Radiação solar direta em um muro leste-oeste ao sul do Trópico de Capricórnio

19 de março, 2024 às 20:39 | Postado em Astronomia, Óptica

A menor declinação solar no ano é de -23,45°. Isto significa que a face sul de um muro  com 90° de inclinação. orientado na direção leste-oeste, localizado ao sul do Trópico de Capricórnio não receberá radiação direta do Sol em nenhum momento do ano. A afirmação está certa ou errada?

Em latitudes maiores do que 23,5° S o Sol  nunca atinge o zênite, ou seja, nunca o Sol está a pino conforme implica o esquema apresentado na figura 1.

Portando, ao meio-dia, em qualquer dia do ano, a face sul do muro em latitudes superiores a do Trópico da Capricórnio (que passa por São Paulo) não é iluminada por radiação solar direta.  Entretanto em outros momentos do dia, desde o equinócio da primavera (~22/9) até o equinócio do outono (20/3) , é possível em parte da manhã e parte da tarde o muro receber radiação solar direta como demonstra-se a seguir.

A posição do nascente e do poente solar muda muito ao longo do ano. No equador essa mudança é a mínima, chegando a se afastar do leste (no nascente) e do oeste (no poente) 23,5° para o norte no solstício de verão (~21/12) e 23,5° para o sul no solstício de inverno (~20/6) no hemisfério sul.

Em qualquer outra latitude, esta variação da posição do nascente e do poente é maior, crescendo conforme aumenta a latitude. Aqui em Porto Alegre é cerca de 27° (conforme a figura 2 indica para o nascente). Em Ushuaia, a cidade mais ao sul na Terra, é cerca de 48°.

Então, apesar de que a radiação direta do Sol seja capaz de iluminar apenas a face norte do muro ao meio-dia em latitudes superiores a do trópico, durante o início da manhã e final da tarde entre o equinócio de primavera e de outono, a face sul do muro poderá receber radiação solar direta.

Exemplifico agora para a latitude de Porto Alegre, no solstício de verão (momento em que o Sol vai mais ao sul no nascente e no poente). Nas primeiras quatro horas da manhã e nas últimas quatro horas da tarde a face sul do muro pode receber radiação solar direta se não houver obstáculos (nuvens, árvores, construções) no caminho da radiação (vide por exemplo Suncalc para verificar esta afirmação e detalhar o movimento do Sol em relação à Terra em qualquer dia e em qualquer latitude).

A imagem da figura 4 foi retirada do Google Earth para a cidade de Santo Ângelo – RS (latitude de 28,3° S) em 16/12/2020, portanto em data próxima ao solstício de verão quando o Sol nasce ao sul do leste.

Na figura 4  observa-se o prédio do Fórum de Santo Ângelo (um edifício com oito andares) e sua sombra. A sombra demonstra que o Sol no momento da foto se encontrava ao sul do leste, indicando que a mesma foi tomada pela manhã. Desta forma as paredes do edifício voltadas para o sul estão recebendo radiação solar direta.

Essa discussão sobre a incidência de radiação solar direta é muito importante para a arquitetura e a engenharia. Um caso de notória relevância do tema diz respeito à orientação de painéis solares para aquecimento de água ou com células fotovoltaicas.

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