La física solar, algunos conceptos del magnetismo solar en meteorología especial.

La foto anterior muestra una eyección de masa coronal, pero: ¿Qué es una eyección de masa coronal?

Una eyección de masa coronal  o CME  por sus siglas en inglés es una nube gigante de plasma solar impregnada de líneas de campo magnético que se expulsa del sol a menudo durante erupciones solares fuertes y de larga duración ,las eyecciones de masa coronal son una de las fuentes de tormenta geomagnética cuando apuntan hacia la tierra.

¿Qué es el plasma solar?

 Es una mezcla de gases formada en su mayor parte por hidrogeno y helio es un gas muy caliente.

La energía procedente del sol fracciones de átomos, protones, electrones y neutrones se emiten constante mente junto a la radiación electromagnética dentro de su actividad. El sol emite eyecciones de masa coronal, está eyección de masa coronal viaja por el espacio a gran velocidad hacia nuestro planeta tierra provocando serios daños a cualquier ser vivo mediante la creación de mutaciones letales en su ADN afortunadamente la tierra tiene un sistema de defensa un escudo de fuerza no visible a nuestros ojos llamado magnetosfera que rodea nuestro planeta.

Está imagen formada por 5 satélites sintonizados bajo el nombre de Temis, está red de satélites nos muestra como dicho escudo de fuerza recibe un bombardeo constante del sol, la forma del escudo depende de la radiación constante que le golpea, una nebulosa de 320 Km de diámetro a medida que las oleadas de partículas le golpean la magnestofera muchas de ellas son desviadas pero cuando llega la eyección de masa coronal:                                

Las partículas cargadas consiguen a travesar el campo magnético de la capa exterior

En éste gráfico esto se conoce como los cinturones de Van Allen alrededor de la tierra el escudo magnético de la tierra dirige la radiación hacia los polos desencadenando las auroras boreales y australes  cuando éstas partículas llegan a la atmósfera superior se activan las moléculas del aire el proceso hace que las moléculas del aire brillen el oxígeno emite los colores rojo y verde el nitrógeno el azul .   

Magnetismo

                      

Aurora Southern Lights 

    Taken by Minoru Yoneto on November 10, 2018 @ Queenstown,         

New Zealand  ,    Cortesía space weather Estados Unidos

Aurora 

Mancha solar

Una mancha solar es una región en el sol que tiene una temperatura más baja que sus alrededores y con una intensa actividad magnética. Una mancha solar típica consiste en una región central oscura, llamada “umbra” rodeada por una “penumbra”.  muy  clara. 

Ciclos Solares

El sol posee unos ciclos de 11 años aproximadamente, donde aumentan las manchas solares y disminuyen, al período de mayor actividad en las manchas solares se le denomina máximo solar y al período de disminución en manchas solares se le denomina mínimo solar, actualmente nos encontramos en pleno desarrollo del mínimo solar y se agudizará de acá al 2022 , entre el 2022 y el 2060 será mucho más fuerte.

Gráfico del mínimo solar en desarrollo actualmente

Las manchas solares dan lugar a lo que se conoce como regiones activas y éstas regiones activas generan unos fenómenos de rayos  X  dentro de la radiación electromagnética  y  dentro de esos rayos X  se genera el fenómeno de las fulguraciones  que influyen en el clima espacial y terrestre.  Las regiones producen campos magnéticos que permiten analizar la complejidad magnética de la región y así deducir posible fulguración que pueda generar y clasificarla para prevenir un posible impacto contra nuestro planeta  ,  cuando el sol emite fulguraciones de clase muy elevada  inmediamente se genera perturbaciones en la atmósfera superior en la ionosfera o termosfera , esté fenómeno también se presenta en los flujos del viento solar  ocasionado por los agujeros coronales ,los agujeros coronales son regiones de baja densidad en la atmósfera del sol conocida como corona , contienen poco material solar posen una temperatura más baja y se muestra mucho más oscura en su entorno , los agujeros coronales son visibles en ciertas longitudes del espectro de luz ultravioleta extrema.

Los agujeros coronales se clasifica en dos polaridades: Positiva y negativa, los agujeros coronales de polaridad positiva emiten protones al espacio y los de polaridad negativa emiten electrones.

Las fulguraciones son las responsables del calor sobre capa superior de nuestro planeta tierra en la termosfera o ionosfera, actualmente ante la baja de manchas solares y regiones activas, (como lo observamos en la foto anterior), la siguiente imagen muestra la disminución de la temperatura a la fecha en la termosfera:

 A su vez al bajar la radiación solar   solar   en superficie disminuye los UV ,la radiación solar en superficie es el fundamento para mejorar el clima (con respecto al vapor de agua) y está correlacionada con los UV que son la base de la ozonosfera dentro de la estratosfera y aquí hay una asunto interesante como va influir la troposfera y de ahí para abajo durante la profundización del mínimo solar que ya se nota en el enfriamiento de los polos y la afectación de la temperatura en las latitudes altas , bajas y parte d las ecuatoriales

Medición de los UV en Medellín

       Al disminuir los UV el perjuicio se notará en la agricultura mundial ya que esta fundamental para su desarrollo. 

La fulguración más alta registrada después del evento Carrington, la fulguración clase X es la más peligrosa clase dentro del clima espacial según su magnitud .

  

Eyección de masa coronal , el impacto de una eyección de éste tipo podría acabar con la tecnología y la electricidad a nivel  mundial en horas , el estudio del magnetismo solar y el viento solar pronto será posible con la sonda Parker además de elevar el calor a nivel mundial al interactuar con los gases atmosféricos .

Registro sita.

La radiación solar superficial a su vez influye en el particulado   de la ciudad.

A la fecha 2018-11-17 tenemos un agujero coronal de polaridad negativa en dirección a nuestro planeta:

Flujo de viento solar hasta el momento :

Solar Wind Parameters Used: (estos parámetros son de esta hora en UTC tiempo real)

  Date: 17 11 2018 1531 UT

  Velocity:   322 km/sec

  Bz:    0.0 nT

  Density =    5.0 p/cc

Se espera que ante la baja radiación ionizante del sol las comunicaciones en latitudes altas en HF se vean afectadas para los 17-19 días 17-19 de noviembre del 2018 para el siguiente pronósticos.

SUBJ: SWS HF RADIO COMUNICACIONES ADVERTENCIA 18/16 PUBLICADO EL 2352UT / 16 DE NOVIEMBRE DE 2018 POR EL CENTRO DE PRONÓSTICO DEL ESPACIO AUSTRALIANO. Se pueden observar depresiones de MUF del 10% al 30% durante los siguientes tres Días debido a los continuos niveles muy bajos de radiación ionizante. del sol. CONDICIONES DE PROPAGACIÓN DE HF DEGRADADAS ESPERADAS DEL 17-19 DE NOVIEMBRE DE 2018 SI LAS DIFICULTADES DE LA COMPAÑÍA EXPERIMENTAN, PRUEBA UNA BANDA DE FRECUENCIA MÁS BAJA _____________________________________________________________ PRONOSTICO DE COMUNICACIONES DE HF (AUSTRALIA / NUEVA ZELANDA)                                    BANDAS DE FRECUENCIA        T-index MUFs 2 4 6 8 12 16 22 26 _____________________________________________________________ 17 de noviembre: -40 -10% -30% 2 4 6 8 12 12 16 22 18 de noviembre: -40 -10% -30% 2 4 6 8 12 12 16 22 19 de noviembre: -40 -10% -30% 2 4 6 8 12 12 16 22

El Contenido Total de Electrones (TEC, Total Electron Content) da una idea del grado de ionización en la ionosfera. Su unidad de medida es el TECU (1 TECU = 10E+16 electrones por metro cuadrado). Las zonas con mayor TEC indican la ocurrencia de fenómenos de ionización de distinto origen: fotoionización, absorción, etc

Bibliografía

Fisica de Sears

Semasnski volumen ll

Observatorio de dinámica solar (SDO)

STEREO (NASA)

SpaceWeatherlive                      

Energía Solar

La energía solar es la energía producida por el sol y que es convertida a energía útil por el ser humano, ya sea para calentar algo o producir electricidad (como sus principales aplicaciones).

Cada año el sol arroja 4 mil veces más energía que la que consumimos, por lo que su potencial es prácticamente ilimitado.

La intensidad de energía disponible en un punto determinado de la tierra depende, del día del año, de la hora y de la latitud. Además, la cantidad de energía que puede recogerse depende de la orientación del dispositivo receptor.

Actualmente es una de las energías renovables más desarrolladas y usadas en todo el mundo.

Existen dos formas principales de utilizar la energía solar, una como fuente de calor para sistemas solares térmicos, la otra como fuente de electricidad para sistemas solares fotovoltaicos. Nos centraremos en esta última aplicación.

Energía solar térmica

La energía solar térmica o energía termo solar consiste en el aprovechamiento de la energía del Sol para producir calor que puede aprovecharse para cocinar alimentos o para la producción de agua caliente destinada al consumo de agua doméstico, ya sea agua caliente sanitaria, calefacción, o para producción de energía mecánica y, a partir de ella, de energía eléctrica. Adicionalmente puede emplearse para alimentar una máquina de refrigeración por absorción, que emplea calor en lugar de electricidad para producir frío con el que se puede acondicionar el aire de los locales.

¿Cómo funciona?

De manera muy esquemática, el sistema de energía solar térmica funciona de la siguiente manera: el colector o panel solar capta los rayos del sol, absorbiendo de esta manera su energía en forma de calor, a través del panel solar hacemos pasar un fluido (normalmente agua) de manera que parte del calor absorbido por el panel es transferido a dicho fluido, el fluido eleva su temperatura y es almacenado o directamente llevado al punto de consumo.

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Sistemas solares fotovoltaicos.

El efecto fotovoltaico es la absorción de luz por la materia y la transformación de la energía de la radiación, fotones, en una corriente eléctrica que puede ser directamente aprovechada o almacenada de forma conveniente.

¿Como funciona?

Sistema DC y Sistema AC

El panel solar produce energía en forma de corriente directa (12 voltios) que se almacena en la batería pasando a través del regulador cuya función es proteger la batería de la sobrecarga o de la sobre descarga. Las cargas eléctricas como lámparas, radio, o televisión se conectan a la batería a través del regulador (Sistema DC) o a través de un inversor (Sistema AC) que convierte la corriente almacenada en la batería en corriente alterna y permite el uso de las lámparas eficientes y otros electrodomésticos a 120 voltios AC.

Sistema DC

A mayor cantidad de luz, mayor es la cantidad de energía que se acumula en la batería. Por lo tanto durante las temporadas secas de mucho sol se tiene energía en abundancia. En cambio durante la temporada de invierno, con días lluviosos y nublados, se tiene menor disponibilidad de energía.
	Sistema AC

Sistemas solares fotovoltaicos.

Así funciona una instalación de energía solar fotovoltaica aislada de red
.

http://www.google.com.co/imgres?imgurl=http://www.ercyl.com/img/casa_fotovoltaica.gif&imgrefurl=http://www.ercyl.com/energia-solar-fotovoltaica.asp&usg=__ZNVaO_yRk8lUtL7Y7m7xptxuxR4=&h=313&w=401&sz=23&hl=es&start=6&zoom=1&um=1&itbs=1&tbnid=E0igE3fZdruzOM:&tbnh=97&tbnw=124&prev=/images%3Fq%3Denergia%2Bsolar%2Bfotovoltaica%26um%3D1%26hl%3Des%26sa%3DN%26tbs%3Disch:1

VENTAJAS ECONOMICAS
ENERGIA SOLAR	ELECTRIFICACION CONVENCIONAL
• No requiere instalación de transformador, ni red primaria, ni cable pre ensamblado.	• Necesariamente se debe instalar red primaria, transformadora y tendida secundaria con cable pre ensamblado.
• La cantidad de materiales es bajo (celdas fotovoltaicas, banco de baterías, regulador, lámparas y cable eléctrico)	• El listado de materiales es extenso.
• El costo de instalación es muy económico.	• El costo de instalación es alto, debido al tendido de las líneas y la hincada de postes.
• Los costos de mano de obra son muy puntuales.	• El costo de instalación por kilómetro de línea es considerable y más aún en zonas de condiciones adversas.
• El proyecto no necesita pago de trámites de derecho ante ninguna entidad.	• Como cualquier proyecto eléctrico convencional requiere del pago de derechos por trámites ante la empresa electrificadora.
• El costo del transporte de materiales es mínimo debido a la cantidad de los mismos.	• El costo de transporte se incrementa considerablemente por lo robusto y pesado de los materiales.
• No necesita instalación de acometida ni contador de energía.	• Es obligatorio el uso del contador de energía y de su respectiva acometida, cuyos costos deben ser asumidos por el usuario.
• No requiere cobro de facturación posterior a la instalación de la celda debido a que la fuente de la energía es el sol.	• Después de instalado el contador el usuario asume los costos por el cobro de facturación.
• El tiempo de garantía de la celda fotovoltaica es de 25 años.	• El tiempo de garantía de la red es de 15 años (máximo).
• No requiere estudios de factibilidad ni planos topográficos, debido a que la instalación es domiciliaria.	• Requiere estudios de factibilidad y planos topográficos, debido a las condiciones accidentales de los terrenos.

VENTAJAS AMBIENTALES
ENERGIA SOLAR	ELECTRIFICACION CONVENCIONAL
• El impacto ambiental es nulo, ya que la instalación es domiciliaria.	• El impacto ambiental es considerable por la poda de árboles y vegetación para el tendido.
• No necesita certificado de la corporación autónoma regional, debido a que la instalación se realiza en el mismo predio.	• Por ser un proyecto que tiene impacto sobre el ecosistema, requiere de licencia ambiental expedida por la corporación autónoma regional.
• La continuidad del servicio de energía es constante, porque se depende exclusivamente de la fuente solar.	• El servicio de energía depende de la empresa comercializadora.

VENTAJAS EN EJECUCION Y SERVICIO
ENERGIA SOLAR	ELECTRIFICACION CONVENCIONAL
• Energía lumínica con satisfacción inmediata para el usuario	• Después de la electrificación, queda pendiente la compra del contador y el cable para la instalación interna del domicilio.
• Cada usuario cuenta con servicio independiente	• La instalación de la red es comunitaria, por lo tanto en la eventualidad de un daño en la red, sale del sistema toda la comunidad.
• No se corren riesgos por atentados terroristas.	• Existe un alto riego de cortes en el servicio por voladura de torres de transmisión.
• El número de beneficiarios es igual número proyectado al inicio de la obra.	• El número de beneficiarios puede ser menor al proyectado, debido a limitaciones económicas.
• No requiere aprobación técnica de ninguna entidad diferente a la que se vincule con el pago de la obra.	• La aprobación técnica es realizada por empresa electrificadora.
• La aprobación de planos y proyectos no es necesaria porque la instalación es domiciliaria.	• La aprobación de los planos y proyectos depende de la empresa electrificadora.
• No requiere certificado de permiso por servidumbre.	• Uno de los requisitos para la aprobación técnica por parte de la empresa electrificadora es la servidumbre de los propietarios de los predios por donde pasa la línea.

Clasificamos por tecnologías y su correspondiente uso más general:

• Energía solar pasiva: Aprovecha el calor del sol sin necesidad de mecanismos o sistemas mecánicos.
• Energía solar térmica: Para producir agua caliente de baja temperatura para uso sanitario y calefacción.
• Energía solar fotovoltaica: Para producir electricidad mediante placas de semiconductores que se alteran con la radiación solar.
• Energía solar termoeléctrica: Para producir electricidad con un ciclo termodinámico convencional a partir de un fluido calentado a alta temperatura (aceite térmico)
• Energía solar híbrida: Combina la energía solar con otra energía. Según la energía con la que se combine es una hibridación:

Imagen: Wikipedia

Recogida directa de energía solar

La recogida directa de energía solar requiere dispositivos artificiales llamados colectores solares, diseñados para recoger energía, a veces después de concentrar los rayos del Sol. La energía, una vez recogida, se emplea en procesos térmicos o fotoeléctricos, o fotovoltaicos. En los procesos térmicos, la energía solar se utiliza para calentar un gas o un líquido que luego se almacena o se distribuye. En los procesos fotovoltaicos, la energía solar se convierte en energía eléctrica sin ningún dispositivo mecánico intermedio. Los colectores solares pueden ser de dos tipos principales: los de placa plana y los de concentración.

Colectores de placa plana

En los procesos térmicos los colectores de placa plana interceptan la radiación solar en una placa de absorción por la que pasa el llamado fluido portador. Éste, en estado líquido o gaseoso, se calienta al atravesar los canales por transferencia de calor desde la placa de absorción. La energía transferida por el fluido portador, dividida entre la energía solar que incide sobre el colector y expresada en porcentaje, se llama eficiencia instantánea del colector. Los colectores de placa plana tienen, en general, una o más placas cobertoras transparentes para intentar minimizar las pérdidas de calor de la placa de absorción en un esfuerzo para maximizar la eficiencia. Son capaces de calentar fluidos portadores hasta 82 °C y obtener entre el 40 y el 80% de eficiencia.

Los colectores de placa plana se han usado de forma eficaz para calentar agua y para calefacción. Los sistemas típicos para casa-habitación emplean colectores fijos, montados sobre el tejado. En el hemisferio norte se orientan hacia el Sur y en el hemisferio sur hacia el Norte. El ángulo de inclinación óptimo para montar los colectores depende de la latitud. En general, para sistemas que se usan durante todo el año, como los que producen agua caliente, los colectores se inclinan (respecto al plano horizontal) un ángulo igual a los 15° de latitud y se orientan unos 20° latitud S o 20° de latitud N.

Además de los colectores de placa plana, los sistemas típicos de agua caliente y calefacción están constituidos por bombas de circulación, sensores de temperatura, controladores automáticos para activar el bombeo y un dispositivo de almacenamiento. El fluido puede ser tanto el aire como un líquido (agua o agua mezclada con anticongelante), mientras que un lecho de roca o un tanque aislado sirven como medio de almacenamiento de energía.

Colectores de concentración

Para aplicaciones como el aire acondicionado y la generación central de energía y de calor para cubrir las grandes necesidades industriales, los colectores de placa plana no suministran, en términos generales, fluidos con temperaturas bastante elevadas como para ser eficaces. Se pueden usar en una primera fase, y después el fluido se trata con medios convencionales de calentamiento. Como alternativa, se pueden utilizar colectores de concentración más complejos y costosos. Son dispositivos que reflejan y concentran la energía solar incidente sobre un zona receptora pequeña. Como resultado de esta concentración, la intensidad de la energía solar se incrementa y las temperaturas del receptor (llamado ‘blanco’) pueden acercarse a varios cientos, o incluso miles, de grados Celsius. Los concentradores deben moverse para seguir al Sol si se quiere que actúen con eficacia; los dispositivos utilizados para ello se llaman heliostatos.

Hornos solares

Los hornos solares son una aplicación importante de los concentradores de alta temperatura. El mayor, situado en Odeillo, en la parte francesa de los Pirineos, tiene 9.600 reflectores con una superficie total de unos 1.900 m2 para producir temperaturas de hasta 4.000 °C. Estos hornos son ideales para investigaciones, por ejemplo, en la investigación de materiales, que requieren temperaturas altas en entornos libres de contaminantes.

Receptores centrales

La generación centralizada de electricidad a partir de energía solar está en desarrollo. En el concepto de receptor central, o de torre de potencia, una matriz de reflectores montados sobre heliostatos controlados por computadora reflejan y concentran los rayos del Sol sobre una caldera de agua situada sobre la torre. El vapor generado puede usarse en los ciclos convencionales de las plantas de energía y generar electricidad.

Enfriamiento solar

Se puede producir frío con el uso de energía solar como fuente de calor en un ciclo de enfriamiento por absorción. Uno de los componentes de los sistemas estándar de enfriamiento por absorción, llamado generador, necesita una fuente de calor. Puesto que, en general, se requieren temperaturas superiores a 150 °C para que los dispositivos de absorción trabajen con eficacia, los colectores de concentración son más apropiados que los de placa plana.