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
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
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)
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