presentacion 5. radiacion solar

RADIACIN SOLAR

M.Sc. Fernando Gonzalez LeivaPrograma de Ingeniera Agrcola

Hidroclimatologa 2015-1

Foto Portada: By NASA, 2010

RADIACION SOLAR

Es la energa emitida por el Sol, que se propaga en todas las direcciones a travs delespacio mediante ondas electromagnticas.

Esta energa es el motor que determina la dinmica de los procesos atmosfricos y elclima. La energa procedente del sol es radiacin electromagntica.

Video from: By NASA, 2015. Exposicin Solar Marzo 11 / 2015.

1. El sol emite energa en forma de

radiacin de onda corta.

2. Despus pasa a la atmsfera, donde sufre

un proceso de debilitamiento por la

difusin y reflexin en las nubes y de

absorcin por las molculas de gases

(como O3 y el vapor de agua), adems de

partculas en suspensin.

3. La radiacin solar alcanza la superficie

terrestre ocenica y continental que la

refleja o la absorbe. La cantidad de

radiacin absorbida por la superficie es

devuelta en direccin al espacio exterior

en forma de radiacin de onda larga, con

lo cual se transmite calor a la atmsfera.

RADIACION SOLAR

RADIACION SOLARESPECTRO ELECTROMAGNTICO

Las ondas de luz pertenecen a un grupo denominadas ondas electromagnticas, las

cuales estn constituidas por un campo elctrico y un campo magnticos variables. El

conjunto completo de estas ondas se denomina espectro electromagntico e incluye a las

ondas luminosas, las de radio y los rayos X y Gamma.

Fuente: Shuttleworth, J. (2012)

FRECUENCIA DEL ESPECTRO ELECTROMAGNTICO

BANDA VISIBLE DEL ESPECTRO ELECTROMAGNTICO

LEYES DE RADIACIN

Al considerar el balance de radiacin terrestre en la superficie, es til recordar que

cualquier cuerpo con una temperatura por encima del cero absoluto emite radiacin con

un espectro, a una tasa de variacin reflejada en funcin de la temperatura que emite el

cuerpo.

RADIACIN TERRESTRE

emite ondas cortas

T promedio 6000 K

emite ondas largas (trmicas)

T promedio 290 K

BALANCE RADIATIVO TIERRA-ATMOSFERA

Wm

-2m

-1

m

NORMALIZACION DEL ESPECTRO DE ONDA

CORTA Y ONDA LARGA

LEY DE STEFAN-BOLTZMANN

LEYES DE RADIACIN

La radiacin emitida por unidad de rea y por unidad de tiempo es proporcional a la cuarta

potencia de la temperatura absoluta:

E = T 4

es la constante de Stefan-Boltzmann: 5,6710-8 Wm-2K -4

En otros trminos.la Ley de Stefan-Boltzmann es:

LEYES DE RADIACIN

CUERPO NEGRO

Un cuerpo negro es una superficie ideal, que absorbe toda la radiacin incidente y

emite radiacin mxima en todas las longitudes de onda sobre todas las direcciones.

Es un emisor y receptor de Energa perfecto. La Energa radiada en una longitud

de onda desde un cuerpo negro a una temperatura T, esta dada por:

k es la constante de Boltzmann: 1,380540,0000610-16 ergK-1.h es la constante de Planck (6,626x10-34 J.s)

CONCEPTOS BSICOS DE RADIACION SOLAR

RADIACION EXTRATERRESTRE (Ra)

Es la radiacin solar recibida en la parte superior de la atmosfera terrestre sobre unasuperficie horizontal.

La intensidad local de la radiacin, sin embargo, esta determinada por el ngulo entrela direccin de los rayos solares y la superficie de la atmosfera. Este ngulo cambia

durante el da y es diferente en diversas latitudes y en diversas pocas del ao.

Cuando el Sol se encuentra perpendicular a la superficie terrestre ( sobre nuestrascabezas), el angulo de incidencia es cero y la radiacin extraterrestre Ra tiene un valor

constante de 0.082 MJ m-2 min-1

Ra es funcin de la latitud, la poca del ao y la hora del da.

Fuente: Evapotranspiracin del Cultivo, FAO. 2006

MOVIMIENTO DE ROTACION Y TRASLACION DE LA TIERRA

VARIACION DE LA LUZ SOLAR A LO LARGO DEL AO

RADIACION SOLAR O DE ONDA CORTA (Rs)

Es la cantidad de radiacin que llega a un plano horizontal en la superficie terrestre.

En un da despejado, Rs constituye el 75% de la radiacin extraterrestre Ra. Para unda nublado, este valor disminuye debido a que la radiacin se dispersa en la

atmosfera.

La radiacin solar tambin se le conoce como radiacin global, que es la suma de laradiacin directa de la onda corta del sol y la radiacin difusa resultante de otros

ngulos.


RADIACION RELATIVA DE ONDA CORTA (Rs / Rso)

Es el cociente entre la radiacin solar (Rs) y la radiacin solar de un da despejado(Ro).

Rs es la radiacin que realmente llega a la superficie terrestre en un determinadoperiodo y Rso es la radiacin que alcanzara la misma superficie durante el mismo

perodo si el cielo estuviera despejado.

La radiacin relativa es una manera de expresar la nubosidad de la atmosfera, cuantomas nublado el cielo, mas pequeo ser el valor de la radiacin relativa. El cociente

varia aproximadamente entre 0.33 ( alta nubosidad ) y 1 ( cielo despejado ).


DURACION SOLAR RELATIVA ( n / N )

Es el cociente entre la duracin real de la insolacin, n, y la duracin mxima posiblede la insolacin o de la luz del da N.

Bajo condiciones de ausencia de nubosidad la duracin real de la insolacin es igual ala insolacin mxima posible (n = N) y el cociente es uno, mientras que en das muy

nublados n y el cociente puede tomar el valor de cero.

La duracin solar relativa es utilizada para derivar la radiacin solar de la radiacinextraterrestre.

Como ocurre con la radiacin extraterrestre, la duracin del da, N, depende de laposicin del sol y es por lo tanto una funcin de la latitud y de la fecha.


VARIACION ANUAL DE HORAS LUZ


ALBEDO () Y RADIACION SOLAR NETA ( Rns)

Una cantidad considerable de la radiacin solar que llega a la superficie terrestre serefleja en ella. La fraccin, , de la radiacin solar que es reflejada por la superficie

se conoce como albedo.

El albedo es muy variable de acuerdo al tipo de superficie y el ngulo de incidenciao la pendiente de la superficie terrestre. El albedo puede variar entre 0.95 para

nieve recin cada, o tan bajo como 0.05 para un suelo desnudo y hmedo.

Una cubierta verde de vegetacin tiene un albedo entre 0.20 y 0.25.

La radiacin solar neta Rns es la fraccin de radiacin solar Rs que no se refleja enla superficie. El valor de Rns es (1-)Rs


RADIACION NETA DE ONDA LARGA( Rnl )

La radiacin solar absorbida por la tierra se convierte en energa trmica.

La Tierra pierde esta energa por medio de varios procesos, entre los cuales seencuentra la emisin de radiacin. La Tierra, que tiene una temperatura mucho mas

baja que el sol, emite energa radiante con longitudes de onda mas largas que el sol.

La Rnl emitida por el planeta es absorbida por la atmosfera o perdida hacia elespacio. La Rnl recibida por la atmosfera aumenta su temperatura.

Parte de la radiacin emitida por la atmosfera se dirige nuevamente hacia lasuperficie terrestre. Por lo tanto, la superficie terrestre emite y recibe radiacin de

onda larga.

La diferencia entre la radiacin de onda larga entrante y saliente se llama radiacinneta de onda larga, Rnl. Como la radiacin saliente de onda larga es casi siempre

mayor que la radiacin entrante, Rnl representa una prdida de energa.


RADIACION NETA ( Rn )

La Rn, es la diferencia entre la radiacin entrante y saliente de longitudes de ondacortas y largas.

Es el equilibrio entre la energa absorbida, reflejada y emitida por la superficieterrestre.


UNIDADES DE LA RADIACION NETA ( Rn )

La unidad estndar para expresar la energa recibida por unidad de superficie en una unidad de tiempo MJ m-2 dia-1

En algunas ocasiones, es conveniente expresar las unidades de radiacin neta MJ m-2

dia-1 en trminos de evaporacin equivalente mm dia-1


MEDICIN DE LA RADIACION SOLAR

Los instrumentos contienen un sensor instalado en una superficie horizontal que mide la

intensidad de la radiacin solar total, es decir, la suma de la radiacin solar directa y la

difusa que ocurre cuando el cielo esta cubierto.

Mide la densidad de flujo de radiacin

por unidad de rea W m-2Mide el numero de horas de sol

(Insolacion)

PIRANMETRO HELIOGRAFO

REPORTE IDEAM HORAS MENSUALES DE BRILLO SOLAR

PROCEDIMIENTO DE CALCULO PARA RADIACION SOLAR EXTRATERRESTRE

RADIACION EXTRATERRESTRE PARA PERIODOS DIARIOS (Ra)


Distancia Relativa Tierra-Sol (dr) y Declinacin solar ()

Donde J es el da Juliano, es decir, la posicin del da en el ao siendo 1 (1 de enero) y365 (31 de diciembre)

el ngulo de radiacin a la hora de la puesta del sol s se da por:


EJEMPLO DE CALCULO PARA RADIACION EXTRATERRESTRE Ra


PROCEDIMIENTO DE CALCULO PARA INSOLACION MAXIMA (N)

La duracin mxima de la insolacin N, esta dada por:

Donde s es el ngulo de radiacin a la hora de la puesta del sol calculado en las ecuaciones anteriores.


PROCEDIMIENTO DE CALCULO PARA RADIACION SOLAR (Rs)

Si no se cuentan con mediciones directas de radiacin solar, sta puede ser calculada

mediante la ecuacin de Angstrom:

Donde:



Dependiendo de las condiciones atmosfricas ( humedad, polvo) y de la declinacinsolar (latitud y mes), los valores de la ecuacin de calculo para radiacin solar

pueden variar.

En casos en los que no se disponga de datos reales de radiacin solar y cuando no sehan realizado calibraciones previas a la ecuacin mencionada, se recomienda usar

valores de:

La duracin real de la insolacin diaria, n, en la ecuacin de radiacin solar se mide con unheligrafo.

PROCEDIMIENTO DE CALCULO PARA RADIACION SOLAR

EN UN DIA DESPEJADO (Rso)

La radiacin en das despejados, Rso, cuando n = N, puede ser calculada de la siguiente forma:

1. Localidades cerca al mar o se dispone de valores calibrados para as y bs

2. Cuando los valores calibrados as y bs no estn disponibles

PROCEDIMIENTO DE CALCULO PARA RADIACION NETA SOLAR

O DE ONDA CORTA (Rns)

La radiacin neta de onda corta, resultante del equilibrio entre la radiacin solar

entrante y la reflejada esta dada por:

PROCEDIMIENTO DE CALCULO PARA RADIACION NETA

O DE ONDA LARGA (Rnl)

Esta relacin se expresa cuantitativamente por la ley de Stefan-Boltzmann. El vapor

de agua, las nubes, el dixido de carbono y el polvo absorben y emiten radiacin de

onda larga. Por ello se deben conocer sus concentraciones para determinar el flujo

saliente neto.

Como la humedad y la nubosidad tienen un papel importante, la ley de Stefan-

Boltzmann se corrige por estos dos factores cuando se estima el flujo saliente neto de

la radiacin de onda larga.



Correccin para la

humedad del aire

Efecto de la

nubosidad

PROCEDIMIENTO DE CALCULO PARA RADIACION NETA (Rn)

La radiacin neta (Rn) es la diferencia entre la radiacin neta de onda corta (Rns) y la

radiacin neta de onda larga (Rnl):

TALLER EN CLASE

Determinar la radiacin extraterrestre, la insolacin mxima y la radiacin solar para los

siguientes datos:

1. NEIVA-HUILA

Latitud: 2 55 N, para el da 27 MarzoSegn IDEAM el numero de horas de insolacin promedio histrico para el mes

de Marzo es de 149.5

2. RIOHACHA-GUAJIRA


de Marzo es de 234

3. LETICIA-AMAZONAS

Latitud: 4 12 S, para el da 27 MarzoSegn IDEAM el numero de horas de insolacin promedio histrico para el mes


TALLER EN CLASE

Determinar la radiacin extraterrestre, la insolacin mxima y la radiacin solar para los

siguientes datos:

4. PUERTO LEGUIZAMO-PUTUMAYO

Latitud: 0 11 S, para el da 27 MarzoSegn IDEAM el numero de horas de insolacin promedio histrico para el mes


5. TUMACO-NARIO



TALLER EXTRA CLASE

FECHA DE ENTREGA: 10 ABRILDeterminar la radiacin neta para los siguientes lugares en el mundo:

1. BOGOTA-COLOMBIA

2. SANTIAGO-CHILE

3. WASHINGTON D.C.- EE.UU.

4. MADRID-ESPAA

5. ESTOCOLMO-SUECIA

6. NAIROBI-KENYA

7. TOKIO-JAPON

8. MOSCU-RUSIA

9. AUCKLAND-NUEVA ZELANDA

10. EL CAIRO-EGIPTO

11. LONDRES- REINO UNIDO

12. CIUDAD DEL CABO-SUDAFRICA

13. LIMA-PERU

14. CIUDAD DE MEXICO-MEXICO

15. SYDNEY-AUSTRALIA

TALLER EXTRA CLASE

Los datos climatolgicos necesarios los pueden tomar de la siguiente fuente de

informacin:

http://www.woespana.es/

ORDEN NOMBRE

1 ARDILA DUSSAN ADRIANA MARGARITA

2 BAHAMON MONJE ANDRES FELIPE

3 BELTRAN CABRERA RAFAEL ANDRES

4 CALDERON CALDERON YOHAN SEBASTIAN

5 CHICA ROA ESTEFANIA

6 DEVIA RODRIGUEZ YENNY FERNANDA

7 GASCA QUIMBAYO JUAN DAVID

8 GONZALEZ ARAQUE ARNOLD JAMPIER

9 MENDOZA CUJAR MARCO SEBASTIAN

10 MOSQUERA PEREZ ELIANA ANDREA

11 MOSQUERA RIVERA LEIDY CAROLINA

12 OSORIO SILVA JAIME ANDRES

13 PEREZ CASTRILLON LUIS ENRIQUE

14 ROJAS VARGAS HEYDER ANDRES

15 SANCHEZ GUARNIZO JOSE FERNANDO

ESCOGER LA CIUDAD SEGUN EL ORDEN DE LISTA

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