1. Definición Radiación solar es el conjunto de radiaciones electromagnéticas emitidas por el Sol. El Sol es una estrella que se encuentra a una temperatura media de 6000 K, en cuyo interior tienen lugar una serie de reacciones de fusión nuclear que producen una pérdida de masa que se transforma en energía. Esta energía liberada del Sol se transmite al exterior mediante la radiación solar. El Sol se comporta prácticamente como un cuerpo negro, el cual emite energía siguiendo la ley de Planck a la temperatura ya citada. La radiación solar se distribuye desde el infrarrojo hasta el ultravioleta. No toda la radiación alcanza la superficie de la Tierra, porque las ondas ultravioletas más cortas son absorbidas por los gases de la atmósfera. La magnitud que mide Espectro de la irradiancia solar en la parte superior de la radiación solar que llega a la Tierra es la la atmósfera. irradiancia, que mide la energía que, por unidad de tiempo y área, alcanza a la Tierra. Su unidad es el W/m² (vatio por metro cuadrado). Hay muchos instrumentos para medir la radiación solar, de acuerdo a la práctica de campo mencionaremos sólo a: Actinógrafo Heliógrafo
A. Actinógrafo Registra la radiación solar total, que llega a una superficie negra de 3 por 10 cm. El principio es que el calentamiento de una placa metálica pintada de negro, por efecto de la radiación solar incidente, produce un cambio de temperatura, que es proporcional a la energía de la radiación que se ha convertido en calor en la placa originando el aumento de la temperatura. Estos cambios de temperatura, se miden con un termocupla y cuya señal eléctrica activa una punta indicadora que grafica los cambios sobre una banda de papel, que ha sido dispuesta en un tambor que gira a razón de una vuelta por semana. Las curvas que se obtienen, deben ser integradas para determinar la cantidad de energía solar recibida durante un día.
Muestra de una cinta donde se observa la curva registrada para cada día de la radiación solar. En la cinta está registrada una semana.
Descripción Se utiliza para medir la radiación solar global diaria. El sensor está formado por tres láminas bimetálicas de iguales dimensiones compuestas por dos metales de distintos coeficientes de dilatación. La lámina central está ennegrecida con una pintura de alto poder absorbente, en consecuencia lámina negra se calienta más que las blancas, esta diferencia de temperatura que es aproximadamente proporcional. Posee una pluma inscriptora que registra sobre una faja de papel el desplazamiento producido, esta se coloca sobre un tambor que gira con velocidad constante mediante un sistema de relojería. Todo está protegido por una caja metálica que posee una cúpula semiesférica transparente a la radiación global, por debajo se encuentran el censor y el disco que tiene un objeto impedir el paso de la radiación al interior del actinógrafo, debe instalarse perfectamente horizontal, la cúpula semiesférica se orienta hacia arriba para que reciba radiación en un ángulo sólido de 180º las láminas sensibles o bimetálicas queden orientadas en la dirección Este-Oeste al norte para las estaciones del hemisferio norte y hacia el hemisferio sur.
Instalación Se instala sobre un poste de madera o sobre una mampostería a la altura conveniente para que los rayos solares no sean interceptados desde la salida del sol en el horizonte hasta su ocaso. Cuando la estación dispone de habitación para el barómetro, como el caso de la Estación Meteorológica de la UNPRG, el actinógrafo se ubicará sobre la terraza de dicha habitación. Debe ubicarse de tal manera que las láminas sensibles o bimetales que queden orientadas en la dirección este-oeste. El aparato se colocará horizontalmente, para lo cual un nivel de burbuja que presenta, nos permitirá conseguirlo. Para evitar la posible caída o volteo de instrumento se colocará en una base metálica plana sujetada por los tornillos a la mariposa de pilar o fijación.
Partes a. Semiesfera: Es de cristal transparente, incoloro que prácticamente no absorbe ninguna radiación. b. Anillos: Que con uniones de goma sirve para unir la semiesfera con el resto del instrumento, esta unión no permite la entrada de aire o humedad al interior. c. Elemento Sensible: Este elemento está dado por tres láminas bimetálicas negras que son imbar (Ni y acero) y cobre, rodeado de color blanco que completa que completa la superficie de un circulo, el fin de la pintura blanca es proteger sus bordes de radiación difusa que perturbaría la calibración del aparato, debajo de esto se encontraría otros tres bimetales. d. Sistema de palanca: Transmite los movimientos sensibles, e. Pluma graficadora: Que se encarga de registrar sobre la banda de radiación. f. Tambor de relojería: Ubicada en la parte inferior y que gura alrededor de su eje semanalmente. g. Actinograma: Se encuentra en el tambor, es un papel especialmente diseñado para hacer la gráfica. h. Dos cámaras: Una superior y otra inferior y van cubiertas de malla de latón o bronce. i. Gel de sílice anhidra: Se encuentra dentro de las cámaras. Sirve para absorber la humedad del instrumento. Originalmente es de color azul y cuando está saturada de humedad es de color rojo. j. Base de Apoyo: Fija el instrumentó al poste o pilar.
Funcionamiento El actinógrafo funciona a través de placas sensibles que son herméticas, y de no serlo deben de ser cambiadas debido a que esto altera los datos tomados por este. Este instrumento esta calibrado con un instrumento patrón, a una determinada latitud, y es entonces cuando se va a trabajar a una latitud diferente de la calibración, necesita de un factor de corrección para aplicar a las lecturas. Cada
actinógrafo consta de un certificado de contraste que da el valor del factor por el cual hay que multiplicar las lecturas de acuerdo a la latitud y declinación aparente del sol. Para el actinógrafo o piranografo “FUESS” de registro semanal, un
milímetro cuadrado de la banda corresponde a 0.962 cal gr/cm2. Se multiplica el área comprendida por la curva, la línea cero y las ordenadas extremas por el número de minutos del intervalo (semana, día), considerado, obtendremos la radiación total recibida. Bueno el resumen del funcionamiento de este instrumentó comienza cuando la radiación actúa en los bimetales accionando a uno de sus extremos respecto con el otro que permanece fijo; la cuantía del movimiento dependerá de la radiación recibida que acciona en el sistema de palanca y la pluma para realizar la respectiva gráfica. Nunca la radiación sobrepasará la división 2.0 al/gr/cm2/min de la escala. La interconexión entre los bimetales negros y los situados inmediatamente debajo permite un reglaje que anula las descalibraciones originada por los cambios de temperatura.
Actinograma. Es el papel donde se registra la radiación solar. Su cambio se hace semanalmente los días lunes en la primera observación (7 am), se abre la puerta del norte, separamos la pluma graficadora por medio del tornillo maleteado del oeste, aflojamos la tuerca fijadora del tambor, sacamos el tambor, se presiona el fijador del diagrama y sacamos la gráfica. Luego el nuevo actinograma con las fechas anotadas lo enrollamos al tambor, se cuida que la puerta inferior de la banda se adopte en toda su longitud a la pestaña saliente que tiene el tambor y lo colocamos en su sitio mirando que los piñones engrampen. Giramos el tambor para hacer coincidir la pluma con la hora de esos momentos, apretamos la tuerca y dejamos lista para graficar, sino gráfica, de seguro le falta tinta, la colocamos.
Procedimiento para obtener la radiación global diaria La medida de insolación en un lugar y en un periodo de tiempo determinado se realiza mediante el planímetro de la banda de registro, el procedimiento es el siguiente:
Obtener el área (cm 2) del diagrama, del día cuya radiación se requiere determinar. Multiplicar el área por el factor de corrección mensual. Estos factores son remitidos por la casa constructora del aparato según la latitud y altitud del lugar de donde se va a trabajar. Multiplicar el producto obtenido por 100.
Ejemplo:
Área del diagrama (día: 24 de abril) : 5.2 cm 2 Factor de corrección de ese mes : 0.98124 Tendremos: 5.2x0.98124x100= : 510.24 Si se dese saber las cal/gr/cm2min : el resultado anterior se divide entre 720 que es el equivalente en minutos de 12 horas.
Factores de corrección para la estación C.P UNPRG Enero
: 1.00048
Febrero
: 1.00048
Marzo
: 1.00048
Abril
: 0.98124
Mayo
: 0.96200
Junio
: 0.95238
Julio
: 0.96200
Agosto
: 0.97162
Septiembre: 0.99086 Octubre: 1.00048 Noviembre: 1.00048 Diciembre: 0.99086
B. Heliógrafo Registra el tiempo de brillo solar durante un día. El principio de funcionamiento es una esfera de vidrio, que permite concentrar los rayos solares, al brillar el sol, estos se concentran y producen suficiente calor para quemar la banda de papel graduada cada 15 minutos que en forma radial está dispuesta a una distancia de 2 cm de la esfera de vidrio. Al ocultarse el sol, se retira la cinta de papel y se hace un cálculo del tiempo en el cual la cinta ha sido quemada. Muestra de una cinta, donde se observa la zona quemada, la misma que se utiliza para determinar el tiempo de brillo solar durante un día. Es llamado también el Campbell-Stockes. La duración de la insolación se determina concentrando los rayos solares sobre una banda constituida por una tira de cartulina que se quema en el punto en que se forma la imagen del sol.
Si la formación del foco fuera hecha a través de una lupa sería necesario desplazar ésta constantemente en función de las variaciones diurnas y estacionales de la posición del sol. Para evitar éste inconveniente se utiliza una esfera de vidrio. La banda de registro se coloca de forma apropiada sobre un soporte curvo, concéntrico con la esfera; así los rayos solares se concentran sobre ésa banda. Si el sol luce durante todo el día se forma sobre la banda una traza carbonizada continua. Si el sol brilla de forma intermitente, la traza quemada es discontinua. En este caso la duración de la insolación se determina sumando las longitudes de las partes carbonizadas.
Descripción El heliógrafo de Campbell-Stockes está constituido por una esfera de vidrio de 10 cm de diámetro montada concéntricamente en el interior de un casquete esférico, cuyo diámetro es tal que los rayos solares forman un foco muy intenso sobre una banda de cartulina encajada en unas ranuras del casquete. Este lleva tres pares de ranuras paralelas en las cuales se pueden alojar tres clases de bandas diferentes según sea la estación del año. El heliógrafo debe registrar permanentemente los periodos de insolación. Por lo tanto su emplazamiento ideal será donde pueda ser instalado sólidamente en un sitio despejado de todo obstáculo susceptible de interceptar los rayos solares en cualquier momento del día o del año.
Las bandas Según la época del año se utilizan tres tipos distintos de bandas, para el hemisferio norte: 1) Desde comienzos de marzo hasta mediados de abril y desde comienzos de septiembre hasta mediados de octubre (alrededor de cada equinoccio) se utilizan bandas rectas. Son llamadas bandas equinocciales y se acoplan a las ranuras centrales del soporte. 2) Desde octubre hasta fin de febrero se utilizan bandas curvadas cortas, que se colocan en las ranuras superiores. 3) El resto del año, de abril hasta agosto, se usan bandas curvadas medianas, colocadas entre las ranuras inferiores. En el hemisferio sur se invierte el uso de las bandas en los períodos definidos arriba.
Partes El Heliógrafo está conformado por: 1. Esfera: Es de vidrio compacto, apoyado en dos puntos tales que su recta de unión o eje de la esfera, prolongado en sus soportes, sea paralelo al eje del mundo. 2. Tornillo Maleteado: Que en su contorno presenta ranuras que dan facilidad para aflojar y apretar, orientado al sur (según el hemisferio). 3. Arco móvil: Que por un lado presenta una escala en grados (representa la latitud del lugar o la estación). 4. Arco fijo: Por un lado presenta un índice para hacerlo coincidir con los grados de la latitud de la estación o del hogar. 5. Porción de cazoleta: Llamado también semiesfera, que por su lado cóncavo presenta tres pares de guías (guías del norte, centro y sur) donde se colocan los heliogramas, así como también hay un índice para hacerlo coincidir con el número 12 del heliograma (12 horas). 6. Heliograma o Banda: Son cartulinas con baño de nitrato de plata (de color azul, negro, verde, morado, etc) para hacerlas activas a los rayos solares, donde se registran las horas del sol, son de diferentes ancho, longitud, curvatura. 7. Estilete: Es un tornillo que atraviesa la cazoleta, perfora la banda y evita sea cambiada de posición, pues la fija a la superficie cóncava de la cazoleta. 8. Base de Apoyo: Fija el instrumento al poste de apoyo o pilar. 9. Nivel: Para nivelar al instrumento, es de burbuja. Instalación Para que los rayos de sol alcancen el aparato sin impedimento alguno durante todo el día, éste se debe colocar orientado a mediodía. Se colocará con su base completamente firme y nivelada con una altura de un metro, sin alteración por influjo de temperatura, humedad, viento y trepidación. Se recomienda la sustentación de piedra fija, obras de fábrica f ijas o metal.
La esfera está montada concéntricamente dentro de un casquete esférico, sobre la que se coloca la cartulina. Las dimensiones del casquete y la esfera son tales que los rayos formen un foco muy intenso sobre la cartulina. La esfera se fija en un soporte cóncavo, hacia arriba, de forma esférica por medio de un par de tornillos. A la hora de colocar el aparato en su soporte hay que tener en cuenta dos ajustes: a. El casquete se debe colocar de forma que la línea media en sentido longitudinal de la banda equinoccial se halle en el plano del ecuador celeste. Para ello, haremos coincidir la latitud del lugar donde nos encontramos en la escala de latitudes de su montura con la marca situada a tal efecto. b. El plano vertical que contiene al centro de la esfera y a la señal de mediodía debe coincidir con el plano meridiano geográfico. Para comprobar este ajuste debemos comprobar que la imagen del sol al mediodía verdadero coincide con la marca de las 12 horas de la banda.
Funcionamiento La esfera tiene un radio conveniente tal que al llegar los rayos solares se concentran sobre la banda, ósea que el foco de la esfera estará sobre la banda, o sea que el foco del estará sobre la banda que será quemada cuando hay sol. Lectura de R egis tros
Primeramente se leerán en las horas completas, si el quemado de la banda es completa la lectura será fácil. Si se presenta intervalos se ayuda con un papel blanco marcado en este continuamente las fracciones quemadas y luego con las mismas bandas se ve las horas quemadas. Cada espacio horario se dividirá en 10 partes, de tal manera que la lectura se obtendrá en horas y décimas.
Forma de hallar el porcentaje de insolación diaria Para hallar el tanto por ciento de insolación hacemos una regla de tres simple, para lo cual adjuntamos una tabla donde figura la duración máxima de insolación diaria por mes que corresponde a cada estación de acuerdo a su latitud. Ejemplo: i.
La duración máxima de insolación diaria del mes de octubre para la estación de Lambayeque es 12.2.
ii.
12.2…………………………100% 2.8…………………………..X%
iii.
X=2.8*100/12.2 = 22.95 Por lo que en insolación se trabaja solo con enteros, el porcentaje de insolación en la Estación de Lambayeque del día de octubre que registra 2.8 horas del sol, será de 23% (por exceso).
MEDIDA DE LA RADIACIÓN CON EL PLANIMETRO
MESES DEL AÑO ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SETIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE
MEDIDA 2.3 4.1 3.8 5.1 5.4 3.0 2.4 3.0 4.0 3.0 3.7 4.1
REEMPLAZANDO VALORES EN LA FORMULA PARA CADA MES DEL AÑO IRS = FC X AREA X 100
ENERO IRS = FC X AREA X 100 IRS = 1.00048 X 2.3 X 100 IRS = 230.1104 /720 IRS = 0.319 cal/cm2 /min
FEBRERO IRS = FC X AREA X 100 IRS = 1.00048 X 4.1X 100 IRS = 410.1968 /720 IRS = 0.569 cal/cm2 /min
MARZO IRS = FC X AREA X 100 IRS = 1.00048 X 3.8 X 100 IRS = 380.1824/720 IRS = 0.528 .cal/cm2 /min
ABRIL IRS = FC X AREAX 100 IRS = 0.98124 X 5.1 X 100 IRS = 500.4324/720 IRS = 0.695 cal/cm2 /min
MAYO IRS = FC X AREA X 100 IRS = 0.96200 X 5.4 X 100 IRS = 519.48/720 IRS = 0.721 cal/cm2 /min
JUNIO IRS = FC X AREA X 100 IRS = 0.95238 X 3.0 X 100 IRS = 285.714/720 IRS = 0.397cal/cm2 /min
JULIO IRS = FC X AREA X 100 IRS = 0.96200 X 2.4 X 100 IRS = 230.88/720 IRS = 0.321 cal/cm2 /min
AGOSTO IRS = FC X AREA X 100 IRS = 0.97162 X 3.0 X 100 IRS = 291.486/720 IRS = 0.405 cal/cm2 /min
SETIEMBRE IRS = FC X AREA X 100 IRS = 0.99086 X 4.0 X 100 IRS = 396.344/720 IRS = 0.550 cal/cm2 /min
OCTUBRE IRS = FC X AREA X 100 IRS = 1.00048 X 3.0X 100 IRS = 300.144/720 IRS = 0.417 cal/cm2 /min
NOBVEMBRE IRS = FC X AREA X 100 IRS = 1.00048 X 3.7 X 100 IRS = 370.1776/720 IRS = 0.514 Cal/cm2 /min
DICIEMBRE IRS = FC X AREAX 100 IRS = 0.99086 X 4.1 X 100 IRS = 406.2526/720 IRS = 0.564 Cal/cm2 /min
RESULTADOS: MESES ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SETIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE
IRS(cal/cm2 /min) 0,319 0.569 0.528 0.695 0.721 0.397 0.321 0.405 0.550 0.417 0.514 0.564
REPRESENTACIÓN ESTADISTICA:
diciembre noviembre octubre septiembre agosto julio IRS(cal/cm2/min)
junio mayo abril marzo febrero enero 0
0.2
0.4
0.6
0.8
CONCLUSIONES
Podemos concluir que la radiación varían todos los meses unos con una mayor diferencia que otros con respecto a su intensidad El planímetro es un instrumento indispensable que nos permite calcular la radiación solar y asi poder llevar un control mas preciso al momento de tomar los datos.
LINKOGRAFIA
MANUAL DE INSTRUMENTAL METEOROLOGICO. Ing. UCEDA PESFIL, Guillermo, Lambayeque-Perú 2014. http://www.rumtor.com/heliografo.html http://es.scribd.com/doc/63894173/Rpte-heliografo http://www.buenastareas.com/materias/actinografo/0
