A Constante Solar

No post de hoje vamos explicar o conceito da constante solar e os detalhes desde que começou a ser estudada.

A Figura 1 apresenta a geometria da relação Sol – Terra. A excentricidade da órbita terrestre é tal que a distância entre o Sol e o Terra apresenta variação de 1,7%. A uma distância de uma unidade astronômica, 1,495 x 1011 m, o Sol subentende um ângulo de 32°.

A radiação emitida pelo Sol e sua relação espacial com a Terra resulta em uma intensidade praticamente fixa de radiação solar fora da atmosfera terrestre. A constante solar (Gsc) é a energia recebida do Sol por unidade de tempo em uma unidade de área de uma superfície perpendicular à direção de propagação da radiação na distância média Terra – Sol fora da atmosfera.

Figura 1 - Relações Sol - Terra

Antes de foguetes e espaçonaves, era necessário realizar medidas em solo terrestre fazendo estimativas para medir a constante solar, uma vez que a radiação incidente sofre absorção e espalhamento por componentes da atmosfera terrestre.

Extrapolações das medidas realizadas em terra em montanhas altas foram baseadas em estimativas da transmissão atmosférica em várias porções do espectro solar. Na vanguarda destes estudos estavam C. G. Abbot e seus colegas do Instituto Smithsonian. Esses estudos e medidas obtidas a partir de foguetes posteriormente foram resumidos por Johnson (1954). O valor da constante solar proposto por Abbot foi de 1322 W/m² e foi revisado para 1395 W/m² por Jonhson.

A disponibilidade de aeronaves, balões e espaçonaves de altitudes muito elevadas permitiu medições diretas da radiação solar fora da maior parte ou de toda a atmosfera terrestre. Essas medições foram feitas com uma variedade de instrumentos em nove programas experimentais separados. Eles resultaram em um valor da constante solar Gsc de 1353 W/m² com um erro estimado de ± 1,5%.

Este valor padrão foi aceito pela NASA (1971) e pela American Society of Testing and Materials (2006).

Os dados nos quais o valor de 1353 W/m² foram baseados foram reexaminados por Frohlich (1977) e reduzido a uma nova escala pireliométrica com base nas comparações do instrumentos com radiômetros absolutos. Os dados dos satélites Nimbus e Mariner também foram incluídos nessa análise e, a partir de 1978, Frohlich recomenda um novo valor do constante solar Gsc de 1373 W/m², com um erro provável de 1 a 2%. Isso foi 1,5% maior do que o valor anterior e 1,2% maior do que a melhor determinação disponível da constante solar por integração de medições espectrais.

Atualmente, o valor da constante solar adotado pelo Centro Mundial de Radiação (World Radiation Center – WRC) é de 1367 W/m², com incerteza na ordem de 1%.

Duffie, John A., Beckman, William A. Solar Engineering of Thermal Processes, Fourth Editions.

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