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GEOMETRÍA SOLAR
Declinación (δ)
GEOMETRÍA SOLAR
 
año
el
en
día
del
número
:
n
donde
360
370
80
n
seno
45
.
23
ó
n
284
365
360
seno
45
.
23





 













Declinación:
Equinoccios
Solsticios
RADIACIÓN SOLAR
GEOMETRÍA SOLAR
             
n
declinació
:
latitud
:
)
24
360
(hr
horario
ángulo
:
altitud
:
zenith
:
donde
seno
seno
cos
cos
cos
seno
cos
z
z
















Zenith
GEOMETRÍA SOLAR
     
 
   
 
mañana
la
en
negativo
es
seno
seno
cos
cos
seno
cos
seno
s
z
s










Azimut (ψs)
GEOMETRÍA SOLAR
    


44
.
20
202
284
365
360
seno
45
.
23
n
284
365
360
seno
45
.
23
n
Declinació


















Determine la hora local de salida del sol y puesta del sol en una localidad
ubicada en los 40.78º de latitud norte y 73.97º de longitud oeste el día 21
de julio. Calcule además el azimuth solar a la salida y puesta del sol
Solución:
El 21 de julio es el día n = 202 del año
La hora a la cual ocurre la salida y puesta del sol se obtiene de la
ecuación del zenith poniendo θz=90º (α=0o) y resolviendo para ω, lo que resulta:
   
 
min)
15
y
h
(19
19.25
7.25
12
las
a
es
sol
del
puesta
La
minutos)
45
y
h
(4
4.75
7.25
-
12
las
a
es
sol
del
salida
La
h
25
.
7
360
24
7
.
108
7
.
108
78
.
40
tan
44
.
20
tan
cos 1
s









 




GEOMETRÍA SOLAR
   
 
sol
del
caída
sol
del
salidad
5
.
62
90
sin
7
.
108
sin
44
.
20
cos
sin o
o
1
s












 


   
  









 
z
1
s
seno
seno
cos
seno
Azimut
Problema 2 (continuación)
GEOMETRÍA SOLAR
   
 
hr
92
.
11
2
5.96
es
solar
día
del
duración
La
1
.
87
90
sin
5
.
89
sin
82
.
2
cos
sin
Azimut
o
o
1
s













 


   
 
minutos)
57
y
h
(17
17.96
5.96
12
las
a
es
sol
del
puesta
La
)
minutos
2
y
h
(6
6.04
5.96
-
12
las
a
es
sol
del
salida
La
h
96
.
5
360
24
5
.
89
5
.
89
10
tan
82
.
2
tan
cos 1
s










 




Determine la hora local de salida del sol y puesta del sol en una localidad
ubicada en los 10o de latitud norte y 73.97º de longitud oeste el día 21 de
julio. Calcule además el azimuth solar a la salida y puesta del sol
RADIACIÓN SOLAR
Periheliómetro: Permite evaluar la radiación
directa
Piranómetro: permite evaluar tanto la radiación
directa como la difusa
RADIACIÓN SOLAR
Sol: cuerpo negro a temperatura T = 5762 K
Constante solar ( Isc=1367 W/m2) : energía solar por
unidad de tiempo que incide perpendicularmente sobre una
superficie unitaria colocada fuera de la atmósfera terrestre
colocada a una distancia del sol igual a la distancia
promedio Sol-Tierra
Distancia promedio Sol-Tierra 1.496 108 km
RADIACIÓN SOLAR














365
n
360
cos
033
.
0
1
I
I
Tierra
la
a
llega
que
Radiación
sc
0
 
 
 
























Zenith
:
extinción
de
e
coeficient
:
B
m
Altitud
0001184
.
0
exp
p
p
donde
cos
B
p
p
exp
A
I
atmósfera
la
de
Efecto
Z
0
z
0
DN
RADIACIÓN SOLAR
Datos para determinar IDN
Datos para declinación promedio
mensual
Día declinación δ(º) A (W/m2) B C día número
enero (21) -20.0 390 0.142 0.058 enero (17) 17
febrero (21) -10.0 385 0.144 0.060 febrero (15) 46
marzo (21) 0.0 376 0.156 0.071 marzo (17) 76
abril (21) 11.6 360 0.180 0.097 abril (15) 105
mayo (21) 20.0 350 0.196 0.121 mayo (15) 135
junio (21) 23.5 345 0.205 0.134 junio (11) 162
julio (21) 20.6 344 0.207 0.136 julio (18) 199
agosto (21) 12.3 351 0.201 0.122 agosto (17) 229
sept (21) 0.0 365 0.177 0.092 sept (15) 258
octubre (21) -10.5 378 0.160 0.073 oct (15) 288
nov (21) -19.8 387 0.149 0.063 nov (14) 213
dic (21) -23.5 391 0.142 0.057 dic (12) 346
RADIACIÓN SOLAR
RADIACIÓN SOLAR
  DN
z
DN
difusa
directa
total I
c
cos
I
H
H
H 




Radiación total incidente sobre una superficie horizontal
RADIACIÓN SOLAR
           











 seno
seno
cos
cos
cos
cos
     






 tan
tan
cos s
Radiación sobre una superficie inclinada
El ángulo de incidencia θ entre los rayos del sol y la normal de la superficie
inclinada un ángulo β sobre la horizontal se determina según:
El ángulo horario de salida y puesta del sol sobre el colector viene dado
por
RADIACIÓN SOLAR
     
   





 










2
cos
1
cos
c
2
cos
1
c
cos
I
I DN
total



 H
R
H
R
H
R
I g
sky
sky
b
b
total
 
 
   
nieve
la
para
0.8
tierra
la
para
0.2
techos
para
0.15
dad
reflectivi
:
donde
2
cos
1
H
H
I
2
cos
1
H
I
cos
I
I
difusa
directa
terreno
,
difusa
difusa
sky
,
difusa
DN
b


















 









 




Radiación total sobre una superficie inclinada
RADIACIÓN SOLAR

30
24
360
2 







0
.
20
360
370
80
325
seno
45
.
23
360
370
80
n
seno
45
.
23 






 






 


Ejemplo
Para un día claro a las 10 de la mañana el día 21 de noviembre a las 40º
latitud norte, determine:
a) la radiación directa normal a nivel del mar y a 1524m de altura
b) La radiación global a nivel del mar
Solución
El 21 de noviembre es el día n = 325
φ=40º
El ángulo horario es
La declinación es
10h-12h=-2h
RADIACIÓN SOLAR
346
dic (12)
0.057
0.142
391
-23.5
dic (21)
213
nov (14)
0.063
0.149
387
-19.8
nov (21)
288
oct (15)
0.073
0.160
378
-10.5
octubre (21)
258
sept (15)
0.092
0.177
365
0.0
sept (21)
229
agosto (17)
0.122
0.201
351
12.3
agosto (21)
199
julio (18)
0.136
0.207
344
20.6
julio (21)
162
junio (11)
0.134
0.205
345
23.5
junio (21)
135
mayo (15)
0.121
0.196
350
20.0
mayo (21)
105
abril (15)
0.097
0.180
360
11.6
abril (21)
76
marzo (17)
0.071
0.156
376
0.0
marzo (21)
46
febrero (15)
0.060
0.144
385
-10.0
febrero (21)
17
enero (17)
0.058
0.142
390
-20.0
enero (21)
número
día
C
B
A (W/m2)
declinación δ(º)
Día
Datos para declinación promedio
mensual
Datos para determinar IDN
RADIACIÓN SOLAR
           
           
 
 
 
 
2
DN
2
DN
z
DN
1
z
z
z
m
W
844
4036
.
0
149
.
0
exp
1221
I
mar
del
nivel
A
m
W
897
1524
0001183
.
0
exp
4036
.
0
149
.
0
exp
1221
I
altura
de
1524m
los
A
altitud
0001183
.
0
exp
cos
B
exp
A
I
:
directa
Radiación
2
.
66
4036
.
0
cos
4036
.
0
20
seno
40
seno
30
cos
20
cos
40
cos
cos
seno
seno
cos
cos
cos
cos
zenith

















































 





RADIACIÓN SOLAR
 
2
total
DN
z
DN
total
m
W
7
.
393
H
844
063
.
0
4036
.
0
844
I
c
cos
I
H
mar
del
nivel
a
global
Radiación








RADIACIÓN SOLAR
           










 cos
seno
seno
cos
cos
cos
           
  





59
.
30
8608
.
0
cos
8608
.
0
50
cos
8
.
23
seno
50
seno
9
.
30
cos
8
.
23
cos
cos
1










           
            8608
.
0
20
seno
50
40
seno
30
cos
20
cos
50
40
cos
cos
seno
seno
cos
cos
cos
cos
a
alternativ
solución




























Ejemplo:
Diga cual es la radiación global sobre un colector solar inclinado un ángulo β=50º y
orientado al sur en la misma fecha y lugar del ejemplo anterior. Suponga que la
reflectividad de los alrededores es cero (ρ=0)
Solución:
Del problema anterior se tiene que : α =90º-θz = 23.8º y ψ = -30.9º
El ángulo θ viene dado por:
Como el colector está orientado al sur γ=0, por lo que:
   
 
o
o
o
o
1
9
.
30
8
.
23
cos
30
seno
20
cos
seno 






 


 
RADIACIÓN SOLAR
 
 
   
2
difusa
directa
total
2
difusa
difusa
2
directa
directa
m
W
3
.
770
7
.
43
6
.
726
I
I
I
m
W
7
.
43
2
50
cos
1
2
.
53
2
cos
1
H
I
m
W
6
.
726
8
.
23
seno
8608
.
0
5
.
340
cos
H
I

















Ejemplo (continuación):
RADIACIÓN SOLAR
           
     
       
 
 
 
   
2
difusa
directa
total
2
difusa
difusa
2
directa
directa
m
W
5
.
843
7
.
43
800
I
I
I
m
W
7
.
43
2
50
cos
1
2
.
53
2
cos
1
H
I
m
W
800
8
.
23
seno
9476
.
0
5
.
340
cos
H
I
9476
.
0
cos
50
seno
8
.
23
seno
50
cos
20
9
.
30
cos
8
.
23
cos
cos
cos
seno
cos
cos
cos
cos








































Ejemplo
Diga cual es la radiación global sobre un colector solar del ejemplo anterior si está
orientado 20º sur-este (γ=-20º)
RADIACIÓN SOLAR
sunrise
hora
:
t
sunset
hora
:
t
donde
dt
I
I
sr
ss
t
t
total
total
ss
sr


difusa
directa
g
sky
sky
b
b
total H
R
H
R
H
R
I 




 
 
 
         












 
seno
seno
cos
cos
cos
cos
cos
cos
R
D
N
dt
R
R
z
b
t
t
b
b
ss
sr
Radiación diaria sobre una superficie inclinada
RADIACIÓN SOLAR
               
 
   
               
 
         
 
             
 
 
   
 
 
   
 
 
   

























































































































tan
seno
seno
tan
cos
tan
B
1
A
1
B
A
AB
cos
;
min
tan
seno
tan
seno
cos
A
1
A
1
B
A
AB
cos
;
min
tan
tan
cos
seno
seno
180
seno
cos
cos
2
D
cos
cos
seno
seno
cos
seno
seno
cos
cos
cos
cos
cos
seno
seno
cos
seno
cos
seno
seno
seno
cos
180
N
2
2
2
1
s
ss
2
2
2
1
s
sr
1
s
s
s
sr
ss
sr
ss
ss
sr

Radiación diaria sobre una superficie inclinada (continuación)
RADIACIÓN SOLAR
T
0
T
T
H
H
K 
   
   
Page)
de
(ecuación
;
K
015
.
1
1
H
H
103
K
115
cos
90
00455
.
0
505
.
0
90
00653
.
0
755
.
0
H
H
T
T
d
T
s
s
T
d











Índice de claridad (KT): es la relación entre la radiación global que
llega a la superficie (HT) y la radiación extraterrestre disponible (H0T)
RADIACIÓN SOLAR
   
   
   
   
 
día
m
MJ
87
.
7
78
.
5
65
.
13
H
H
H
día
m
MJ
78
.
5
H
103
486
.
0
115
cos
90
7
.
87
00455
.
0
505
.
0
90
7
.
87
00653
.
0
755
.
0
65
.
13
H
103
K
115
cos
90
00455
.
0
505
.
0
90
00653
.
0
755
.
0
H
H
2
d
T
b
2
d
d
T
s
s
T
d



























Ejemplo: Estime la radiación diaria promedio tanto directa como difusa en una
localidad situada en los 39.3º de latitud norte en el mes de marzo.
Solución:
φ= 39.3º Norte, n = 74, ωs = 87.7º
De las tablas de radiación se tiene: HT= 13.65 MJ/m2 día y KT= 0.486
RADIACIÓN SOLAR
 
   
 
 
 
   
 
 
   
 
 
   
   
 
 
   
0521
.
0
60
tan
20
seno
3
.
39
seno
20
tan
3
.
39
cos
82
.
2
tan
tan
seno
seno
tan
cos
tan
B
046
.
3
20
tan
3
.
39
seno
60
tan
20
seno
3
.
39
cos
tan
seno
tan
seno
cos
A













































   

































 
D
N
R
25
.
0
75
.
0
1
R
1
R
75
.
0
2
60
cos
1
2
cos
1
R
H
R
H
R
H
R
I
b
s
g
s
difusa
directa
g
sky
sky
b
b
total

Estime la radiación diaria promedio en marzo sobre un colector inclinado 60º y
orientado 20º sur-este en la localidad anterior
Solución:
φ = 39.3º Norte, n = 74, ωs = 87.7º
Del ejemplo anterior se tiene que: Hb=7.87 MJ/m2día y Hd=5.78 MJ/m2día
RADIACIÓN SOLAR
   
   
   
     
 
 
 
  día
m
MJ
41
.
14
78
.
5
87
.
7
25
.
0
2
.
0
78
.
5
75
.
0
87
.
7
193
.
1
H
193
.
1
D
N
R
D
N
87.69
109.11
87.69;
min
1
A
1
B
A
AB
cos
;
min
72.76
-
76
.
72
;
87.69
min
1
A
1
B
A
AB
cos
;
min
69
.
87
82
.
2
tan
3
.
39
tan
cos
tan
tan
cos
76
.
72
1
046
.
3
1
0521
.
0
046
.
3
05821
.
0
046
.
3
cos
1
A
1
B
A
AB
cos
11
.
109
1
046
.
3
1
0521
.
0
046
.
3
05821
.
0
046
.
3
cos
1
A
1
B
A
AB
cos
2
T
b
2
2
2
1
s
sr
2
2
2
1
s
ss
1
1
s
2
2
2
1
2
2
2
1
´
ss
2
2
2
1
2
2
2
1
´
sr























































































































































RADIACIÓN SOLAR
   
     
 
 
   
 
 
 
   
 
 
   
 
 
   
   
 
 
   



















9
.
70
1
046
.
3
1
05
.
1
09
.
6
05
.
1
09
.
6
cos
1
A
1
B
A
AB
cos
5
.
89
1
09
.
6
1
05
.
1
9
.
60
05
.
1
09
.
6
cos
1
A
1
B
A
AB
cos
05
.
1
60
tan
10
seno
62
.
37
seno
10
tan
62
.
37
cos
82
.
2
tan
tan
seno
seno
tan
cos
tan
B
09
.
6
10
tan
62
.
37
seno
60
tan
10
seno
62
.
37
cos
tan
seno
tan
seno
cos
A
2
.
109
62
.
37
tan
18
.
23
tan
cos
tan
tan
cos
18
.
23
360
370
80
181
seno
45
.
23
360
370
80
n
seno
45
.
23
2
2
2
1
2
2
2
1
´
ss
2
2
2
1
2
2
2
1
´
sr
s












































































































 






 






Ejemplo: Calcule la longitud del día solar sobre un colector orientado 10º sur-
este e inclinado 60º en una localidad situada en los 37.62o el 30 de junio
Solución:
Junio 30 es el día n = 181; φ = 37.62º Norte
RADIACIÓN SOLAR
 
 
 
 
 
 
min
33
hr
14
hr
56
.
14
2
360
24
109.2
:
solar
día
del
longitud
La
min
15
hr
10
hr
26
.
10
32
.
4
97
.
5
:
es
colector
el
sobre
día
del
longitud
La
min
19
hr
16
hr
32
.
4
360
24
9
.
70
:
es
colector
del
sol
del
puesta
La
min
58
hr
5
hr
97
.
5
360
24
5
.
89
:
es
colector
del
sol
del
salida
La
89.5
89.5
;
109.2
min
1
A
1
B
A
AB
cos
;
min
70.9
-
9
.
70
;
2
.
09
1
min
1
A
1
B
A
AB
cos
;
min
2
2
2
1
s
sr
2
2
2
1
s
ss




































































Ejemplo (continuación)
RADIACIÓN SOLAR
Cartas de posición solar: Estas son construidas a partir de
las expresiones del zenit (cosθz), y del azimut (senoψ)
RADIACIÓN SOLAR
Ejercicio: Un edificio rectangular de 23m de alto está localizado en la
dirección sur-oeste. El lugar está a 44º de latitud Norte. Hallar las horas en
que un colector ubicado en una posición como la mostrada en la figura,
estará sombreado por el edificio
Norte
Colector
Edificio
23
60 30
46
1
2
3
RADIACIÓN SOLAR















































































































9
.
18
60
30
23
tan
6
.
26
60
30
tan
3
Esquina
5
.
22
31
46
23
tan
1
.
33
46
30
tan
2
Esquina
8
.
12
90
46
23
tan
e
oest
9
.
62
46
90
tan
1
Esquina
2
2
1
3
1
3
2
2
1
2
1
2
2
2
1
1
1
1
Solución
RADIACIÓN SOLAR
RADIACIÓN SOLAR
 
claridad
:
K
mediodía
al
sol
del
incidencia
de
ángulo
10
59
.
0
K
0052
.
0
00542
.
0
k
donde
I
k
exp
I
I
T
6
2
T
th
T
T















Predicción de la radiación utilizable
RADIACIÓN SOLAR
Tabla A
Febrero
Grupo solar 0 (0-95) (95-189) (189-284) (284-378) (378-473) (473-568)
Temperatura ambiente promedio (ºC) -4.5 -1.7 -1.2 -0.9 -2.0 -1.2 -0.4
Radiación promedio (W/m2) 0.0 40.0 139.0 237.0 331.0 423.0 522.0
Tiempo total (s) 1265400 375100 196900 117000 102200 71300 61600.0
Radiación global total (MJ/m2) 0.0 15.1 27.4 27.7 33.8 30.1 32.1
Radiación directa total (MJ/m2) 0.0 2.4 7.7 9.2 17.4 16.9 19.1
Grados días 334 87 44 26 24 16 13
Tabla B
Febrero
Grupo solar Todos 0+ 95+ 189+ 284+ 378+ 473+
Radiación de activación (W/m2) 0 40 139 237 331 423 522
Temperatura promedio de activación (ºC) -4.5 -1.7 -1.2 -0.9 -2.0 -1.2 -0.4
Radiación global por encima de la de activación
(MJ/m2) 337.4 329.9 250.2 191.1 145.0 109.3 77.9
Temperatura ambiente promedio (ºC) -3.1 -1.6 -1.5 -1.6 -1.8 -1.7 -1.8
Tiempo total (s) 2445100 1179700 804600 607700 490700 388400 317200
Radiación global total (MJ/m2) 377.5 377.4 362.3 334.9 307.2 273.4 243.3
Radiación directa total (MJ/m2) 257.1 257.1 254.7 247.3 237.8 220.5 203.6
Tiempo promedio de radiación (s) 86400 42500 34200 30200 28400 25600 23400
Grados días 606 272 184 140 114 90 74
331
10
102200
8
.
33
6


RADIACIÓN SOLAR
Tabla A
Febrero
Grupo solar 0 (0-95) (95-189) (189-284) (284-378) (378-473) (473-568)
Temperatura ambiente promedio (ºC) -4.5 -1.7 -1.2 -0.9 -2.0 -1.2 -0.4
Radiación promedio (W/m2) 0.0 40.0 139.0 237.0 331.0 423.0 522.0
Tiempo total (s) 1265400 375100 196900 117000 102200 71300 61600.0
Radiación global total (MJ/m2) 0.0 15.1 27.4 27.7 33.8 30.1 32.1
Radiación directa total (MJ/m2) 0.0 2.4 7.7 9.2 17.4 16.9 19.1
Grados días 334 87 44 26 24 16 13
Tabla B
Febrero
Grupo solar Todos 0+ 95+ 189+ 284+ 378+ 473+
Radiación de activación (W/m2) 0 40 139 237 331 423 522
Temperatura promedio de activación (ºC) -4.5 -1.7 -1.2 -0.9 -2.0 -1.2 -0.4
Radiación global por encima de la de activación
(MJ/m2) 337.4 329.9 250.2 191.1 145.0 109.3 77.9
Temperatura ambiente promedio (ºC) -3.1 -1.6 -1.5 -1.6 -1.8 -1.7 -1.8
Tiempo total (s) 2445100 1179700 804600 607700 490700 388400 317200
Radiación global total (MJ/m2) 377.5 377.4 362.3 334.9 307.2 273.4 243.3
Radiación directa total (MJ/m2) 257.1 257.1 254.7 247.3 237.8 220.5 203.6
Tiempo promedio de radiación (s) 86400 42500 34200 30200 28400 25600 23400
Grados días 606 272 184 140 114 90 74
102200+71300+61600+…
33.8+30.1+32.1+…
17.4+16.9+19.1+…
24+16+13+…
RADIACIÓN SOLAR
Tabla A
Febrero
Grupo radiación solar 0 (0-95) (95-189) (189-284) (284-378) (378-473) (473-568)
Temperatura ambiente promedio (ºC) -4.5 -1.7 -1.2 -0.9 -2.0 -1.2 -0.4
Radiación promedio (W/m2) 0.0 40.0 139.0 237.0 331.0 423.0 522.0
Tiempo total (s) 1265400 375100 196900 117000 102200 71300 61600
Radiación global total (MJ/m2) 0.0 15.1 27.4 27.7 33.8 30.1 32.1
Radiación directa total (MJ/m2) 0.0 2.4 7.7 9.2 17.4 16.9 19.1
Grados días 334 87 44 26 24 16 13
Tabla B
Febrero
Grupo solar Todos 0+ 95+ 189+ 284+ 378+ 473+
Radiación de activación (W/m2) 0 40 139 237 331 423 522
Temperatura promedio de activación (ºC) -4.5 -1.7 -1.2 -0.9 -2.0 -1.2 -0.4
Radiación global por encima de la de activación
(MJ/m2) 337.4 329.9 250.2 191.1 145.0 109.3 77.9
Temperatura ambiente promedio (ºC) -3.1 -1.6 -1.5 -1.6 -1.8 -1.7 -1.8
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Radiación global total (MJ/m2) 377.5 377.4 362.3 334.9 307.2 273.4 243.3
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Tiempo promedio de radiación (s) 86400 42500 34200 30200 28400 25600 23400
Grados días 606 272 184 140 114 90 74
     
 











61600
71300
102200
61600
4
.
0
71300
2
.
1
102200
0
.
2
RADIACIÓN SOLAR
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Febrero
Grupo radiación solar 0 (0-95) (95-189) (189-284) (284-378) (378-473) (473-568)
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Tabla B
Febrero
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Grados días 606 272 184 140 114 90 74
145
4907
.
0
331
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TEXTURA Y DETERMINACION DE ROCAS SEDIMENTARIAS
TEXTURA Y DETERMINACION DE ROCAS SEDIMENTARIASTEXTURA Y DETERMINACION DE ROCAS SEDIMENTARIAS
TEXTURA Y DETERMINACION DE ROCAS SEDIMENTARIAS
 

Geometria Solar.ppt

  • 2.
  • 3.
  • 5.
  • 8.
  • 9.
  • 10.
  • 11.
  • 12.
  • 13.
  • 15.
  • 16.
  • 17. GEOMETRÍA SOLAR               n declinació : latitud : ) 24 360 (hr horario ángulo : altitud : zenith : donde seno seno cos cos cos seno cos z z                 Zenith
  • 18. GEOMETRÍA SOLAR               mañana la en negativo es seno seno cos cos seno cos seno s z s           Azimut (ψs)
  • 19. GEOMETRÍA SOLAR        44 . 20 202 284 365 360 seno 45 . 23 n 284 365 360 seno 45 . 23 n Declinació                   Determine la hora local de salida del sol y puesta del sol en una localidad ubicada en los 40.78º de latitud norte y 73.97º de longitud oeste el día 21 de julio. Calcule además el azimuth solar a la salida y puesta del sol Solución: El 21 de julio es el día n = 202 del año La hora a la cual ocurre la salida y puesta del sol se obtiene de la ecuación del zenith poniendo θz=90º (α=0o) y resolviendo para ω, lo que resulta:       min) 15 y h (19 19.25 7.25 12 las a es sol del puesta La minutos) 45 y h (4 4.75 7.25 - 12 las a es sol del salida La h 25 . 7 360 24 7 . 108 7 . 108 78 . 40 tan 44 . 20 tan cos 1 s               
  • 20. GEOMETRÍA SOLAR       sol del caída sol del salidad 5 . 62 90 sin 7 . 108 sin 44 . 20 cos sin o o 1 s                                   z 1 s seno seno cos seno Azimut Problema 2 (continuación)
  • 21. GEOMETRÍA SOLAR       hr 92 . 11 2 5.96 es solar día del duración La 1 . 87 90 sin 5 . 89 sin 82 . 2 cos sin Azimut o o 1 s                        minutos) 57 y h (17 17.96 5.96 12 las a es sol del puesta La ) minutos 2 y h (6 6.04 5.96 - 12 las a es sol del salida La h 96 . 5 360 24 5 . 89 5 . 89 10 tan 82 . 2 tan cos 1 s                 Determine la hora local de salida del sol y puesta del sol en una localidad ubicada en los 10o de latitud norte y 73.97º de longitud oeste el día 21 de julio. Calcule además el azimuth solar a la salida y puesta del sol
  • 23.
  • 24. Periheliómetro: Permite evaluar la radiación directa
  • 25. Piranómetro: permite evaluar tanto la radiación directa como la difusa
  • 26. RADIACIÓN SOLAR Sol: cuerpo negro a temperatura T = 5762 K Constante solar ( Isc=1367 W/m2) : energía solar por unidad de tiempo que incide perpendicularmente sobre una superficie unitaria colocada fuera de la atmósfera terrestre colocada a una distancia del sol igual a la distancia promedio Sol-Tierra Distancia promedio Sol-Tierra 1.496 108 km
  • 27. RADIACIÓN SOLAR               365 n 360 cos 033 . 0 1 I I Tierra la a llega que Radiación sc 0                               Zenith : extinción de e coeficient : B m Altitud 0001184 . 0 exp p p donde cos B p p exp A I atmósfera la de Efecto Z 0 z 0 DN
  • 28. RADIACIÓN SOLAR Datos para determinar IDN Datos para declinación promedio mensual Día declinación δ(º) A (W/m2) B C día número enero (21) -20.0 390 0.142 0.058 enero (17) 17 febrero (21) -10.0 385 0.144 0.060 febrero (15) 46 marzo (21) 0.0 376 0.156 0.071 marzo (17) 76 abril (21) 11.6 360 0.180 0.097 abril (15) 105 mayo (21) 20.0 350 0.196 0.121 mayo (15) 135 junio (21) 23.5 345 0.205 0.134 junio (11) 162 julio (21) 20.6 344 0.207 0.136 julio (18) 199 agosto (21) 12.3 351 0.201 0.122 agosto (17) 229 sept (21) 0.0 365 0.177 0.092 sept (15) 258 octubre (21) -10.5 378 0.160 0.073 oct (15) 288 nov (21) -19.8 387 0.149 0.063 nov (14) 213 dic (21) -23.5 391 0.142 0.057 dic (12) 346
  • 30. RADIACIÓN SOLAR   DN z DN difusa directa total I c cos I H H H      Radiación total incidente sobre una superficie horizontal
  • 31. RADIACIÓN SOLAR                         seno seno cos cos cos cos              tan tan cos s Radiación sobre una superficie inclinada El ángulo de incidencia θ entre los rayos del sol y la normal de la superficie inclinada un ángulo β sobre la horizontal se determina según: El ángulo horario de salida y puesta del sol sobre el colector viene dado por
  • 32. RADIACIÓN SOLAR                            2 cos 1 cos c 2 cos 1 c cos I I DN total     H R H R H R I g sky sky b b total         nieve la para 0.8 tierra la para 0.2 techos para 0.15 dad reflectivi : donde 2 cos 1 H H I 2 cos 1 H I cos I I difusa directa terreno , difusa difusa sky , difusa DN b                                    Radiación total sobre una superficie inclinada
  • 33. RADIACIÓN SOLAR  30 24 360 2         0 . 20 360 370 80 325 seno 45 . 23 360 370 80 n seno 45 . 23                    Ejemplo Para un día claro a las 10 de la mañana el día 21 de noviembre a las 40º latitud norte, determine: a) la radiación directa normal a nivel del mar y a 1524m de altura b) La radiación global a nivel del mar Solución El 21 de noviembre es el día n = 325 φ=40º El ángulo horario es La declinación es 10h-12h=-2h
  • 34. RADIACIÓN SOLAR 346 dic (12) 0.057 0.142 391 -23.5 dic (21) 213 nov (14) 0.063 0.149 387 -19.8 nov (21) 288 oct (15) 0.073 0.160 378 -10.5 octubre (21) 258 sept (15) 0.092 0.177 365 0.0 sept (21) 229 agosto (17) 0.122 0.201 351 12.3 agosto (21) 199 julio (18) 0.136 0.207 344 20.6 julio (21) 162 junio (11) 0.134 0.205 345 23.5 junio (21) 135 mayo (15) 0.121 0.196 350 20.0 mayo (21) 105 abril (15) 0.097 0.180 360 11.6 abril (21) 76 marzo (17) 0.071 0.156 376 0.0 marzo (21) 46 febrero (15) 0.060 0.144 385 -10.0 febrero (21) 17 enero (17) 0.058 0.142 390 -20.0 enero (21) número día C B A (W/m2) declinación δ(º) Día Datos para declinación promedio mensual Datos para determinar IDN
  • 35. RADIACIÓN SOLAR                                 2 DN 2 DN z DN 1 z z z m W 844 4036 . 0 149 . 0 exp 1221 I mar del nivel A m W 897 1524 0001183 . 0 exp 4036 . 0 149 . 0 exp 1221 I altura de 1524m los A altitud 0001183 . 0 exp cos B exp A I : directa Radiación 2 . 66 4036 . 0 cos 4036 . 0 20 seno 40 seno 30 cos 20 cos 40 cos cos seno seno cos cos cos cos zenith                                                        
  • 37. RADIACIÓN SOLAR                        cos seno seno cos cos cos                     59 . 30 8608 . 0 cos 8608 . 0 50 cos 8 . 23 seno 50 seno 9 . 30 cos 8 . 23 cos cos 1                                   8608 . 0 20 seno 50 40 seno 30 cos 20 cos 50 40 cos cos seno seno cos cos cos cos a alternativ solución                             Ejemplo: Diga cual es la radiación global sobre un colector solar inclinado un ángulo β=50º y orientado al sur en la misma fecha y lugar del ejemplo anterior. Suponga que la reflectividad de los alrededores es cero (ρ=0) Solución: Del problema anterior se tiene que : α =90º-θz = 23.8º y ψ = -30.9º El ángulo θ viene dado por: Como el colector está orientado al sur γ=0, por lo que:       o o o o 1 9 . 30 8 . 23 cos 30 seno 20 cos seno             
  • 38. RADIACIÓN SOLAR         2 difusa directa total 2 difusa difusa 2 directa directa m W 3 . 770 7 . 43 6 . 726 I I I m W 7 . 43 2 50 cos 1 2 . 53 2 cos 1 H I m W 6 . 726 8 . 23 seno 8608 . 0 5 . 340 cos H I                  Ejemplo (continuación):
  • 39. RADIACIÓN SOLAR                                     2 difusa directa total 2 difusa difusa 2 directa directa m W 5 . 843 7 . 43 800 I I I m W 7 . 43 2 50 cos 1 2 . 53 2 cos 1 H I m W 800 8 . 23 seno 9476 . 0 5 . 340 cos H I 9476 . 0 cos 50 seno 8 . 23 seno 50 cos 20 9 . 30 cos 8 . 23 cos cos cos seno cos cos cos cos                                         Ejemplo Diga cual es la radiación global sobre un colector solar del ejemplo anterior si está orientado 20º sur-este (γ=-20º)
  • 40. RADIACIÓN SOLAR sunrise hora : t sunset hora : t donde dt I I sr ss t t total total ss sr   difusa directa g sky sky b b total H R H R H R I                                    seno seno cos cos cos cos cos cos R D N dt R R z b t t b b ss sr Radiación diaria sobre una superficie inclinada
  • 41. RADIACIÓN SOLAR                                                                                                                                                                                                                    tan seno seno tan cos tan B 1 A 1 B A AB cos ; min tan seno tan seno cos A 1 A 1 B A AB cos ; min tan tan cos seno seno 180 seno cos cos 2 D cos cos seno seno cos seno seno cos cos cos cos cos seno seno cos seno cos seno seno seno cos 180 N 2 2 2 1 s ss 2 2 2 1 s sr 1 s s s sr ss sr ss ss sr  Radiación diaria sobre una superficie inclinada (continuación)
  • 42. RADIACIÓN SOLAR T 0 T T H H K          Page) de (ecuación ; K 015 . 1 1 H H 103 K 115 cos 90 00455 . 0 505 . 0 90 00653 . 0 755 . 0 H H T T d T s s T d            Índice de claridad (KT): es la relación entre la radiación global que llega a la superficie (HT) y la radiación extraterrestre disponible (H0T)
  • 43. RADIACIÓN SOLAR                   día m MJ 87 . 7 78 . 5 65 . 13 H H H día m MJ 78 . 5 H 103 486 . 0 115 cos 90 7 . 87 00455 . 0 505 . 0 90 7 . 87 00653 . 0 755 . 0 65 . 13 H 103 K 115 cos 90 00455 . 0 505 . 0 90 00653 . 0 755 . 0 H H 2 d T b 2 d d T s s T d                            Ejemplo: Estime la radiación diaria promedio tanto directa como difusa en una localidad situada en los 39.3º de latitud norte en el mes de marzo. Solución: φ= 39.3º Norte, n = 74, ωs = 87.7º De las tablas de radiación se tiene: HT= 13.65 MJ/m2 día y KT= 0.486
  • 44. RADIACIÓN SOLAR                                             0521 . 0 60 tan 20 seno 3 . 39 seno 20 tan 3 . 39 cos 82 . 2 tan tan seno seno tan cos tan B 046 . 3 20 tan 3 . 39 seno 60 tan 20 seno 3 . 39 cos tan seno tan seno cos A                                                                                     D N R 25 . 0 75 . 0 1 R 1 R 75 . 0 2 60 cos 1 2 cos 1 R H R H R H R I b s g s difusa directa g sky sky b b total  Estime la radiación diaria promedio en marzo sobre un colector inclinado 60º y orientado 20º sur-este en la localidad anterior Solución: φ = 39.3º Norte, n = 74, ωs = 87.7º Del ejemplo anterior se tiene que: Hb=7.87 MJ/m2día y Hd=5.78 MJ/m2día
  • 45. RADIACIÓN SOLAR                           día m MJ 41 . 14 78 . 5 87 . 7 25 . 0 2 . 0 78 . 5 75 . 0 87 . 7 193 . 1 H 193 . 1 D N R D N 87.69 109.11 87.69; min 1 A 1 B A AB cos ; min 72.76 - 76 . 72 ; 87.69 min 1 A 1 B A AB cos ; min 69 . 87 82 . 2 tan 3 . 39 tan cos tan tan cos 76 . 72 1 046 . 3 1 0521 . 0 046 . 3 05821 . 0 046 . 3 cos 1 A 1 B A AB cos 11 . 109 1 046 . 3 1 0521 . 0 046 . 3 05821 . 0 046 . 3 cos 1 A 1 B A AB cos 2 T b 2 2 2 1 s sr 2 2 2 1 s ss 1 1 s 2 2 2 1 2 2 2 1 ´ ss 2 2 2 1 2 2 2 1 ´ sr                                                                                                                                                       
  • 46. RADIACIÓN SOLAR                                                                            9 . 70 1 046 . 3 1 05 . 1 09 . 6 05 . 1 09 . 6 cos 1 A 1 B A AB cos 5 . 89 1 09 . 6 1 05 . 1 9 . 60 05 . 1 09 . 6 cos 1 A 1 B A AB cos 05 . 1 60 tan 10 seno 62 . 37 seno 10 tan 62 . 37 cos 82 . 2 tan tan seno seno tan cos tan B 09 . 6 10 tan 62 . 37 seno 60 tan 10 seno 62 . 37 cos tan seno tan seno cos A 2 . 109 62 . 37 tan 18 . 23 tan cos tan tan cos 18 . 23 360 370 80 181 seno 45 . 23 360 370 80 n seno 45 . 23 2 2 2 1 2 2 2 1 ´ ss 2 2 2 1 2 2 2 1 ´ sr s                                                                                                                             Ejemplo: Calcule la longitud del día solar sobre un colector orientado 10º sur- este e inclinado 60º en una localidad situada en los 37.62o el 30 de junio Solución: Junio 30 es el día n = 181; φ = 37.62º Norte
  • 47. RADIACIÓN SOLAR             min 33 hr 14 hr 56 . 14 2 360 24 109.2 : solar día del longitud La min 15 hr 10 hr 26 . 10 32 . 4 97 . 5 : es colector el sobre día del longitud La min 19 hr 16 hr 32 . 4 360 24 9 . 70 : es colector del sol del puesta La min 58 hr 5 hr 97 . 5 360 24 5 . 89 : es colector del sol del salida La 89.5 89.5 ; 109.2 min 1 A 1 B A AB cos ; min 70.9 - 9 . 70 ; 2 . 09 1 min 1 A 1 B A AB cos ; min 2 2 2 1 s sr 2 2 2 1 s ss                                                                     Ejemplo (continuación)
  • 48. RADIACIÓN SOLAR Cartas de posición solar: Estas son construidas a partir de las expresiones del zenit (cosθz), y del azimut (senoψ)
  • 49. RADIACIÓN SOLAR Ejercicio: Un edificio rectangular de 23m de alto está localizado en la dirección sur-oeste. El lugar está a 44º de latitud Norte. Hallar las horas en que un colector ubicado en una posición como la mostrada en la figura, estará sombreado por el edificio Norte Colector Edificio 23 60 30 46 1 2 3
  • 53. RADIACIÓN SOLAR Tabla A Febrero Grupo solar 0 (0-95) (95-189) (189-284) (284-378) (378-473) (473-568) Temperatura ambiente promedio (ºC) -4.5 -1.7 -1.2 -0.9 -2.0 -1.2 -0.4 Radiación promedio (W/m2) 0.0 40.0 139.0 237.0 331.0 423.0 522.0 Tiempo total (s) 1265400 375100 196900 117000 102200 71300 61600.0 Radiación global total (MJ/m2) 0.0 15.1 27.4 27.7 33.8 30.1 32.1 Radiación directa total (MJ/m2) 0.0 2.4 7.7 9.2 17.4 16.9 19.1 Grados días 334 87 44 26 24 16 13 Tabla B Febrero Grupo solar Todos 0+ 95+ 189+ 284+ 378+ 473+ Radiación de activación (W/m2) 0 40 139 237 331 423 522 Temperatura promedio de activación (ºC) -4.5 -1.7 -1.2 -0.9 -2.0 -1.2 -0.4 Radiación global por encima de la de activación (MJ/m2) 337.4 329.9 250.2 191.1 145.0 109.3 77.9 Temperatura ambiente promedio (ºC) -3.1 -1.6 -1.5 -1.6 -1.8 -1.7 -1.8 Tiempo total (s) 2445100 1179700 804600 607700 490700 388400 317200 Radiación global total (MJ/m2) 377.5 377.4 362.3 334.9 307.2 273.4 243.3 Radiación directa total (MJ/m2) 257.1 257.1 254.7 247.3 237.8 220.5 203.6 Tiempo promedio de radiación (s) 86400 42500 34200 30200 28400 25600 23400 Grados días 606 272 184 140 114 90 74 331 10 102200 8 . 33 6  
  • 54. RADIACIÓN SOLAR Tabla A Febrero Grupo solar 0 (0-95) (95-189) (189-284) (284-378) (378-473) (473-568) Temperatura ambiente promedio (ºC) -4.5 -1.7 -1.2 -0.9 -2.0 -1.2 -0.4 Radiación promedio (W/m2) 0.0 40.0 139.0 237.0 331.0 423.0 522.0 Tiempo total (s) 1265400 375100 196900 117000 102200 71300 61600.0 Radiación global total (MJ/m2) 0.0 15.1 27.4 27.7 33.8 30.1 32.1 Radiación directa total (MJ/m2) 0.0 2.4 7.7 9.2 17.4 16.9 19.1 Grados días 334 87 44 26 24 16 13 Tabla B Febrero Grupo solar Todos 0+ 95+ 189+ 284+ 378+ 473+ Radiación de activación (W/m2) 0 40 139 237 331 423 522 Temperatura promedio de activación (ºC) -4.5 -1.7 -1.2 -0.9 -2.0 -1.2 -0.4 Radiación global por encima de la de activación (MJ/m2) 337.4 329.9 250.2 191.1 145.0 109.3 77.9 Temperatura ambiente promedio (ºC) -3.1 -1.6 -1.5 -1.6 -1.8 -1.7 -1.8 Tiempo total (s) 2445100 1179700 804600 607700 490700 388400 317200 Radiación global total (MJ/m2) 377.5 377.4 362.3 334.9 307.2 273.4 243.3 Radiación directa total (MJ/m2) 257.1 257.1 254.7 247.3 237.8 220.5 203.6 Tiempo promedio de radiación (s) 86400 42500 34200 30200 28400 25600 23400 Grados días 606 272 184 140 114 90 74 102200+71300+61600+… 33.8+30.1+32.1+… 17.4+16.9+19.1+… 24+16+13+…
  • 55. RADIACIÓN SOLAR Tabla A Febrero Grupo radiación solar 0 (0-95) (95-189) (189-284) (284-378) (378-473) (473-568) Temperatura ambiente promedio (ºC) -4.5 -1.7 -1.2 -0.9 -2.0 -1.2 -0.4 Radiación promedio (W/m2) 0.0 40.0 139.0 237.0 331.0 423.0 522.0 Tiempo total (s) 1265400 375100 196900 117000 102200 71300 61600 Radiación global total (MJ/m2) 0.0 15.1 27.4 27.7 33.8 30.1 32.1 Radiación directa total (MJ/m2) 0.0 2.4 7.7 9.2 17.4 16.9 19.1 Grados días 334 87 44 26 24 16 13 Tabla B Febrero Grupo solar Todos 0+ 95+ 189+ 284+ 378+ 473+ Radiación de activación (W/m2) 0 40 139 237 331 423 522 Temperatura promedio de activación (ºC) -4.5 -1.7 -1.2 -0.9 -2.0 -1.2 -0.4 Radiación global por encima de la de activación (MJ/m2) 337.4 329.9 250.2 191.1 145.0 109.3 77.9 Temperatura ambiente promedio (ºC) -3.1 -1.6 -1.5 -1.6 -1.8 -1.7 -1.8 Tiempo total (s) 2445100 1179700 804600 607700 490700 388400 317200 Radiación global total (MJ/m2) 377.5 377.4 362.3 334.9 307.2 273.4 243.3 Radiación directa total (MJ/m2) 257.1 257.1 254.7 247.3 237.8 220.5 203.6 Tiempo promedio de radiación (s) 86400 42500 34200 30200 28400 25600 23400 Grados días 606 272 184 140 114 90 74                    61600 71300 102200 61600 4 . 0 71300 2 . 1 102200 0 . 2
  • 56. RADIACIÓN SOLAR Tabla A Febrero Grupo radiación solar 0 (0-95) (95-189) (189-284) (284-378) (378-473) (473-568) Temperatura ambiente promedio (ºC) -4.5 -1.7 -1.2 -0.9 -2.0 -1.2 -0.4 Radiación promedio (W/m2) 0.0 40.0 139.0 237.0 331.0 423.0 522.0 Tiempo total (s) 1265400 375100 196900 117000 102200 71300 61600 Radiación global total (MJ/m2) 0.0 15.1 27.4 27.7 33.8 30.1 32.1 Radiación directa total (MJ/m2) 0.0 2.4 7.7 9.2 17.4 16.9 19.1 Grados días 334 87 44 26 24 16 13 Tabla B Febrero Grupo solar Todos 0+ 95+ 189+ 284+ 378+ 473+ Radiación de activación (W/m2) 0 40 139 237 331 423 522 Temperatura promedio de activación (ºC) -4.5 -1.7 -1.2 -0.9 -2.0 -1.2 -0.4 Radiación global por encima de la de activación (MJ/m2) 337.4 329.9 250.2 191.1 145.0 109.3 77.9 Temperatura ambiente promedio (ºC) -3.1 -1.6 -1.5 -1.6 -1.8 -1.7 -1.8 Tiempo total (s) 2445100 1179700 804600 607700 490700 388400 317200 Radiación global total (MJ/m2) 377.5 377.4 362.3 334.9 307.2 273.4 243.3 Radiación directa total (MJ/m2) 257.1 257.1 254.7 247.3 237.8 220.5 203.6 Tiempo promedio de radiación (s) 86400 42500 34200 30200 28400 25600 23400 Grados días 606 272 184 140 114 90 74 145 4907 . 0 331 307   