Aula sobre Radiação Solar

1. Agrometeorologia
Aula 2: Radiação Solar (Parte 1)
Temperatura (Parte2)
PROFA VALÉRIA C.R. SARNIGHAUSEN
CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM AGRONOMIA:
IRRIGAÇÃO E DRENAGEM

2. Objetivo da aula:
 Cálculo da Radiação no topo da atmosfera
para a cidade de Botucatu/SP e outra
cidade a escolher (de preferência em clima
diferente);
 Estimativa da Radiação global (Qg);
 Medidas em campo.

3. Conteúdo a ser discutido:
Radiação Solar:
1. Definições e Leis de Radiação;
2. Distribuição da energia solar na superfície terrestre – Lei de
Lambert;
3. Ângulo horário; ângulo zenital, declinação solar;
4. Irradiância solar e cálculos relacionados – topo atmosfera
(Qo);
5. Medidas de Radiação Solar global (Qg);
6. Radiação direta e difusa;
7. Fotoperíodo;
8. Radiação Fotossintéticamente Ativa;

4. 1 – Definições: Radiação Solar

6. 1- Definições : Lei da Radiação:
Stefan-Boltzmann

8. Lei de Wien
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/1765618/mod_resource/content/1/Aula2_Micro_RadiacaoI.pdf

9. Balanço Global de
Radiação = Balanço de
ondas longas + Balanço
de ondas curtas: BGR =
BOL+BOC

10. O montante de energia na atmosfera:
Radiação direta e difusa [MJ/m²]

11. Fonte: http://www.scielo.br/pdf/rbef/v41n2/1806-9126-RBEF-41-2-e20180220.pdf

12. Constante solar: S/ Área (intensidade)
 Variação da distância Terra – Sol ao longo do ano;
 Trata-se de uma irradiância solar em superfície plana
com incidência normal, no topo da atmosfera;
 Jo ~1.367 W/m².
2 - Distribuição da energia solar na
superfície terrestre – d (distância média)

13.  Lei do inverso do quadrado da distância. Se houver
variação de D, a irradiação também varia.
http://www.leb.esalq.usp.br/leb/aulas/lce306/Aula5_2012.pdf
2 - Distribuição da energia solar na superfície
terrestre – para qualquer distância D – ajustes

14. Ajuste da constante solar:
 Para distâncias diferentes de “d” (distância média entre
Terra e Sol): Jo’ = Jo * (d/D)²
http://www.leb.esalq.usp.br/leb/aulas/lce306/Aula5_2012.pdf
Cálculo em planilha – passo 1

15. Jo’ao longo do ano
Jo
Cálculo em planilha – passo 1

16. Relação (d/D)² ao longo do ano
Cálculo em planilha – passo 1

17. Lei do cosseno de Lambert:

18. Distribuição de
energia
(Irradiância solar)
e cálculos
relacionados;

19. Relação entre Qo [MJ/m²] e Jo [W/m²]:
 Iz = Ih . cos z
 dQo/dt = Jo’. cos z
 dQo/dt = Jo (d/D)² . cos z
 Qo = Jo (d/D)² ∫ cos z dt
(entre nascer e por do Sol)
 Cos z dependência com o ângulo solar, latitude e
declinação solar.

20. Cálculo do ângulo zenital:

21. Lei do cosseno de Lambert

22. Cálculo em planilha – passo 2

23. Cálculo da declinação solar:
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/1765618/mod_resource/content/1/Aula2_Micro_RadiacaoI.pdf
Excel – transformação de graus em radianos!

24. Precisão x praticidade:

25. NDA – número
do dia do ano
(Dia Juliano)
https://www.calendario-
365.com.br/numeros-dos-
dias/2019.html

26. Declinação Solar ao longo do ano

27. Cálculo do ângulo horário:
Cálculo em planilha – passo 3

28. Cálculo em planilha – passo 3

29. Retorno ao cálculo do ângulo
zenital:
Cálculo em planilha – passo 4
Excel – transformação de graus em radianos!

30. Cálculo em planilha – passo 4

31. Valores de Qo
 A integral no tempo de Qo – entre nascer e por do Sol;
 É necessário transformar dt em dh : w = dh/dt. Chamando
K=Jo . (d/D)² /w;
http://www.leb.esalq.usp.br/leb/aulas/lce306/Aula5_2012.pdf
Cálculo em planilha – passo 5

32.  Calculando em função de dh;
 Observa-se que hn = -hp, pois há simetria na direção diária do Sol
em relação ao meridiano local, e ajustando o valor de hn para
radianos; Tem-se ainda que sen hn = - sen hp.
http://www.leb.esalq.usp.br/leb/aulas/lce306/Aula5_2012.pdf
Cálculo em planilha – passo 5

33. Radiação Global = Radiação direta
+ Radiação Difusa
 Transmitância Global : Tg = Qg / Qo;
 Quantidade de radiação solar que efetivamente chega até a
superfície terrestre;
 Varia ao longo do dia (espessura da atmosfera) e estações;
http://www.leb.esalq.usp.br/leb/aulas/lce306/Aula5_2012.pdf

34. Botucatu/SP – transmitância diária média
Valor
mínimo
= 0,51
Notas de aula
Prof.
Escobedo

35. Para Botucatu/SP

36. Medidas de Qg:
 Radiômetros Solares;
 Aquisição de dados via datalogger 23X, f = 1Hz,
armazenamento – média a cada 5 minutos.
Global = UV + IV + PAR
Espectro da radiação
solar atenuado pela
atmosfera!

37. Base de dados – radiações diárias -
proporções

38. Medições de Qd:
 Radiação direta – pireliômetro – (sensor
– termopilha) – em forma de tubo, com
o sensor ao fundo;
 É colocado na direção do Sol, há anéis
concêntricos ao longo do tubo para
garantir que o sensor seja sensibilizado
apenas por radiação direta;
 Contém um filtro para eliminação da
radiação difusa.
FCA/UNESP

39. Medições de Qc:
 Anel de sombreamento e
Piranômetro;

40. Estimativas de Qg – exemplo - modelo:
 Em ausência de equipamentos, Qg pode ser estimado pela
equação proposta por Angstrom-Prescott que relacionam
Qg, Qo, N (Fotoperíodo) e n (número de horas de brilho solar;
 a e b são os coeficientes da equação empírica, obtidas por
análise de regressão, sendo específicas para cada
localidade.

41. http://www.leb.esalq.usp.br/leb/aulas/lce306/Aula5_2012.pdf

42. Número de horas de brilho solar: Heliógrafo
 Também referenciada
como “insolação”;
 Uso de tiras de papel
(tiras registradoras);
 Os tamanhos das tiras
variam conforme
época (verão – longas,
inverno-curvas,
primavera e outono
retas)
https://wp.ufpel.edu.br/agrometeorologia/informacoes/instrumentos-meteorologicos/

43. https://wp.ufpel.edu.br/agrometeorologia/informacoes/instrumentos-meteorologicos/
Análise de simetria – 12h – centro do prisma;
Alinhamento no sentido N-S para verificação do movimento L-O.

44. Simetria entre nascer e
por do Sol:
Cálculo em planilha – passo 6
Nascer do Sol ,
z=90°

45. Cálculo do Fotoperíodo (N):
 No nascer do Sol, o ângulo zenital é de 90°, cos 90° = 0;
 Portanto tem-se que o ângulo horário para o nascer do Sol é:
hn = arccos [-tg ( ). tg (δ)] ---- N = (2 hn /15°)

48. Exercício - construção de planilha referentes às cidades
de Botucatu/SP e outra a escolher, para as seguintes
variáveis:
 Declinação Solar;
 Ângulo Solar (9h, 12h, 17h);
 Ângulo Zenital (9h, 12h, 17h);
 Ângulo horário – nascer do sol;
 Fotoperíodo;
 (d/D)²;
 Constante Solar Ajustada;
 Radiação no topo da atmosfera (Qo);
 Estimativa de Qg – busca de informações índices de Angstrom –
Prescott, cálculo do foto período e Qo, busca de informações de
insolação (n) – INMET.
22º50’48,14"
de latitude sul,
48º25‘53,52"
de longitude oeste

49.  Funcionamento de Radiômetros :
http://www.scielo.br/pdf/rbef/v41n2/1806-9126-RBEF-41-2-
e20180220.pdf