FREQÜÊNCIA DE DIAS CLAROS COM BASE NOS VALORES DO ÍNDICE DE LIMPIDEZ
ARIANE FRASSONI DOS SANTOS
Universidade Federal de Pelotas
Siqueira Campos , 190, Simões Lopes, CEP 96025/340
e-mail: [email protected]
JOÃO GERD ZELL DE MATTOS
Universidade Federal de Pelotas
Siqueira Campos , 190, Simões Lopes, CEP 96025/340
e-mail: [email protected]
SIMONE VIEIRA DE ASSIS
Universidade Federal de Pelotas
Depto. de Meteorologia/Fac. Met - Pelotas
e-mail: [email protected]
ABSTRACT
In this paper is presented annual variation of the clearness index and solar global radiation in a
polyetylene greenhouse in the north-south and east-west orientations. The solar global radiation was
measured during 13 months inside and outside of the greenhouse: from 12/7/95 to 12/20/96. The
piranometer used for the measure inside was prototype and the EPPLEY piranometer was used for
measure the solar radiation outside. The clearness index is a relation between solar global and
extraterrestrial radiation.
The annual variation of the extraterrestrial radiation presented minimum value in june: 22.39 MJ.m-2
maximum value in december, 42.31 MJ.m-2 and the clearness index outside was between 0.45-0.61, 0.30-0.44
east-west greenhouse and 0.27-0.38 north-south greenhouse.
INTRODUÇÃO
A principal fonte de energia que atinge a superfície terrestre, em grandes quantidades, provém do Sol
e as informações obtidas sobre sua quantidade e qualidade tem amplas aplicações em diferentes atividades como
por exemplo: agricultura, arquitetura, hidrologia, meteorologia, biologia, entre outras.
Ao atravessar a atmosfera a radiação solar é parcialmente absorvida e transformada em calor pela
própria atmosfera; ela é parcialmente espalhada pelas moléculas dos gases constitutintes e por outras partículas
de tamanhos variados em suspensão e é absorvida e refletida pelas nuvens (Iqbal, 1983). Como resultado destes
processos físicos a radiação solar é atenuada durante a sua trajetória. Estudos mostram que esta atenuação não é
a mesma para toda a região do espectro solar. Por este motivo é que ao se comparar a radiação solar recebida
pela superfície terrestre com a que chega no topo da atmosfera, observa-se um percentual de redução de acordo
com os motivos explicados anteriormente.
Por outro lado, as nuvens tendem a alterar seu valor contribuindo para elevar ou diminuir a relação
entre incidência direta e difusão da radiação global. Na presença de nebulosidade, o fluxo radiante pode
aumentar ou diminuir. Se a nebulosidade é parcial e o sol não é totalmente encoberto, o fluxo da radiação global
é menor do que aquele de um dia de céu claro. No caso de nebulosidade total, o fluxo da radiação global é
sempre menor do que aquele de um dia de céu sem nuvens (Duffie et al, 1980).
A redução torna-se maior quando a radiação solar é medida sob cobertura plástica, devido ao efeito
redutor que o plástico exerce na sua transmissividade (Assis, 1998).
Quantificar a radiação solar global que é transmitida pela cobertura plástica é uma tarefa que exige
aparelhagem adequada, e isto nem sempre é possível devido ao alto custo dos instrumentos, além de exigir
manutenção e cuidados rotineiros, necessários ao bom desempenho dos mesmos. Isto reforça a necessidade da
medida radiométrica da radiação solar dentro e fora de ambientes protegidos como contribuição ao estudo do
microclima local. Kudish & Ianetz (1992) calcularam o índice de limpidez com o objetivo de caracterizar a
região em função da frequência de dias claros. Por esse motivo, os objetivos desse trabalho são comparar a
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radiação solar global medida nos dois ambientes com a radiação extraterrestre para avaliar a redução na
transmissão; calcular o índice de claridade ou de limpidez; observar a frequência de dias claros com base nos
valores do índice de limpidez.
MATERIAL E MÉTODOS
O experimento foi realizado no Departamento de Física e Biofísica/IB da UNESP de Botucatu campus Rubião Junior, cujas coordenadas geográficas são: Latitude 220 54’ Sul e Longitude 480 27’ Oeste,
durante, aproximadamente 13 meses.
As estufas foram construídas nas duas orientações Norte-Sul (NS) e Leste-Oeste (LO). A cobertura era
do tipo túnel com estrutura metálica que se apoiava sobre mourões com 2,0 metros de altura e com espaçamento
horizontal de 2,5 metros. O material usado para cobertura foi o filme plástico de polietileno de baixa densidade,
com 100 micra de espessura, aditivado anti-ultra violeta, o qual permite um tempo de vida maior.
A radiação solar global interna foi medida por piranômetros protótipos e externamente usou-se
piranômetro Eppley, instalado próximo às estufas a 1,5 metro de altura e longe da influência das mesmas e de
prédios.
As informações sobre radiação solar eram armazenadas num sistema de aquisição de dados
(Datalogger - modelo 21X da CAMPBELL)
2.1 Radiação extraterreste.
A radiação extraterrestre diária foi calculada usando-se a seguinte equação:
Rextra =
onde,

24 x3600CS 
 360 DJ  
 2πws 
1 + 0,033 cos
 cos φ cos δ sen ws + 
 sen φ sen δ  1

π
 365  
 360 


CS - constante solar, em W.m-2;
DJ - dia juliano;
φ - latitude, em graus;
δ - declinação solar, em graus;
ws - ângulo horário do pôr do Sol, em graus;
O ângulo horário do pôr do Sol foi calculado usando-se a equação
cos ws = -tg φ tg δ
2
e a declinação solar foi obtida mediante a equação
 284 + DJ

δ = 23,45 sen 
x360 
 365

3
2.2 Índice de de limpidez.
O índice de limpidez (KT) fornece informações com relação a ocorrência de dias claros. Este índice foi
calculado diariamente usando-se a equação:
KT =
Rglobal
4
Rextraterrestre
RESULTADOS E DISCUSSÃO
As três curvas representativas da variação anual do índice de limpidez comprova, mais uma vez, o que
foi afirmado anteriormente, ou seja, atenuação da radiação ao passar pela atmosfera. No interior das estufas,
essa atenuação torna-se mais evidente em função do poder difusor do agrofilme, Figura 1.
Nos meses correspondentes ao inverno, o índice de limpidez externo assumiu valores mais altos. Isto foi
devido ao menor valor da radiação solar global, ocorrendo o contrário, à medida que a radiação global tornou-se
maior (Tabela 1).
55
No interior das estufas no início do ano, as curvas aproximaram-se porque os valores da radiação global
nos dois locais foram próximos. Já nos meses intermediários ocorreu um distanciamento até o mês de setembro,
devido a superioridade dos valores de radiação da estufa leste-oeste sobre a norte-sul, entre 4 % e 15 %. Em
setembro, a radiação solar global, nas duas estufas foram praticamente iguais, o que justifica a igualdade do
índice de limpidez.
Figura 1. Variação anual do índice de limpidez mensal externo e interno
Índice de limpidez ext.
Índice de limpidez L-O
Índice de limpidez N-S
1,0
ÍNDICE DE LIMPIDEZ
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
Dez/5 Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez/6
Tabela 1 . Variação anual do índice de limpidez externo e interno
Meses
Índice
de Índice
de Índice
limpidez
limpidez
limpidez
externo
leste-oeste
norte-sul
Dezembro (95)
Janeiro
Fevereiro
Março
Abril
Maio
Junho
Julho
Agosto
Setembro
Outubro
Novembro
Dezembro (96)
MÉDIA
0,48
0,46
0,47
0,50
0,57
0,55
0,59
0,61
0,61
0,49
0,52
0,50
0,45
0,52
0,38
0,35
0,36
0,37
0,43
0,42
0,44
0,45
0,45
0,38
0,37
0,34
0,30
0,39
de
0,36
0,34
0,33
0,29
0,34
0,36
0,37
0,37
0,34
0,38
0,36
0,29
0,27
0,34
A Figura 2 mostra a variação do índice de limpidez ao longo de todo o período de estudo, de dezembro
de 95 a dezembro de 96. É possível observar o comportamento regular da radiação extraterrestre, com valor
mínimo em junho e máximos nos extremos, já a radiação global, devido a atenuação sofrida pela presença de
nuvens e outros, a curva é irregular, embora seu contorno seja semelhante ao da radiação extraterrestre.
56
2
Rads. solares global ext. e extraterrestre (MJ/m
)
Radiação solar global
Radiação extraterrestre
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Dia Juliano
Figura 2. Variação anual do índice de limpidez ao longo do período de estudo
A distribuição de freqüências, Figura 3, evidencia a maior ocorrência de valores do índice de limpidez
entre 0,65 e 0,70, ou seja, 68 dias. De acordo com Kudish & Ianetz, índice de limpidez (IL) acima de 0,60 pode
ser representativo de dias claros. Isto significa que, para a cidade estudada – Botucatu, 154 dias apresentaram
valores de IL acima de 0,60, que corresponde a 41 % dos dias estudados.
Dias completamente nublados, algumas vezes com chuvas, são caracterizados por índice de limpidez
pequeno, entre 0,01 e 0,30, com frequência variando entre 2 e 18 ocorrências.
Para valores intermediários, entre 0,31 e 0,60, a frequência variou no intervalo 19 a 40 ocorrências,
cujos dias podem ser classificados como parcialmente nublados.
100
90
80
FREQÜÊNCIA
70
60
50
40
30
20
10
0
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
ÍNDICE DE LIMPIDEZ
Figura 3. Histograma de frequência do índice de limpidez
CONCLUSÃO
§
§
§
§
Com base nos objetivos propostos na definição deste trabalho, concluiu-se que:
A radiação extraterrestre variou no intervalo 22,39 MJ.m-2 (em junho) a 42,31 MJ.m-2 (em dezembro/95).
O índice de limpidez externo assumiu valores entre 0,45 e 0,61, na estufa leste-oeste, entre 0,30 e 0,44, na
estufa norte-sul, entre 0,27 e 0,38.
De acordo com a distribuição de freqüência, a cidade estudada apresentou 218 dias com céu parcialmente
nublado a nublado, com índice de limpidez entre 0,06 e 0,60.
Os outros 154 dias foram com céu claro e índice de limpidez acima de 0,60, significando que 60 % da
radiação extraterrestre alcançou a superfície terrestre.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ASSIS, S.V. Radiação solar em estufas de polietileno, nas orientações norte-sul e leste-oeste. Botucatu, 1998.
134p. Tese (Doutorado/Energia na Agricultura) – faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade
Estadual Paulista.
DUFFIE, J.A., BECKMAN, W.A. Solar engineering of thermal processes. New York: John Wiley & Sons,
1980. 652p.
IQBAL, M. An introduction to solar radiation. New York: Academic Press, 1983. 386p.
KUDISH, A.I., IANETZ, A. Analysis of the solar radiation data for Beer Sheva, Israel, and its environs. Solar
Energy, v.48, n.2, p.97-106, 1992.
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