La calculadora de exposición solar y sombra optimiza confort, energía y sustentabilidad en edificaciones. Evalúa incidencia solar y sombras según tiempo, ubicación y condiciones atmosféricas específicas.
Se explican valores, fórmulas técnicas, variables y ejemplos reales para una guía completa.
Esta herramienta es vital en ingeniería, arquitectura, urbanismo y energías renovables actuales.
Calculadora de Exposición Solar
1. Tablas extensas con valores comunes para calculadora de exposición solar y sombra
Las tablas de valores solar-geométricos son el punto de partida para calcular la exposición solar y sombra. Incluyen datos como ángulo solar, declinación solar, ángulo horario, altura solar, azimut solar, tiempo solar, entre otros.
Tabla 1: Valores comunes de parámetros solares para latitudes medias (ejemplo: 40°N) durante el año
| Fecha | Decl. solar (δ) [°] | Ángulo horario (ω) [°] | Altura solar (α) [°] | Azimut solar (Az) [°] | Duración día (h) | Insolación promedio (kWh/m²/día) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 21 Mar (Equinoccio) | 0 | 0 | 50.0 | 180 | 12 | 5.0 |
| 21 Jun (Solsticio Verano) | 23.45 | 0 | 73.5 | 180 | 15.5 | 7.5 |
| 21 Sep (Equinoccio) | 0 | 0 | 50.0 | 180 | 12 | 5.0 |
| 21 Dic (Solsticio Invierno) | -23.45 | 0 | 26.5 | 180 | 8.5 | 2.8 |
Tabla 2: Valores típicos de variables para sombra en construcción (latitud 40°N)
| Variable | Valores comunes | Descripción |
|---|---|---|
| Altura del edificio (H) | 3 m (piso), 10-100 m (rascacielos) | Altura vertical para cálculo sombra |
| Ángulo solar (α) | 0° – 90° | Altura del sol respecto al horizonte |
| Azimut solar (Az) | 0° (N) a 360° | Dirección del sol respecto al norte |
| Longitud sombra (L) | Variable, típicamente >0 | Longitud de sombra proyectada |
| Distancia entre objetos (D) | Variable, según contexto | Para calcular si sombra alcanza otro objeto |
| Tiempo solar (TS) | 6 AM – 6 PM | Horas donde hay incidencia solar efectiva |
Tabla 3: Valores meteorológicos asociados a exposición solar
| Parámetro | Valor típico | Unidad | Impacto en exposición solar |
|---|---|---|---|
| Radiación solar directa | 400 – 1000 | W/m² | Potencia solar directa recibida |
| Radiación difusa | 50 – 200 | W/m² | Radiación dispersa por atmósfera |
| Temperatura ambiente | 0 – 40 | °C | Afecta cálculo térmico y confort |
| Nubosidad | 0 – 100 | % | Atenúa radiación directa |
2. Fórmulas para calculadora de exposición solar y sombra: explicación detallada
El cálculo de la exposición solar y la sombra se basa en un conjunto de fórmulas que relacionan la posición del sol, la geometría de los objetos y las condiciones atmosféricas.
2.1 Posición solar
La posición del sol en el cielo se determina con:
- Declinación solar (δ):
La altura solar α es el ángulo entre el sol y el horizonte, fundamental para determinar sombra.
2.2 Cálculo longitud de sombra
Para un objeto vertical de altura H, la longitud de la sombra L es:
Si α=0° (sol en horizonte), sombra es indefinida (muy larga).
2.3 Proyección de sombra en planta (dirección y alcance)
La dirección de la sombra depende del azimut solar Az:
- Ángulo sombra:
Si se quiere calcular las coordenadas de la sombra proyectada:
2.4 Exposición solar incidente sobre superficies inclinadas
Para una superficie con inclinación β y orientación γ:
- Ángulo de incidencia solar θ:
Donde:
- β: Inclinación de la superficie (0° horizontal, 90° vertical)
- γ: Orientación respecto al sur (0° sur, positivo hacia oeste)
2.5 Radiación solar incidente
La radiación solar global G sobre una superficie inclinada es:
3. Ejemplos del mundo real con desarrollo detallado
Caso 1: Cálculo de sombra para edificio residencial en latitud 40°N, 21 de junio a las 9 AM
- Datos:
- Paso 1: Calcular declinación solar
(Efectivamente, en solsticio de verano, declinación es máxima.)
- Paso 2: Ángulo horario
- Paso 3: Altura solar
Calculamos valores:
- Paso 4: Longitud sombra
- Paso 5: Azimut solar (simplificado para ejemplo)
Para el azimut, se puede aproximar que a las 9 AM el sol está en el este con desplazamiento hacia el sur. Por ejemplo, Az = 70°.
- Paso 6: Dirección sombra
Esto indica que la sombra se proyecta hacia el oeste-suroeste.
Conclusión: A las 9 AM del solsticio de verano, la sombra de un edificio de 10 m de altura se extiende aproximadamente 8.8 m hacia el oeste-suroeste.
Caso 2: Evaluación de exposición solar en panel fotovoltaico inclinado 30°, orientado sur, en latitud 40°N, 21 de diciembre a las 12 PM
- Datos:
- Paso 1: Calcular declinación solar
- Paso 2: Ángulo horario
- Paso 3: Ángulo de incidencia θ
Aplicando fórmula simplificada para orientación sur y γ=0:
Entonces:
- Paso 4: Radiación solar incidente G
Calculamos términos:
Sumamos:
Conclusión: El panel recibe aproximadamente 774 W/m² a mediodía del solsticio de invierno con inclinación y orientación óptimas para latitud 40°N.
4. Expansión y detalles adicionales
Importancia del cálculo de sombras en arquitectura sostenible
El correcto dimensionamiento de sombras contribuye a:
- Minimizar sobrecalentamientos en verano.
- Aprovechar la radiación solar en invierno.
- Optimizar el confort térmico interior.
- Mejorar la eficiencia energética de climatización.
- Proteger espacios públicos y vegetación urbana.
Herramientas digitales y normativas
Las herramientas de simulación como SketchUp, Revit o software especializado (como Heliodon o SAM) utilizan estos cálculos para modelar entornos 3D y prever exposición solar.
Las normativas como la ISO 15927-3 y reglamentos locales (p.ej., CTE en España o ASHRAE en EE.UU.) establecen criterios para protección solar y sombras, considerando:
- Horarios críticos de exposición.
- Porcentaje de sombra requerido.
- Orientaciones y alturas máximas.
Variables atmosféricas y su impacto
La atmósfera modifica la radiación solar incidente mediante:
- Absorción.
- Difusión (por partículas y vapor de agua).
- Reflexión (albedo terrestre).
Por ello, la radiación real puede diferir de la calculada solo con geometría solar.
Sombra proyectada en espacios urbanos complejos
El análisis debe contemplar múltiples edificios y topografía, usando algoritmos avanzados de simulación por ray tracing o modelado BIM.