IRRADIAÇÃO SOLAR GLOBAL HORÁRIA SAZONAL NO AGRESTE DE ALAGOAS

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1 IRRADIAÇÃO SOLAR GLOBAL HORÁRIA SAZONAL NO AGRESTE DE ALAGOAS Cícero Manoel dos Santos José Leonaldo de Souza Marsall Victor Caas Santos Iêdo Teodoro Universidade Federal de Alaoas, Laboratório de Arometeoroloia e Radiometria Solar Cieru Tiba tiba@ufpe.br Rinaldo Oliveira de Melo rinaldoom@otmail.com Universidade Federal de Pernambuco, Departamento de Eneria Nuclear Grupo FAE Resumo. Neste trabalo realiza-se uma comparação da evolução da irradiação solar lobal média orária mensal (H ) (MJm - ) e da transmitância atmosférica média orária sazonal por estação (k t ), entre à, nas microrreiões de Arapiraca e Palmeira dos Índios, localizadas no Areste do Estado de Alaoas. Os dados de irradiação solar lobal foram medidos por piranômetros instalados em estações solarimétricas situadas nas duas localidades. A transmitância atmosférica (k t ) foi obtida a partir da razão entre a irradiância solar lobal média orária mensal (R ) (Wm - ) e a irradiância solar lobal média orária mensal no topo da atmosfera (R ) (Wm - ). Consideraram-se valores de H compreendidos entre 6: oras e : oras, totalizando intervalos e para k t valores médios orários por estação. Verificou-se nas reiões de Arapiraca e Palmeira dos Índios variação de H quase simétrica do nascer do Sol até o pôr-do-sol. Máximos valores foram observados próximo ao meio dia, com mínimos no nascer e pôr-do-sol. O ano de indicou maior incidência de irradiância solar lobal (R ) nas reiões de Arapiraca e Palmeira dos Índios, este último mostrando maior potencial de R. Observou-se comportamento parabólico de k t ao lono das médias orárias mensais, com mínimo no período matutino (inicio da manã) e máxima ao meio dia, decaindo no período da tarde. Estes resultados comprovam a rande incidência de H que o Areste do Estado de Alaoas apresenta. Palavras-cave: Irradiação Solar Global orária, Areste de Alaoas, Transmitância Atmosférica.. INTRODUÇÃO Valores da irradiância solar lobal (R ) fornecem informações sobre a quantidade de eneria solar incidente em uma superfície durante um determinado intervalo de tempo. A R é componente de extrema importância no sistema terra atmosfera, impulsionado o tempo e o clima. Portanto, o conecimento de sua variabilidade e suas interações com atmosfera é de rande importância para estudos relacionados com a arquitertura (aquecimento e iluminação natural de ambientes), construção civil, estudos climáticos, aricultura e na utilização pratica como recursos de enéria renovável. Na aricultura R é um dos fatores responsável pelo processo de evapotranspiração (ET) das culturas, ou seja, a evaporação de áua do solo e das plantas para a atmosfera na forma de vapor. Por ser uma fonte de eneria quase inesotável, R é de fundamental importância para o processo de conversão direta de eneria solar em elétrica, atráves do efeito fotovoltaico, que consiste na eração de diferença de potencial elétrica (ddp) por interação de um fluxo de eneria radiante com a matéria (Cometta, ). A R, que é a soma da irradância solar direta (R D ) com a irradiância solar difusa (R d ), pode ser medida por diferentes instrumentos denominados de radiômetros estes instalados em estações (meteorolóicas ou salarimétricas) de superfície. Para conecer a irradiação solar lobal (H ) incidente em um período, não é suficiente apenas armazenar o total acumulado durante um dia, por exemplo, mas uma ravação em intervalo de tempo pequeno. Pois assim, viabializar-se-a um estudo detalado da evolução temporal de R, analisando a dispersão e abosrção ocasionado pelos constituintes atmosféricos. A transmitância atamosférica lobal (indice de claridade) (k t ) - que é a razão entre a irradiância solar lobal em superfície (R ) e a irradiância solar no topo da atmosfera (R ), indica a fração de cobertuda de nuvens do céu. Em eral, esse índice mostra condições de céu nublado, parcialmente nublado ou limpo, indicando maior incidência de R d ou mais R D, sendo fundamental para se compreender o potencial solar da reião de interesse. Gomes et al., (5) mostraram a evolução anual da irradiação solar lobal média mensal e k t na reião de Botucatu SP, observando dependência sazonal com a nebulosidade e a precipitação. Na reião de Cascavel PR, Valiati e Ricieri (5) identificaram k t variando de, a,5 e, a,5 para partição sazonal e mensal, respectivamente. Na reião de Alaoas os primeiros trabalos (Souza, ; Souza et al., ; Souza et al., ) mostram a variação sazonal da transmitância atmosférica lobal e H em escala orária e diária para reião de Maceió, indicando em termo orário valor minímo de k t no período matutino, crescendo até o meio dia (ora local) e com pouco decaimento durante o turno vespertino. Em um estudo mais amplo, Souza et al., (5) analisaram a evolução orária, diária e mensal de H e k t na reião de

2 Maceió. Este trabalo mostra a evolução sazonal da irradiação solar lobal média orária menal (H ) e transmitância atmosférica média orária sazonal por estação (k t ), observados no período de a nas reiões de Arapiraca ( 4 54, S, 6,4 W e, m acima do nível médio do mar) e Palmeira dos Índios ( 4, S, 6, W e, m) localizadas no Areste do Estado de Alaoas - Brasil.. MATERIAIS E MÉTODOS. O presente trabalo foi desenvolvido com uso de dados solarimétricos de duas estações instaladas nas microrreiões de Arapiraca ( 4 54, S 6,4 W e, m) e Palmeira dos Índios ( 4, S 6, W e, m), Areste do Estado de Alaoas - microrreiões do interior central (localizadas entre o Sertão, Litoral e a Zona da Mata). Seundo a classificação de Torntwaite Mater, o clima de Arapiraca é do tipo DA sd, caracterizado por ser Semiárido (D), Meatérmico (A ) com rande deficiência de áua no verão (s) e excesso de áua pequeno no inverno (d). Possuindo precipitação anual de 55, mm e temperatura do ar média de 4, C (UFAL, período de a ), respectivamente. No período de abril a aosto ocorrem 6,% da cuva esperada para o ano inteiro. A reião de Palmeira dos Índios possui a mesma classificação climática de Arapiraca (tipo DA sd). Por sua vez, apresenta precipitação média anual de 6,6 mm e temperatura média anual de 5, C (INMET, período de à ). No período de abril a aosto ocorrem,% da cuva esperada para o ano inteiro. Os dados de R (Wm - ) foram medidos por piranômetros preto e branco da Eppley instalados em estações solarimétricas, durante o período de à. A aquisição de dados e armazenamento foi utilizando um Dataloer da Campbell modelo CR, proramado para capturar informações a cada seundo e ravar médias a cada minuto. Os dados medidos foram transferidos para um microcomputador e separados em planilas eletrônicas no Software Estatístico Microsoft Excel, distribuídos mensalmente. Dados duvidosos, falas relacionadas com o período de calibração e mau funcionamento dos sensores foram removidos. Na estação de Arapiraca foram excluídos 5 dias e Palmeira dos Índios dias, que corresponde a,56% dos 5 dias. A interação da irradiação solar lobal média orária mensal (H ), Eq. (), foi obtida conforme, H N = t f = to N i = ( ) I t dt () () em que N é o número de dias do mês para a ora em análise, (Eq. ) a irradiação solar lobal orária, t a ora inicial e t f a ora final. A irradiância solar lobal que cea ao topo da atmosfera (R )(Wm - ) foi obtida em função da constante solar (S = 6 Wm - ), da excentricidade do eixo da Terra (E ), da latitude local (φ), da declinação (δ) e do ânulo orário solar (ω), de acordo com Iqbal (). Para erar os dados de R foi criado um arquivo padrão em planilas eletrônicas com as equações descritas em (Iqbal, ). A transmitância atmosférica média orária mensal por estação (k t ), Eq. (), foi obtida através da razão entre a irradiância solar média orária mensal (R ) e a irradiância solar lobal média orária mensal no topo da atmosfera (R ), de acordo com, k t = R R () As curvas de H foram eradas por intermédio do Software Surfer e frequência de k t foram eradas por intermédio do prorama estatístico Software TM Microcal Oriin 6... Resultados As Fis. a, b e c mostram a variação anual da irradiação solar lobal média orária mensal (H ) na microrreião de Arapiraca, correspondente aos anos de, e. A evolução orária de H apresenta uma variação quase simétrica do nascer do Sol até o meio dia e do meio dia até o pôr-do-sol. Seundo Spokas & Forcela (6) este aspecto está liado à variação diária da irradiação solar com o ânulo de incidência. Em eral, no período da tarde as enerias médias orárias são maiores que as da manã, ocasionado pelo aumento da irradiação solar direta (H D ) e redução da nebulosidade durante o dia que diminui a irradiação solar difusa (H d ). Em estudo realizados para reião de Maceió (Souza et al, 5; Souza, ) encontraram variabilidade semelante com a microrreião de Arapiraca, indicando ocorrer máximo valor de H entre : e :, que concorda com a passaem do Sol no zênite de Maceió e com a maior proximidade da terra em relação ao Sol. É importante destacar que a irradiação solar lobal orária é determinada não só pela variação diurna da irradiação solar no topo da atmosfera, mas também pela variação

3 diurna da transmitância, ou seja, baixa transmitância no início da manã e final da tarde, enquanto transmitância alta perto do meio-dia, como destacou Yan et al., (6). A evolução diária começa às 6 da manã com valores médios próximo de,5 MJm - -, cresce até às, atinindo o máximo médio aproximadamente de,5 MJm - -, decrescendo a seuir até o nível de zero eneria às. Observa-se uma dependência de H ao lono do ano com a nebulosidade e a precipitação. No período entre abril e aosto ocorre redução para H ocasionado pelo aumento da precipitação (elevada nebulosidade) e baixo brilo solar. Nos meses da estação seca, entre setembro e março, maiores picos são observados, indicando valores inferiores que a irradiação solar lobal média orária mensal no topo da atmosfera (H ). Seundo Querino et at., () o motivo para esses valores terem sido atinidos no intervalo de ora mencionado devêm-se aos fatores astronômicos. a) c) b) Fiura - Variação anual da irradiação solar lobal média orária mensal (H, MJm - - ) para reião de Arapiraca, nos anos de a), b) e c). No ano de (Fi. a) observa-se máximo valor (4, MJm - ) de interação para média orária mensal no mês de novembro e mínimo (, MJm - ) em maio. O valor máximo de incidência orária (, MJm - - ) ocorreu às oras no mês de novembro. No ano de (Fi. b) o máximo de incidência interado ocorreu no mês de janeiro (, MJm - ) e mínimo (, MJm - ) em maio. Já em (Fi. c) ocorreu máximo em novembro (,4 MJm - ) e mínimo em juno (,4 MJm - ). O diferencial enerético entre e indica ocorrer aumento médio de,46 MJm - nos meses de janeiro, março, abril, juno, julo e setembro, enquanto ocorreu redução de -, MJm - nos demais. Comparando H entre e nota-se redução média de, MJm - nos meses de fevereiro, abril, juno, aosto, setembro, outubro, novembro e dezembro, com aumento médio de, MJm - nos demais. O diferencial enerético entre e mostra aumento médio de,5 MJm - nos meses de fevereiro, maio, aosto e dezembro, enquanto ocorreu redução média de,6 MJm - nos restantes. A diferença máxima entre a estação seca e cuvosa foi,5 MJm - observada para o ano de. Souza et al., (5) encontraram diferença média de, MJm -, mostrando está relacionada com o camino aparento do Sol no Hemisfério Sul (HS) durante o inverno e o verão. A variação anual da H entre os anos de e na microrreião de Palmeira dos Índios é mostrada nas Fis. a, b e c. A distribuição de H não mostra simetria durante todo ano, nota-se que o crescimento das curvas é mais

4 acentuado durante o período da manã, com máximo ocorrendo entre e. A evolução das irradiações apresenta simetria semelante a H, com maiores irradiações no período seco (setembro a março) e menores picos na estação cuvosa (abril a aosto). A redução da irradiação no período cuvoso (época em que o Sol situa-se a mais no emisfério norte) deve-se a ocorrência de precipitação (alta nebulosidade). Este decréscimo deve-se a redução da irradiação solar direta, que é absorvida e refletida ao interair com a elevada nebulosidade. De acordo com Gu et al., (), a explicação para tal redução seria o processo de atenuação sofrido pelos raios nas diversas camadas atmosférica, onde ocorre reflexões múltiplas e absorção ocasionadas pelas diversas camadas de nuvens. Seundo Escobedo (4) a irradiação solar lobal é maior antes da passaem do meridiano. Além do ciclo diurno, o total da irradiação solar que cea a atmosfera terrestre varia de acordo com a época do ano, ocasionado pela orbita elíptica que a terra descreve em torno do Sol, apresentando ciclos anuais contínuos. Nicácio () destacou que a variação anual da irradiação solar lobal deve-se mais a variação da nebulosidade que da declinação solar já que este efeito não é muito marcante para reiões com baixas latitudes. a) c).6... b) Fiura - Variação anual da irradiação solar lobal média orária mensal (H, MJm - - ) para reião de Palmeira dos Índios, nos anos de a), b) e c). Percebe-se baixo valor de H no mês de fevereiro para (Fi. a), possivelmente ocasionado pelo mês ter sido bastante nublado. Este comportamento pode ser comprovado no estudo de k t (Fi. 4). No ano de, nota-se valor máximo (5, MJm - ) da interação da média orária mensal para o mês de novembro, mínimo (, MJm - ) em fevereiro. Estes resultados estão de acordo com as variações sazonais na nebulosidade (quanto maior a atenuação da radiação solar, menor a taxa de transferência), conforme verificado nos meses de abril até aosto (Souza et al., 5). Para o ano de (Fi. b) o máximo de incidência interado ocorreu no mês de novembro (4, MJm - ), o mínimo (, MJm - ) em aosto. Já em (Fi. c), ocorreu máximo em março (,6 MJm - ) e mínimo em juno (,4 MJm - ). O valor máximo de incidência orária (, MJm - - ) ocorreu às : oras no mês de março. Observa-se que ocorreram os maiores e menores valores de incidência em meses pertencente à estação seca e cuvosa, respectivamente. O diferencial enerético entre e indica ocorrer redução média de, MJm - nos meses de abril, maio, juno, aosto, setembro, novembro e dezembro, enquanto ocorreu aumento médio de, MJm - nos

5 demais meses. Comparando H entre e nota-se aumento médio de,44 MJm - nos meses de fevereiro, março, maio, julo e outubro, com redução média de, MJm - nos demais. O diferencial enerético entre e mostra redução média de,4 MJm - nos meses de janeiro, março, abril, juno, julo, outubro e novembro, enquanto ocorreu aumento médio de,6 MJm - nos restantes. A diferença máxima entre a estação seca e cuvosa foi,66 MJm -, observada para o ano de. A diferença mínima (,5 MJm - ) entre a estação seca e cuvosa, ocorreu ano de.. Transmitância atmosférica média orária mensal por estação (k t ) O melor entendimento para as variações de H na microrreião de Arapiraca é através da analise do comportamento de k t (Fi. ). A estação seca (primavera-verão) indicou maiores valores de k t, com máximo (,6) observado às de. O que tende a caracterizar uma transmitância atmosférica alta é a maior incidência de irradiação solar direta orária (H D ), ocasionada pela baixa nebulosidade na atmosfera. No período da manã, para os anos de e o k t apresenta valores mais baixos que a média (,5), indicando uma atmosfera com mais nebulosidade e maior espalamento de H, que reduz a incidência da H D. O ano de mostrou maiores valores de k t no período matutino e no período vespertino menores valores. O menor valor de k t (,4) na estação seca foi observado às de. Na estação cuvosa k t indicou menores valores (média de,4), mostrando máximo (,5) e mínimo (,) em, em nota-se máximo (,56) e mínimo (,), enquanto o ano de indicou máximo (,54) e mínimo (,). A variação de k t deve-se principalmente a rande nebulosidade existente que ocorre nos meses da estação cuvosa. Em média k t apresentou comportamento parabólico (com concavidade voltada para baixo), valores crescentes no turno matutino, máximo valor próximo ao meio dia, decaindo no período vespertino até o final da tarde. Isto ocorre pelo fato de k t crescer com o aumento do ânulo de elevação solar e decrescer com o aumento da massa ótica, mostrando como a nebulosidade altera a quantidade de eneria solar que cea ao topo da atmosfera e transmitida para superfície terrestre. De acordo com Hoyt () a transmitância atmosférica máxima ocorre na primavera quando a espessura ótica diminui rapidamente e o total de áua precipitável pouco aumenta. Seundo Lima et al., () a quantidade de vapor d áua existente na atmosfera influencia nos processos de transmissividade atmosférica, para isso quando se deseja observar a variabilidade da profundidade óptica de uma localidade, a avaliação dos totais pluviométricos torna-se primordial. Das observações realizadas na Fi., é importante salienta a possibilidade de camuflaem do comportamento orário da transmitância a atmosférica, a partir da média orária mensal por estação. Para reião de Maceió, Souza () observou para dias específicos ocorrer k t mínimo no período matutino, crescendo ate o meio dia e decaindo no período da tarde Estação seca Estação cuvosa.55.5 k t local local Fiura - Índice de claridade (transmitância atmosférica - k t ), para a média orária mensal correspondente aos meses da estação seca (setembro a março) e estação cuvosa (abril a aosto), na reião de Arapiraca para os anos de, e.

6 Na microrreião de Palmeira dos Índios (Fi. 4), durante a estação seca o valor máximo (,6) para k t ocorreram às e de. Nos anos de e, os máximos de (,5) e os mínimos (,4 e,44) ocorreram às e, respectivamente. Observa-se no período vespertino decaimento dos valores de k t, apresentando média de (k t =,5 em ), (k t =,5 em ) e (k t =,54 em ). Isso mostra o comportamento parabólico de k t ao lono do dia, que está relacionado com aumento da massa ótica. De acordo com Ecer et al. () a radiação solar em condição de céu claro é pouco atenuada quando comparada com condições de céu nublado. Seundo Heermann () a transmitância atmosférica, em aluns casos, pode ser utilizada para estimar a irradiação solar com erro de 5%. No período de maior nebulosidade (estação cuvosa), verificam-se entre e os maiores valores de k t, enquanto os menores ocorrem no período matutino. Em observou-se máximo (,56) e mínimo (,), enquanto o ano de indicou valores de,54 e,5 para o valor máximo e mínimo, respectivamente. Teoricamente, ocorre maior incidência de irradiação solar entre min e min, que corresponde ao período com maiores valores de k t observados. Em eral a estação cuvosa indicou menores valores de k t que a estação seca, isto está relacionado à ocorrência de dias com maior nebulosidade. O comportamento de k t observado nas Fis. e 4, não representa o comportamento diária, pois as condições de nebulosidade no céu variam de acordo com a dinâmica atmosférica e padrões distintos da transmitância atmosférica são observados, quando comparados dados diários para céu claro ou nublado. Souza et al () encontraram para reião de Maceió, maior frequência de transmitância atmosférica lobal diária entre,5 e,. Mostrando para as estações do ano valores de,6 no verão,,5 em outono,,4 no inverno e,6 na primavera. Nicácio () observou para a reião de Maceió a ocorrência da transmitância atmosférica lobal orária máxima (,6) às...6 Estação seca Estação cuvosa.56 k t local local Fiura 4 - Índice de claridade (transmitância atmosférica - k t ), para a média orária mensal correspondente aos meses da estação seca (setembro a março) e estação cuvosa (abril a aosto), na reião de Palmeira dos Índios para os anos de, e. 4. CONCLUSÃO Os maiores valores de H foram observados próximo ao meio dia, com mínimos no nascer e no pôr-do-sol. O ano de mostrou maior incidência de R nas reiões de Arapiraca e Palmeira dos Índios, este último indicou maior potencial de R. Observou-se mínimos valores de k t no período da manã e máximos próximo ao meio dia. A estação seca indicou em média maiores valores de k t que a estação cuvosa. Aradecimentos: A CT-Hidro/CNPq 546--, CNPq-Universal 4/-, FAPEAL, CAPES, ELETROBRAS, INMET.

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