ESTIMATIVA DA RADIAÇÃO SOLAR GLOBAL EM SERRA NEGRA DO NORTE/RN Carlos Magno de Souza Barbosa 1, Arthur Mattos & Antônio Marozzi Righetto 3 RESUMO - O presente trabalho teve como objetivo a determinação dos parâmetros da equação de Angstrom para estimativa da radiação solar global diária e comparar os resultados da radiação solar global observada com a estimada através da equação encontrada na região de Serra Negra do Norte, Estado do Rio Grande do Norte. Foram utilizados os dados climáticos de radiação solar global e o total de horas de brilho solar diário incidente na superfície da Terra da estação climatológica da Bacia Experimental de Serra Negra do Norte em 004. Por análise de regressão, obtiveram-se as constantes a e b que caracterizam a transmitância atmosférica. A equação obtida com os valores médios analisados, Rg/Ro = 0,4 + 0,50 n/n, apresentou coeficiente de determinação médio de 0,96. ABSTRACT - This work had as objective the determination of the Angstrom coefficients for estimate the daily rate of global solar radiation and to compare with the collected data through the equation found in the area of Serra Negra do Norte, Rio Grande do Norte. The climatic data of global solar radiation and the total solar shine incident hours were collected by the climatologic station of the Experimental Basin of Serra Negra do Norte in 004. For regression analysis, they were obtained the constants a and b that characterize the atmospheric transmittance. The equation obtained with the analyzed medium values, Rg/Ro = 0,4 + 0,50 n/n, with raised determination coefficient of 0,96. Palavras-chave: Radiação solar global, Equação de Angstrom. INTRODUÇÃO A região do semi-árido é caracterizada pela abundância de energia solar disponível e pela irregularidade do regime pluviométrico, ocasionada devido a influência dos sistemas atmosféricos. O maior problema para os habitantes dessa região é a deficiência hídrica, o que torna de fundamental importância o desenvolvimento de técnicas de conservação da água. Deve-se levar em consideração o processo de evaporação de superfícies livres de água e evapotranspiração das culturas. A grande importância desse processo no semi-árido brasileiro está no aspecto quantitativo, visto que nessa região um grande volume de água é transferido para a atmosfera na forma de vapor. Essa água perdida deve 1 Engenheiro civil. Mestrando do Programa de Pós Graduação em Engenharia Sanitária e Ambiental PPgES Universidade Federal do Rio Grande do Norte UFRN. Bolsista CNPq CT-HIDRO. Campus Universitário/CT/LARHISA, Lagoa Nova. CEP 5907-970. Natal-RN. Telefone/Fax: (84) 315-3775. E-mail: carlosmagno5@hotmail.com Professor adjunto da UFRN. Campus Universitário/CT/LARHISA, Lagoa Nova. CEP 5907-970. Natal-RN. Telefone/Fax: (84) 315-3775. E-mail: armattos@ct.ufrn.br 3 Professor adjunto da UFRN. Campus Universitário/CT/LARHISA, Lagoa Nova. CEP 5907-970. Natal-RN. Telefone/Fax: (84) 315-3775. E-mail: righetto@ct.ufrn.br
ser necessariamente conhecida para se controlar a quantidade restante no reservatório e a quantidade de água a ser aplicada via irrigação nos cultivos irrigados, visando um manejo racional da água. Sendo a principal fonte de energia primária na Terra, a radiação solar é responsável pela distribuição da fauna e da flora no planeta, influenciando diretamente as atividades fisiológicas dos seres vivos e os fenômenos climáticos. Desta forma, a estimativa do potencial de radiação solar disponível à superfície da Terra é plenamente importante para a execução de projetos de irrigação, produção agrícola, aproveitamento de energia, conservação de alimentos, estimativa de evaporação, gerenciamento dos recursos hídricos, entre outros. A insolação, como reflexo da radiação solar incidente, é considerada elemento climático de extrema importância na produção agrícola, visto que insolação e radiação solar estão associadas a produtividade das plantas pelo processo da fotossíntese, transpiração, floração e maturação. O levantamento da disponibilidade de energia solar à superfície é feito por meio de medições diretas, com uso de piranômetros. Entretanto, tais medições exigem o uso de registradores ou sistemas de aquisição de dados, e pessoal habilitado, o que dificulta e eleva o custo dessas informações. Diante disto, torna-se importante estabelecer o uso de modelos teóricos, ajustados para o local de interesse, que possam estimar a densidade de fluxo de radiação solar recebida na superfície. Dentre as diversas expressões empíricas apresentadas na literatura para estimar a irradiância solar global ao nível do solo, a de uso mais difundido é a equação de Angstrom. Este trabalho tem como objetivo determinar os coeficientes da equação para a região de Serra Negra do Norte/RN. MATERIAL E MÉTODOS Os dados utilizados neste trabalho foram obtidos nas estações meteorológicas da bacia experimental de Serra Negra do Norte, localizada na Estação Ecológica do Seridó nas coordenadas geográficas: 6º34 41, longitude 37º15 18 e altitude 49 m, monitorada pelo IBAMA, situada no município de Serra Negra do Norte no Estado do Rio Grande do Norte. O monitoramento dos dados necessários à realização do trabalho ocorreu no período compreendido entra janeiro e novembro de 004. A Radiação Global (Rg) foi registrada por um sistema de aquisição de dados da estação meteorológica automática, composto por um Datalogger Campbell CR3X com sensor SP-LITE Silicon Pyranometer, programado com um tempo de varredura de 10 segundos. O número de horas de brilho solar (n) foi registrado por um heliógrafo FNESS, da estação meteorológica convencional. Entre as expressões empíricas simples que permitem conhecer a distribuição espacial da radiação solar, destaca-se o modelo de Angstrom (TUBELIS e NASCIMENTO, 1980):
Rg n = a+ b Ro N Onde Rg é a radiação solar global recebida na superfície terrestre (cal/cm.dia); Ro é a radiação total recebida em uma superfície plana e horizontal, na ausência da atmosfera (cal/cm.dia); n é a insolação diária em horas; N é a duração astronômica do dia em horas, e a e b são os parâmetros de regressão do modelo que caracterizam a transmitância atmosférica num dia completamente limpo, sendo dependentes da latitude, densidade e tipo de nuvem. A radiação solar global incidente numa superfície horizontal paralela à superfície do solo no topo da atmosfera (Ro) foi obtida pela seguinte equação: ( D / D) ( H sen( ϕ ) sen( δ ) + cos( ϕ) cos( ) cos H ) Ro = 37,6 δ Onde ( D / D) é o inverso da distância relativa Terra-Sol, H é o ângulo horário ao pôr do Sol, φ é a latitude em graus e δ é a declinação solar. Sendo que: ( D / D) = 1,00011+ 0,0341 cos( X) + 0,0018 sen( X) + 0,000719 cos(x) + 0,000077 sen(x) Sendo que X = ( π / 365) J, onde J é o número do dia do ano entre 1 de janeiro e 31 e dezembro. A declinação solar é dada por: δ = 3,45 sen (360 / 365) (84 + J ) ; O ângulo horário do sol foi calculado pela equação: H = ar cos[ tan( ϕ) tan( δ )] O fotoperíodo, que é o número astronomicamente possível de horas de Sol (N) é obtido segundo a equação: N = ( / π ) H 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO A marcha anual média da radiação solar global é apresentada na Figura 01. 700 650 Radiação Solar (cal/m.dia) 600 550 500 450 400 350 300 JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV ESTIMADO OBSERVADO Figura 01: Radiação global estimada e observada em 004, em Serra Negra do Norte/RN
Os resultados apresentados na Figura 1 mostram que a radiação global na região de Serra Negra do Norte/RN apresenta maiores valores na estação seca e menores na estação chuvosa estando os valores extremos em torno de 640 e 365 cal/cm.dia, respectivamente. Pode-se verificar também que no mês de junho a insolação é a mais baixa na região, havendo grande influência de nebulosidade, fazendo com que a radiação neste mês assuma o menor valor. O período de setembro a novembro compreende à estação de maior influência da insolação. Assim, a radiação solar global assume o seu valor máximo nesta época. De acordo com esses dados verifica-se que houve uma boa concordância entre os valores observados e estimados, demonstrando uma boa precisão na estimativa. Na Tabela 01, encontram-se os valores médios diários mensais da irradiação global (Rg), irradiação solar no topo da atmosfera (Ro), transmitância atmosférica global (Rg/Ro) e razão de insolação (n/n), em função dos meses do ano em Serra negra do Norte/RN em 004. Tabela 01 Valores médios diários mensais da irradiação global (Rg), irradiação solar no topo da atmosfera (Ro), transmitância atmosférica global (Rg/Ro) e razão de insolação (n/n), em função dos meses do ano em Serra negra do Norte/RN em 004 Mês Rg Ro Rg/Ro n/n Jan 43,64 917,7 0,46 0,4 Fev 53,19 95,69 0,56 0,68 Mar 531,59 906,70 0,59 0,7 Abr 483,39 849,8 0,57 0,68 Mai 449,44 780,51 0,58 0,67 Jun 365,11 740,90 0,49 0,5 Jul 418,40 755,51 0,55 0,6 Ago 500,30 813,89 0,61 0,78 Set 556,99 876,46 0,64 0,83 Out 616,67 910,03 0,68 0,88 Nov 644,3 91,88 0,70 0,87 Na Figura 0, encontram-se os parâmetros mensais das equações lineares de regressão, na qual se pode observar que os valores de Rg/Ro e n/n foram bem correlacionados, com ajuste de R = 0,96. Aplicando a regressão foi encontrada a equação de Angstrom para a região de Serra Negra do Norte/RN: Rg/Ro = 0,4 + 0,50 n/n.
0,7500 0,7000 0,6500 Rg/Ro = 0,356 + 0,501 n/n R = 0,9594 0,6000 Rg/Ro 0,5500 0,5000 0,4500 0,4000 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 n/n Figura 0: Representação gráfica da equação linear de regressão anual para Serra Negra do Norte/RN A Figura 03 mostra os valores de n/n e de Rg/Ro no período considerado. Observa-se que os valores foram bem correlacionados e nota-se a ocorrência de maior nebulosidade nos meses de janeiro e junho. 0,95 0,75 0,85 0,70 0,65 0,75 n/n 0,65 0,60 0,55 Rg/Ro 0,55 0,50 0,45 0,45 0,35 JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV 0,40 n/n Rg/Ro Figura 03 - Valores médios mensais de n/n e Rg/Ro em Serra Negra do Norte/RN CONCLUSÕES De acordo com os resultados encontrados, foi determinada a equação de Angstrom para estimar a radiação solar global em Serra Negra do Norte, Estado do Rio Grande do Norte: Rg/Ro = 0,4 + 0,50 n/n, apresentando uma boa correlação com um coeficiente de determinação R = 0,96. Sendo assim, o mínimo e o máximo de irradiação solar global que atinge a superfície da Terra está compreendido entre 0,4 a 0,74, na partição anual. De acordo com os dados verificou-se uma boa concordância entre os valores observados e estimados, demonstrando uma boa precisão na estimativa. Verificou-se que, em 004, no mês de junho a insolação foi a mais baixa na região, havendo grande influência de nebulosidade, fazendo com que a radiação neste mês assuma o menor valor. O
período de setembro a novembro compreende à estação de maior influência da insolação. Assim, a radiação solar global assume o seu valor máximo nesta época. AGRADECIMENTOS O presente trabalho foi realizado com apoio do CNPq, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Brasil. Agradecemos também a colaboração dos técnicos da Estação Ecológica do IBAMA. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS FONTES, A. S., 004. Estudo da evaporação em reservatórios situados em região semi-árida: Uso de bacia experimental. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal da Bahia, Salvador/BA. TEIXEIRA, A. H. C; SILVA, T. G. F.; REIS V. C. S., 00. Radiação solar global e insolação no município de Juazeiro-BA. XII Congresso Brasileiro de Meteorologia, Foz de Iguaçu/PR. TUBELIS, A.; NASCIMENTO, F. J. L., 1980. Meteorologia Descritiva: Fundamentos e Aplicações Brasileiras. Ed. Nobel, São Paulo, 374p.