ESTUDIO DE LA RADIACION SOLAR Y BALANCE DE RADIACION 1. OBJE OBJETI TIV VOS
Conoce la distribución latitudinal – temporal de la radiación solar incidente en el tope de la atmosfera (Qs) Analiza la distribución temporal de la radiación solar directa y difusa incidente para algunas estaciones del Perú. Encontrar relaciones entre la radiación global (directa y difusa) con las oras de sol (!) en estaciones de la costa" sierra y sel#a. Calcular el balance de radiación para la super$cie terrestre. terrestre. 2. Materi Materiale ales s y proe!i proe!i"ie "ie#to #to • • •
• • •
%atos mensuales – latitudinales de radiación solar en el tope de la atmosfera (Qs) para el emisferio sur (&') %atos promedios mensuales – multitudinales de radiación solar incidente para la estación de &uayao y la !olina %atos promedios mensuales de emperatura" radiación radi ación incidente" presión de #apor y oras de sol para las estaciones de la molina y uayao Calculadora electrónica o microcomputadora PC Euipo de dibu*o +tiles de escritorio
$. %ro %roe! e!i" i"ie ie#t #to o A. Estudio de la radiación solar en el tope tope de la atmosfera atmosfera (Q ) ) s
&ariai'# !e la ra!iai'# e# el tope !e la at"'s(era e# "eses para el )e"is(erio s*r ,2 '
1-2 '
- ,2 '
3,2 '
4,2 '
5,2'
-, 10 1/ 1. 11, 6A%7AC7 AC789 89 '8:A6 E9 E: 8PE %E :A A!8';E6A (mm
0 / . ,
tiempo (meses)
:a #ariación mensual de la radiación en el tope de la atmósfera es debido a la posición de la tierra en su órbita con respecto al sol. Esto afecta al =ngulo de incidencia de los rayos solares y por consiguiente afecta a la intensidad con ue estos son absorbidos y re>e*ados. B. Análisis de radiación solar incidente (Q+q)i Variai'# )oraria !e la ra!iai'# solar +,-/i
@ariación de la radiación solar incidente en oras en la estación meteorologica de :a !olina en el -,,0 0,,
/?5.3 /3/.3//,./
5,,
434
/,,
4-/.4 5.4 ?.4,, 1-.3?.5 341./ 34.? 6adiacion solar incidente (QB)i (C
iempo (oras). Enero
Aulio
Tabla 1: Valores máximos y mínimos de la radiación solar horaria.
Estai'#0 Oser&atorio Meteorol'io Vo# 3*"olt 4 La Moli#a.
@erano (QB)m=D./?5.3 (QB)mFn. ,.3 &oraG 13
&oraG /
(QB)m=D. 5.4 &oraG 1
7n#ierno (QB)mFn., &oraG / y 1?
:a #ariación oraria de la radiación solar es debido al factor meteorológico $*o ue es mo#imiento rotacional de la tierra. :a tierra gira sobre su e*e 3/,2 en - oras. Por lo ue" a determina ora el grado de incidencia ser= diferente. Por e*emplo" en la noce" la radiación solar es cero" ya ue" no llega ningún rayo solar. Caso contrario" a medio dFa" la radiación es intensa porue los rayos solares llegan perpendicularmente a la super$cie terrestre.
Variai'# "e#s*al !e la ra!iai'# solar +,-/ i
!eteorograma de (QB)i (Perú) C7P &HA9CAI8 :A!LAIEQHE
:A CAJ:7CA IH67!AMHA'
&HA6AK
5,, /,, 4,, ,, P68!. %E 6A%7AC7J9 '8:A6 (:y
3,, -,, 1,, , 1
3
4
5
?
11
7E!P8 (meses)
Hna comprensión m=s amplia de la incidencia de la radiación solar sobre la super$cie terrestre implica considerar las #ariaciones en su intensidad debidas a la ubicación geogr=$ca" la feca y el momento del dFa. 7ncluso" desde un punto de #ista aruitectónico" resulta importante comprender cómo la intensidad de la radiación solar sobre un plano (una cubierta" por e*emplo) depender= en gran medida del =ngulo entre dico plano y la dirección de los rayos solares. EDisten diferencias signi$cati#as entre la distribución espectral de la radiación ue incide sobre la parte eDterior de la atmósfera y la distribución espectral de la radiación ue llega a la super$cie terrestre. Esto es debido principalmente a ue las molNculas de gas y las partFculas suspendidas absorben una parte de la radiación y retienen una fracción de energFa en forma de calor" pro#ocando atenuaciones signi$cati#as en la intensidad de la radiación solar. 'i la atmósfera *uega un papel fundamental en la intensidad y composición de la radiación ue llega asta nosotros" como se a eDpresado" entonces debemos reconocer un simple ecoG mientras mayor sea la porción de atmósfera terrestre atra#esada por los rayos solares antes de alcanzar la super$cie terrestre" mayor ser= ese efecto. :os Fndices de nubosidad tambiNn *uegan un papel importante en la cantidad de radiación solar ue llega a la tierra. Hn cielo nublado reduce signi$cati#amente la radiación solar directa y" si bien al mismo tiempo puede incrementar ligeramente la difusa" el balance $nal es una reducción de la radiación global ue llega asta nosotros. En nuestra gra$ca se obser#a una menor radiación incidente en la estación de :a Católica a diferencia de los dem=s ue presenta una mayor radiación en función de su latitud" esto podrFa deberse a factores climatológicos" la alta umedad (sobre todo a partir de mayoO otoo" in#ierno)" alta nubosidad" mayor contaminación" ba*a altitud con respecto al mar en :a
Católica a comparación de las dem=sO esto disminuye la radiación incidente global en la super$cie. !R7!A' :y
:8CA:7%A% :a Católica &uayao &uaraz :ambayeue Iurimaguas •
!S97!A' :y
Construya otro meteoro grama de radiación #s tiempo (meses)" pero esta #ez considerando la radiación en el tope de la atmosfera (Qs) para 1-2 ' y la radiación incidente para la estación de :a Católica. EDplicar las posibles causas de esta diferencia. (considere ue 1 mm 4?.5 ly) de mayo" -,1/ nd G 133 ' G - ly
´d
2
( ) G1 d d´ d H
− H ¿ cos ¿ ly /¿ día (¿ ¿ 2 ) cos ∅ cos δ ¿
sin H
Q s=
1440
Qs= 835.77
π ly día
S¿
!EE868M6A!A %E (QB)i I Qs (:A CAJ:7CA) ?,, 0,, 5,, /,, 4,, P68!. %E 6A%7AC7J9 '8:A6 (:y
1
3
4
5
?
11
7E!P8 (meses) (QB)i (anual)
Qs ( !ayo)
'e obser#a ue radiación solar en el tope de la atmósfera (Qs) es mayor ue la radiación incidente a la super$cie (QB)i" esto debido a ue en su recorrido a tra#Ns de la masa atmosfNrica" sufre procesos de absorción" re>eDión y transmisión por los constituyentes atmosfNricos" nubes y aerosoles" para luego reciNn llegar a la super$cie con una menor intensidad de radiación directa (Q) y radiación difusa ().
Variai'# !iaria !e la ra!iai'# solar
6adiación incidente #s iempo ,, 3,,
(QB)i
(ly
,
4
1,
14
-,
iempo (dias)
-4
3,
34
&ora de sol #s iempo 1, 0 /
ora de sol (oras)
,
,
4
1,
14
-,
-4
3,
34
iempo (dias)
El mes en el cual fueron tomados los datos es Agosto" lo cual es el un próDimo a prima#era es por eso ue las oras de sol aumentan al $nalizar el mes. (QB)i --.4 T35.-(!)
AW8(!AI (QB)i 8) 1?/? 431?5, 4-4 1?51 44? 1?54,/ 1?53 43 1?5 441?54 ?/ 1?5/ 4-/ 1?55 431?50 4/? 1?5? 4,, 1?0, 41 1?01 4-1?04-1
Variai'# "*ltia#*al !e la ra!iai'# solar
'e eligió el mes de mayoG
6adiacion solar multianual /,, 44,
(QB)i (ly
1?5,
1?54
1?0,
1?04
iempo(ao)
C. Estimación del balance de radiación o radiación neta (Rn)
(QB ! e !ese 9 ) U (X) (ora (P 6noc s (ora (ly
H:
T 11"?-"40 1-"-0 ?"50 1 1?", 1-"4/ -3"3 4 1-"5 -1"3 5 1-"/
AM8
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!A6 AL6 !AI H9
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T 11"51 ?"?1 T 1?"3 11" 4 T -3"3 11"-? 3
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