Читать книгу Replanteo de instalaciones solares térmicas. ENAE0208 - S. L. Innovación y Cualificación - Страница 10

La cantidad de energía que transporta cualquier onda es proporcional a la frecuencia. La frecuencia es el número de veces que se repite una onda completa por unidad de tiempo. La unidad de medida de la frecuencia es el hercio (Hz), o también el s-1. Cuanto mayor es la frecuencia, mayor es la energía que la onda transporta y, por tanto, mayor es el efecto cuando impacta sobre un cuerpo.

Otro parámetro característico de las radiaciones es la longitud de onda, que se define como la distancia, medida en la dirección de propagación de la onda, entre dos puntos de esta, cuyo estado de movimiento es idéntico, como por ejemplo, crestas o valles adyacentes.

La longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia. Por tanto, cuanto más pequeña sea la longitud de onda, más grande será la frecuencia, es decir, más veces se repite la onda en el tiempo y, por tanto, puede ser transportada mayor energía. La longitud de onda (λ) y la frecuencia (f) de las ondas electromagnéticas se relacionan mediante la expresión:

Son importantes para determinar su energía, su visibilidad, su poder de penetración y otras características. Independientemente de su frecuencia y longitud de onda, todas las ondas electromagnéticas se desplazan en el vacío a la velocidad de la luz (c).

En función de la frecuencia, las radiaciones tienen más o menos capacidad de penetración en los materiales: cuanto más corta sea la longitud de onda, más facilidad para hacerlo.

Sabía que...

Aunque el día esté nublado los paneles fotovoltaicos producen electricidad.

Aplicación práctica

Manuel ha recibido los datos de frecuencia de varios tipos de ondas del espectro electromagnético. Entre ellas debe elegir cuál tendrá más capacidad de penetración en los materiales. Dichas frecuencias son de 100, 200 y 300 Hz respectivamente.

¿Cuál deberá elegir?

SOLUCIÓN

Manuel sabe que interpretando el gráfico anterior y observando la expresión λ=c/f, a mayor frecuencia existe menor longitud de onda y mayor penetración, por lo que tendría que utilizar la onda de 300 Hz de frecuencia.

El Sol emite constantemente cantidades enormes de energía. Un cálculo teórico basado en la Ley de Planck permite afirmar que el flujo total de energía emitido por el Sol en todo el rango de frecuencias equivale a 3,8 × 1023 (o sea, 380.000 trillones de kW). De esa energía emitida por el Sol, solo una pequeña parte llega a la Tierra, aunque esa pequeña cantidad sería más que suficiente para cubrir la demanda mundial de todo un año. De la energía que llega, la atmósfera, afortunadamente, absorbe una gran parte.

La Ley de Planck describe la radiación electromagnética emitida por un cuerpo negro en equilibrio térmico en una temperatura definida. Dicha ley sirve para calcular la intensidad de la radiación emitida por un cuerpo negro para una determinada temperatura y longitud de onda.

Sabía que...

Un cuerpo negro es un objeto ideal, que no existe en la naturaleza, que absorbe toda la energía que incide en él y no refleja ninguna.

La energía que llega a la parte alta de la atmósfera es una mezcla de radiaciones de longitudes de onda, formada por radiación ultravioleta, luz visible y radiación infrarroja. Estas constituyen el espectro solar terrestre que podemos ver en la siguiente imagen.

Para medir la cantidad de energía solar que llega a la frontera exterior que delimita la atmósfera, se establece la constante solar.

La constante solar nos sirve para formar el valor correspondiente a la energía que incide perpendicularmente sobre 1 m² de la parte exterior de la atmósfera.

Se llama constante solar a la radiación solar (flujo o densidad de potencia de la radiación solar) recogida fuera de la atmósfera sobre una superficie perpendicular a los rayos solares. No es un valor constante, puesto que la distancia entre el Sol y la Tierra tampoco lo es, y esta depende de la distancia. Oscila en valores entre 1.400 y 1.310 W/m², tomándose como valor establecido 1.353 W/m², variando en un ±3 % durante el año por ser la órbita terrestre elíptica.

La radiación solar incide sobre la superficie de la Tierra después de atravesar la atmósfera, en la que se debilita por efecto de reflexión, difusión y absorción de la materia atmosférica. La atmósfera absorbe parte de la radiación solar. En unas condiciones óptimas, con un día perfectamente claro y con los rayos del sol cayendo casi perpendiculares, como mucho, las tres cuartas partes de la energía que llega del exterior alcanzan la superficie. El resto se refleja en la atmósfera y se dirige al espacio exterior. Las nubes son en gran parte las responsables de ello. Casi toda la radiación ultravioleta y gran parte de la infrarroja son absorbidas por el ozono y otros gases en la parte alta de la atmósfera. El vapor de agua y otros componentes atmosféricos absorben, en mayor o menor medida, la luz visible e infrarroja.

La constante solar anterior ya no es válida en la superficie de la Tierra. Aquí, en condiciones atmosféricas óptimas: día soleado de verano, cielo totalmente despejado, en una superficie de 1 m² perpendicular al sol, la luz solar plena registra un valor de 1.000 W/m².

Recuerde

La constante solar nos sirve para formar el valor correspondiente a la energía que incide perpendicularmente sobre 1 m² de la parte exterior de la atmósfera.

Sin embargo, pueden darse otras situaciones en las que la radiación solar tenga valores distintos: varía según el momento del día, también varía considerablemente de un lugar a otro, especialmente en regiones montañosas, y según la diferencia con respecto a la posición relativa del sol en el cielo (elevación solar), la cual depende de la latitud de cada lugar.