Posición y Movimiento del Sol

Transcripción

1 Posición y Movimiento del Sol Eva Roldán Saso Grupo de Energía y Edificación CURSO 2: Urbanismo Sostenible y diseño bioclimático 2009/10 1

2 ÍNCIDE 1. Trayectorias Solares 1.1 Movimientos de la Tierra 1.2 Tiempo Solar Verdadero 1.3 Coordenadas Solares y Trayectorias 2. Medidas de Radiación 2.1 Conceptos Básicos 2.2 Obtención de Datos de Radiación

3 1.Trayectorias solares

4 1.1 Movimientos de la Tierra Coordenadas terrestres: Latitud y Longitud Paralelos terrestres Meridianos terrestres Para localizar un punto en la superficie terrestre (ciudad), se necesitan 2 coordenadas: - Longitud distancia (en º) desde el punto hasta el meridiano 0 (Greenwich). longitud E (al este de Greenwich) / longitud O (al oeste de Greenwich) - Latitud distancia (en º) desde el punto hasta el paralelo del Ecuador. latitud N (en el Hemisferio Norte) / latitud S (en el Hemisferio Sur) Ej: Madrid está a 40º latitud N y 5º longitud O

5 1.1 Movimientos de la Tierra Movimientos terrestres: Rotación y Traslación La Tierra tiene 2 movimientos principales: Rotación y Traslación: - M. Rotación la Tierra gira sobre sí misma con el eje inclinado, da una vuelta completa de Oeste a Este, cada 24 h (23 h y 56 min) -M. Traslación a la vez que gira sobre sí misma da vueltas alrededor del Sol, tarda 365 días 5 horas 48 minutos y 46 segundos en dar una vuelta completa.

6 1.1 Movimientos de la Tierra Movimiento de Rotación La velocidad de rotación depende del punto donde estés ubicado (latitud). Es máxima en el Ecuador, paralelo mayor, (1.667 km/h) y disminuye hacia los polos, donde es nula. El movimiento de Rotación tiene una serie de consecuencias, algunas son: - La sucesión del día y la noche - El movimiento aparente de los astros y del Sol en el cielo en sentido de E a O - El achatamiento de los polos - El Efecto Coriolis o desvió de la trayectoria de los cuerpos que se mueven sobre la superficie terrestre

7 1.1 Movimientos de la Tierra Movimiento de Traslación Órbita Es el camino que recorre la Tierra alrededor del Sol Plano de la Eclíptica Es el plano que describe la órbita terrestre alrededor del Sol. El Sol no está exactamente en el centro, tiene una pequeña excentricidad, es un plano elíptico, el Sol está en uno de sus focos. 3 Abril 1 UA 1 UA= 1, Km 1 UA 4 Octubre

8 1.1 Movimientos de la Tierra Movimiento de Traslación Declinación Ángulo formado por el rayo solar y el plano del ecuador, varía a lo largo del año (-23,5º y +23,5º). Lo que permanece constante a lo largo del año es el ángulo formado por el eje de rotación y el plano de la eclíptica

9 1.1 Movimientos de la Tierra El movimiento de Traslación & la Declinación produce 2 efectos: - Las estaciones del año La Tierra gira con el eje inclinado, esto hace que los rayos del Sol lleguen con distinta inclinación según el momento del año, calentando la Tierra con distinta intensidad y generando las distintas estaciones. Solsticio Verano δ = +23,5º Equinoccio Primavera δ = 0º Equinoccio Otoño δ = 0º Solsticio Invierno δ = - 23,5º - La distinta duración del día y la noche Cuando en el HN es verano (días más largos) en el HS es invierno (días más cortos). En los equinoccios de primavera y otoño, el día dura lo mismo que la noche.

10 1.1 Movimientos de la Tierra La duración de un día solar varía a lo largo del año por superposición de 2 efectos: 1) Órbita elíptica: la Tierra circula más rápido cuando se acerca al Sol y más despacio cuando se aleja de él 2) Declinación: varía entre -23,5º y +23,5º Hora solar Hora oficial

11 1.1 Movimientos de la Tierra Hora solar verdadera: - Hora dada por el movimiento diario aparente del Sol (hora de los relojes de sol). - Es un tiempo local ya que depende de la longitud geográfica del lugar de observación, todos los puntos con la misma longitud, independientemente de su latitud, tendrán igual TSV. Hora oficial: - Hora que indican los relojes que usamos. - El sistema de referencia establece husos horarios, 24 partes en que se divide la tierra en forma de meridianos cada 15º de longitud dentro de los cuales es la misma hora. Los husos se definen en base a las fronteras de los países y regiones y su delimitación puede llegar a ser bastante irregular.

12 1.1 Movimientos de la Tierra Si pasamos de un huso horario a otro se produce cambio de hora, si vamos en dirección Este se adelanta y en dirección Oeste se atrasa, tantas horas como husos se atraviesen.

13 1.1 Movimientos de la Tierra Hora oficial= Hora solar verdadera (reloj de sol) + Ecuación de tiempo (ecuación o gráfico) + ( L del lugar - L del meridiano central del huso*) x 4 (min) + (2 horas de abril a octubre ó 1 hora el resto del año) (*) L=Longitud, en grados (º), y negativa si es Longitud este. Ecuación del Tiempo Longitudes

14 Ejemplo de aplicación Ej: El 2 de Febrero en Zaragoza (Longitud 1,05º Oeste) cuando miré un reloj de Sol indicaba en ese momento las 12:00 h en punto. Qué hora marcaba mi reloj digital cuando lo miré acto seguido?

15 1.2. Tiempo solar verdadero Hora oficial a partir de la hora solar: Hora oficial= Hora solar verdadera (reloj de sol) + Ecuación de tiempo (ecuación o gráfico) + ( L del lugar - L del meridiano central del huso*) x 4 (min) + (2 horas de abril a último domingo de octubre ó 1 hora el resto del año) (*) En grados, y negativa si es longitud este.

16 1.2. Tiempo solar verdadero Hora solar = 12 h Ec Tiempo (2 Febrero)= -14 min

17 1.2. Tiempo solar verdadero Longitud lugar = + 1,05º (Oeste) Longitud meridiano huso = 0º Corrección de hora = +1h (desde último domingo de octubre hasta último de Marzo)

18 1.2. Tiempo solar verdadero Luego aplicando la fórmula con los valores anteriores: Hora oficial= 12 h (1,05º - 0º) x 4 + 1h= = 13h = 12h 50 12

19 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias h A SU R Altura solar (h) Ángulo (º) formado entre el plano horizonte hasta lo posición del Sol Azimut (A) Ángulo (º) que forma el plano vertical que contiene al Sol y el Sur del plano horizonte

20 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias Diagramas solares: Representación en 2D de las trayectorias solares a lo largo del día, para distintos momentos del año y para una Latitud concreta. Cilíndrico Estereográfico Para cada Latitud se necesita un diagrama distinto: - Datos de entrada Fecha y Hora Solar - Datos obtenidos altura solar (h) y azimut (A)

21 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias Diagrama cilíndrico: Proyección vertical de las trayectorias solares h vs A a lo largo del día y para distintos momentos del año

22 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias Ej: Para una L=40º, h y A el 21 de agosto a la 1 pm (hora solar): Por convenio: A<0 Antes del medio día solar A>0 Tras el medio día solar A 30 º h 58 º

23 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias Diagramas cilíndricos según la latitud : Latitud=40.5º

24 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias Latitud=70º

25 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias Latitud=89.93º solardat.uoregon.edu/sunchartprogram.php

26 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias En los equinoccios de primavera y otoño (21 Marzo y 21 Septiembre) el día y la noche duran lo mismo

27 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias Solsticio invierno (21 Diciembre) La noche más larga Solsticio verano (21 Junio) El día más largo

28 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias Sombras por obstáculos en la trayectoria solar:

29 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias Diagrama estereográfico: Proyección horizontal de la bóveda celeste y trayectorias solares A<0 Antes del medio día solar A>0 Después del medio día solar

30 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias Ej: Para una L=40º, h y A el 16 de abril a las 10 am (hora solar) A - 50º h 50º

31 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias Hemisferio Norte Hemisferio Sur

32 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias Diagramas estereográficos según la Latitud En los países que se encuentran en la línea del ecuador L=0º, no se distinguen las estaciones, y los días duran igual que las noches (12h)

33 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias

34 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias

35 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias

36 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias beam.sourceforge.net/

37 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias Sombras por obstáculos en la trayectoria solar:

38 Fin

39 2. Medidas de Radiación

40 2.1. Conceptos Básicos Para dimensionar y colocar de forma adecuada paneles solares es imprescindible: - Conocer la posición del Sol (Trayectorias solares a lo largo del año) - Conocer la radiación solar del lugar Irradiancia y Radiación: La Radiación procedente del Sol puede medirse en términos de potencia o de energía según se quiera obtener la cantidad de energía incidente en un periodo de tiempo o de forma instantánea: Irradiancia solar (I) Potencia incidente por unidad de superficie (kw/m 2 ) Radiación solar (H) Energía incidente por unidad de superficie (KWh/m 2 ) Integración de la irradiancia durante un cierto periodo de tiempo

41 2.1. Conceptos Básicos La Radiación Solar que llega a la superficie Terrestre es menor que la que llega a la superficie de la atmósfera, debido a procesos de atenuación: - Dispersión (gases y partículas) - Reflexiones - Absorción (moléculas y gases) Superficie de incidencia Irradiancia Exterior atmósfera 1367 W/m 2 Superficie terrestre 1000 W/m 2 Reflejada Absorbida Directa Reflejada Difusa

42 2.1. Conceptos Básicos La intensidad de Radiación sobre la superficie horzontal depende: - Condiciones climáticas (nubes, partículas, gases absorbentes..) - La altura solar h = f ( latitud lugar, día del año, hora del día )

43 2.1. Conceptos Básicos La radiación que finalmente llega a la superficie de la tierra se clasifica en Radiación Directa (H D ), difusa (H d ) y reflejada (H r ) Tipo de superficie albedo Nieve recién caída 0.9 Nieve aplastada 0.6 Suelo desnudo 0.15 a 0.25 Praderas 0.25 a 0.75 Mar en verano 0.05 Mar en invierno 0.1 Directa + Difusa Difusa

44 2.2. Obtención de datos de Radiación Para obtener series de datos de Radiación Solar: 1- Estaciones meteorológicas cercanas al lugar de estudio (medidas con Equipos Radiométricos) 2- Tablas de Radiación y Atlas Solares de Libros o Páginas web 3- Modelos Matemáticos (Softwares)

45 2.2. Obtención de datos de Radiación 1- Estaciones meteorológicas: Equipos Radiométricos

46 2.2. Obtención de datos de Radiación Día despejado Piranómetro Piranómetro de difusa Piroheliómetro

47 2.2. Obtención de datos de Radiación Día con nubes

48 2.2. Obtención de datos de Radiación 2- Tablas de Radiación y Atlas Solares IDAE: Datos tabulados de Energía que incide sobre un metro cuadrado de superficie horizontal (Radiación sobre horizontal en MJ/m 2 ) en un día medio de cada mes y también la media anual Page 48 1 kwh= 3,6 MJ

49 2.2. Obtención de datos de Radiación IDAE: Atlas de Radiación (Mapas de isolíneas) Page 49

50 2.2. Obtención de datos de Radiación PVGIS: - Ofrece mapas de radiación de Europa y África - Indica valores de temperatura, radiación mensual media, horizontal, a cualquier inclinación, distribución diaria, relación entre radiación directa y global.. Meteonorm: - Ofrece la posibilidad de consultar valores on-line - La versión completa es un software - Calcula valores medios diarios de T y radiación sobre cualquier plano Page 50

51 2.2. Obtención de datos de Radiación Page 51

52 2.2. Obtención de datos de Radiación La cantidad de Radiación solar captada en una superficie depende de varios factores: - La posición del Sol = f(latitud lugar, día del año, hora del día) - Condiciones climáticas (nubes, partículas, gases..) - Orientación del plano (N,S,E,O) - Inclinación sobre la horizontal (30º,40º,60º, 90º) Inclinación más adecuada para captar energía solar: - En los meses de verano interesa poca inclinación - En los meses de invierno gran inclinación - Para captar todo el año inclinación igual a la Latitud del lugar Ej: Zaragoza, superficie plana inclinada y orientada al S: - La máxima captación en verano se produce a inclinación =0º disminuyendo al aumentarla - En invierno, lo contrario, interesan altas inclinaciones.

53 Fin