posición y movimiento del sol

RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea

dentro del Sexto Programa Marco

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1

Eva Roldán Saso

Grupo de Energía y Edificación

Posición y Movimiento del Sol

CURSO 2: Urbanismo Sostenible y diseño bioclimático 2009/10



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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

ÍNCIDE



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1.Trayectorias solares



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SPAIN1.1 Movimientos de la Tierra

• Coordenadas terrestres: Latitud y Longitud

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

Paralelos terrestres Meridianos terrestres



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• 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.




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• 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




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• Movimiento de Traslación

1 UA= 1,495· 108 Km

3 Abril

4 Octubre

1 UA

1 UA

• 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.




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• 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




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- 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.

- 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.

Solsticio Verano

δ = +23,5ºSolsticio Invierno

δ = - 23,5º

Equinoccio Primavera

δ = 0ºEquinoccio Otoño

δ = 0º

• El movimiento de Traslación & la Declinación produce 2

efectos:




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• 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




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• 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.




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• 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.




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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




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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?

Ejemplo de aplicación



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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.

• Hora oficial a partir de la hora solar:

1.2. Tiempo solar verdadero



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• Hora solar = 12 h

• Ec Tiempo (2 Febrero)= -14 min




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• Longitud lugar = + 1,05º (Oeste)

• Longitud meridiano huso = 0º

• Corrección de hora = +1h

(desde último domingo de octubre hasta último de Marzo)




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Hora oficial= 12 h -14 ´ + (1,05º - 0º) x 4´ + 1h=

= 13h -10´ + 12” =

12h 50’ 12’’

• Luego aplicando la fórmula con los valores anteriores:




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• 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

SU

RA

h

1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias



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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)




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• Diagrama cilíndrico:

• Proyección vertical de las trayectorias solares

• h vs A a lo largo del día y para distintos momentos del año




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A 30

º

h 58

º

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 solarA>0 Tras el medio día solar




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Latitud=40.5º

• Diagramas cilíndricos según la latitud :




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Latitud=70º




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Latitud=89.93º

http:// solardat.uoregon.edu/SunChartProgram.php




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• En los equinoccios de primavera y otoño (21 Marzo y 21 Septiembre) el día y la noche duran lo mismo




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• Solsticio invierno (21 Diciembre) La noche más larga• Solsticio verano (21 Junio) El día más largo




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• Sombras por obstáculos en la trayectoria solar:




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• Proyección horizontal de la bóveda celeste y trayectorias solares

• Diagrama estereográfico:

A<0 Antes del medio día solarA>0 Después del medio día solar




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A -

50º

h

50º

Ej: Para una L=40º, h y A el 16 de abril a las 10 am (hora solar)




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Hemisferio

Norte

Hemisferio

Sur




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• 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)




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SPAIN1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias



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http://solar beam.sourceforge.net/




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• Sombras por obstáculos en la trayectoria solar:




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Fin



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2. Medidas de Radiación



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SPAIN2.1. Conceptos Básicos

• 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/m2)

Radiación solar (H) Energía incidente por unidad de superficie (KWh/m2)

Integración de la irradiancia durante un cierto periodo de tiempo

• 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



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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/m2

Superficie terrestre 1000 W/m2

Reflejada

Absorbida

Reflejada

DirectaDifusa

2.1. Conceptos Básicos



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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 )




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• La radiación que finalmente llega a la superficie de la tierra se

clasifica en Radiación Directa (HD), difusa (Hd) y reflejada (Hr)

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




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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)

• Para obtener series de datos de Radiación Solar:

2.2. Obtención de datos de Radiación



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1- Estaciones meteorológicas: Equipos Radiométricos




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Día despejado

Piranómetro Piranómetro de difusa Piroheliómetro




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Día con nubes




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• IDAE: Datos tabulados de Energía que incide sobre un metro cuadrado de superficie

horizontal (Radiación sobre horizontal en MJ/m2) en un día medio de cada mes y

también la media anual

2- Tablas de Radiación y Atlas Solares

1 kWh= 3,6 MJ




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• IDAE: Atlas de Radiación (Mapas de isolíneas)




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• PVGIS: http://re.jrc.ec.europa.eu/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:

http://www.meteonorm.com/pages/en/meteonorm.php

- 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


http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/






















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• 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.




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Fin

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