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Luz directa

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Luz directa

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Una parte de la luz incidente llega a las ventanas de forma directa, pero el ángulo de incidencia varía según la latitud de la ubicación, la fecha del año y la hora del día. En algunos casos, puede haber ventanas que nunca reciben luz directa y, en su lugar, solo reciben luz difusa, que proviene de la dispersión y la reflexión en la atmósfera o en las superficies circundantes.

>Modelo

ID:(88, 0)

Radiación directa capturada por una superficie

Imagen

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Cuando observamos cómo la radiación solar directa incide en una superficie, notamos que esto ocurre bajo un ángulo que depende de la posición del sol.

Para describir y estudiar esta situación, podemos considerar los rayos del sol con una intensidad ($I_c$, representados por la pieza LEGO® de color amarillo) que llegan con una dirección ($\hat{n}$, representados por la pieza LEGO® de color gris) e impactan en una superficie caracterizada por su vector normal ($\hat{n}_h$, representados por la pieza LEGO® de color gris oscuro):

El desafío en el caso de la radiación incidente es que solo una parte de la misma llega de manera perpendicular a la superficie, es decir, en paralelo a la dirección normal de la superficie. Como resultado, solo una fracción de la radiación incidente logra interactuar con la superficie:

ID:(680, 0)

Efecto de una ventana a radiación directa

Ecuación

>Top, >Modelo

En el caso de las ventanas, el vidrio permite que la mayor parte de la luz y la energía transportada por la componente perpendicular a la superficie penetre en el interior de la casa.

Para describir y estudiar esta situación, podemos considerar los rayos del sol con una intensidad ($I_c$, representada por la pieza LEGO® de color amarillo) que llegan en una dirección ($\hat{n}$, representada por la pieza LEGO® de color gris) e impactan en una superficie caracterizada por su vector normal ($\hat{n}_h$, representada por la pieza LEGO® de color gris oscuro), generando una intensidad a través de los vidrios ($I_g$, representados por la pieza LEGO® de color azul marino):

Esta relación se expresa matemáticamente de la siguiente manera:

$ I_g = \hat{n}_h \cdot \hat{n} I_c $

ID:(681, 0)

Radiación interactuando con una superficie

Ecuación

>Top, >Modelo

In the case of a wall, the light is partially absorbed, so only a fraction of the energy reaches the structure. The absorbed fraction can be estimated based on the material's albedo, which depends on the wall's luminosity. In this way, the solar intensity that effectively contributes energy to the wall is the one multiplied by the absorption coefficient ($a_b$, represented by the LEGO® piece in water color).

The intensity is calculated from the radiation intensity after passing through the atmosphere ($I_c$, represented by the LEGO® piece in yellow) arriving in a direction ($\hat{n}$, represented by the LEGO® piece in gray) and impacting a surface characterized by its normal vector ($\hat{n}_h$, represented by the LEGO® piece in dark gray), generating an intensity through the glass ($I_g$, represented by the LEGO® piece in navy blue):

This relationship is mathematically expressed as follows:

$ I_w = a_b \hat{n}_h \cdot \hat{n} I_c $

ID:(612, 0)

Absorción y albedo de la pared

Ecuación

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El grado de radiación que se refleja o reemite después de interactuar con una pared se llama albedo ($a_v$, representado por una pieza de LEGO® de color celeste). Si deseas calcular la fracción absorbida, debes trabajar con un índice de absorción ($a_b$, representado por una pieza de LEGO® de color agua), que es el complemento del albedo.

El índice de absorción se calcula de la siguiente manera:

$ a_b = 1 - a_v $

ID:(682, 0)

Instructivo para la radiación directa

Imagen

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Si consideramos todos los procesos relacionados con la irradiación directa en la casa, tendremos un instructivo de la siguiente forma:

En este caso, se identifican los siguientes cálculos:

1. Componente que irradia en la superficie.

2. Absorción basada en el albedo.

3. Irradiación que penetra a través de las ventanas.

4. Radiación que proporciona energía a través de las paredes y techos.

ID:(711, 0)