radiación solar: métodos para medirla y sus características
TRANSCRIPT
RADIACION SOLAR
RADIACION
Es un proceso físico mediante el cual se transmite
energía en forma de ondas electromagnéticas sin la
intervención de una materia intermedia ponderable como
portadora de energía, en línea recta y a una velocidad de
300,000 km/seg
EL SOL DURANTE UN ECLIPSE SOLAR
DEFINICIÓN DE RADIACIÓN SOLAR GLOBAL
Es el flujo de energía solar que incide sobre la superficie de la Tierra por parte del sol y de toda la bóveda celeste, y es la suma de energía incidente más la difusa. CUERPO NEGRO.- El mejor absorbedor de energía incidente. CUERPO BLANCO.- El mejor reflejador de energía difusa.
La energía recibida del sol, al atravesar la atmósfera de la Tierra
calienta el vapor de agua en unas zonas de la atmósfera más que
otras, provocando alteraciones en la densidad de los gases y, por
consiguiente desequilibrios que causan la circulación
atmosférica.
La energía solar es el motor de la atmosfera
La radiación proveniente del sol se distribuye de manera desigual debido a la curvatura de la tierra, por lo que durante un año el ecuador es la región del planeta que recibe mayor radiación solar y los polos son las regiones donde se recibe menos, aunque la insolación neta sea semejante. En zacatecas la radiación solar recibida en diciembre es aproximadamente el 60% de la que se recibe en junio.
POLO
NORTE
POLO
SUR
SOLSTICIO DE
VERANO EN EL
HEMISFERIO NORTE
CIUDAD DE
ZACATECAS
Latitud
Medición de la radiación solar
El paso del Sol en el horizonte se explica por el movimiento de traslación de la Tierra a lo largo de su órbita y la inclinación de 23.5°respecto al plano de su orbita.
Geometría Solar
ECLÍPTICA
Perihelio.- Punto de la orbita de la tierra que esta más próxima al sol (147
000 000 Km.). Se presenta el 3 de enero
Afelio. - Punto de la orbita en que la tierra esta más alejada del sol
(152,000 000 Km.), se presenta el 4 de julio
Los rayos caen verticales al Tropico de Cancer y en el HN caen con una inclinación igual a la su latitud del lugar menos 23°27 y en el HS caen con una inclinación igual a su latitud más 23 ° 27. En el HN inicia el verano y se tiene el día más largo del año y en HS se icia el invierno y se tiene el día más corto del añol invierno
Los rayos caen verticales al Tropico de Capricornio y en el HN caen con una inclinación igual a la su latitud del lugar más 23°27 y en el HS caen con una inclinación igual a su latitud menos 23 ° 27. En el HN se inicia el invierno y se tiene el día más corto del año y en HS se inicia el verano y se tiene el día más largo del año.
Los rayos solares caen verticales al Ecuador y en cualquier otro punto del planeta caen con una inclinación igual a su latitud. El día tiene la misma duración que la noche en todo el mundo . En el HN se inicia la primavera y en el HS el otoño.
Los rayos solares caen verticales al Ecuador y en cualquier otro punto del planeta caen con una inclinación igual a su latitud. El día tiene la misma duración que la noche en todo el mundo . En el HN se inicia el otoño y en el HS el otoño.
(Es la figura que forma
la tierra al girar
alrededor del sol)
Geometría Solar
Geometría Solar
Geometría Solar
Geometría Solar
Geometría Solar
Geometría Solar
La inclinación del eje de la Tierra es la causa de la sucesión de los climas a lo largo del año. Alrededor del 21 de Junio, la radiación solar incide en forma “casi perpendicular” en gran parte del hemisferio norte. En el hemisferio Sur los rayos llegan “muy acostados”. Por esta razón el 21 de Junio representa el inicio del verano en los países septentrionales y del invierno en los países australes.
Geometría Solar
El tiempo solar es una medida que se define con el movimiento aparente del Sol en el cielo. Toma como punto de partida el instante en el cual el Sol pasa por el Meridiano, que es su punto más alto en el cielo (mediodía solar).
A partir de este instante se va contando las horas en intervalos de 24 partes hasta que completan el ciclo diario. Cada intervalo de 15° en la longitud terrestre representa el cambio de una hora en el tiempo solar.
De acuerdo a esta definición cada meridiano sobre el planeta tiene su propia hora solar
Para coordinar mejor las actividades de una región así como facilitar el conocimiento de la hora en otras partes del mundo, se han definido zonas con un mismo uso horario.
La hora solar (HS) podría calcularse a partir de la hora estándar (HE) HS = HE – (Longitud Local – Longitud de la zona horaria)/15° Por ejemplo caso del CIE:
Longitud zona Horaria = 90° Longitud CIE = 99.25° Hora solar a las 12:00 hrs Estándar HS = 12 – (99.25 – 90)/15 HS = 11.38 hrs (11 hrs 22 min 48 s) Faltan 37 min para el medio día solar
En el CIE, el mediodía solar debería ocurrir todos los días a las 12:37 Sin embargo el mediodía solar fluctúa a lo largo del año.
Ecuación de tiempo
¿Por qué?
Si el eje de la Tierra fuera perpendicular al plano de su orbita y su trayectoria fuera circular el movimiento de traslación sería con rapidez constante y los días tendrían la misma duración a lo largo del año. No sería necesario corregir con la ecuación de tiempo.
Los desplazamientos y tamaños no están a
escala
PROPIEDADES DE LA RADIACION ELECTROMAGNETICA:
Comportamiento ondulatorio : huygens , maxwell Sucesión de unidades discretas de energía, fotones de masa igual a
cero : planck, einsten .
TEORÍA ONDULATORIA
E = CAMPO ELÉCTRICO
M = CAMPO MAGNÉTICO
C = VELOCIDAD DE LA LUZ
RADIACION ELECTROMAGNETICA
VIOLETA: 0.4 - 0.446 µm
AZUL: 0.446 - 0.500 µm (1a)
VERDE: 0.500 - 0.578 µm (1a)
AMARILLO: 0.578 - 0.592 µm
NARANJA: 0.592 - 0.620 µm
ROJO: 0.620 - 0.7 µm (1a)
µm = MICROMETROS = 10-6 METROS
LONGITUD DE ONDA
ESPECTRO ELECTROMAGNETICO (VISIBLE)
COMPRENDE DEL 0.7 µm AL 100
µm,
ES DECIR 100 VECES MÁS GRANDE
QUE EL VISIBLE.
POR SUS PROPIEDADES DE
RADIACIÓN
EL IR. SE DIVIDE EN DOS PARTES:
I.R. REFLEJADO (0.7 µm - 3.0 µm)
UTILIZÁNDOSE EN P.R. DE MANERA
SIMILAR AL VISIBLE.
I.R. TÉRMICO O EMITIDO (3.0 µm -
100 µm)
QUE ES GENERADO POR LA SUP.
TERRESTRE EN FORMA DE CALOR.
ESPECTRO ELECTROMAGNETICO (INFRAROJO)
CARACTERISTICAS DE LA RADIACION SOLAR
LONGITUD DE ONDA Y FRECUENCIA ESTÁN
RELACIONADOS DE LA SIGUIENTE FORMA:
c = ln
EN DONDE:
l = LONGITUD DE ONDA (m)
n = FRECUENCIA (Hz)
c = VEL. DE LA LUZ (300,000 Km/seg)
MICRON=O.OOO1 CM
MICRON=1000 NANOMETROS
JOULE (J), EQUIVALENTE A UN KILOGRAMO METRO POR SEGUNDO
CADA SEGUNDO, O NEWTON POR SEGUNDO
CALORÍA, EQUIVALENTE A 4.187 J.
ERGIO, EQUIVALENTE A 0.0000001 J.
ELECTRON VOLT, EQUIVALENTE A 1.6x10-19 J
B. T. U. (BRITISH THERMAL UNIT), EQUIVALENTE A 1058.4 J.
CABALLO DE VAPOR*HORA, EQUIVALENTE A 2.648x106 J.
UNIDAD UTILIZADA EN METEOROLOGÍA A NIVEL INTERNACIONAL: J
INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN
Pirheliómetro
Piranografo
Actinografo
Piranómetro
Pirgeómetro
Pirradiómetro
Potenciómetros
Dispositivos termoeléctricos
Instrumentos de Medición
Esquema Piranómetro
PIRANÓGRAFO MECÁNICO MARCA OTTA
PIRANÓGRAFO MECÁNICO MARCA OTTA
METODOLOGÍA PARA LA DETERMINACIÓN DE LA RADIACIÓN SOLAR CON AYUDA DE LAS GRÁFICAS DEL ACTINÓGRAFO
MECÁNICO
Contar con la sensibilidad del instrumento. Verificarlo directamente del instrumento; viene en cal/cm2/min Calcular la constante de la gráfica
Cg = (Ci x a) m a x b
Donde: Cg: Constante de la gráfica. Ci: Índice de sensibilidad del instrumento a: Altura efectiva de la gráfica, desde 0 hasta la
parte más alta. b: Base efectiva de los siete días. m: Minutos que hay en una semana, o sea, 10080
Leer el área bajo la curva diaria de la radiación solar de la gráfica del instrumento. Obtener el valor de la radiación solar diaria.
Rg = Cg x A Donde: Cg: Constante de la gráfica A: Área bajo la curva diaria. Multiplicar el valor obtenido por 4.187 Reportar en el informe sinóptico de las 06 GMT 2F24F24F24F24
SENSOR DE RADIACIÓN SOLAR GLOBAL MARCA
KIPP AND ZONEN
SENSOR DE RADIACIÓN SOLAR GLOBAL MARCA
KIPP AND ZONEN
Pirheliómetro de cavidad
FUENTES DE ERROR
Presencia cercana de agentes que incidan energía: focos, fogatas, sombras, etc.
Mala orientación con respecto a la puesta y
salida del sol. Falta de mantenimiento en placas, domo y/o
sistema de palancas.
Mantenimiento preventivo
Limpieza periódica de domo y palancas (no usar abrasivos).
Mantener en buen estado las placas; pintarlas con laca opaca cuando estén gastadas o rayadas.
Calibración a cero durante la noche.
Mantener en buen estado los tornillos de nivelación.
Evitar evaporación dentro de los dispositivos; utilizar sal de mesa como absorbedor de humedad.
Secar periódicamente las sales.
MANTENIMIENTO
Preventivo. Evitar opacidad del domo de vidrio (mantenerlo limpio), Limpiar periódicamente el sistema de relojería y palancas (no usar abrasivos), Limpiar placas metálicas Cambiar periódicamente las perlas de deshidratación,
Correctivo
Pintar placas metálicas con colores blanco Si no dispones de perlas de repuesto, puedes secar las ya utilizadas con un bote de Aluminio y un encendedor.
Calibración del cero ◦ Debe llevarse a cabo en la noche a oscuridad total; puedes
iluminar con unas lámpara de baja potencia (40 W), sin enviar luz al domo.
DISPERSIÓN
ABSORCIÓN
REFLEXION
ALBEDO
TRANSMISIÓN
Ocurre cuando partículas o moléculas grandes de gas (aerosoles y vapor de agua) presentes en la atmósfera se interponen en el camino de la radiación electromagnética desviándola de su camino original.
El grado de dispersión dependerá de la longitud de onda de la radiación, la abundancia de las partículas de gas y la distancia que recorra la radiación dentro de la atmósfera.
DISPERSION
1. DISPERSIÓN RAYLEIGH: ocurre cuando la longitud de onda de la radiación es
inferior al diámetro las partículas (e. g. partículas de polvo y moléculas de n2 y o2)
afectando más a las ondas cortas (e. g. azul) que a las largas. esta es la dispersión
predominante en la atmósfera superior, y es el motivo por el que el cielo se hace azul
durante el día.
DURANTE EL AMANECER Y EL
ATARDECER LAS LONGITUDES DE
ONDA CORTA SUFREN MAYOR
DISPERSIÓN QUE LAS ONDAS
LARGAS YA QUE LA LUZ TIENE
QUE RECORRER UNA DISTANCIA
MAYOR DENTRO DE LA
ATMÓSFERA.
TIPOS DE DISPERSION
2.- DISPERSIÓN MIE: ocurre cuando la longitud de onda de la
radiación es similar al diametro las partículas (e. g. aerosoles y
polvo atmosferico).
Esta es la dispersión se presenta en los incendios forestales y
brumas costeras.
3.- DISPERSION NO SELECTIVA: ocurre con las cuando las
particulas de gran tamaño. afecta a diversas longitudes de onda por
lo que las nubes o nieblas tiende a aparecer blancas.
TIPOS DE DISPERSION
1. Ozono: absorbe los uv.
2. Dióxido de carbono: absorbe el i.R.
Lejano o térmico, atrapando el calor en la
atmósfera (efecto invernadero).
3. Vapor de agua: absorbe ondas largas
del i.R. Y las ondas cortas de las
microondas.
Este fenómeno es causado por moléculas que
absorben energía de varias longitudes de
onda. (E. G. Moléculas de ozono, el dióxido
de carbono y vapor de agua).
ABSORCIÓN
ESPECULAR: Cuando la superficie es
plana y la energía se refleja en una
sola dirección.
DIFUSA: Cuando la superficie es
rugosa y la energía es reflejada de
manera uniforme en todas direcciones.
Cuando la longitud de onda es mucho menor que las
variaciones de la superficie o el tamaño de las partículas que
componen a la misma, domina l a reflexión difusa.
Este fenómeno sucede sobre un cuerpo cuando la radiación
incidente es desviada o devuelta, pero sin que se modifiquen
sus características básicas.
REFLEXION
En las plantas la clorofila absorbe las
radiaciones del rojo y azul reflejando el verde
durante el verano.
Durante el otoño lucen amarillentas (amarillo
es la combinación de rojo y verde) ya que el
rojo y el verde son reflejados debido a que la
clorofila baja en su concentración. Las
estructuras internas de las plantas son
excelentes reflectores difusos del i. R.
Usualmente el agua se ve azul o azul-
verde ya que estas longitudes de
onda son reflejadas con mayor
intensidad. La clorofila en las algas
absorben el azul y reflejan el verde en
el caso de los estanques.
INTERACCION DE LA ABSORCION Y REFLEXION
I = INCIDENTE
R = REFLEJADA
D = DIFUSA
A = ABSORBIDA
T = TRANSMITIDA
INTERACCION DE LA RADIACION
EL OJO HUMANO NO PUEDE DISTINGUIR LOS 256
TONOS DE GRIS, O DE CUALQUIER COLOR.
TONOS DE B Y N
O COLOR
0
NEGRO
255
BLANCO
136
CARACTERISTICAS DE LAS IMAGENES
Consiste en el paso directo de la radiación solar
que llega desde el limite superior de la atmósfera
hasta la superficie terrestre, sin que sea devuelta o
desviada.
TRANSMISION
Se define como la capacidad que
tienen los cuerpos de reflejar la
luz solar. un cuerpo negro tiene un
albedo de 0 %, mientras que un
cuerpo que no absorbiera nada de
energía del sol, tendría un albedo de
100 %
ALBEDO
RADIACION SOLAR DIFUSA.-Es el
resultado de la reflexión y dispersión
de la radiación solar, a ella
corresponden las primeras luces del
amanecer y anochecer.
RADIACIÓN SOLAR DIRECTA.-Es la
porción de la radiación solar que es
transmitida integra, se distingue de
todas las demás por ser la única que
forma sombra.
RADIACIÓN SOLAR GLOBAL.-Es la
suma de las de las radiaciones directa
y difusa sobre una superficie
horizontal.
TIPOS DE RADICAION SOLAR
LEY DE BUGER.-La intensidad calórica de una radiación que atraviesa un medio transparente, decrece en progresión geométrica cuando la masa atravesada crece en progresión aritmética. En pocas palabras esta Ley señala que la radiación disminuye con la altura, es decir a mayor altitud tenemos mayor radiación y a menor altitud tenemos menor radiación.
LEYES DE LA RADIACION SOLAR
LEY DE COSENOS.- La intensidad calórica recibida varia proporcionalmente al coseno del ángulo que forman el plano considerado y el plano perpendicular a los rayos solares. En concreto esta Ley señala que la orografía del terreno interfiere en la cantidad de radiación recibida.
Irradiancia total en la superficie terrestre:
Irradiancia Global Horizontal =
Irradiancia directa horizontal + Irradiancia difusa
Irradiancia directa en un plano horizontal:
