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¿Qué es la radiación solar?

La radiación solar es la energía radiante emitida en el espacio interplanetario del Sol.

¿Qué es la radiación solar?

Esta radiación se genera a partir de las reacciones nucleares de fusión que se producen en el núcleo solar. Las radiaciones nucleares producen radiación electromagnética en varias frecuencias o longitudes de onda. La radiación electromagnética se propaga en el espacio a la velocidad de la luz.

¿Por qué es importante la radiación solar?

La energía solar es la principal fuente energética y, por lo tanto, el motor que mueve nuestro medio ambiente. La energía solar que recibimos mediante la radiación solar es responsable directamente o indirectamente de aspectos tan importantes para la vida como:

La energía solar que llega a la superficie terrestre es 10.000 veces mayor que la energía consumida actualmente por toda la humanidad.

¿Qué significa radiación?

La radiación es la transferencia de energía por ondas electromagnéticas.

La radiación se produce directamente desde la fuente hacia fuera en todas las direcciones. Estas ondas no necesitan un medio material para propagarse, pueden atravesar el espacio interplanetario y llegar a la Tierra desde el Sol.

La longitud de onda y la frecuencia de las ondas electromagnéticas, son importantes para determinar su energía, su visibilidad y su poder de penetración.

Todas las ondas electromagnéticas se desplazan en el vacío a una velocidad de 299.792 Km/s.

¿Qué es la constante solar?

La constante solar es la cantidad de energía recibida en forma de radiación solar por unidad de tiempo y unidad de superficie.

La constante solar se mide en la parte externa de la atmósfera terrestre en un plano perpendicular a los rayos del Sol. Los resultados de su medición por satélites arrojan un valor promedio de 1366 W/m2.

Tipos de radiaciones solares

La radiación del sol contiene tres tipos de rayos:

  • El 49% son rayos infrarrojos (IR) que proporcionan calor.
  • El 43% son rayos visibles (VI) que proporcionan luz.
  • El 7% son rayos ultravioleta (UV).
  • El 1% son otros tipos de rayos.

A su vez, los rayos ultravioleta (UV) se subdividen en tres tipos:

  • Ultravioleta A o UVA: Atraviesan fácilmente la atmósfera, alcanzando toda la superficie terrestre.
  • Ultravioleta B o UVB: Longitud de onda corta. Tiene mayor dificultad para atravesar la atmósfera. Llegan con más facilidad a la zona ecuatorial que en latitudes elevadas.
  • Ultravioleta C o UVC: Longitud de onda corta. No atraviesan la atmósfera. Son absorbidos por la capa de ozono.

Características de la radiación solar

La radiación solar se distribuye en un amplio espectro de amplitud no uniforme con la forma típica de una campana, como es típico del espectro de un cuerpo negro con el que se modela la fuente solar. Por lo tanto, no se concentra en una sola frecuencia.

El máximo de radiación se centra en la banda de radiación o luz visible con un pico a 500 nm fuera de la atmósfera terrestre según la ley de Wien, que corresponde al color verde cian.

La banda de radiación fotosintéticamente activa oscila entre 400 y 700 nm, corresponde a la radiación visible y equivale al 41% de la radiación total. Dentro de la radiación fotosintéticamente activa hay subbandas con radiación:

  • azul-violeta (400-490 nm)
  • verde (490-560 nm)
  • amarillo (560-590 nm)
  • rojo anaranjado (590-700 nm)

Al cruzar la atmósfera la radiación solar se somete a fenómenos de reflexión, refracción, absorción y difusión por los diversos gases atmosféricos en un grado variable en función de la frecuencia. Consecuentemente, el suelo del espectro solar es irregular en comparación con la detectada en los umbrales externas de atmósfera con presencia de bandas típicas de absorción o reflexión.

¿Cómo se propaga la radiación solar en la atmósfera y en la superficie de la tierra?

Por las características de la atmósfera terrestre la radiación solar sufre unas determinadas alteraciones para atravesarla y llegar a la superficie.

Balance de radiación

En promedio, la Tierra recibe 1 366 W / m² (constante solar) del Sol. Esto está relacionado con los umbrales de la atmósfera y el plano perpendicular a los rayos solares entrantes: es por lo tanto necesario tener en cuenta que la radiación solar en la Tierra golpea un casquete esférico durante 1440 minutos cada día, disminuyendo en un 75%. La atmósfera a su vez filtra los rayos del Sol hasta cierto punto, como lo hace cada cuerpo, causando:

  • Una reflexión y un back-dispersión de los rayos, debido a su albedo, a las nubes y gases atmosféricos mismos.
  • Una absorción que provoca un aumento de la temperatura, como resultado de lo cual emite radiación en cualquier dirección de acuerdo con la ley de Wien. Sin embargo, esta absorción es modesta en la banda de luz visible, por lo que es transparente a la radiación solar directa.

    Aproximadamente la mitad de la radiación solar atraviesa la atmósfera sin alteraciones. La radiación que lo consigue se llama radiación neta. La mitad de la radiación neta contribuye finalmente a la evaporación de las masas de agua, por lo tanto, la energía solar disponible es aproximadamente una cuarta parte de la energía total emitida.

    La estratosfera absorbe los rayos ultravioleta incluidos en la banda de 200-300 nm gracias al ozono, la troposfera absorbe y difunde el infrarrojo gracias al vapor de agua y al CO2 . La acción de filtrado de las bandas en las longitudes de onda ultravioleta, en su mayoría letales, es esencial para el desarrollo de la vida.

    Radiación solar difusa

    La radiación difusa también recibe el nombre de radiación indirecta.

    La radiación difusa representa la porción de radiación solar que ha golpeado al menos una partícula de gases atmosféricos al cambiar el ángulo de incidencia y que, sin embargo, alcanza el suelo porque está dirigida hacia él.

    Aumenta en relación con el total en cielos nublados. En particular, la dispersión de Rayleigh del componente azul de la radiación solar es responsable del color azul del cielo. Una parte de la radiación difusa está hacia atrás hacia, el espacio.

    Radiación solar incidente

    La radiación solar incidente es esa radiación que ha encontrado cualquier obstáculo al que ha entregado toda o parte de su energía. La energía que no llega a la superficie de la tierra se dice que está extinta y está formada por la radiación re-emitida, reflejada y retrodispersada hacia el espacio.

    De acuerdo con la ley de Lambert, la cantidad de radiación que golpea la unidad de superficie es proporcional al coseno del ángulo de incidencia.

    La cantidad máxima de radiación solar incidente se obtiene con incidencia perpendicular, ya que el ángulo aumenta, tanto la superficie afectada por la misma cantidad de radiación como el grosor de la atmósfera atravesada por estos aumenta. Esto crea las variaciones diarias, anuales y latitudinales en la irradiación.

    Radiación solar reflejada

    La radiación solar reflejada es la parte de la radiación solar incidente reflejada desde la superficie de la tierra debido al efecto albedo.

    El albedo es el coeficiente de reflexión c. Los valores de c generalmente están entre 0 y 1 o se expresan como un porcentaje. Está dada por la relación entre la energía radiante reflejada desde una superficie con respecto a la energía incidente. La Tierra tiene un valor promedio de 40% (c = 0.4). A la altitud del albedo de la Tierra, agregamos las radiaciones reflejadas por las partículas atmosféricas hacia el espacio.

    Radiación solar absorbida

    Después de deducir todas las pérdidas debidas a la reflexión y la retrodispersión de la atmósfera y la superficie de la Tierra, la radiación solar incidente que queda es absorbida por la superficie de la Tierra y por lo tanto contribuye a su calentamiento, de una manera variable en función de la latitud y el tipo de superficie.

    ¿Cómo se mide la radiación solar?

    Para medir la radiación solar distinguimos tres métodos dependiendo de si es:

    • Radiación solar directa.
    • Radiación solar indirecta.
    • Radiación infrarroja.

    Medida de la radiación solar directa

    La radiación solar directa se mide por medio de pirheliómetros. Con el uso de obturadores, solamente se mide la radiación procedente del sol y de una región anular del cielo muy próxima al sol.

    Se precisa que todos los pirheliómetros vayan montados sobre un mecanismo que le permita un seguimiento muy preciso del Sol.

    Medición de la radiación global y difusa

    La radiación global se define como la radiación solar recibida de un ángulo sólido de 2π estereorradianes sobre una superficie horizontal. La radiación global incluye la recibida directamente del disco solar y también la radiación difusa del cielo dispersada al atravesar la atmósfera.

    La radiación global se mide mediante el piranómetro. Para medir solamente la componente difusa de la radiación solar, la componente directa se cubre por medio de un sistema de pantalla o sombreado. 

    Medición de la radiación infrarroja

    Las radiaciones infrarrojas se miden mediante los pirgeómetros.

    La mayoría de éstos eliminan las longitudes de onda cortas mediante filtros que presentan una transparencia constante a longitudes de onda largas mientras que son casi opacos a longitudes de onda más cortas. 

    ¿Cómo afecta la radiación solar a la salud?

    La radiación ultravioleta puede tener varios efectos en la piel de los seres humanos dependiendo de su intensidad y la longitud de sus ondas.

    La radiación UVA puede causar envejecimiento prematuro de la piel y cáncer de piel. También puede causar problemas en los ojos y el sistema inmunitario. 

    La radiación UVB causa quemaduras de sol, oscurecimiento y engrosamiento de la capa exterior de la piel, y melanoma y otros tipos de cáncer de piel. También puede causar problemas en los ojos y el sistema inmunitario.

    La capa de ozono impide que la mayor parte de la radiación UVC llegue a la Tierra. En el campo de la medicina, la radiación UVC también puede surgir de lámparas especiales o de un rayo láser y se usa para eliminar gérmenes o para ayudar a cicatrizar heridas. Asimismo, se usa para tratar ciertas afecciones de la piel como las psoriasis, el vitiligo y los nódulos en la piel que causan el linfoma cutáneo de células T.

    Resumen

    La radiación solar es la energía que proviene del Sol.

    En el núcleo solar se producen reacciones nucleares que librean una gran cantidad de energía. Esta energía viaja hasta la Tierra mediante unas ondas electromagnéticas: la radiación solar.

    La radiación solar se divide en principalmente tres tipos de rayos: 

    • Rayos infrarrojos (IR). Proporcionan calor.
    • Rayos visibles (VI). Proporcionan luz.
    • Rayos ultravioleta (UV). Son los que tiene más influencia en la salud humana.

    Referencias

    Autor:

    Fecha publicación: 13 de mayo de 2015
    Última revisión: 4 de mayo de 2020