RADIACIÓN SOLAR La Radiación Solar es es la energía emitida por el sol, que se propaga en todas las direcciones a través del espacio mediante ondas electromagnéticas. Esta energía es el motor que determina la dinámica de los procesos atmosféricos y el clim clima. a. La ener energí gía a proc proced eden ente te del del sol sol es radi radiac ació ión n elec electr trom omag agné nétic tica a proporcionada por las reacciones del hidrógeno en el ncleo del sol por fusión nuclear y emitida por la superficie solar. El sol emite sol emite energía en forma de radiación de onda corta. !espués de pasar por la atmósfera, donde sufre un proceso de de"ilitamiento por la difusión, refle#ión en las nu"es y de a"sorción por las moléculas de gases $como el o%ono y el vapor de agua& y por partículas en suspensión, la radiación solar alcan%a la superficie terrestre oceánica y continental que la refle'a o la a"sor"e. La cantidad de radiación a"sor"ida por la superficie es devuelta en dirección al espacio e#terior en forma de radiación de onda larga, con lo cual se transmite calor a la atmósfera. •
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radiación directa. Es aquella que llega directamente del Sol Sol sin sin ha"er sufri sufrido do cam" cam"io io algu alguno no en su dire direcc cció ión. n. Este Este tipo tipo de radi radiac ació ión n se caracteri%a por proyectar una som"ra definida de los o"'etos opacos que la interceptan. radiación difusa. (arte de la radiación que atraviesa la atmósfera es refle'ada por las nu"es o a"sor"ida por éstas. Esta radiación, que se denomina difusa, va en todas direcciones, como consecuencia de las refle#iones y a"sorciones, no sólo de las nu"es sino de las partículas de polvo atmosférico, monta)as, ár"oles, edificios, el propio suelo, etc. Este tipo de radiación se caracteri%a por no producir som"ra alguna respecto a los o"'etos opacos interpuestos. Las superficies hori%ontales son las que más radiación difusa reci"en, ya que ven toda la "óveda celeste, mientras que las verticales reci"en menos porque sólo ven la mitad. radiación reflejada* La radiación refle'ada es, como su nom"re indica, aquella refle'ada por la superficie terrestre. La cantidad de radiación depende del coeficiente de refle#ión de la superficie, tam"ién llamado al"edo al"edo.. Las super superfic ficies ies hori%o hori%onta ntales les no reci"e reci"en n ningun ninguna a radiac radiación ión refle'ada, porque no ven ninguna superficie terrestre y las superficies verticales son las que más radiación refle'ada reci"en.
(ara (ara medi medirr la radi radiac ació ión n sola solarr se util utili% i%an an radi radióm ómet etro ross sola solare ress como como los los piranómetros o solarímetros y los pirheliómetros. Segn sus características pueden servir para medir la radiación solar glo"al $directa más difusa&, la directa $procedente del rayo solar&, la difusa, la neta y el "rillo solar.
IMPORTANCIA La radiación solar es la energía emitida por el sol, que se propaga en todas las direcciones a través del espacio mediante ondas electromagnéticas. Esa energía es el motor que determina la dinámica de los procesos atmosféricos y el clima. +edir la radiación solar es importante para un amplio rango de aplicaciones, en el sector de la agricultura o la ingeniería entre otros, destacándose el monitoreo del efecto en el crecimiento de las plantas, análisis de la evaporación e irrigación, arquitectura y dise)o de edificios, generación de electricidad, dise)o y uso de sistemas de calentamiento solar, implicaciones en la salud $p.e. cáncer de piel&, modelos de predicción del tiempo y el clima y muchas aplicaciones más.
OBJTI!OS onocer loa instrumentos que nos permiten identificar la cantidad de radiación solar en cada día, semana y mes en un determinado a)o
En el siguiente informe se descri"irá los elementos que nos ayudan a registrar la radiación solar.
ACTINÓ"RA#O Registra la radiación solar total, que llega a una superficie negra de - por / cm. El principio es que el calentamiento de una placa metálica pintada de negro, por efecto de la radiación solar incidente, produce un cam"io de temperatura, que es proporcional a la energía de la radiación que se ha convertido en calor en la placa originando el aumento de la temperatura. Estos cam"ios de temperatura, se miden con un termocupla y cuya se)al eléctrica activa una punta indicadora que grafica los cam"ios so"re una "anda de papel,
que ha sido dispuesta en un tam"or que gira a ra%ón de una vuelta por semana. Las curvas que se o"tienen, de"en ser integradas para determinar la cantidad de energía solar reci"ida durante un día.
INSTALACIÓN Se instala so"re un poste de madera o so"re una mampostería a la altura conveniente para que los rayos solares no sean interceptados desde la salida del sol en el hori%onte hasta su ocaso. uando la estación dispone de ha"itación para el "arómetro, como el caso de la Estación +eteorológica de la 01(R2, el actinógrafo se u"icará so"re la terra%a de dicha ha"itación. !e"e u"icarse de tal manera que las láminas sensi"les o "imestrales que queden orientadas en la dirección este3oeste. El aparato se colocará hori%ontalmente, para lo cual un nivel de "ur"u'a que presenta, nos permitirá conseguirlo. (ara evitar la posi"le caída o volteo de instrumento se colocará en una "ase metálica plana su'etada por los tornillos a la mariposa de pilar o fi'ación.
PARTS El instrumento consta de* a. Se$iesfera% es de cristal transparente, incoloro que prácticamente no a"sor"e ninguna radiación. ". Anill&s% 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. le$ent& Sensi'le% este elemento está dado por tres láminas "imetálicas negras que son im"ar $1i y acero& y co"re, rodeado de color "lanco que completa que completa la superficie de un circulo, el fin de la pintura "lanca es proteger sus "ordes de radiación difusa que pertur"aría la cali"ración del aparato, de"a'o de esto se encontraría otros tres "imetales. d. Siste$a de (alanca% transmite los movimientos sensi"les. e. Plu$a )raficad&ra% que se encarga de registrar so"re la "anda de radiación. f. Ta$'&r de rel&jer*a% u"icada en la parte inferior y que gura alrededor de su e'e semanalmente. g. Actin&)ra$a% se encuentra en el tam"or, es un papel especialmente dise)ado para hacer la gráfica. h. D&s c+$aras% una superior y otra inferior y van cu"iertas de malla de latón o "ronce. i. "el de s*lice an,idra% se encuentra dentro de las cámaras. Sirve para a"sor"er la humedad del instrumento. 4riginalmente es de color a%ul y cuando está saturada de humedad es de color ro'o. '. Base de A(&-&% fi'a el instrumentó al poste o pilar.
#NCIONAMINTO El actinógrafo funciona a través de placas sensi"les que son herméticas, y de no serlo de"en de ser cam"iadas de"ido a que esto altera los datos tomados por este. Este instrumento esta cali"rado con un instrumento patrón, a una determinada latitud, y es entonces cuando se va a tra"a'ar a una latitud diferente de la cali"ración, necesita de un factor de corrección para aplicar a las lecturas. ada 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. (ara el actinógrafo o piranografo 560ESS7 de registro semanal, un milímetro cuadrado de la "anda corresponde a /.89: cal gr;cm:. Se multiplica el área comprendida por la curva, la línea cero y las ordenadas e#tremas por el nmero de minutos del intervalo $semana, día&, considerado, o"tendremos la radiación total reci"ida. .
ACTINO"RAMA Es el papel donde se registra la radiación solar. Su cam"io se hace semanalmente los días lunes en la primera o"servación $< am&, se a"re la puerta del norte, separamos la pluma graficadora por medio del tornillo maleteado del oeste, aflo'amos la tuerca fi'adora del tam"or, sacamos el tam"or, se presiona el fi'ador del diagrama y sacamos la gráfica.
Luego el nuevo actinograma con las fechas anotadas lo enrollamos al tam"or, se cuida que la puerta inferior de la "anda se adopte en toda su longitud a la pesta)a saliente que tiene el tam"or y lo colocamos en su sitio mirando que los pi)ones enprampen. 2iramos el tam"or para hacer coincidir la pluma con la hora de esos momentos, apretamos la tuerca y de'amos lista para graficar, sino gráfica, de seguro le falta tinta, la colocamos.
/LIÓ"RA#O Es llamado tam"ién el amp"ell3Stoc=es. La duración de la insolación se determina concentrando los rayos solares so"re una "anda 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 despla%ar ésta constantemente en función de las variaciones diurnas y estacionales de la posición del sol. (ara evitar éste inconveniente se utili%a una esfera de vidrio.
La "anda de registro se coloca de forma apropiada so"re un soporte curvo, concéntrico con la esfera> así los rayos solares se concentran so"re ésa "anda. Si el sol luce durante todo el día se forma so"re la "anda una tra%a car"oni%ada continua. Si el sol "rilla de forma intermitente, la tra%a quemada es discontinua. En este caso la duración de la insolación se determina sumando las longitudes de las partes car"oni%adas.
DSCRIPCIÓN El heliógrafo de amp"ell3Stoc=es está constituido por una esfera de vidrio de / 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 so"re una "anda de cartulina enca'ada en unas ranuras del casquete. Este lleva tres pares de ranuras paralelas en las cuales se pueden alo'ar tres clases de "andas diferentes segn sea la estación del a)o. El heliógrafo de"e registrar permanentemente los periodos de insolación. (or lo tanto su empla%amiento ideal será donde pueda ser instalado sólidamente en un sitio despe'ado de todo o"stáculo suscepti"le de interceptar los rayos solares en cualquier momento del día o del a)o.
LAS BANDAS Segn la época del a)o se utili%an tres tipos distintos de "andas, para el hemisferio norte* a& !esde comien%os de mar%o hasta mediados de a"ril y desde comien%os de septiem"re hasta mediados de octu"re $alrededor de cada equinoccio& se utili%an "andas rectas. Son llamadas "andas equinocciales y se acoplan a las ranuras centrales del soporte. "& !esde octu"re hasta fin de fe"rero se utili%an "andas curvadas cortas, que se colocan en las ranuras superiores. c& El resto del a)o, de a"ril hasta agosto, se usan "andas curvadas medianas, colocadas entre las ranuras inferiores. En el hemisferio sur se invierte el uso de las "andas en los períodos definidos arri"a.
PARTS El ?eliógrafo está conformado por*
0. sfera% es de vidrio compacto, apoyado en dos puntos tales que su recta de unión o e'e de la esfera, prolongado en sus soportes, sea paralelo al e'e del mundo. 1. T&rnill& Maletead&% que en su contorno presenta ranuras que dan facilidad para aflo'ar y apretar, orientado al sur $segn el hemisferio&. 2. Arc& $ó3il% que por un lado presenta una escala en grados $representa la latitud del lugar o la estación&. 4. Arc& fij&% por un lado presenta un índice para hacerlo coincidir con los grados de la latitud de la estación o del hogar. 5. P&rción de ca6&leta% llamado tam"ién semiesfera, que por su lado cóncavo presenta tres pares de guías $guías del norte, centro y sur& donde se colocan los heliogramas, así como tam"ién hay un índice para hacerlo coincidir con el nmero : del heliograma $: horas&. 7. /eli&)ra$a & Banda% son cartulinas con "a)o de nitrato de plata $de color a%ul, negro, verde, morado, etc.& para hacerlas activas a los rayos solares,
donde se registran las horas del sol, son de diferentes ancho, longitud, curvatura.
8. stilete% es un tornillo que atraviesa la ca%oleta, perfora la "anda y evita sea cam"iada de posición, pues la fi'a a la superficie cóncava de la ca%oleta. 9. Base de A(&-&% fi'a el instrumento al poste de apoyo o pilar. :. Ni3el% para nivelar al instrumento, es de "ur"u'a.
INSTALACIÓN (ara que los rayos de sol alcancen el aparato sin impedimento alguno durante todo el día, éste se de"e colocar orientado a mediodía. Se colocará con su "ase completamente firme y nivelada con una altura de un metro, sin alteración por influ'o de temperatura, humedad, viento y trepidación. Se recomienda la sustentación de piedra fi'a, o"ras de fá"rica fi'as o metal. La esfera está montada concéntricamente dentro de un casquete esférico, so"re la que se coloca la cartulina. Las dimensiones del casquete y la esfera son tales que los rayos formen un foco muy intenso so"re la cartulina. La esfera se fi'a en un soporte cóncavo, hacia arri"a, de forma esférica por medio de un par de tornillos. @ la hora de colocar el aparato en su soporte hay que tener en cuenta dos a'ustes* a& el casquete se de"e colocar de forma que la línea media en sentido longitudinal de la "anda equinoccial se halle en el plano del ecuador celeste. (ara 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. "& El plano vertical que contiene al centro de la esfera y a la se)al de mediodía de"e coincidir con el plano meridiano geográfico. (ara compro"ar este a'uste de"emos compro"ar que la imagen del sol al mediodía verdadero coincide con la marca de las : horas de la "anda.
#NCIONAMINTO La esfera tiene un radio conveniente tal que al llegar los rayos solares se concentran so"re la "anda, ósea que el foco de la esfera estará so"re la "anda, o sea que el foco del estará so"re la "anda que será quemada cuando hay sol. !etalle de cómo se va haciendo la quemadura en la "anda
LCTRA D R"ISTROS
(rimeramente se leerán en las horas completas, si el quemado de la "anda es completa la lectura será fácil. Si se presenta intervalos se ayuda con un papel "lanco marcado en este continuamente las fracciones quemadas y luego con la misma "anda se ve las horas quemadas. ada espacio horario se dividirá en / partes, de tal manera que la lectura se o"tendrá en horas y décimas.
PLANIMTRO El planímetro fue inventado en AA9 por el apitán danés ?. (ryt%, reali%ada por el Bngeniero del Bnstituto 2eográfico Espa)ol, !. Cosé +a +anter, el planímetro es un instrumento que da el área comprendida dentro de líneas cuando la punta del mismo recorre el contorno, moviendo la punta tra%adora $o la lente& por el contorno de la figura, el área de ésta se puede leer directamente so"re la rueda medidora y su indicador.
onsta de las siguientes partes* 3 0n polo que se fi'a en su posición so"re el papel con una agu'a fina. 3 0n "ra%o polar, el cual se pivotea en un e#tremo so"re el polo y so"re el otro en la unidad integradora, 3 0n "ra%o tra%ador $que puede ser de longitud fi'a o varia"le& unido en un e#tremo a la unidad integradora y que en el otro e#tremo presenta el punto tra%ador o tra%ador óptico. 3 0na unidad de medición que consta de un disco integrador de acero endurecido so"re pivotes, onectado al e'e del disco, está un tam"or primario
dividido en // para o"tener lecturas de B;/// de revolución del disco integrador mediante una marca de índice o un vernier so"re un tam"or opuesto. 4tro indicador proporciona el nmero de revoluciones completas del disco.
La manera más recomenda"le de utili%ar un planímetro es con el polo fuera de la figura por medirse, el procedimiento para medir cualquier área es el siguiente*
.& olocar el polo fuera del área en tal posición que el punto tra%ador alcance cualquier parte del perímetro.
:.& Leer el vernier con el punto tra%ador so"re un punto conocido en el perímetro.
-.& +over el punto tra%ador en el sentido de las manecillas del relo' alrededor del perímetro hasta el punto conocido y leer de nuevo el vernier.
D.& La diferencia entre las dos lecturas, multiplicado por el factor de escala, proporciona el área. l área se calcula segn la ecuación*
A ; <. L !onde*
A F área < F escala del mapa L F lecturas del promedio con el planímetro, de la figura cuya área se desea conocer
G.& Repetir el procedimiento hasta o"tener - valores consistentes y considerar la media de estos.
0na de las condiciones para que esta técnica sea más precisa es que los "ra%os formen un ángulo casi recto al principiar la operación. Si por la forma de la figura estos quedaran a menos de DGH, sería preferi"le dividir la superficie en dos o más porciones y determinar cada su"área por separado, moviendo el polo del aparato cada ve% a una nueva posición.
En todos los planímetros el movimiento de la punta tra%adora ocasiona la rotación del tam"or y el nmero de revoluciones de esta depende de la distancia recorrida y del ángulo formado entre su e'e de rotación y la dirección del movimiento. Si la punta tra%adora se mueve en sentido al movimiento de l as manecillas de un relo', las lecturas van en aumento y si es al contrario, disminuyen.
MDICIÓN D INTNSIDAD D RADIACIÓN SOLAR CON L PLAN=MTRO
MSS DL A>O
MDIDA
NRO
2.4
#ACTOR D CORRCCIO N .///DA
#BRRO
2.7
.///DA
MAR?O
4.2
ABRIL
4.:
/.8A:D
MA@O
2.1
/.89://
JNIO
5.5
/.8G:-A
JLIO
4.
/.89://
A"OSTO
4.4
/.8<9:
STIMBR
1.8
/.88/A9
OCTBR
2.5
NO!IMBR
4.5
.///DA
DICIMBR
2.
/.88/A9
.///DA
.///DA
alculando el área en cada mes o"tenemos lo siguiente*
MSS DL A>O NRO NRO #BRRO
IRS ; #C area 0 MAR?O IRS ; 0.49 2.4 0 ABRIL IRS ; 24.0721 81 MA@O IRS ; .481 Calc$1$in JNIO
RSLTADOS 481 .5
#BRRO IRS ; #C area 0 .29: IRS ; 0.49 2.7 0 .779 IRS ; 27.0819 81 .419 IRS ; .5 Calc$1$in .819
JLIO MAR?O A"OSTO IRS ; #C area 0
.524 ABRIL .5:4 IRS ; #C area 0
IRS ; 0.49 4.2 0 STIMBR IRS ; 19.024481 OCTBR IRS ; .29: .Calc$1$in
IRS ; .:9014 4.: 0 .281 IRS ; 49.98781 .497 IRS ; .779 Calc$1$in
NO!IMBR DICIMBR
MA@O
IRS ; #C area 0 IRS ; .:71 2.1 0 IRS ; 28.9481 IRS ; .419 Calc$1$in JLIO IRS ; #C area 0 IRS ; .:71 4. 0 IRS ; 294.981 IRS ; .524 Calc$1$in STIMBR IRS ; #C ARA 0 IRS ; .::97 1.8 0 IRS ; 178.521181 IRS ; .281 Calc$1 $in NOB!MBR IRS ; #C ARA 0 IRS ; 0.49 4.5 0 IRS ; 45.10781 IRS ; .715 Calc$1 $in
.715 .402
JNIO
IRS ; #C area 0 IRS ; .:5129 5.5 0 IRS ; 512.9:81 IRS ; .819 Calc$1$in A"OSTO IRS ; #C area 0 IRS ; .:8071 4.4 0 IRS ; 418.501981 IRS ; .5:4 Calc$1$in OCTBR IRS ; #C ARA 0 IRS ; 0.49 2.5 0 IRS ; 25.07981 IRS ; .497 Calc$1 $in DICIMBR IRS ; #C ARA 0 IRS ; .::97 2. 0 IRS ; 1:8.15981 IRS ; .402 Calc$1 $in
RESULTADOS 0.8 0.73
0.7 0.67
0.63
0.6
0.59 0.53
0.5 0.47 0.4
0.5
0.49 0.43 0.39
0.41 0.37
0.3 0.2 0.1 0
CONCLSIONS •
La radiación solar no es igual en todos los meses o"servando la variación en las gráficas.
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Los equipos que hay hoy en día y la tecnología podemos conocer cuánto hay de radiación solar en cada mes.
LIN
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https*;;III.siac.gov.co;contenido;contenido.asp#J catB!F99/KconB!F<:http*;;foro.tiempo.com;medida3de3la3insolacion3el3heliografo3 t-8<<-./.html
