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Análisis Modal para el Estudio de Resonancia de Ondas Internas Excitadas por el Ven el Lago Villarrica

Rozas Rojas, Carlos David
Niño Campos, Yarko
Fuente Stranger, Alberto de la
Cienfuegos Carrasco, Rodrigo

2011

  • Datos de edición CyberDocs
  • Tipo de Documento Libro
  • Materia Análisis modal; hidrodinámica; lago villarrica
  • Descripción
    El lago Villarrica se encuentra en la Región de la Araucanía, Chile. Posee una profundidad media de 120 [m] y una longitud principal de 23 [km]. El lago es monomíctico, con una marcada estratificación térmica en la temporada de verano. Durante los últimos años, el lago ha pasado de un estado oligotrófico a uno mesotrófico, por lo que es necesario desarrollar herramientas para conocer mejor la calidad de sus aguas y su hidrodinámica. Ést ...
    El lago Villarrica se encuentra en la Región de la Araucanía, Chile. Posee una profundidad media de 120 [m] y una longitud principal de 23 [km]. El lago es monomíctico, con una marcada estratificación térmica en la temporada de verano. Durante los últimos años, el lago ha pasado de un estado oligotrófico a uno mesotrófico, por lo que es necesario desarrollar herramientas para conocer mejor la calidad de sus aguas y su hidrodinámica. Ésta está determinada por la estratificación en el periodo de verano, la rotación terrestre y el viento que sopla diariamente sobre la superficie. Cuando la estratificación está presente, el viento genera ondas en la interfaz de densidad, llamadas ondas internas. Cuando el periodo del viento calza con el periodo de alguna de las ondas internas presentes en el lago se produce el fenómeno de resonancia, el cual hace crecer las amplitudes de las ondas, favoreciendo los procesos de mezcla horizontal y vertical. Así, el objetivo principal de esta tesis es caracterizar la evolución de las ondas gravitacionales internas del lago Villarrica y determinar la resonancia entre las frecuencias principales del viento y alguna de estas ondas internas, las cuales corresponden a los modos normales de oscilación del lago.Con este fin se realizaron campañas de terreno para medir la evolución temporal de la estructura térmica del lago y los modos fueron obtenidos mediante un análisis modal, el cual consiste en resolver el problema de valores y vectores propios generalizado que surge al plantear y discretizar las ecuaciones que rigen el sistema sin viento forzante, suponiendo que la respuesta está formada por una parte espacial y otra temporal, desacopladas entre sí. Este modelo teórico/numérico fue programado en Matlab®, obteniéndose la estructura espacial y el período asociado a cada onda. A partir de esta información, se realizaron simulaciones numéricas de la dinámica de la termoclina y se ajustaron los datos simulados a los observados mediante la calibración de coeficientes de disipación de energía, los cuales producen decaimiento de las ondas internas y un retraso en su frecuencia angular. Además, el fenómeno de resonancia fue estudiado a nivel teórico y experimental, mediante la realización de experiencias de laboratorio en la Universidad de Dundee, Escocia, las cuales confirman la existencia de resonancia en un sistema estratificado forzado periódicamente y validan el análisis teórico realizado.Los resultados del trabajo realizado indican que la dinámica de las ondas internas en el lago está dominada por la onda Kelvin fundamental, de período cercano a las 24 [hrs], la cual se encuentra en un estado resonante con el viento que sopla diariamente. En la práctica, esta interacción resonante estaría controlada por la fricción con el fondo y las paredes del lago, y explicaría las amplitudes de las oscilaciones observadas en terreno, las cuales son grandes en comparación a la baja intensidad de viento registrada. Además, los resultados muestran la presencia de ondas internas de período comprendido entre 5 y 7 [hrs], las cuales estarían siendo excitadas por interacciones no lineales entre ondas de menor frecuencia. Se concluye que el análisis modal es una herramienta útil como primera descripción de la hidrodinámica de un lago.
  • Identificador 14670