: Variación De Radiación Solar Directa Con La Elevación (h)

PRÁCTICA DE LABORATORIO N°3

I.-RESUMEN:

En la práctica de laboratorio realizada se determinó la variación de la radiación solar directa con respecto a una elevación (h) sobre el nivel del mar, así mismo se realizó la gráfica radiación solar directa (I.) y altura (h) con las interpretaciones respectivas. Para obtener la radiación solar directa con respecto a cada altura entre 0 y 9 km los cálculos respectivos se realizaron con la siguiente ecuación:

(z,h) = I₀ . (1 – a.h) . e^(〖-c(sec⁡〖z)〗〗^s ) + I₀.a.h ,

II.-OBJETIVOS

Determinar la radiación solar con una elevación (h) entre 0 y 9 km.

Analizar las gráficas obtenidas con sus respectivas interpretaciones.

III.-FUNDAMENTO TEÓRICO

RADIACIÓN SOLAR

Es la cantidad de energía procedente del Sol que se recibe en una superficie y en un tiempo determinado. Su intensidad depende de la altura solar, condiciones atmosféricas y altura sobre el nivel del mar. La radiación so lar se mide normalmente con un instrumento denominado piranómetro.

RADIACIÓN SOLAR EN LA TIERRA

No toda la radiación proveniente del sol y del espacio exterior llega hasta la superficie terrestre de manera inalterada. De hecho menos de una tercera parte lo hace. En ello la atmósfera terrestre juega un papel fundamental, al funcionar como un filtro que tamiza buena parte de esa radiación e incluso como un escudo protector contra las radiaciones que resultan más peligrosas para los seres vivos.

Para entender la forma en que la atmósfera interactúa con la radiación exterior podemos establecer dos grandes aproximaciones. La primera y más simple considera las cantidades proporcionales de radiación que es reflejada, absorbida, y dispersada por la atmósfera, mientras que la segunda, más compleja, describe los cambios en la distribución espectral de la radiación solar provocados por los diferentes componentes de la atmósfera.

Sin embargo una comprensión más amplia de la incidencia de la radiación solar sobre la superficie terrestre implica considerar las variaciones en su intensidad debidas a la ubicación geográfica, la fecha y el momento del día. Incluso, resulta importante comprender cómo la intensidad de la radiación solar sobre un plano dependerá en gran medida del ángulo entre dicho plano y la dirección de los rayos solares.

La parte superior de la atmósfera recibe una cantidad de energía solar equivalente a 1,367 W/m2, parámetro que se conoce como insolación o constante solar. Sin embargo, debido a que en un momento dado solo la mitad de la esfera terrestre se encuentra expuesta a la radiación solar, ese valor suele dividirse entre 4 para obtener una radiación incidente promedio de 342 W/m2. Esa energía se distribuye de la siguiente manera, también en valores promedio:

77 W/m2 (22%) es reflejada de nuevo al espacio por la atmósfera.

67 W/m2 (20%) es absorbida por la atmósfera.

198 W/m2 (58%) atraviesa la atmósfera y llega a la superficie terrestre, aproximadamente la mitad (29%) como radiación difusa (por efecto de la misma atmósfera) y la otra mitad (29%) como radiación directa (que atraviesa la atmósfera prácticamente sin interferencia).

Ahora bien, de los 198 W/m2 que llegan a la superficie terrestre, tanto en forma de radiación difusa como directa, 30 W/m2 (9%) son reflejados y 168 W/m2 (49%) son absorbidos por la misma.

TIPOS DE RADIACIÓN SOLAR:

En función de cómo reciben la radiación solar los objetos situados en la superficie terrestre, se pueden distinguir estos tipos de radiación:

Radiación Solar Directa

Es la radiación que llega directamente del Sol sin haber sufrido cambio alguno en su dirección. Este tipo de radiación se caracteriza por proyectar una sombra definida de los objetos opacos que la interceptan.

Radiación Solar Difusa

Una parte de la radiación que atraviesa la atmósfera es reflejada por las nubes o absorbida por éstas. Esta radiación, llamada difusa, va en todas direcciones, efecto producido por las reflexiones y absorciones, no sólo de las nubes sino de las partículas de polvo atmosférico, montañas, árboles, edificios, el propio suelo, etc. Este tipo de radiación se caracteriza por no producir sombra alguna respecto a los objetos opacos interpuestos. Las superficies horizontales son las que más radiación difusa reciben, ya que ven toda la bóveda celeste, mientras que las verticales reciben menos porque sólo ven la mitad.

Radiación Solar Reflejada

Este tipo de radiación solar es la que refleja la superficie terrestre. La cantidad de radiación depende del coeficiente de reflexión de la superficie, también llamado albedo. Las superficies horizontales no reciben ninguna radiación reflejada, porque no ven ninguna superficie terrestre y las superficies verticales son las que más radiación reflejada reciben.

Radiación Solar Global

La radiación solar global es la radiación total. Esta constituye la suma de las tres radiaciones anteriormente nombradas.

En un día despejado, la radiación directa es preponderante sobre la radiación difusa. Por el contrario, en un día nublado no hay radiación directa y la totalidad de la radiación que incide es difusa.

La energía solar es la energía radiante producida en el Sol como resultado de reacciones nucleares de fusión; Llega a la Tierra a través del espacio en cuantos de energía llamados fotones, que interactúan con la atmósfera y la superficie terrestres. La intensidad de la radiación solar en el borde exterior de la atmósfera, si se considera que la Tierra está a su distancia promedio del Sol, se llama constante solar, y su valor medio es 1,37 × 106 erg/s/cm2, o unas 2 cal/min/cm2. Sin embargo, esta cantidad no es constante, ya que parece ser que varía un 0,2% en un periodo de 30 años. La intensidad de energía real disponible en la superficie terrestre es menor que la constante solar debido a la absorción y a la dispersión de la radiación que origina la interacción de los fotones con la atmósfera.

La intensidad de energía solar disponible en un punto determinado de la Tierra depende, de forma complicada pero predecible, del día del año, de la hora y de la latitud. Además, la cantidad de energía solar que puede recogerse depende de la orientación del dispositivo receptor.

ALTITUD DEL SOL

La altitud del Sol, es decir, el ángulo entre los rayos solares y el plano tangente a la superficie terrestre, también tiene un efecto importante en la distribución de radiación solar incidente en la Tierra. Mientras más grande sea la altitud del Sol (es decir, mientras más

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