Aula 5 Radiação Solar

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Radiação
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Sol
Radiação (Ondas eletromagnéticas – composta principalmente por ondas curtas)
Velocidade da luz (Terra)
Calor e iluminação
24 horas de um dia
Radiação solar atinge a superfície de uma localidade qualquer com diferentes intensidades (depende do horário)
Máxima radiação por volta do meio dia
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Variação da radiação (W/m²) medida no dia 27/09/2006, no Município
de Cassilândia-MS.
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 Curso diário da radiação solar que incide sobre uma superfície, medida por uma estação meteorológica automatizada
 Radiação foi absorvida durante o tempo em que o Sol se encontrava sobre o horizonte (do nascer ao pôr-do-sol), e variou de acordo com a altura do mesmo.
 Observar pontos fora da curva (céu com nuvens – radiação difusa – interferência na leitura do sensor)
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 A Terra também emite sua própria radiação ( > ondas longas)
 Qualquer corpo com T ≠ 0o K – capacidade de emitir radiação
 Corpo negro: recebe e absorve toda a radiação eletromagnética que incide sobre ele, independente do tipo de comprimento de onda.
 A quantidade total de energia irá depender da temperatura do corpo, sendo regida pela lei de Stefan-Boltzmann
E = Em . σ . T4
Onde:
E = Energia total emitida (cal/cm2 . min);
σ (sigma) = constante de Stefan-Boltzmann (0,827 . 10-10 cal/cm2 . min)
T = temperatura absoluta (oK)
Em = emissividade do corpo
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Fluxo de radiação que atinge um corpo
Ao atingir um corpo qualquer, o fluxo de radiação (Ii = radiação incidente) sofrerá as seguintes ocorrências:
 Reflexão: parte da radiação será refletida
 Absorção: parte da radiação será absorvida, sendo retida pelo corpo, podendo ocasionar um aumento de temperatura (aquecimento)
 Transmissão: parte da radiação vai atravessar o corpo, ser levemente alterada, porém seguirá a diante a sua trajetória.
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 “Quando o calor radiante incide na superfície de um corpo, ele é parcialmente absorvido, parcialmente refletido e parcialmente transmitido.” 
Reflexão, absorção e transmissão em um corpo
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 O Total da radiação que incidirá por um corpo qualquer (Ii) será soma da radiação refletida (Ir) com a radiação absorvida (Ia) e com a radiação transmitida (It).
 A propriedade de um corpo refletir a radiação é chamada refletividade e é dada pela razão entre Ir e Ii (R = Ir / Ii). 
Observação: Albedo (r) é uma medida relativa da quantidade de luz refletida (ondas curtas), o que ocorre sobre superfícies de maneira direta ou difusa. É portanto uma medida da refletividade da superfície de um corpo.
 A propriedade de um corpo absorver a radiação é chamada de absorvidade, e é dada pela razão entre Ia e Ii (A = Ia / Ii)
 A propriedade de um corpo transmitir a radiação é chamada transmissividade, e é dada pela razão entre It e Ii (T = It / Ii).
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Fluxo de radiação que atinge a atmosfera 
	Quando a radiação solar atinge o topo da atmosfera da Terra, ela é atenuada devido aos seguintes fatores:
 As partículas presentes na atmosfera (impurezas, cristais, etc.) que causam o seu espalhamento;
 A alguns constituintes da atmosfera (Oxigênio, CO2, vapor, etc.) a absorvem;
As nuvens que absorvem no máximo 7% do total, e refletem até 90%, dependendo de suas dimensões.
 
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Distribuição percentual da radiação solar incidente 
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Balanço de radiação na superfície terrestre
 Chamamos de balanço de radiação (ou radiação líquida – RL) a contabilidade dos ganhos e perdas no fluxo de radiação que incide sobre uma superfície terrestre. 
 Este fluxo corresponde à quantidade total de radiação que chega e recebe o nome de Radiação Global.
 A radiação líquida é a soma do balanço de ondas curtas (Boc) que é emitido pelo Sol e sofre ou não modificações, com o balanço de ondas longas (Bol) que é emitida pela Terra.
 RL = Boc + Bol
Onde,
RL = Radiação líquida;
Boc = Balanço de ondas curtas;
Bol = Balanço de ondas longas.
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Balanço de radiação.
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• A radiação global (Qg) é soma dos fluxos de radiação direta (Qd) e fluxo de radiação difusa (Qc) que atingem a superfície terrestre;
 
 Qg = Qc + Qd
• A radiação líquida (RL) é a soma do balanço de ondas curtas (Boc) e o balanço
de ondas longas (Bol);
 RL = Boc + Bol
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• A radiação solar absorvida (Qoc), também denominado balanço de ondas curtas, é a diferença da radiação recebida (Qg) e a refletida (Qr).
 
 Qoc = Qg – Qr
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• Assim como o Sol, a Terra também emite ondas eletromagnéticas, só que do tipo ondas longas. Existe também uma outra radiação de ondas longas, originada na atmosfera e chamada de contra-radiação que possui mesma direção, só que sentido oposto ao da radiação terrestre, e que é absorvida totalmente pela Terra. O balanço de radiação de ondas longas (Qol) é a diferença entre a contra-radiação (Qcr) e a radiação emitida pela Terra (Qs).
 Qol = Qcr – Qs 
• Balanço de radiação (Q) é a soma dos balanços de radiação de ondas curtas (Qoc) e do balanço de radiação de ondas longas (Qol).
 Q = Qoc + Qol
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MECANISMOS DE MEDIÇÃO DA RADIAÇÃO SOLAR
	Existem alguns tipos de aparelhos de medição da radiação solar que são bastante usados no Brasil: o piranômetro (utilizado em estações meteorológicas automatizadas), o heliógrafo, e o actinógrafo.
Piranômetro
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Heliógrafo
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 O mais comum é o heliógrafo, que mede o número de horas de brilho de Sol sem nuvens no dia, por meio de uma lente que queima uma fita de papel. 
 O actinógrafo é um aparelho que possui placas metálicas diferentes que se dilatam entre si e medem a radiação global.
 Os piranômetros medem a radiação global. Este instrumento caracteriza-se pelo uso de uma termopilha (sensor térmico) que mede a diferença de temperatura entre duas superfícies, uma pintada de preto e outra pintada de branco igualmente iluminadas. A expansão sofrida pelas superfícies provoca um diferencial de potencial que, ao ser medida, mostra o valor instantâneo da energia solar.
Cont. MECANISMOS DE MEDIÇÃO DA RADIAÇÃO SOLAR
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CÁLCULO DO BALANÇO DE RADIAÇÃO
O balanço de radiação (Q) pode ser determinado pela seguinte equação:
 
 Q = Qoc + Qol
Onde,
Qoc = balanço de radiação de ondas curtas (cal/cm2.dia);
Qol = balanço de radiação de ondas longas (cal/cm2.dia).
O balanço de radiação de ondas longas (Qol), também chamado de emissão
efetiva da Terra é determinado pela seguinte equação:
 Qol = Qs . ( 0,09 . √(e ) - 0,56 ) . ( 0,1 + 0,9 . n / N ) 
Onde,
e = Tensão média diária de vapor d’água (vapor de água na atmosfera) (mmHg);
n = insolação diária (horas);
N = Número diário possível de horas de sol (Tabela 1);
Qs = emissão diária de radiação de um corpo negro em função da temperatura do ar (Tabela 2).
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O balanço de radiação de ondas curtas (Qoc), também chamado de
radiação solar absorvida, é determinado pela seguinte equação:
 Qoc = ( 1 – r ) . Qg
Onde,
Qg = radiação solar global (cal/cm2.dia);
r = valor tabelado que corresponde ao poder refletor da superfície (Albedo) (Tabela 3).
A determinação aproximada da radiação solar global (Qg) pode ser realizada através de equações que utilizam a insolação diária. Uma destas equações é a proposta por ANGSTRON:
 Qg = Qo [(0,29 . cos ∅) + 0,52 . n / N ]
Onde, 
Qo = radiação solar em uma superfície horizontal no topo
da atmosfera (Tabela 4);
∅ = latitude do local no qual se está determinando Qg.
Pode-se determinar também a radiação solar refletida (Qr), que é apenas uma parte de Qg, utiliza-se a seguinte equação:
 Qr = r . Qg
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Tabela 1. Número possível de horas de brilho de sol no 15° dia do mês (N) (adaptado de Tubelis e Nascimento, 1980).
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Tabela 2. Emissão diária de radiação de um corpo negro (1440 σ T4) em função da temperatura, cal/cm2. dia (adaptado de Tubelis e Nascimento, 1980).
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Tabela 3. Albedo (r) de algumas superfícies (adaptado de Tubelis e Nascimento, 1980)
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Tabela 4. Radiação solar diária (Qo) em suma superfície horizontal no topo da atmosfera, cal/cm2.dia (adaptado de Tubelis e Nascimento, 1980).
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Fim .........