2.2. radiación solar - pontificia universidad católica ... · δ = declinación solar φ =...

ICH 3202 - HIDROLOGÍA E. VARAS

2.2. Radiación Solar

2.2.1 Física de la radiación

2.2.2 Radiación Solar Incidente

2.2.3 Radiación de Onda Larga

2.2.4 Balance Energético de la Tierra

2.2-1Pontificia Universidad Católica de Chile


Radiación Solar

Constante solar : Flujo de energía que atraviesauna superficie unitaria colocadaperpendicularmente a los rayossolares en los confines de la atmósfera, cuando la Tierra seencuentra a la distancia mediadel Sol (149 x 106 Km)

Valores :2 ± 0,04 cal / min / cm2

1390 W / cm2

1200 Kcal / m2 / hr



Distribución Espectral de la Radiación Solar



Radiación Solar Incidente


43%17%

40%

Reflejada por atmósferaAbsorbida por polvo, vapor agua, nubesAlcanza superficie terrestre


Radiación Solar Incidente (QS)

S0 = Constante solar

= Razón entre distancia media y actual entre el Sol y la Tierra

β = Ángulo entre rayos solares y vector perpendicular al plano considerado


Q = S dd

cos S 0

2

β

dd


Distancia al Sol

D = Día en el calendario juliano(1º Enero = 1 ; 31 Diciembre = 365)


dd

= 1 - 0,0167 cos 360365

D

−2 2


Ángulo Beta

δ = Declinación solarφ = Latitud del lugarh = Ángulo solar horarioa = Azimut plano con respecto al nortei = Inclinación del plano con respecto a la

horizontal


[]][

cos = cos - sen cos h cos a sen i

- sen h sen a sen i + cos cos h cos i

+ sen cos cos a sen i + sen cos i

β δ φ

φ

δ φ φ


Pontificia Universidad Católica de Chile


Declinación Solar

Declinación solar :Ángulo del eje de la Tierra conlos rayos solares (grados)

Ángulo horario : Ángulo formado por el meridiano que pasa por el Sol yel meridiano del lugar.


365D + 284

+ 360sen 23,45 = δ


Salida y Puesta del Sol

φ = Latitudδ = Declinación solarH = Ángulo con respecto a la vertical

(1 hr = 15º)


( )H = arc cos - tan tan ± φ δ


Insolación Diaria


( )[

( )

( )

( )

I = S

r t - t sen sen

+ 12

cos cos sen - sen

= T 12 15

r = 1 + 0,017 cos 2 365

186 - D

02 2 1

2 1

S

δ φ

πδ φ τ τ

τ

π

± ⋅


Radiación Solar

Medición :

Radiación Solar Global ActinógrafoHoras de Sol Heliógrafo

Relación entre radiación global y horas de sol

Q = Radiación solar globalQ0 = Radiación global solar teórica en los confines

de la atmósferan = Horas de solN = Horas de sol teóricas

A : 0,28 - 0,54 (0,35)B : 0,46 - 0,72 (0,609


QQ

= A + B nN0


Tabla 2.1 : Constantes determinadasexperimentalmente para la ecuación de radiación


Fuente Ubicación Coeficiente Latituda b

von Wijk (1963) Versalles, Francia 0,23 0,50 49º N

Tanner et al. (1960) Wisconsin, U.S.A. 0,18 0,55 43º Nde Vries (1958) Deniliquin, Australia 0,27 0,54 36º SPrescott (1940) Camberra, Australia 0,25 0,54 35º SBlack et al. (1954) Dry Creek, Sudáfrica 0,30 0,50 35º S

Page (1961) Capetown, S. Africa 0,20 0,59 34º SGlover et al. (1958) Durban, S. Africa 0,25 0,50 30º SGlover et al. (1958) Pretoria, S. Africa 0,25 0,50 26º SGlover et al. (1958) Windhoek, S.W. Africa 0,26 0,52 23º S

Page (1961) Tananarive, Madagascar 0,30 0,48 19º SFitzpatrick (1965) Kimberley, S. Africa 0,33 0,43 16º SCockett et al. (1964) Africa Central 0,32 0,47 15ºS

Black et al. (1954) Batavia (Djakarta) 0,29 0,59 6º SPage (1961) Kinshasa, Zaire 0,21 0,52 4º SGlover et al. (1958) Kabete, Kenia 0,24 0,59 1º SRijks et al. (1964) Kampala, Uganda 0,24 0,46 0º

Black et al. (1954) Trópicos a polos 0,23 0,48Glover y McCulloch (1958) 0º - 60º 0,29 cosφ 0,52Hounam (1963) Australia, 12-43º S 0,26 0,50Page (1961) 40º N - 40º S 0,23 0,52

Drummond y Kirsten (1951) Capetown, S. Africa 0,29 0,50 34º SBlak et al. (1954) Salt Lake City, U.S.A 0,20 0,47 41º N


Radiación registrada en Santiago y Pullinque


010

020

030

040

050

060

070

0

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Meses

Rad

iaci

ón G

loba

l (c

al c

m-2

día

-1)

Santiago (I-X), Cerro Calán (XI-XII) Pullinque

2.2-16


Radiación de Onda Larga

Todo cuerpo caliente emite radiación de ondalarga. La atmósfera, la superficie de la Tierra y lavegetación emiten radiación de onda larga.

Radiación neta :

Ta = Ttemperatura aire (absoluta)T = Temperatura superficie (absoluta)A = Albedoσ = constante = 0,826 x 10-10 cal cm-2 min-1 ºK-4

e = Presión de vapor (mb)


( )R = 1 - A E T - E T l a a4 4σ σ

( )E = 0,70 + 5,95 10 e exp 1500

T

E 1

a-5

a

≈


Valores de Albedo

Superficie A

Agua 0,03 - 0,40Suelo 0,15 - 0,30Arena 0,35 - 0,40Roca 0,12 - 0,15Nieve 0,40 - 0,85Pasto 0,25Bosques 0,15 - 0,20



Balance térmico


13

2

4

7

5

6

8

1011 9

12

13

Radiación solar global (900 cal/cm2/día)Radiación solar recibida por el suelo (450)Radiación solar reflejada (400)Radiación solar reflejada por el suelo (70)Radiación solar absorbida por la atmósfera (120)Emisión térmica del suelo (930)Emisión directa del suelo al espacio (230)Absorción en la atmósfera de la emisión del suelo (700)Reflexión de la radiación atmosférica (45)Transformación en energía cinética (25)Pérdidas por evaporación de agua (210)Radiación térmica de la atmós. y de las nubes al suelo (830)Radiación térmica de la atmósfera al espacio (270)

123456789

10111213

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