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CELSO 
 
 
ANÁLISIS COMPARATIVO ENTRE LA 
IRRADIANCIA TERRESTRE Y 
EXTRATERRESTRE EN LA CIUDAD DE TUNJA 
 
COMPARATIVE ANALYSIS BETWEEN THE 
TERRESTRIAL AND EXTRATERRESTRIAL 
IRRADIANCE IN THE TUNJA CITY 
Carlos R. Batista-Rodrígueza, Rosa I. Urquiza-Salgadob 
 
a Universidad Antonio Nariño, Tunja, Boyacá, Colombia, carlos.batista@uan.edu.co 
b Universidad de Holguín, Holguín, Holguín, Cuba, rurquiza@uho.edu.cu 
 
 
 
 
15 
 
 
Resumen— En el estudio de la radiación solar un parámetro fundamental es la magnitud de la irradiancia que llega a la superficie 
terrestre y establecer un nivel de comparación con la irradiancia extraterrestre. Con el objetivo de conocer dicha relación en la ciudad 
de Tunja, se realizaron mediciones de la irradiancia, en diferentes instantes de tiempo elegidos al azar. En base a las medic iones y el 
cálculo realizado de la irradiancia extraterrestre se realizó la comparación entre ambas magnitudes, llegándose a la conclusión que en 
la ciudad de Tunja existen instantes donde la irradiancia terrestre alcanza y sobrepasa la irradiancia extraterrestre, mientras que en 
otros momentos está muy por debajo de los valores calculados, por lo que la irradiancia tiene una alta dispersión respecto a su valor 
medio, lo que influye significativamente en la variación de voltaje de los paneles solares. 
 
Palabras clave— dispersión, extraterrestre, irradiancia, terrestre. 
 
Abstract— In the study of solar radiation, a main parameter is the irradiance magnitude that terrestrial surface receives and to establish 
a comparative analysis with the extraterrestrial irradiance. With aim to know this rate in Tunja city, it was performanced a measurement 
of irradiance at different random times. On base of measurements and calculus of extraterrestrial irradiance done, it was made a 
comparative analysis between both magnitudes. It took place to the conclusion: in the Tunja city there are times when the terrestrial 
irradiance reaches up extraterrestrial irradiance, while in others instants the relation is fully opponent, In the others words, the 
irradiance in Tunja city has a high dispersion with respect to average value, this situation has huge influence in variation output voltage 
of photovoltaic modules. 
 
Keywords— scattering, extraterrestrial, irradiance, terrestrial. 
 
 
 
I. INTRODUCCIÓN 
 
Hasta el presente, el aprovechamiento relativo de fuentes 
renovables de energía solo se ha logrado en los países de 
mayor desarrollo científico-técnico, quienes disponen de 
tecnologías de punta que facilitan convertir la energía 
Tabla con formato
Con formato: Portugués (Brasil)
Con formato: Español (Colombia)
Con formato: Español (Colombia)
Con formato: Izquierda
Con formato: Normal, Punto de tabulación: No en 1,75 cm
mailto:carlos.batista@uan.edu.co
mailto:rurquiza@uho.edu.cu
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eólica y solar en electricidad; así como exportar las 
maquinarias e instalaciones a los países en vías de 
desarrollo (Dirix et al., 2015). A ello se suma que el 
período de recuperación de las inversiones es prolongado, 
dejando al final bajos márgenes de utilidad en su 
operación. Por tales razones y aunque resulte 
contradictorio, países que no disponen de recursos 
petroleros continúan con la operación de grandes plantas 
termoeléctricas. A su vez, otros estados que sí poseen 
dentro de sus recursos naturales combustibles fósiles 
mantienen sectores de su población sin cobertura 
eléctrica, por dificultades de diversa índole para conexión 
a las redes de transmisión existentes; situación en general 
bastante común para países en vías de desarrollo (Ducas 
and Ballesteros, 2015). En todos los casos hay asociadas 
múltiples y perjudiciales consecuencias sociales, 
ambientales y políticas para dichos países. 
 
Conocer la potencialidad de la radiación solar en una 
determinado lugar permite establecer los planes de 
producción de energía eléctrica a partir de esta fuente 
inagotable de energía, (Rodríguez et al., 2015), (Besharat 
et al., 2013), debido a que la potencia nominal (Pn) de un 
generador fotovoltaico es calculada a partir del 
coeficiente de irradiación horaria I = 1000 Wh/m2 y para 
temperatura de celdas que se mantienen alrededor de 25oC 
(Horn, 2001). Para el uso de otras tecnologías 
concentradoras de la energía solar también es 
indispensable conocer la cantidad de energía que llega a 
la superficie de la tierra y cuál es su proporción de 
radiación directa y difusa (Soubdhan et al., 2008). 
 
Teniendo en cuenta las políticas actuales de protección 
del medio ambiente en el país y en particular en el 
departamento de Boyacá, donde se trabaja en mitigar los 
efectos negativos sobre los ecosistemas de la región, se 
planteó como objetivo de la investigación: realizar un 
análisis comparativo entre la irradiancia que llega sobre la 
superficie terrestre en la ciudad de Tunja y la irradiancia 
extraterrestre, lo que permite tener una visión del 
potencial de energía solar disponible en estas coordenadas 
geográficas. Para ello se realizaron mediciones de 
irradiancia con un solarímetro, en diferentes instantes de 
tiempo; a partir de dichos datos y utilizando ecuaciones 
conocidas se procedió a calcular la irradiancia 
extraterrestre y realizar los análisis necesarios. 
 
Es conocido que la densidad media de radiación solar que 
llega a la parte alta de la atmósfera es de Gsc= 1367 W/m
2 
(Chen, 2015), (Duffie and Beckman, 2013), conocida 
como la constante solar. Sin embargo, debido a los 
fenómenos de reflexión, absorción y transmitancia 
atmosférica y bajo condiciones razonables de cielo 
despejado el valor de irradiancia promedio que se obtiene 
en la superficie terrestre es G = 1000W/m2 y es el valor de 
la unidad “un sol”. 
 
Para el análisis comparativo entre la irradiancia terrestre 
(la que llega a la superficie de la tierra) y extraterrestre (la 
energía que llega a la parte alta de la atmósfera), se 
calculó la irradiancia extraterrestre por la expresión (1): 
 
 (1) 
donde: 
G0 – irradiancia instantánea entre el momento de salida 
(TSC, time sunrise) y de puesta del sol (TSS, time sunset); 
GSC – constante solar, de magnitud 1367 W/m2 = 4.921 
MJ/m2; 
n – día consecutivo el año, se calcula por (2); 
 – declinación solar, se calcula por (3); 
 – ángulo horario solar, se calcula por (5); 
 – latitud. 
 
Las expresiones auxiliares mencionadas en la leyenda 
anterior aparecen a continuación. 
 
- Para calcular n: 
 (2)
 
M – número del mes; 
K – indicador de característica del año: si no es bisiesto, 
toma valor 1; si es bisiesto, toma valor 2; 
D – número del día del mes; 
INT – función que indica que se tomará la parte entera del 
resultado de las operaciones indicadas. 
 
- Para calcular : 
 (3) 
 – ángulo de oblicuidad de la Tierra, igual a 23,44; 
 
 (4) 
 
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- Para calcular : 
 (5) 
 
Nótese que a partir de (5) en la mañana se obtienen 
resultados negativos, mientras que en la tarde los cálculos 
arrojan valores positivos. La diferencia de signo depende 
de que el ángulo horario solar se mida en sentido horario 
o anti-horario (a partir del ángulo nulo a mediodía), 
respectivamente. 
II. DESARROLLO DEL TRABAJO 
 
Para la realización del estudio se contó con un 
piranómetro de la marca DELTA OHM, modelo LP 
PYRA 05. Fue colocado a una altura de 1.25 m sobre la 
superficie terrestre y nivelado horizontalmente, en el área 
que ocupa la Universidad Antonio Nariño, sede Tunja,situada a 5.553 grados latitud Norte y 73.367 grados de 
longitud Oeste. Las mediciones se registraron en un 
multímetro marca FLUKE, modelo 8548 A, con precisión 
de micro voltios milésimas de milivoltios (microvoltios). 
Para el procesamiento y cálculos de los datos se utilizó el 
paquete de Microsoft Office, específicamente la base de 
datos de ACCESS, en combinación con las hojas de 
cálculo de EXCEL. 
 
La metodología de trabajo constó de los siguientes pasos: 
1. Se realizaron y registraron las mediciones de 
irradiancia instantánea de forma aleatoria, con 
intervalos de un minuto, para diferentes 
momentos del día durante dos semanas. 
2. Se calculó para cada instante la irradiancia 
extraterrestre por (1). 
3. Se calculó la diferencia entre ambas magnitudes. 
4. Se calculó el valor medio de la irradiancia medida 
y la dispersión de los valores respecto al valor 
medio. 
5. Se procedió a graficar los resultados. 
III. DISCUSIÓN 
 
Entre el 30 de mayo y el 14 de junio de 2017, en el 
período comprendido entre 6 am y 6 pm fueron realizadas 
en total 1485 mediciones, con diferencia de un minuto 
entre dos consecutivas, para diferentes instantes de 
tiempo. Una muestra de los datos registrados y calculados 
aparece en la Tabla 1. Se puede observar que la 
irradiancia que llega a la ciudad de Tunja no alcanza el 
valor de la irradiancia en la parte superior de la atmósfera, 
lo cual refleja la diferencia en la columna 5 y el 
porcentaje calculado en la columna 6. Esta situación es 
normal, debido a la nubosidad y dispersión de los rayos 
solares cuando atraviesan la atmósfera terrestre. 
 
Es necesario destacar que en un solo registro se apreció 
una irradiancia superior al 100%. En particular, a las 
12:09 PM del 13 de junio hubo un instante de cielo 
descubierto, sin interferencia para la radiación solar; 
aunque un minuto más tarde el parámetro había caído a 
menos del 50%. La alta variabilidad de los datos en el 
intervalo de un minuto, como puede apreciarse, fue 
permanente durante la etapa, lo que afecta la calidad del 
“combustible” considerado para la producción de energía. 
Dicho de otra forma, los bruscos cambios en la 
irradiancia, registrada en distintos instantes de tiempo con 
intervalo de un minuto durante dos semanas, 
inevitablemente provocarían fluctuaciones en el voltaje de 
los paneles solares o de cualquier otra tecnología solar 
que se instale en la ciudad con el fin de producir energía 
eléctrica. 
 
Tabla 1. Registro de mediciones y valores calculados de irradiancia. 
 
Instante ti 
(día-hora) 
G(ti) 
(W/m2) 
G0(ti) 
(W/m2) 
G 
(W/m2) 
Ratio 
(%) 
1 2 3 4 5 
Mayo 
30 
9:57 am 1027,3 1123,3 -96 91 
9:58 am 403,1 1126,0 -722,9 36 
11:37 am 1187,9 1292,8 -104,9 92 
11:38 am 316,1 1293,3 -977,2 24 
Mayo 
31 
9:17 am 701,97 1026,07 -324,1 68 
9:18 am 187,55 1029,72 -842,2 18 
Junio 
1 
7:46 am 253,99 632,03 -378,0 40 
7:47 am 544,42 637,11 -92,7 85 
Junio 
2 
12:06 pm 1112,98 1328,3 -215,3 84 
12:07 pm 405,99 1328,1 -922,1 31 
Junio 
3 
8:11 am 687,85 718,93 -31,1 96 
8:12 am 381,40 723,46 -342,1 53 
Junio 
5 
10:34 am 823,77 1194,45 -370,7 69 
10:35 am 379,80 1196,40 -816,6 32 
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Junio 
6 
10:39 am 934,70 1241,21 -306,5 75 
10:40 am 379,42 1243,12 -863,7 31 
Junio 
7 
1:34 pm 487,40 1239,42 -752,0 39 
1:35 pm 721,41 1237,15 -515,7 58 
Junio 
9 
9:48 am 231,59 1096,62 -865,0 21 
9:49 am 1049,28 1099,57 -50,3 95 
Junio 
10 
11:13 am 909,95 1239,00 -329,1 73 
11:14 am 342,90 1240,07 -897,2 28 
Junio 
12 
10:54 am 569,32 1249,34 -680,0 46 
10:55 am 714,20 1250,88 -536,7 57 
Junio 
13 
12:09 pm 1387,78 1335,94 51,8 104 
12:10 pm 608,58 1335,71 -727,1 46 
Junio 
14 
1:45 pm 1109,34 1209,01 -99,7 92 
1:46 pm 622,40 1206,52 -584,1 52 
Valor medio 660,09 
 
En la Fig. 1 se muestran los valores de la irradiancia, 
registrada para diferentes instantes de tiempo durante una 
quincena en la ciudad de Tunja. Como ya fue comentado 
antes, puede apreciarse su gran inestabilidad en el 
transcurso de un minuto, es decir, la alta dispersión 
respecto a su valor medio (que fue de 660,09 W/m2). Tal 
variabilidad se puede tomar como índice de calidad de la 
radiación solar para los días medidos. 
 
 
 
 
Figura 1. Variabilidad de la irradiancia en la ciudad de Tunja. Fuente: Autores. 
IV. CONCLUSIONES 
 
Con la metodología aplicada se pudo realizar un análisis 
comparativo entre la radiación solar que llega a la 
superficie de la ciudad de Tunja y la radiación que llega a 
la parte alta de la atmósfera, observándose que los valores 
medidos no alcanzan los calculados, excepto en un 
instante de tiempo. 
 
Se puede concluir que la alta variabilidad de la irradiancia 
no es un buen parámetro de calidad de la radiación solar, 
por lo que la producción de energía eléctrica con el 
empleo de tecnologías solares podría tener una alta 
fluctuación en el área en que se realizaron las mediciones, 
concretamente en la Universidad Antonio Nariño, sede 
Tunja. 
AGRADECIMIENTOS 
 
Los autores agradecen a la Universidad Antonio Nariño el 
apoyo brindado para el desarrollo de esta investigación, 
derivada del proyecto con financiamiento interno “Estudio y 
rediseño de un sistema de calefacción solar de agua”, código 
201 6209. 
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Classication of daily solar radiation distributions using a 
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