TERMOSOLAR: Discos Stirling Centrales termosolares

Traducido por Alma Rosa López Martínez

Rotación y Revolución de la Tierra

El término de rotación de la Tierra se refiere al movimiento giratorio que realiza nuestro planeta sobre su propio eje. Debido a la rotación, la superficie de la Tierra se mueve a una velocidad en el ecuador de 467 m/s o poco más de 1.675 km por hora. Si puede observar la figura, se puede dar cuenta de que el sentido de giro del Polo Norte de la Tierra es contrario a las manecillas del reloj (Figura 6h-1). Sucede lo contrario si la Tierra se ve desde el Polo Sur. Una rotación toma exactamente veinticuatro horas y se conoce como un día solar medio. La rotación de la Tierra es responsable de los ciclos diarios de día y de noche. Durante cualquier momento, la mitad de la Tierra recibe luz solar, mientras que la otra mitad está en la obscuridad. La línea que divide la luz del día de la luz de noche es conocida como el círculo de la iluminación. La rotación de la Tierra también crea el movimiento aparente del Sol a través del horizonte.

Figura 1: El movimiento de la Tierra sobre su propio eje se conoce como rotación. La dirección de este movimiento varía con la posición del espectador. Desde el Polo Norte, la rotación parece que se mueve en sentido contrario a las manecillas del reloj. Mirando desde el Polo sur, la rotación de la Tierra gira en sentido de las manecillas del reloj.

La órbita de la Tierra alrededor del Sol se llama revolución de la Tierra. Este movimiento celeste toma 365 días para completar un ciclo. Además, la órbita de la Tierra alrededor del Sol no es circular, sino ovalada o elíptica (Ver figura 2). Esta órbita elíptica ocasiona que varíe la distancia que hay entre el Sol y la Tierra a lo largo de un año. ¡Este fenómeno no es el responsable de las estaciones de la Tierra! Esta variación en la distancia hace que la cantidad solar recibida por la Tierra varíe alrededor de un 6% por año. Figura 2 muestra las posiciones de la revolución de la Tierra, cuando se encuentra más cerca y más lejos del Sol. El 3 de enero ocurre el perihelio, es el momento en el que la Tierra se encuentra más cercana del Sol (147.3 million km). El afelio es el instante en que la Tierra está más alejada del Sol y sucede el 4 de julio. El promedio de la distancia entre la Tierra y el Sol durante un año es aproximadamente de 149,6 millones de km.

Figura 2: Posición de los equinoccios, solsticios, el afelio y el perihelio en relación con la órbita de la Tierra alrededor del sol.

La inclinación del Eje de la Tierra

El plano de la Eclíptica puede ser denominado como una superficie plana de dos dimensiones que geométricamente intercepta la trayectoria orbital de la Tierra alrededor del Sol. En este plano, el Eje de la Tierra no está se encuentra a 90° en dicha superficie, se encuentra inclinado unos 23.5°. Figura 6h-3 muestra una vista lateral de la Tierra en su órbita alrededor del Sol en cuatro fechas importantes: solsticio de junio, equinoccio de septiembre, solsticio de diciembre, y el equinoccio de marzo. Note que el ángulo del eje de la Tierra en relación con el plano de la eclíptica y la Estrella del Norte en estas cuatro fechas se mantiene sin cambios. Sin embargo, la posición relativa del eje de la Tierra al Sol cambia durante este ciclo. Esta situación es la responsable de los cambios anuales en la altura del Sol sobre el horizonte. También es causante de las estaciones, mediante el control de la intensidad y la duración de la luz solar recibida por lugares en la Tierra. Figura 6c-4 muestra una vista aérea de este mismo fenómeno. En esta perspectiva, podemos ver cómo el círculo de iluminación cambia su posición sobre la superficie de la Tierra. Durante los dos equinoccios, el círculo de iluminación se encuentra a través del Polo Norte y del Polo Sur. En el solsticio de junio, el círculo de iluminación es tangente al Círculo Polar Ártico (66.5°N) y la región por encima de esta latitud recibe 24 horas de luz. El Círculo Polar Ártico se encuentra 24 horas en obscuridad durante el solsticio de diciembre.

Figura 3: El Eje de rotación de la Tierra está inclinado 23.5° desde la línea roja perpendicular al Plano de la Eclíptica. Esta inclinación es la misma en cualquier punto de la órbita de la Tierra alrededor del Sol. Las estaciones son apropiadas solo para el Hemisferio Norte.

Figura 4: Cambio anual en la posición de la Tierra en su revolución alrededor del Sol. En este gráfico, estamos viendo la Tierra desde una posición en el espacio por encima del Polo Norte (punto amarillo) durante el solsticio de verano, el solsticio de invierno y durante los dos equinoccios. Note cómo la posición del Polo Norte en la superficie de la Tierra no cambia. Sin embargo su posición respecto al Sol cambia y este cambio es responsable de las estaciones. El círculo rojo en cada una de las Tierras representa el Círculo Polar Ártico (66,5°N). Durante el solsticio de junio, el área por encima del Círculo Polar Ártico está recibiendo 24 horas de luz del día porque el Polo Norte está inclinado 23.5 ° hacia el Sol. El Círculo Polar Ártico experimenta 24 horas de noche cuando el Polo Norte está inclinado 23.5° del Sol en el solsticio de diciembre. Durante los dos equinoccios, el círculo de iluminación recorta los ejes polares y todas los lugares en la Tierra, reciben 12 horas de día y de noche. Las estaciones son apropiadas solamente para el Hemisferio Norte.

El 21 o 22 de junio, la Tierra se coloca en su órbita de tal manera que el Polo Norte se encuentra inclinado 23.5 grados hacia el Sol (Figuras 3, 4, 5 y ver la animación-Figura 7). Durante el solsticio de junio (también llamado el solsticio de verano en el Hemisferio Norte) Todos los lugares al norte del Ecuador tienen días más largos de más doce horas, mientras que en los lugares al sur del Ecuador tienen días más cortos de menos de doce horas (Ver Tabla 2). El 21 y 22 de diciembre la Tierra se coloca de manera que el Polo Sur se encuentre inclinado 23 grados hacia el Sol (Figuras 3, 4, 5 y ver la animación - Figura 8). Durante el solsticio de diciembre (también llamado el solsticio de invierno en el hemisferio norte). Todos los lugares al norte del Ecuador tienen días más cortos de menos doce horas, mientras que en los lugares al sur del Ecuador tienen días más largos de más de doce horas (Ver Tabla 2)

Figura 5: Durante el solsticio de junio el Polo Norte de la Tierra se encuentra inclinada 23,5 grados hacia el Sol en relación con el círculo de la iluminación. Este fenómeno mantiene a todos los lugares por encima de una latitud de 66.5 N con 24 horas de luz solar, mientras que los lugares por debajo de una latitud de 66.5 S se encuentran en la oscuridad. El Polo Norte está inclinado 23,5 grados del Sol en relación con el círculo de la iluminación durante el solsticio de diciembre. En esta fecha, todos los lugares por encima de una latitud de 66.5 ° N se encuentran ahora en la oscuridad, mientras que los lugares por debajo de una latitud de 66.5 ° S reciben 24 horas de luz.

Durante el 22 o 23 de septiembre ocurre el equinoccio de otoño en el Hemisferio Norte, ningún polo se inclina cerca o lejos del sol. (Figuras 3, 4, 6 y ver la animación - Figura 9. En el Hemisferio Norte, el 20 o 21 de marzo se marca la llegada del equinoccio de primavera, es cuando de nuevo los Polos no se inclinan cerca ni lejos del Sol. La duración de los días independientemente de la latitud, es exactamente de 12 horas.

Figura 6: Durante los equinoccios, el eje de la Tierra no está inclinado lejos ni cerca del Sol y el círculo de la iluminación atraviesa los polos. Esta situación no dice que la inclinación de 23,5° de la Tierra ya no exista. El punto de vista del gráfico muestra que el Eje de la Tierra está inclinado 23.5° lejos de la vista de ambas fechas (ver Figuras 6h-3 y 6h-4). Los círculos rojos mostrados en el gráfico son el Círculo Polar Ártico.

Inclinación del Eje y Altitud Solar

La variación de la posición relativa del eje de la Tierra en relación con el Sol hace que la altura del Sol o la altitud solar varíen en nuestros cielos. La altitud solar se mide normalmente desde cualquier punto del sur o del norte a lo largo del horizonte y comience a los cero grados. La altitud solar máxima se produce cuando el Sol está exactamente por encima y tiene un valor de 90°.

La variación total en la altitud solar máxima para cualquier ubicación en la Tierra durante un período de un año es de 47 ° de inclinación (inclinación de la Tierra 23,5 ° x 2 = 47 °). Esta variación se debe a los cambios anuales en la posición relativa de la Tierra al Sol. A los 50 grados Norte, la altitud solar máxima varía de 63.5 grados en el solsticio de junio a 16,5 grados en el solsticio de diciembre (Figura 7). La altura solar máxima en el ecuador va de 66,5 grados por encima del extremo norte del horizonte durante el solsticio de junio, directamente por encima del equinoccio de septiembre y después baja a 66.5 grados por encima del extremo sur del horizonte durante el equinoccio de diciembre (Figura 8).

Figura 7. Las variaciones en la altitud solar al mediodía de 50 grados Norte, durante el solsticio de junio, equinoccio y solsticio de diciembre.

Figura 8: Las variaciones en la altitud solar al mediodía para el Ecuador durante el solsticio de junio, equinoccio y solsticio de diciembre.

El punto subsolar de la Tierra es el punto en el que el Sol parece estar directamente encima durante el mediodía. El punto subsolar se produce en el ecuador durante los dos equinoccios (Figuras 8 y 9). En estas fechas, el ecuador está alineado con el plano eclíptica y los polos están alineados con el círculo de iluminación (Figura 6).

Durante el solsticio de verano, el punto subsolar se mueve hacia al Trópico de Cáncer (23,5°N) porque en este momento el Polo Norte está inclinado 23,5 grados hacia el Sol(Figuras 9 y 10). Figura 10 muestra cómo el punto subsolar cambia gradualmente de un día para el otro durante un período de un año. Note que en este gráfico, el punto subsolar está situado en el Trópico de Capricornio (23.5° S), durante el solsticio de diciembre cuando el Polo Sur tiene un ángulo de 23.5° hacia el Sol. (Figura 5)

Figura 9: Muestra la relación entre la máxima altura del Sol y la latitud del equinoccio (izquierda) y el solsticio de junio (a la derecha). Los valores rojos a la derecha de las Tierras son las altitudes máximas solares al mediodía. Los valores negros a la izquierda de las Tierras indican la ubicación del Ecuador, Trópico de Cáncer (23,5° N), Trópico de Capricornio (23,5°S), Círculo Polar Ártico (66,5°N) y el Círculo Polar Antártico (66,5 ° S). La ubicación de los Polos Norte y Sur también se identifican. Durante el equinoccio, el Ecuador está ubicado en la Tierra con un ángulo de 90° hacia el Sol durante el mediodía. Note cómo la altura máxima del Sol disminuye con la latitud, a medida que se aleje del Ecuador. Para cada grado de latitud recorrido disminuye la altura máxima del Sol equivalentemente. Durante el equinoccio, también se puede calcular el ángulo de mediodía, restando 90 menos la ubicación de la latitud. Durante el solsticio de verano, el Sol está directamente por encima del Trópico de Cáncer. Todos los lugares por encima de esta ubicación tienen una altura máxima solar de 23,5° arriba de la ubicación del equinoccio. Los lugares por encima del Círculo Ártico reciben 24 horas de luz solar. Por debajo del Trópico de Cáncer el ángulo de mediodía solar cae un grado de altura por cada grado de latitud recorrido. En el Círculo Polar Antártico, la máxima altura del Sol se ubica a 0 grados y los lugares al sur de este punto reciben 24 horas de obscuridad.

Figura 10: Ángulo de declinación del Sol y la latitud del punto subsolar durante un año. Las estaciones corresponden al Hemisferio Norte.

La tabla siguiente describe los cambios en la altitud solar al mediodía para los dos solsticios y equinoccios. Todas las medidas se representan en grados (el horizonte tiene 180 grados desde el True North al True South) y se miden desde True North o True South (dependiendo de cual esté más cerca).

Tabla 1: Máximas altitudes solares para latitudes seleccionadas durante los dos solsticios y equinoccios.

Ubicación Latitud	Equinoccio de Marzo Marxo 20/21	Solsticio de Junio Junio 21/22	Equinoccio de Septiembre Septiembre 22/23	Solsticio de Diciembre Diciembre 21/22
90 N	0 grados	23.5 grados	0 grados	- 23.5 grados
70 N	20 grados	43.5 grados	20 grados	-3.5 grados
66.5 N	23.5 grados	47 grados	23.5 grados	0 grados
60 N	30 grados	53.5 grados	30 grados	6.5 grados
50 N	40 grados	63.5 grados	40 grados	16.5 grados
23.5 N	66.5 grados	90 grados	66.5 grados	43 grados
0 grados	90 grados	66.5 grados	90 grados	66.5 grados
23.5 S	66.5 grados	43 grados	66.5 grados	90 grados
50 S	40 grados	16.5 grados	40 grados	63.5 grados
60 S	30 grados	6.5 grados	30 grados	53.5 grados
66.5 S	23.5 grados	0 grados	23.5 grados	47 grados
70 S	20 grados	-3.5 grados	20 grados	43.5 grados
90 S	0 grados	- 23.5 grados	0 grados	23.5 grados

La información siguiente muestra ilustraciones gráficas de los movimientos anuales del Sol en nuestros cielos para las latitudes seleccionadas. En estas ilustraciones, se miden los ángulos solares de ambos True North y True South para el mediodía.

| 90 N | 66.5 N | 50 N | 23.5 N | Equador (0) | 23.5 S | 50 S | 66.5 S | 90 S |

Finalmente, la latitud del Sor del mediodía puede ser calculada con la siguiente ecuación simple:

Altitud A = 90 - Latitud L +/- Declinación D

En esta ecuación, L es la latitud de la ubicación en grados y D es la declinación. La ecuación se simplifica a A = 90 - L si las determinaciones ángulo del Sol se están realizando por cualquier fecha del equinoccio. Si la determinación del un ángulo solar es requerida para una fecha del solsticio, (la declinación d) se añade a la latitud (L) si el lugar está experimentando el verano (las latitudes del norte = solsticio de junio; latitudes del sur = solsticio de diciembre) y se restará de la latitud (L) si el lugar está experimentando el invierno (las latitudes del norte = solsticio de diciembre; latitudes del sur = solsticio de junio).

Todas las respuestas de esta ecuación se dan en relación al True North para las latitudes del sur y True South para las latitudes del norte. Para nuestros propósitos sólo las declinaciones de los dos solsticios y dos equinoccios son importantes. Estos valores son: solsticio de junio D = 23.5, el solsticio de diciembre D = 23.5, equinoccio de marzo de D = 0, y el equinoccio de septiembre D = 0. Cuando se utiliza la ecuación anterior, en las latitudes tropicales. Los valores de las altitudes solares mayores de 90 ° son necesarios otros cálculos. Cuando esto ocurre durante el medio día el Sol se encuentra en realidad detrás de usted cuando se mira hacia el ecuador. Bajo estas circunstancias, la altitud solar se calcula de la siguiente manera: