Radiación Solar
Es el flujo de energía que recibimos del sol en forma de ondas electromagnéticas de diferentes frecuencias (luz visible i, infla roja y ultravioleta.) Aproximadamente la mitad de las que recibimos, comprendidas entre 0.4μm y 0.7μm, pueden ser detectadas por el ojo humano, constituyendo lo que conocemos como luz visible. De la otra mitad, la mayoría se sitúa en la parte infrarroja del espectro y una pequeña parte en la ultravioleta. La porción de esta radiación que no es absorbida por la atmósfera, es la que produce quemaduras en la piel a la gente que se expone muchas horas al sol sin protección. La radiación solar se mide normalmente con un instrumento denominado pirómetro.
- Enfuncion de cómo reciben la radiacion solar los objetos situados en la superficie terrestre, se pueden distinguir estos tipos de radiación:
Radiación directa: Es aquella que llega directamente del Sol sin haber sufridocambio alguno en su direccion. Este tipo de radiación se caracteriza por proyectar una sombra definida de los objetos opacos que la interceptan.
Radiación difusa: Parte de la radiación que atraviesa la atmósfera es reflejada por las nubes o absorbida por éstas. Esta radiación que se denomina difusa va en todas direcciones como consecuencia de las reflexiones y absorciones no sólo de las nubes sino de las partículas de polvo atmosférico montañas arboles edificios el propio suelo. Este tipo de radiación se caracteriza por no producir sombra alguna respecto a los objetos opacos interpuestos. Las superficies horizontales son las que más radiación difusa reciben ya que Toda la bóveda celeste, mientras que las verticales reciben menos porque sólo ven la mitad.
Radiación reflejada: La radiación reflejada es, como su nombre indica, aquella reflejada por la superficie terrestre. La cantidad de radiación depende del coeficiente de reflexión de la superficie, también llamado albedo. Las superficies horizontales no reciben ninguna radiación reflejada, porque no ven ninguna superficie terrestre y las superficies verticales son las que más radiación reflejada reciben.
Radiación global: Es la radiación total. Es la suma de las tres radiaciones. En un día despejado, con cielo limpio, la radiación directa es preponderante sobre la radiación difusa. Por el contrario, en un día nublado no existe radiación directa y la totalidad de la radiación que incide es difusa.
Los distintos tipos de colectores solares aprovechan de forma distinta la radiación solar. Los colectores solares planos, por ejemplo, captan la radiación total (directa + difusa), sin embargo, los colectores de concentración sólo captan la radiación directa. Por esta razón, los colectores de concentración suelen situarse en zonas de muy poca nubosidad y con pocas brumas, en el interior, alejadas de las costas.
Distribución espectral de la radiación solar
La aplicación de la ley de Planck al Sol con una temperatura superficial de unos 6000 K nos lleva a que el 99% de la radiación emitida está entre las longitudes de onda 0,15 μm (micrómetros o micras) y 4 micras. Como 1 angstrom 1 Ã…= 10-10 m=10-6 micras resulta que el sol emite en un rango de 1500 Ã… hasta 40000 Ã…. La luz visible se extiende desde 4000 Ã… a 7400 Ã… La radiación ultravioleta u ondas cortas iría desde los 1500 Ã… a los 4000 Ã… y la radiación infrarroja u ondas largas desde las 0,74 micras a 4 micras.
La atmósfera de la tierra constituye un importante filtro que hace inobservable radiaciones de longitud de onda inferior a las 0,29 micras por la fuerte absorción del ozono y oxigeno. Ello nos libra de la radiación ultravioleta más peligrosa para la salud. La atmósfera es opaca a toda radiación infrarroja de longitud de onda superior a los 24 micras, ello no afecta a la radiación solar pero sí a la energía emitida por la tierraque llega hasta las 40 micras y que es absorbida. A este efecto se conoce como efecto invernadero.
Efectos de la radiación solar sobre los gases atmosféricos
La atmósfera es diatérmana es decir, que no es calentada directamente por la radiación solar, sino de manera indirecta a través de la reflexión de dicha radiación en el suelo y en la superficie de mares y océanos.
Los fotones según su energía o longitud de onda son capaces de:
- Fotoionizar la capa externa de electrones de un atomo (requiere una longitud de onda de 0,1 micra)
- Excitar electrones de un átomo a una capa superior (requiere longitudes de onda entre 0,1 de micra y 1 micra).
- Disociar una molécula (requiere longitudes de onda entre 0,1 de micra y 1 micra).
- Hacer vibrar una molécula (requiere longitudes de onda entre 1 de micra y 50 micra).
- Hacer rotar una molécula (requiere longitudes de onda mayores que 50 micras).
La energia solar tiene longitudes de onda entre 0,15 micras y 4 micras por lo que puede ionizar un átomo, excitar electrones, disociar una molécula o hacerla vibrar.
La energía térmica de la Tierra (radiación infrarroja) se extiende desde 3 micras a 80 micras por lo que sólo puede hacer vibrar o rotar moléculas, es decir, calentar la atmósfera.
Efectos sobre la salud
Espectro de la radiación solar por encima de la atmósfera y a nivel del mar.
La expocicion exagerada a la radiación solar puede ser perjudicial para la salud. Esto está agravado por el aumento de la expectativa de vida humana, que está llevando a toda la poblacion mundial, a permanecer más tiempo expuesto a las radiaciones solares, con el riesgo mayor de cáncer de piel .
La radiación ultravioleta, es emitida por el Sol en longitudes de onda van aproximadamente desde los 150 nm (1500 Ã…), hasta los 400 nm (4000 Ã…), en las formas UV-A, UV-B y UV-C pero a causa de la absorción por parte de la atmósfera terrestre, el 99% de los rayos ultravioletas que llegan a la superficie de la Tierra son del tipo UV-A. Ello nos libra de la radiación ultravioleta más peligrosa para la salud. La atmósfera ejerce una fuerte absorción que impide que la atraviese toda radiación con longitud de onda inferior a 290 nm (2900 Ã…). La radiación UV-C no llega a la tierra porque es absorbida por el oxígeno y el ozono de la atmósfera, por lo tanto no produce daño. La radiación UV-B es parcialmente absorbida por el ozono y llega a la superficie de la tierra, produciendo daño en la piel. Ello se ve agravado por el agujero de ozono que se produce en los polos del planeta.
Dirección de incidencia de la irritacion solar
El estudio de la dirección con la cual incide la irradiación solar sobre los cuerpos situados en la superficie terrestre, es de especial importancia cuando se desea conocer su comportamiento al ser reflejada. La dirección en que el rayo salga reflejado dependerá de la incidente.
Con tal fin se establece un modelo que distingue entre dos componentes de la irradiación incidente sobre un punto: La irradiación solar directa y la irradiación solar difusa.
1) Irradiación Solar Directa es aquella que llega al cuerpo desde la dirección del Sol.
2) Irradiación Solar Difusa es aquella cuya dirección ha sido modificada por diversas circunstancias ( dencidad atmosférica, partículas u objetos con los que chocar ,reemisiones de cuerpos, etc.). Por sus características esta luz se considera venida de todas direcciones.
La suma de ambas es la irradiación total incidente. La superficie del planeta está expuesta a la radiación proveniente del Sol.
La tasa de irradiación depende en cada instante del ángulo que forman la normal a la superficie en el punto considerado y la dirección de incidencia de los rayos solares. Por supuesto, dada la lejanía del Sol respecto de nuestro planeta, podemos suponer, con muy buena aproximación, que los rayos del Sol inciden esencialmente paralelos sobre el planeta. No obstante, en cada punto del mismo, localmente considerado, la inclinación de la superficie respecto a dichos rayos depende de la latitud y de la hora del día para una cierta localización en longitud. Dicha inclinación puede definirse a través del ángulo que forman el vector normal a la superficie en dicho punto y el vector paralelo a la dirección de incidencia de la radiación solar.
Radiación ultravioleta
Es la radiación ultravioleta de menor longitud de onda (360 nm ), lleva mucha energía e interfiere con los enlaces moleculares. Especialmente las de menos de 300 nm que pueden alterar las moléculas de ADN, muy importantes para la vida. Estas ondas son absorbidas por la parte alta de la atmósfera, especialmente por la capa de ozono . Es importante protegerse de este tipo de radiación ya que por su accion sobre el ADN está asociada con el cáncer de piel. Sólo las nubes tipo cúmulos de gran desarrollo vertical atenúan éstas radiaciones prácticamente a cero. El resto de las formaciones tales como cirus , estratos y cúmulos de poco desarrollo vertical no las atenúan, por lo cual es importante la protección aún en días nublados. Es importante tener especial cuidado cuando se desarrollan nubes cúmulos, ya que éstas pueden llegar a actuar como espejos y difusores e incrementar las intensidades de los rayos ultravioleta y por consiguiente el riesgo solar. Algunas nubes tenues pueden tener el efecto de lupa.
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