INSTRUMENTOS DE MEDIDA DE LA RADIACIÓN SOLAR

A. Radiación solar

La radiación solar se mide en forma directa utilizando instrumentos que reciben el nombre de radiómetros y en forma indirecta mediante modelos matemáticos de estimación que correlacionan la radiación con el brillo solar.
Los radiómetros se pueden clasificar según diversos criterios: el tipo de variable que se pretende medir, el campo de visión, la respuesta espectral, el empleo principal a que se destina, etc.
Tipo de Instrumento
Parámetro de Medida
Piranómetro
i) Radiación Global, ii)Radiación directa, iii)Radiación difusa iv) Radiación solar reflejada. (usado como patrón nacional)
Piranómetro Espectral
Radiación Global en intervalos espectrales de banda ancha
Pirheliómetro Absoluto
Radiación Directa (usado como patrón nacional)
Pirheliómetro de incidencia normal
Radiación Directa (usado como patrón secundario)
Pirheliómetro (con filtros)
Radiación Directa en bandas espectrales anchas
Actinógrafo
Radiación Global
Pirgeómetro
Radiación Difusa
Radiómetro neto ó piranómetro diferencial
Radiación Neta
Heliógrafo
Brillo Solar

1. Piranómetro: es el instrumento más usado en la medición de la radiación solar Mide la radiación semiesférica directa y difusa (global) que se mide sobre una superficie horizontal en un ángulo de 180 grados, obtenida a través de la diferencia de calentamiento de dos sectores pintados alternativamente de blanco y negro en un pequeño disco plano. Cuando el aparato es expuesto a la radiación solar, los sectores negros se vuelven más cálidos que los blancos. Esta diferencia de temperatura se puede detectar electrónicamente generándose un voltaje eléctrico proporcional a la radiación solar incidente. En la variación de la temperatura puede intervenir el viento, la lluvia y las pérdidas térmicas de la radiación al ambiente. Un piranómetro acondicionado con una banda o disco parasol, que suprime la radiación directa, puede medir la radiación difusa.
De acuerdo a las especificaciones de la OMM existen varias clases de piranómetros, los cuales son clasificados por la ISO 9060 en: patrones secundarios, de primera y segunda clase.
Los de primera clase y los patrones secundarios emplean una termopila como elemento de detección. Los de segunda clase emplean típicamente las fotocélulas como el elemento de detección, son menos costosos que los otros tipos de piranómetros, pero la respuesta espectral del piranómetro fotovoltaico se limita al espectro visible. Los piranómetros de primera clase y los patrones secundarios normalmente son los utilizados para medir la radiación solar global.

Normalización

Los Centros Radiométricos Mundiales, Regionales y Nacionales de la OMM, tienen la responsabilidad de calibrar los instrumentos radiométricos. Además, el Centro Radiométrico Mundial de Datos está encargado del mantenimiento de la referencia básica, o sea el Grupo Mundial de Normalización (GMN) de instrumentos, que se utiliza para establecer la Referencia Radiométrica Mundial (RRM). En el curso de las comparaciones internacionales, que se organizan cada cinco años, los instrumentos patrón de los centros regionales se comparan con el GMN, y sus factores de calibración se ajustan a la RRM. Éstos, a su vez, se utilizan para transferir la RRM periódicamente a los centros nacionales, que calibran los instrumentos de su red utilizando sus propios instrumentos de referencia.

Definición de la Referencia Radiométrica Mundial (RRM)

En el pasado, se utilizaron en meteorología diversas referencias o escalas radiométricas, a saber: la Escala de Angstrom de 1905, la Escala Smithsoniana de 1913 y la Escala Pirheliométrica Internacional de 1956 (IPS). Los resultados de numerosas comparaciones efectuadas entre 15 pirheliómetros absolutos de 10 tipos diferentes sirvieron de base para definir una RRM. Para verificar los criterios de estabilidad, los instrumentos del GMN se comparan entre sí al menos una vez al año. Estos instrumentos se encuentran en el Centro Radiométrico Mundial, en Davos.


Cálculo de los Valores de la RRM. Para calibrar un instrumento radiométrico se utilizan como referencia las lecturas de uno de los instrumentos del GMN, o las de otro que se haya calibrado directa- mente con uno de los instrumentos del Grupo. En las comparaciones internacionales, el valor representativo de la RRM se obtiene calculando la media de las mediciones de al menos tres instrumentos del GMN. Los valores de la RRM se establecen aplicando a las lecturas de cada instrumento del GMN el factor de corrección que le fue asignado al ser incorporado al Grupo.

CONSTANTE SOLAR. En el tope de la atmósfera, a una distancia promedio de 150 x 106 Km del sol, el flujo de energía de onda corta interceptada por una superficie normal a la dirección del sol en vatios por metro cuadrado (W/m2) es llamada constante solar. Midiendo su variabilidad en el espacio y en el tiempo sobre el globo se puede definir el forzamiento radiactivo básico del sistema climático. Este valor da una idea de los valores que se registran en el tope de la atmósfera y de los valores que finalmente llegan a la superficie de la tierra durante el día como consecuencia de las “pérdidas” de radiación por fenómenos (procesos de atenuación) como la reflexión, refracción y difracción durante su trayectoria.
Según el Centro de Referencia Radiométrica Mundial (World Radiometric Reference - WRR) del Centro Mundial de Radiación (World Radiation Center - WRC), la constante solar tiene un valor aproximado de:
Io = 1.367 W/m2
= 433.3 Btu/(ft2*h)
= 1,96 cal/(cm2*min)
con una desviación estándar de 1,6 W/m2 y una desviación máxima de + 7 W//m2.

Trabajo realizado por Anai Jimenez Ramirez