Clase 2

RELACIONES ASTRONÓMICAS
Para llegar a un diseño cuidadoso de cualquier equipo
térmico que utilice la energía solar, necesitamos tener la
capacidad de predecir la energía disponible en un
determinado lugar y en un determinado momento. La
medida de la radiación solar requiere una serie de aparatos
de los que no siempre se puede disponer, pero se debe ser
capaz de efectuar sus cálculos en cualquierlugar y por
cualquier instante de tiempo. Para que esto sea posible,
necesitamos conocer qué relaciones hay entre el Sol y la
Tierra y cómo influyen en la radiación que recibimos cada
día.

A medida que la Tierra gira alrededor del Sol (traslación), gira, a su
vez, alrededor de un eje imaginario que apunta hacia la estrella Polar
(rotación). El eje normal al mismo, queda inclinado 23 ° 27'8,2"(aproximadamente 23,45 °) respecto al plano orbital, como muestra
la figura.

En consecuencia, el ángulo entre el Ecuador terrestre y
el plano orbital marcado por la línea Sol-Tierra varía a lo
largo del año entre ± 23.45 °. Este ángulo lo llamamos
declinación (δ) y viene dado por la ecuación
 
δ

con declinaciones positivas al norte del Ecuador y negativas
al sur. El valor de la declinacióncalculado con la ecuación
sufre un error de + 0.37 ° (desviación máxima positiva)
para el uno de mayo, y de -1.70 ° (desviación máxima
negativa) por el primero de octubre.

Como podemos suponer, la declinación (ayudada un poco
por la excéntrica de la órbita) nos proporciona las
diferentes estaciones anuales. Por ejemplo, para el
hemisferio norte, las declinaciones negativas, estaciones de
otoño einvierno, implicarán una inclinación de los rayos
solares mucho más oblicua y mucho menos perpendicular
sobre la superficie terrestre que por declinaciones
positivas, correspondientes a las estaciones de verano y
primavera.

Como ilustra la figura, la posición relativa del Sol en el
firmamento respecto de un punto en la superficie
terrestre se puede definir por dos ángulos: el altitud
solar (αs),entendida como el ángulo entre la línea que
pasa por punto y el Sol, y la línea que pasa por el
punto y es tangente a la superficie terrestre, y el
azimut solar (γs), entendido como el ángulo entre la
línea anterior, la tangente a la superficie terrestre, y
la línea coincidente con el meridiano local, en
dirección norte-sur terrestre. Se toma positivo medido
hacia el este y negativo medido hacia eloeste en
ambos hemisferios. El complementario de αs llama
cenit solar y se representa por ξs.

Altitud, cenit y azimut solar para el hemisferio norte.

La posición del Sol en el cielo será, pues, función de
la situación del punto en la Tierra, de la época del
año y del momento del día.
• La posición del punto en la Tierra vendrá dada por
la latitud ɸ (en el ecuador, ɸ = 0, mientras que en el
norteɸ es positivo y en el sur ɸ es negativo).
• La época del año vendrá dada por la declinación
solar anteriormente definida.
• Y el momento del día se especificará por el ángulo
horario ω.

El ángulo horario se define como 0 en el momento del
mediodía solar local (γs = 0) y aumenta de 15 ° en 15 ° por
cada hora que reste para llegar al mediodía solar (ej., para
las 08.00 de mañana -tiempo solar-tendremos ω = 60 °) y
disminuye de 15 ° en 15 ° por cada hora que pase del
mediodía solar (ej., para las 15.00 de la tarde -tiempo solartendremos co = -45 ° ) en ambos hemisferios. Podríamos
decir que es una medida que nos relaciona el tiempo solar y
la posición celeste del Sol. Si nos fijamos, el hecho de que el
Sol tarde 24 horas a "dar una vuelta entera a la Tierra"
(pensamos que es la Tierra laque gira sobre sí misma en 24
horas), hace que por cada hora que pasa, los 360 ° que
tenemos para "cercar", el Sol haya recorrido 15 ° (360 ° / 24
horas = 15 ° por hora). En la figura, como dividimos el mundo
en los diferentes husos horarios y cómo varía el tiempo para
cada región: cuando para nosotros son las 12 del mediodía
(meridiano de Greenwich), al otro extremo de mundo son las
12 de la...