Energia Alternativa

PROCESOS TERMOSOLARES EN BAJA, MEDIA Y ALTA TEMPERATURA

Pedro Fernández Díez
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I.- RADIACIÓN SOLAR EN LA SUPERFICIE TERRESTRE
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I.1.- LA CONSTANTE SOLAR Desde el punto de vista energético, la masa solar que por segundo se irradia al espacio en forma de partículas de alta energía y de radiación electromagnética es aproximadamente de5,6 .1035 GeV y de élla, la Tierra recibe en el exterior de su atmósfera un total de 1,73.1014 kW, o sea 1,353 kW/m2, que se conoce como constante solar y cuyo valor fluctúa en un ±3% debido a la variación periódica de la distancia entre la Tierra y el Sol. La atmósfera y la superficie terrestre se encuentran a temperaturas medias distintas y, por lo tanto, también radían energía; así, la longitudde onda de la radiación solar está comprendida entre, 0,05 µm y 4 µm, mientras que la radiación terrestre lo está entre 3 µm y 80 µm, es decir, se trata de emisiones de onda larga. Los 1,73.1014 kW de energía solar que inciden sobre la Tierra, se reparten en la siguiente forma: - Energía solar reflejada por la atmósfera hacia el espacio exterior: 30%, 0,52.1014 kW - Energía solar que se utiliza encalentar la atmósfera: 47%, 0,80.1014 kW - Energía solar que se utiliza en la evaporación de los océanos: 23% , 0,40.1014 kW - Energía solar que se utiliza en generar perturbaciones atmosféricas, como el viento: 0,0037 .1014 kW - Energía solar utilizada en la fotosíntesis: 0,0004.1014 kW. De lo anterior se deduce, Figs I.1.2., que: El 47% de la energía solar incidente alcanza la superficieterrestre, de forma que el 31% lo hace directamente y el otro 16% después de ser difundida por el polvo, vapor de agua y moléculas de aire. El resto de la energía solar, el 53%, no alcanza la superficie de la Tierra, ya que: - Un 15% es absorbida por la troposfera, (agua, ozono y nubes) - Un 23% es reflejada por las nubes - Un 7% es reflejada por el suelo - Un 2% es absorbida por la estratosfera,principalmente por el ozono - El 6% restante es la energía difundida por la atmósfera que se dirige hacia el cielo
Solar I.-1

Fig I.1.- Balance de radiación solar

Fig I.2.- Balance de radiación terrestre

I.2.- DISTRIBUCIÓN ESPECTRAL DE LA RADIACIÓN SOLAR EXTRATERRESTRE El Sol se puede considerar como un gigantesco reactor de fusión nuclear, constituido por diferentes gases que se encuentranretenidos en el mismo por fuerzas gravitatorias. La energía en forma de radiación electromagnética, resultado de las reacciones de fusión que tienen lugar en él, fundamentalmente en el núcleo, debe ser transferida a la superficie exterior para, desde allí, ser radiada al espacio; en este proceso de transferencia aparecen fenómenos convectivos y radiativos, así como sucesivas capas de
Solar I.-2gases, dando lugar a un espectro de emisión continuo. A pesar de la compleja estructura del Sol, para las aplicaciones de los procesos térmicos derivados del mismo, se puede adoptar un modelo mucho más simplificado. Así, se puede considerar al Sol como un cuerpo negro que radía energía a la temperatura de 5.762°K, ya que la distribución de energía para cada longitud de onda aprovechable por losprocesos térmicos y fototérmicos, es básicamente la misma que la de dicho cuerpo negro. Para otros procesos que dependen de la longitud de onda, y en los que la distribución espectral es un factor importante, por ejemplo en los procesos fotovoltaicos o fotoquímicos, pueden ser necesarias consideraciones más detalladas. La Tierra, en su movimiento alrededor del Sol, describe una órbita elíptica, deescasa excentricidad, de forma que la distancia entre el Sol y la Tierra varía aproximadamente un ± 3%. La distancia media Tierra-Sol es: d = 149 millones de Km En el solsticio de verano, la Tierra está alejada una distancia del Sol máxima: dmáx = 1,017 d En el solsticio de invierno, la Tierra se halla a la distancia mínima del Sol: dmin = 0,983 d Con estos datos, un observador terrestre...