acotadas en milibares. Las isotermas en °C, orientadas hacia arriba y a la derecha. Las adiabáticas secas o normales a las isotermas y acotadas de acuerdo con su temperatura potencial (K.) 25 REFERENCIAS M. K. Yau & R.R. Rogers. Short Course in Cloud Physics, tercera edición, publicado por Butterworth-Heinemann, Enero, 1989, 304 páginas. ISBN 0-7506-3215-1 http://ojaizmet.blogspot.com/2012/02/el-diagrama-de-stuve.html Consultado el día: 26/01/2022 a las 18:26 h. https://www.tutiempo.net/meteorologia/emagrama.html Consultado el día: 26/01/2022 a las 18:36 h. https://www.tutiempo.net/meteorologia/diagramas-termodinamicos.html Consultado el día 26/01/2022 a las 19:00 h. 26
