Posición y Movimiento del Sol
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RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN Posición y Movimiento del Sol Eva Roldán Saso Grupo de Energía y Edificación CURSO 2: Urbanismo Sostenible y diseño bioclimático 2009/10 RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco 1 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 RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN 1.Trayectorias solares RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco 1.1 Movimientos de la Tierra RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN • 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) RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco Ej: Madrid está a 40º latitud N y 5º longitud O 1.1 Movimientos de la Tierra RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN • 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. RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco 1.1 Movimientos de la Tierra RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN • 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 RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco 1.1 Movimientos de la Tierra RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN • 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= 1,495· 108 Km 1 UA 4 Octubre RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco 1.1 Movimientos de la Tierra RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN • 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 RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco 1.1 Movimientos de la Tierra RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN • 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. RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco 1.1 Movimientos de la Tierra RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN • 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 RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco 1.1 Movimientos de la Tierra RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN • 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. RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco 1.1 Movimientos de la Tierra RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN • 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. RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN 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 RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco 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? RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN 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. RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN 1.2. Tiempo solar verdadero • Hora solar = 12 h • Ec Tiempo (2 Febrero)= -14 min RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN 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) RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN 1.2. Tiempo solar verdadero • Luego aplicando la fórmula con los valores anteriores: Hora oficial= 12 h -14 ´ + (1,05º - 0º) x 4´ + 1h= = 13h -10´ + 12” = 12h 50’ 12’’ RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias A RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN SU R h • 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 RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco 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) RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN 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 RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN 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 RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias • Diagramas cilíndricos según la latitud : Latitud=40.5º RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias Latitud=70º RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias Latitud=89.93º http:// solardat.uoregon.edu/SunChartProgram.php RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN • En los equinoccios de primavera y otoño (21 Marzo y 21 Septiembre) el día y la noche duran lo mismo RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias • Solsticio invierno (21 Diciembre) La noche más larga • Solsticio verano (21 Junio) El día más largo RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN • Sombras por obstáculos en la trayectoria solar: RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias • RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN 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 RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN Ej: Para una L=40º, h y A el 16 de abril a las 10 am (hora solar) A 50º h 50º RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias Hemisferio Norte Hemisferio Sur RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN • 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) RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias http://solar beam.sourceforge.net/ RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN 1.3. Coordenadas Solares y Trayectorias RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN • Sombras por obstáculos en la trayectoria solar: RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN Fin RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN 2. Medidas de Radiación RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco 2.1. Conceptos Básicos RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN • 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/m2) Radiación solar (H) Energía incidente por unidad de superficie (KWh/m2) Integración de la irradiancia durante un cierto periodo de tiempo RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN 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/m2 Superficie terrestre 1000 W/m2 Reflejada Absorbida Directa Difusa Reflejada RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco 2.1. Conceptos Básicos RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN 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 ) RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco 2.1. Conceptos Básicos RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN • 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 Difusa Directa + Difusa RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco 2.2. Obtención de datos de Radiación RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN • 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) RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco 2.2. Obtención de datos de Radiación 1- Estaciones meteorológicas: Equipos Radiométricos RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN 2.2. Obtención de datos de Radiación Día despejado Piranómetro Piranómetro de difusa Piroheliómetro RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN 2.2. Obtención de datos de Radiación Día con nubes RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN 2.2. Obtención de datos de Radiación RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN 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/m2) en un día medio de cada mes y también la media anual 1 kWh= 3,6 MJ Page 48 RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco 2.2. Obtención de datos de Radiación • IDAE: Atlas de Radiación (Mapas de isolíneas) Page 49 RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN 2.2. Obtención de datos de Radiación RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN • 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 Page 50 RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco 2.2. Obtención de datos de Radiación Page 51 RENAISSANCE es un proyecto del programa CONCERTO co-financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN 2.2. Obtención de datos de Radiación RENAISSANCE - ZARAGOZA SPAIN • 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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