P2 - ENG 210

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P2 - ENG 210
RADIAÇÃO SOLAR
As radiações podem ser de dois tipos:
Partículas: possuindo massa, carga elétrica e velocidade
Ondas eletromagnéticas: não possuem massa e se propagam com velocidade de 300.000
km/s
Irradiância: fluxo incidente
Emitância Radiante: fluxo emitido
Radiação de ondas curtas: emitida pelo sol
Radiação de ondas longas: emitida pela superfície da Terra
Por que o céu é azul? Porque na faixa visível do espectro, a radiação violeta é a que sofre
mais espalhamento porém a transmissividade da atmosfera para o azul é maior do que para
violeta e o olho humano é mais sensível a cor azul, por isso enxergamos o céu na cor azul.
Espalhamento seletivo: quando o comprimento de onda incidente é muito maior que o
diâmetro da partícula espalhadora. Os menores comprimentos serão mais eficientemente
espalhados
Espalhamento não seletivo (de Mie): quando o comprimento de onda incidente é igual ou
menor que o diâmetro da partícula espalhadora. Todos os comprimentos de onda estarão
igualmente espalhados.
Considerando um prazo relativamente longo, por exemplo um ano, o sistema
Terra-Atmosfera, reirradia, em tese, esta mesma quantidade de energia, a absorvida, para o
espaço, em comprimentos de onda mais longos, garantindo assim, o equilíbrio térmico do
planeta.
Albedo: Fração de radiação solar refletida por uma superfície ou objeto, expressada em
porcentagem
Os sensores dos principais instrumentos de medida da radiação podem ser
classificados como:
calorimétricos: nesses instrumentos a energia radiante incide sobre um metal altamente
absorvedor. A energia radiante será convertida em calor que pode ser medida de diversas
maneiras: (a) o calor pode ser conduzido por um fluido que ao escoar modifica sua entalpia,
e a mudança da entalpia é um indicativo do fluxo de energia incidente; (b) o calor modifica a
entalpia do metal absorvedor, modificando sua temperatura que será facilmente medida. Ex:
Sensores dos radiômetros térmicos
termomecânicos: nesses instrumentos a radiação é medida a partir da deformação
diferenciada sofrida por uma placa bimetálica com diferentes coeficientes de dilatação (por
exemplo um par de placas ligadas entre si sendo uma enegrecida e outra prateada). A
distorção é transmitida ótica ou mecanicamente a um indicador. Ex: Sensor do actinógrafo
bimetálico Robitzsch
termoelétricos: os sensores termoelétricos são constituídos de pares termoelétricos. O par
termoelétrico consiste de dois fios metálicos, de diferentes materiais (cobre-constantan),
unidos em suas extremidades . Uma força eletromotriz é gerada no circuito quando há uma
diferença de temperatura entre as junções do par. A força eletromotriz é proporcional à
diferença de temperaturas nos pólos metálicos. Nos radiômetros, uma junção fica
exposta a radiação (junção quente), enquanto a outra, junção fria, se acha protegida contra
a incidência de radiação (pintando-se de branco). Ex: Sensores usados na maioria dos
piranômetros Eppley
fotovoltaicos: um sensor fotovoltaico é feito com um material semicondutor, como por
exemplo de silício. Quando a radiação atinge o semicondutor com energia capaz de ionizar
os átomos uma corrente elétrica. As vantagens desse tipo de sensor são o baixo custo e a
velocidade de resposta. A maior desvantagem é sua resposta espectral, que é forte
principalmente nas bandas do vermelho e infravermelho próximo. Ex: células fotovoltaicas
de silício.
Instrumentos:
PIRANÔMETROS - são os aparelhos usados na medição da irradiância solar global.
Usando-se um arco para obstruir a chegada da irradiância solar direta ao sensor do
piranômetro, pode-se obter a medida da irradiância solar difusa.
ACTINÓGRAFO – Mede a irradiância solar global.
PIRELIÔMETRO - aparelho usado para medir a irradiância solar direta.
PIRGEÔMETRO - aparelho usado na medição da radiação de ondas longas
(atmosférica e terrestre).
SALDO-RADIÔMETRO – mede o saldo de radiação total (curtas + longas), isto é,
a diferença entre o fluxo total de radiação para baixo e o fluxo total para cima.
HELIÓGRAFO – mede a insolação, número de horas nas quais houve incidência de
radiação solar direta.
BALANÇO DE RADIAÇÃO
Irradiância solar direta: Irradiância recebida diretamente do sol sem sofrer dispersão.
Irradiância solar difusa: Irradiância recebida do sol que sofreu dispersões durante sua
trajetória.
Irradiância solar global: Radiação total
Albedo: Fração de radiação solar refletida por uma superfície ou objeto, expressada em
porcentagem. As superfícies cobertas por neve têm um alto nível de albedo, o albedo dos
solos pode ser alto ou baixo; as superfícies cobertas por vegetação e os oceanos têm um
baixo nível de albedo.
Balanço de ondas curtas: Ondas curtas emitidas pelo Sol sofrem pouca interferência da
atmosfera terrestre BOC = Rg ( 1 – r )
Balanço de ondas longas: Fluxo radiante de energia resultante da emissão dos gases
atmosféricos.
TEMPERATURA DO AR E DO SOLO
Saldo de radiação (Rn): Calor latente (LE) + Calor sensível (H) + Calor no solo (G) + Sist.
biol. (B)
Energia radiante que chega a superfície será destinada aos processos físicos:
- Condução: contato direto entre as moléculas
- Convecção: movimento de moléculas em fluidos devido à diferença de densidade
O aquecimento do solo ocorre pela transferência de calor através do processo de condução.
Fatores determinantes da temperatura do solo:
- Externos: Relacionados aos elementos meteorológicos
- Intrínsecos: tipo de solo, relevo e cobertura da superfície
A temperatura do solo influencia:
- Germinação das sementes
- Absorção de água e nutrientes pelas raízes
- Atividade de microorganismos do solo
O aquecimento do ar ocorre pela transferência de calor através do processo de condução e
convecção
Fatores determinantes da temperatura do ar:
- Macroclimáticos: Relacionados à latitude, altitude
- Topoclimáticos: Relacionados ao relevo
- Microclimáticos: Relacionados à cobertura da superfície
Instrumentos para medição da temperatura do ar:
● termômetro
● termógrafo
● termopar
Graus-dia: Refere-se à quantidade diária de energia disponível para o crescimento e
desenvolvimento das plantas, superior à temperatura basal inferior (Ti ) e temperatura basal
superior (Ts ), requeridas para que uma determinada espécie vegetal possa crescer e
desenvolver.
Vantagens do uso dos graus-dia:
- Tempo cronológico x tempo biológico
- Indicação do potencial climático da região
- Planejamento da produção
- Planejamento do uso das instalações
EXERCÍCIOS:
1. Explique o conceito de balanço de radiação e sua importância para os sistemas
climáticos terrestres. É o equilíbrio entre a radiação que chega à Terra e a que é refletida
ou emitida de volta ao espaço. Ele regula o clima e as condições meteorológicas.
2. Diferencie irradiância solar direta, difusa e global. Como cada uma contribui para o
balanço energético na superfície terrestre? Irradiância direta é a radiação que chega
diretamente do Sol, difusa é a dispersa pela atmosfera, e global é a soma das duas.
Contribuem para o balanço energético, determinando a energia disponível para aquecimento
e processos biológicos.
3. O que é o albedo? Quais são os fatores que influenciam sua variação na superfície
terrestre? É a fração da radiação solar refletida pela superfície. Ele varia conforme o tipo de
solo, vegetação e cobertura de gelo ou água.
4. Como o balanço de ondas curtas é calculado? Qual a relevância desse cálculo para
estudos meteorológicos? O balanço de ondas curtas é calculado como BOC=Rg(1−r),
onde Rg é a irradiância solar global e r, o albedo. Ele é crucial para avaliar a energia
disponível para aquecimento terrestre.
5. Defina radiação de ondas longas e explique seu papel no equilíbrio térmico da Terra.
Radiação de ondas longas é emitida pela Terra. Ela contribui para o efeito estufa, mantendo o
planeta habitável ao reemitir calor para a atmosfera.
6. Descreva as interações da radiação solar com a atmosfera terrestre, citando exemplos
de espalhamento seletivo e não seletivo. A radiação interage por espalhamento seletivo,
como o azuldo céu, ou não seletivo, como a névoa branca. Ambos influenciam a quantidade
de luz que chega ao solo.
7. Quais são as principais leis da radiação para corpos negros e como elas se aplicam à
análise de radiação solar e terrestre? As leis incluem a de Planck (distribuição espectral),
Stefan-Boltzmann (potência radiada) e Wien (deslocamento do pico). Elas explicam emissões
solares e terrestres.
8. Explique como os sensores de medição de radiação funcionam, destacando os tipos
calorimétricos, termoelétricos e fotovoltaicos. Sensores medem a radiação por métodos
térmicos, mecânicos ou fotovoltaicos, convertendo energia radiante em sinais mensuráveis.
9. Como o efeito estufa está relacionado ao balanço de ondas longas? Quais são as suas
implicações climáticas? O efeito estufa resulta da absorção e reemissão de radiação de
ondas longas, regulando a temperatura terrestre. Em excesso, leva ao aquecimento global.
10. O que é a constante solar? Como ela varia ao longo do ano? Constante solar (1367
W/m²) é a irradiância média recebida no topo da atmosfera, variando pela órbita elíptica da
Terra.
11. Qual é a diferença entre temperatura do solo e temperatura do ar, considerando seus
fatores determinantes? A temperatura do solo depende de sua composição e insolação,
enquanto a do ar é influenciada por latitude, altitude e cobertura do terreno.
12. Como o relevo influencia na variação da temperatura do solo e do ar? Cite exemplos
práticos. Relevo afeta o aquecimento pelo ângulo de incidência solar e altitude. Montanhas
têm temperaturas menores e vales acumulam ar frio.
13. Explique como a cobertura do solo interfere na variação da temperatura e quais são as
consequências para a agricultura. Cobertura do solo regula a absorção e perda de calor,
impactando a germinação e manejo hídrico na agricultura.
14. Por que a temperatura máxima do ar ocorre por volta das 14h e não ao meio-dia? A
temperatura máxima ocorre às 14h devido ao atraso na dissipação de calor pela atmosfera
após o pico de insolação.
15. O que são graus-dia e como são calculados? Dê exemplos de sua aplicação na
agricultura. Graus-dia medem energia acumulada útil ao crescimento de plantas. Ex.: cultivo
de uvas requer somatórios específicos para maturação.
16. Quais instrumentos podem ser utilizados para medir a temperatura do solo e do ar?
Comente as vantagens de cada um. Termômetros medem ar, enquanto sondas térmicas
monitoram o solo. Termógrafos permitem registros contínuos.
17. Como o saldo de radiação é relacionado aos processos biológicos no solo e na
atmosfera? Saldo de radiação (Rn) é usado para estimar calor disponível para evaporação,
aquecimento do solo e fotossíntese.
18. Por que a germinação de sementes e a atividade microbiana são influenciadas pela
temperatura do solo? Temperaturas ótimas aceleram atividade microbiana e processos
biológicos, influenciando a produtividade agrícola.
19. Descreva como o espalhamento da radiação solar afeta a percepção visual do céu em
diferentes condições atmosféricas. Espalhamento cria o azul do céu em dias claros ou
tons alaranjados ao amanhecer/entardecer.
20. Analise os impactos de variações sazonais de radiação e temperatura para o cultivo de
culturas agrícolas em regiões de clima tropical. Culturas tropicais adaptam-se às
variações radiativas e térmicas, mas extremos podem prejudicar ciclos de produção
21. Comente os processos de aquecimento e resfriamento do ar e do solo.
22. Porque a temperatura máxima do ar se dá por volta das 14:00 h e não ao meio-dia? Em
que momento do dia encontramos a temperatura mínima? Porque?
23. Explique como a cobertura do solo interfere na temperatura do solo. Qual a principal
implicação disso para a agricultura?