Escuela Superior Politcnica Del Litoral

Facultad de Ingeniera Mecnica y Ciencias de la Produccin

TEMA: Sensores de Radiacin Solar

INTEGRANTES:Bonifaz Martinez JorgeDelgado Auria RonnieHerrera Loor WilsonSalazar Endara CarlosVera Barreto Miguel

PROFESOR: Ing. Francis Loayza Paredes

Instrumentacin BsicaGrupo #8

Guayaquil, 02 de Marzo del 2015

ndice

Introduccin1Funcionamiento de los Sensores Termoelctricos.51.Uniones segn su aplicacin62.Leyes que Rigen los Termopares.7Funcionamiento de los Sensores Fotovoltaicos81.Semiconductores extrnsecos tipo n:92.Semiconductores extrnsecos de tipo p:9Fuentes de Error en la medida de la Radiacin solar101.Errores debido al diseo del instrumento.112.Errores debidos a las caractersticas instrumentales.11Tipos de Sensores de Radiacin Solar segn su Funcin131.Piranmetros13Algunos Piranmetros en el Mercado.152.Pirgemetros16Algunos Pirgemetros en el Mercado.163.Pirhelimetros.17Algunos Pirhelimetros en el Mercado.184.Albedmetros19Algunos Albedmetros en el Mercado.19Bibliografa20Anexos20

IntroduccinLa radiacin es la energa emitida por la materia en forma de ondas electromagnticas (o fotones) como resultado de los cambios en las configuraciones electrnicas de los tomos o molculas. A diferencia de la conduccin y la conveccin, la transferencia de calor por radiacin no requiere la presencia de un medio interventor. La transferencia de calor por radiacin es la ms rpida (a la velocidad de la luz) y no sufre atenuacin en el vaco. sta es la manera en la que la energa del Sol llega a la Tierra. En los estudios de transferencia de calor es de inters la radiacin trmica, que es la forma de radiacin emitida por los cuerpos debido a su temperatura. Todos los cuerpos a una temperatura arriba del cero absoluto emiten radiacin trmica.El fundamento terico de la radiacin fue establecido en 1864 por el fsico James Clerk Maxwell, quien postul que las cargas aceleradas o las corrientes elctricas cambiantes dan lugar a campos elctricos y magnticos. Estos campos que se mueven con rapidez se llaman ondas electromagnticas o radiacin electromagntica y representan la energa emitida por la materia como resultado de los cambios en las configuraciones electrnicas de los tomos o molculas. En 1887 Heinrich Hertz demostr en forma experimental su existencia. Las ondas electromagnticas transportan energa del mismo modo que las otras ondas y viajan a la velocidad de la luz en el vaco, la cual es m/s. Las ondas electromagnticas se caracterizan por su frecuencia o su longitud de onda . Estas dos propiedades en un medio estn relacionadas por:

En donde c es la velocidad de propagacin de una onda en ese medio. La velocidad de propagacin en un medio est relacionada con la velocidad de la luz en el vaco por en donde n es el ndice de refraccin de ese medio.Es muy til concebir la radiacin electromagntica como la propagacin de una coleccin de paquetes discretos de energa llamados fotones o cuantos, como propuso Max Planck en 1900, en conjuncin con su teora cuntica. En esta concepcin, cada fotn de frecuencia se considera que tiene una energa de:

Donde , es la constante de Planck. En esta ecuacin podemos ver que la energa de un fotn es inversamente proporcional a su longitud de onda, es decir las ondas con menor longitud de onda tendrn ms energa.

Figura 1. Banda EspectralEl tipo de radiacin electromagntica que resulta pertinente para la transferencia de calor es la radiacin trmica emitida como resultado de las transiciones energticas de las molculas, los tomos y los electrones de una sustancia. La temperatura es una medida de la intensidad de estas actividades en el nivel microscpico y la rapidez de la emisin de radiacin trmica se incrementa al aumentar la temperatura. La radiacin trmica es emitida en forma continua por toda la materia cuya temperatura est por arriba del cero absoluto. Es decir, todo lo que nos rodea, como las paredes, los muebles y nuestros amigos, constantemente emite y absorbe radiacin.La radiacin trmica tambin se define como la parte del espectro electromagntico que se extiende desde alrededor de 0.1 hasta 100 m, dado que la emitida por los cuerpos debida a su temperatura cae casi por completo en este rango de longitudes de onda. Por lo tanto, la radiacin trmica incluye toda la radiacin visible y la infrarroja (IR), as como una parte de la radiacin ultravioleta (UV).Lo que llamamos luz es sencillamente la parte visible del espectro electromagntico que se encuentra entre 0.40 y 0.76 m. Desde el punto de vista de sus caractersticas, la luz no es diferente a la dems radiacin electromagntica, excepto en que dispara la sensacin de visin en el ojo humano. La luz, o el espectro visible, consta de bandas angostas de color, desde el violeta (0.40-0.44 m) hasta el rojo (0.63-0.76 m).Tabla 1. Longitud de Onda de Distintos Colores.

La radiacin electromagntica emitida por el Sol se conoce como radiacin solar y gran parte de ella cae en la banda de longitudes de onda de 0.3-3 m. Aproximadamente la mitad de la radiacin solar es luz (es decir, cae en el rango visible). La restante es ultravioleta o infrarroja.La radiacin emitida por los cuerpos a la temperatura ambiente cae en la regin infrarroja del espectro, la cual se extiende de 0.76 hasta 100 m. Los cuerpos empiezan a emitir radiacin visible que puede notarse a temperaturas por encima de 800 K. El filamento de tungsteno de un foco elctrico debe calentarse a temperaturas por arriba de 2 000 K antes de que pueda emitir alguna cantidad significativa de radiacin en el rango visible.La radiacin ultravioleta incluye el extremo de baja longitud de onda del espectro de radiacin trmica y se encuentra entre las longitudes de onda de 0.01 y 0.40 m. Los rayos ultravioleta deben evitarse ya que pueden matar microorganismos y causan serios daos a los humanos y otros organismos vivientes. Alrededor de 12% de la radiacin solar se encuentra en el intervalo ultravioleta y sera devastador si llegara a alcanzar la superficie de la Tierra. Por fortuna, la capa de ozono (O3) de la atmsfera acta como una cubierta protectora y absorbe la mayor parte de esta radiacin.Un cuerpo negro se define como un emisor y cuerpo absorbente perfecto de la radiacin. A una temperatura y una longitud de onda especfica, ninguna superficie puede emitir ms energa que un cuerpo negro. Un cuerpo negro absorbe toda la radiacin incidente, sin importar la longitud de onda ni la radiacin, adems emite energa de radiacin de manera uniforme en todas direcciones, por unidad de rea normal a la direccin de emisin. La energa de radiacin emitida por un cuerpo negro por unidad de tiempo y por unidad de rea superficial fue determinada de manera experimental por Joseph Stefan, en 1879, y la expres como:Ecuacin 1. Ley de Stefan-Boltzmann

En donde es la constante de Stefan-Boltzmann y T es la temperatura absoluta de la superficie en K. Esta relacin fue verificada tericamente, en 1884, por Ludwig Boltzmann. La ecuacin 12-3 se conoce como ley de Stefan-Boltzmann y se llama poder de emisin de cuerpo negro.

Figura 2. Variacin del poder de emisin con la longitud de onda para varias temperaturas

A medida que la temperatura aumenta, el pico de la curva de la figura se desplaza hacia las longitudes de onda ms cortas. La longitud de onda a la cual se presenta el pico para una temperatura especfica se expresa por la ley del desplazamiento de Wien como:Ecuacin 2. Longitud de Onda con Energa Mxima.

La radiacin emitida por todas las superficies reales es menor que la emitida por un cuerpo negro a la misma temperatura y se expresa como:

Ecuacin 3. Poder Emisivo de Cuerpos Grises.=Donde es la emisividad de la superficie cuyo valor esta entre 0 y 1.Tabla 2. Emisividad segn el material.

Funcionamiento de los Sensores Termoelctricos.Los sensores termoelctricos, se basan en dos efectos principales. Estamos hablando del efecto Peltier y del efecto Thompson.Histricamente, primero, fue Thomas quien descubri en 1822, que en un circuito de dos diferentes materiales homogneos A y B, con dos uniones que se encuentran a diferente temperatura, aparecer una corriente elctrica o una fuerza electromotriz (fem); es decir, existe, una transformacin de energa trmica a energa elctrica. La unin de estos dos metales diferentes en un punto, se le denomina termopar.Por otro lado, el efecto Peltier, descubierto por Jean C. A. Peltier en 1834, consiste en el calentamiento o en su defecto, en el enfriamiento de una unin entre dos metales diferentes (termopar), al pasar una determinada cantidad de corriente por esta unin. El calentamiento o enfriamiento, depende del sentido de la corriente.Ahora, otro aspecto importante a considerar, son los tipos de termopares, ya que en las uniones de los termopares, es muy importante contar con una elevada resistencia, un coeficiente de temperatura dbil en la resistividad, una resistencia a la oxidacin a altas temperaturas, entre otras caractersticas. Para lograr todas estas propiedades, se emplean aleaciones especiales:1) Nquel (90%) / Cromo (10%) [Cromel]2) Cobre (57%) / Nquel (43%) 3) Nquel (94%) / Aluminio (2%) / Manganeso (3%) / Silicio (1%) [Alumel]

En la siguiente tabla, se muestran las caractersticas ms comunes de algunos termopares, de acuerdo a su configuracin ANSI:Tabla 3. Tipos de Termopares.Designacin ANSIComposicinMargen Habitual [C]Mv (Margen)

BRodio / Platino38 a 180013,6

CRenio / Wolframio0 a 230037,0

ECromel / Constantan0 a 98275,0

JHierro / Constantan0 a 76042,9

KCromel / Alumel-184 a 126056,0

NNicrosil / Nisil-270 a 130051,8

RRodio / Platino0 a 159318,7

Los termopares J son ms verstiles y de un coste bajo. Estos se aplican en atmsferas oxidantes, hornos de combustin abiertos a la atmsfera. Los termopares K, se emplean en atmsferas no reductoras. Los termopares tipo T son resistentes a la corrosin. Los termopares tipo E son de una alta sesibilidad. Los termopares tipo N, resisten la oxidacin, y ofrecen una mejor estabilidad a altas temperaturas.

1. Uniones segn su aplicacin

Unin soldada en ambos extremos

Unin soldada en paralelo

Hilo trenzado

Termopar expuesto: Respuesta rpida

Termopar encapsulado: aislamiento elctrico y ambiental

Termopar unido a la cubierta: aislamiento ambiental

Las uniones desnudas, se emplean para medidas estticas, pero estas son frgiles, o de flujos de gases no corrosivos, donde se requiere un tiempo de repuesta rpido.Las uniones aisladas, se emplean para medir en ambientes corrosivos, donde adems interese aislamiento elctrico del termopar. En el caso de que se requiera una respuesta rpida, se emplean aislantes minerales como polvo de MgO, o BeO.

2. Leyes que Rigen los Termopares.Adems de esto, los termopares, estn sujetos a 3 leyes bsicas:1) Ley de los circuitos homogneos: Las temperaturas intermedias, a las que puede estar sometido cada conductor, no alteran la fuerza electromotriz, debida a una determinada diferencia de temperatura, entre las uniones.

Figura 3. Ley de los Circuitos Homogneos.

2) Ley de los metales intermedios: La suma algebraica de las fuerzas electromotrices, en un circuito compuesto de un nmero cualquiera de metales diferentes, es cero, si todo el circuito, se encuentra a una temperatura uniforme.

Figura 4. Ley de los Metales Intermedios.

3) Ley de las temperaturas sucesivas o intermedias: Si dos metales homogneos diferentes, producen una fuerza electromotriz E1 cuando las uniones estn a T1 y T2 y una fuerza electromotriz E2 cuando las uniones se encuentran a T2 y T3 , entonces, la fuerza electromotriz cuando las uniones se encuentran a T1 y T3 ser E1 + E2

Figura 5. Ley de las Temperaturas Intermedias.

Funcionamiento de los Sensores FotovoltaicosPara la fabricacin de sensores solares fotovoltaicos se utiliza tecnologa muy desarrollada y poco comn. Si bien est al alcance de muchos fabricantes la produccin de colectores solares trmicos con un grado de eficacia aceptable, no ocurre lo mismo con los sensores solares fotovoltaicos, donde muy pocas empresas en el mundo cuentan con la capacidad y los recursos tcnicos necesarios para producirlos.El funcionamiento de los paneles se basa en el efecto fotovoltaico. De forma muy resumida y desde el punto de vista elctrico, el efecto fotovoltaico se produce al incidir la radiacin solar (fotones) sobre los materiales que definimos al principio como semiconductores extrnsecos. Los semiconductores extrnsecos se caracterizan, porque tienen un pequeo porcentaje de impurezas; esto es, posee elementos trivalentes o pentavalentes, o lo que es lo mismo, se dice que el elemento est dopado.Dependiendo de si est dopado de elementos trivalentes, o pentavalentes, se tienen dos tipos:

1. Semiconductores extrnsecos tipo n:

Son los que estn dopados, con elementos pentavalentes, como por ejemplo (As, P, Sb). Los elementos pentavalentes, son aquellos que tienen cinco electrones en la ltima capa electrnica, lo que hace que al formarse la estructura cristalina, un electrn quede fuera y no forme enlace covalente alguno, quedndose en un nivel superior al de los otros cuatro. Si hay altas temperaturas, adems de la formacin de los pares e-h, se liberan los electrones que no se han logrado unir.

Como ahora en el semiconductor existe un mayor nmero de electrones que de huecos, se dice que los electrones son los portadores mayoritarios, y a las impurezas se las llama donadoras.En cuanto a la conductividad del material elctrica y de calor, esta aumenta de una forma muy elevada, por ejemplo; introduciendo slo un tomo donador por cada 1000 tomos de silicio, la conductividad es 24100 veces mayor que la del silicio puro.

2. Semiconductores extrnsecos de tipo p:

En este caso son los que estn dopados con elementos trivalentes, (Al, B, Ga, In). El hecho de ser trivalentes, hace que a la hora de formar la estructura cristalina, dejen una vacante con un nivel energtico ligeramente superior al de la banda de valencia, pues no existe el cuarto electrn que lo rellenara.

Esto hace que los electrones salten a las vacantes con facilidad, dejando huecos en la banda de valencia, y siendo los huecos portadores mayoritarios.

De hecho la energa que reciben estos provenientes de los fotones, provoca un movimiento catico de electrones en el dentro del material.Al unir dos regiones de un material semiconductor al que artificialmente se lo haba dotado de concentraciones diferentes de electrones, mediante los elementos que denominbamos dopantes, se provocaba un campo electrosttico constante que reconduca el movimiento de electrones. Se debe recordar que este material formado por la unin de dos zonas de concentraciones diferentes de electrones la denominbamos unin PN, pues la clula solar en definitiva es esto; una unin PN en la que la parte iluminada ser la tipo N y la no iluminada ser la tipo P.

De esta forma, cuando sobre la clula solar incide la radiacin, aparece en ella una tensin anloga a la que se produce entre los bornes de una pila. Mediante la colocacin de contactos metlicos en cada una de las caras puede extraerse la energa elctrica, que se utilizar para alimentar una carga.Al hacer una explicacin desde un punto de vista cuntico, el funcionamiento del efecto fotovoltaico se basa en la capacidad de transmitir la energa de los fotones de la radiacin solar a los electrones de valencia de los materiales semiconductores, de manera que estos electrones rompen su enlace que anteriormente los tena ligado a un tomo. Por cada enlace que se rompe queda un electrn y un hueco (falta de electrn en un enlace roto) para circular dentro del semiconductor. El movimiento de los electrones y huecos en sentidos opuestos (conseguido por la existencia de un campo elctrico) genera una corriente elctrica en el semiconductor la cual puede circular por un circuito externo y liberar la energa cedida por los fotones para crear los pares electrn-hueco. El campo elctrico necesario, se consigue con la unin de dos semiconductores de diferente dopado, como vimos al principio de esta seccin: Un semiconductor tipo P (exceso de huecos) y otro tipo N (exceso de electrones); que al unirlos crea el campo elctrico E.

Fuentes de Error en la medida de la Radiacin solarSe pueden presentar de dos tipos:

1. Errores debido al diseo del instrumento.

Se debe considerar:

No linealidad.- un instrumento presenta una respuesta lineal cuando el incremento de la radiacin en la entrada es igual al incremento medido en el detector. La no linealidad puede producir dependencia de la irradiancia medida con la longitud de onda. Una forma de caracterizar este parmetro es antepones a la entrada del instrumento una lmpara de irradiancia conocida y filtros de densidad conocida, es decir, de transmitancia conocida. Otra forma de medirlo es utilizando el mtodo basado en que la irradiancia producida por un punto fuente es inversamente proporcional a la raz de la distancia entre la fuente y el detector, consistira en ir separando el detector o Lafuente y analizar si se cumple la ley. Cambios en la temperatura. Influye en la medida de instrumentos cuyos detectores son fotodiodos. Es importante medir la temperatura cerca del detector para analizar posibles fluctuaciones en su medida, de forma que se puedan realizar correcciones a los datos. La mayora de los instrumentos, para minimizar esta incertidumbre trabajan bajo temperatura constante, utilizando para la estabilizacin ventiladores o sistemas basados en el efecto Peltier.

Repetitividad. Es el parmetro que informa de cuanto difieren las medidas consecutivas de un instrumento realizadas bajo las mismas condiciones instrumentales y geomtricas. Estas variaciones pueden ser debidas al tipo de detector y a la presencia de partes mviles.

2. Errores debidos a las caractersticas instrumentales.

Se debe considerar:

Error coseno. Dependencia que tienen las entradas pticas de los instrumentos frente a la direccin con la que se captan la radiacin solar.

Offset trmico. Debido al intercambio de radiacin infrarroja entre la cpula y el entorno durante la noche o por cambios de temperatura ambiente durante el da. Puede producir errores elevados si el piranmetros mide difusa y se reduce con sensores ventilados. Es muy pequeo en equipos B/N.

Figura 13: intercambio trmico causante del Zero Offset

Zero Offset tipo ACualquier objeto con una cierta temperatura intercambio energa con su entorno por radiacin. En general, la atmosfera ser ms fra que la temperatura ambiente en la superficie de la tierra. Por ejemplo, el cielo despejado puede tener una temperatura aparente de hasta 50C ms fra, mientras que en un cielo nublado tendr ms o menos la misma temperatura que la superficie de la tierra. Debido a esto, a travs de las cpulas de los piranmetros se 'transmite' energa a la atmsfera, ms fra, por radiacin. Esto provoca que la cpula est ms fra que el resto del instrumento. Esta diferencia de temperatura entre el sensor y la cpula generar una pequea seal de salida negativa que es comnmente llamadaZero Offset tipo A. Este efecto se minimiza por medio de una cpula interior, que acta como un 'amortiguador de radiacin', y por medio de ventilacin.

Zero Offset tipo BProporcionalmente a la temperatura ambiente, la temperatura del instrumento tambin vara, provocando corrientes de calor en el interior del instrumento. Esto causa lo que comnmente se llama Zero Offset tipo B. Es cuantificado como W/m2 en la respuesta a un cambio de 5K/h en la temperatura ambiente

Tipos de Sensores de Radiacin Solar segn su Funcin

Entre los instrumentos usados dentro del estudio y medicin de las variables que tienen que ver con la radiacin solar tenemos[1]:

Piranmetros Pirgemetros Pirhelimetros AlbedmetrosEsta clasificacin es propia de la empresa Kipp & Zonen distribuidores especializados en este tipo de productos.

1. Piranmetros

Es un instrumento compuesto por una termopila de rayada de blanco y negro que es capaz de detectar rayos con un rango de longitud de onda de 300 a 50000 [nm]. La cpula del que est compuesto el equipo limita el rango de 300 a 2800 [nm] manteniendo el campo de visin de 180 grados (otra utilidad de la cpula de cristal es la de proteger a la termopila de la conveccin. Una variante del piranmetro convencional es el uso de un sensor fotosensible de silicio en vez de una termopila[2].

Figura 6. Piranmetro marca SensoVant.La forma como se mide la radiacin solar es tomando en cuenta el cambio de la energa radiante con respecto al ngulo de incidencia sabiendo que la mxima respuesta es perpendicular al equipo y la mnima respuesta es paralela al equipo.De los tipos de piranmetros se tiene:

De radiacin solar global.- Es la que absorbe toda la radiacin que llega del hemisferio celeste hacia la superficie terrestre. De radiacin solar reflejada.- Mide la radiacin que refleja la superficie terrestre. De radiacin solar difusa.- Basados en el mismo principio de funcionamiento del resto de piranmetros con la diferencia que se tapa el sensor de radiacin con una pantalla parasol para medir la irradiacin difusa.La norma que rige a los piranmetros es la ISO 9060

Tabla 4. Especificaciones de los Piranmetros segn la norma ISO 9060 (tomado de www.amonit.com)ISO 9060 PYRANOMETER SPECIFICATIONSSECONDARY STANDARDFIRST CLASSSECOND CLASS

Response time: time to reach 95% response< 15s< 30s< 60s

Zero-offset:Offset-A: response to 200 W/m net thermal radiation, ventilatedOffset-B: response to 5 K/h change in ambient temperature+ 7 W/m 2 W/m+ 7 W/m 2 W/m+ 7 W/m 2 W/m

Non-stability: % change in responsivity per year 0.8% 1.5% 3%

Non-linearity: % deviation from responsivity at 500 W/m due to change in irradiance from 100 ... 1000 W/m 0.5% 1% 3%

Directional response (for beam irradiance): the range of errors caused by assuming that the normal incidence responsivity is valid for all directions when measuring from any direction, a beam radiation whose normal incidence irradiance is 1000 W/m 10 W/m 20 W/m 20 W/m

Spectral selectivity: % deviation of the product of spectral absorbance and transmittance from the corresponding mean, from 0.35 ... 1.5 m 3% 5% 10%

Temperature response: % deviation due to change in ambient within an interval of 50K, (e.g. -10 ... +40C typical)2%4%8%

Tilt response: % deviation in responsivity relative to 0 ... 90 tilt at 1000 W/m beam irradiance 0.5% 2% 5%

Segn la tabla 1 tenemos al secundario estndar que funcionan de forma convencional como ya se explic anteriormente. Los de primera clase que presentan una superficie altamente absorbente (pintura negra) y es protegida por dos domos de vidrio transparente y al final estn los de segunda clase que son detectores hechos de polmeros especiales y responden de forma muy til a las bajas temperaturas[3].

Algunos Piranmetros en el Mercado. MS-802-ISO9060 Estndar Secundario

Su fabricante es EKO Instruments. Tiene un intervalo de medida desde 0 hasta 2000 W/m2 y una sensibilidad de alrededor de 7uV/ [W/m2]. El tiempo de respuesta que tiene es de menos de 5 segundos y tiene una alta linealidad. La temperatura ptima para el trabajo es desde -40 [C] hasta 80 [C].

Figura 7. Piranmetro MS-802.

CMP 11-ISO9060 Estndar Secundario

Fabricado por Kipp & Zonen y recomendado por la Organizacin Mundial de la Meteorologa (WMO) para la medicin de radiacin global. Posee pies ajustables para el correcto posicionamiento del domo. Tiene un intervalo de medicin de 0 a 4000 [W/m2] con la misma sensibilidad del instrumento ya mostrado. Presenta un rango de trabajo ptimo para temperaturas desde -40 [C] y 80 [C].

Figura 8. Piranmetro CMP-11

CS300

Fabricado por la empresa Campbell Scientific. Es capaz de medir la radiacin en un rango espectral de 300 a 1000 [nm]. Compatible con los sistemas de adquisicin de datos de la misma empresa. Lo principal en su diseo es su aplicacin para tiempo prolongado y en condiciones adversas. Este piranmetro usa un detector fotovoltaico de silicona y no es recomendable que sea usado bajo vegetacin o con incidencia de luz artificial. Su salida estndar es de 0.2 [mV por W/m2]. Su temperatura de respuesta desde los 5 hasta los 40 [C].

Figura 9. Piranmetro CS300.

2. Pirgemetros

Un pirgemetro es un instrumento de medicin, que mide el espectro de la radiacin infrarroja atmosfrica que se extiende aproximadamente desde 4,5 m hasta 100 m. Pirgemetros se utilizan con frecuencia en los estudios de meteorologa, climatologa. La radiacin de onda larga hacia debajo de la atmsfera es de inters para la investigacin de los cambios climticos a largo plazo. Un pirgemetro est hecho con un sensor de termopila que es sensible a la radiacin en una amplia gama de 200 nm a 100 m, de una cpula de silicio o ventana con un revestimiento de filtro solar ciego; la cual cuenta con una transmisin entre 4,5 m y 50 m que elimina la radiacin de onda corta solar. Tambin posee un sensor de temperatura para medir la temperatura del cuerpo del instrumento y un protector de sol para minimizar el calentamiento del instrumento debido a la radiacin solar. Los pirgemetros se utilizan con frecuencia en los estudios de meteorologa, climatologa. La radiacin de onda larga hacia abajo atmosfrica es de inters para la investigacin de los cambios climticos a largo plazo. Las seales que detectan este instrumento lo realiza generalmente mediante un sistema de registro de datos, capaz de tomar muestras de alta resolucin en el rango de los milivoltios.

La forma en la que trabaja un pirgemetro es midiendo la radiacin de onda larga de manera descendente. Esto resulta en un equilibrio de la radiacin neta, donde a radiacin neta en la superficie del sensor nos referimos a la radiacin de onda larga recibida de la atmsfera o a la radiacin de onda larga emitida por la superficie del sensor.

Algunos Pirgemetros en el Mercado. IR02

Es un producto de la marca SensoVant que es capaz de medir radiacin de onda larga o infrarroja con un ngulo de visin de 150 que no es tan bueno como los 180 pero esta disminucin hace que este instrumento sea mucho ms econmico. Su rango espectral va desde los 4.5 hasta los 40 [um] y un tiempo de respuesta de 18 segundos. A diferencia de otros productos su sensor es un Pt100 (RTD de platino).

Figura 10. Pirgemetro IR02. CGR3

De la mano de Kipp & Zonen este pirgemetro es muy til para medir radiacin de onda larga directa como tambin funciona como sensor de temperatura. En su lado interior contiene una ventana de silicio que funciona como bloqueador solar. En cuenta a su precisin tiene una visera solar que cubre el cuerpo y el conector para reducir los efectos de la temperatura en los accesorios del equipo. En cuanto a sus especificaciones tcnicas, tiene un rango de visin de 150. Un tiempo de respuesta de 18 segundos y un rango espectral de 4500 a 42000 [nm].

Figura 11. Pirgemetro CGR3.

3. Pirhelimetros.

Los pirhelimetros basan su funcionamiento en el piranmetro con la diferencia que estos constan de una sensor puntual y no uno dentro de una cpula que capta radiacin en todas las direcciones. Los pirhelimetros son para medicin de radiacin solar directa lo que quiere decir que la superficie receptora se dispone normalmente a los rayos solares incidentes. Para obtener una medida los ms diferencial posible (una medida puntual de un valor de radiacin) los instrumentos actuales han reducido el ngulo de obtencin de datos hasta 2.5. Otro punto importante a considerar es la adaptacin de un obturador en este tipo de instrumentos[4].

Figura 12. Pirhelimetro.Existen distintos tipos de pirhelimetros que son: De Patrones Primarios.- Son aquellos que no requieren de una fuente o radiador de referencia. Comnmente son llamados pirhelimetros absolutos. Todos los pirhelimetros modernos de este tipo tienen receptores de cavidad. De Patrones Secundarios.- Son dos principalmente y son elementos que requiere de una referencia. Uno es el pirhelimetro ngstrm inventado por el mismo que lleva su nombre y el pirhelimetro de disco de plata que debe calibrarse por comparacin con un patrn primario. Este tipo de instrumento es tan estable que se usa para la calibracin de piranmetros y pirhelimetros.

Algunos Pirhelimetros en el Mercado.

CHP1Producto de Kipp & Zonen este pirhelimetro cumple con los criterios ms recientes de la ISO y la OMM para uno de primera clase. En sus novedades esta la facilidad de instalacin ya que el cartucho de secado enroscado es fcil de quitar. Entre los sensores que usa para la temperatura estn un Pt-100 y un termistor 10k.Tiene un rango espectral de 200 a 4000 [nm] con un tiempo de respuesta de 5 segundos. La irradiancia solar mxima que puede llegar a captar el pirhelimetro es de 4000 [W/m2].

Figura 13. Pirhelimetro CPH1.

4. Albedmetros

Es una combinacin de 2 piranmetros colocados en vertical cuya orientacin es de uno de ellos hacia el cielo y el otro hacia el suelo de tal manera que estos instrumentos miden al mismo tiempo tanto la radiacin solar global (dada por el piranmetro con orientacin al cielo) y la radiacin solar reflejada (proveniente del reflejo dado por el terreno).

Figura 14. AlbedmetroSe debe prestar mucha atencin a los detalles de construccin como por ejemplo el uso de un contenedor hermtico con doble cpula de vidrio, la presencia de sales higroscpicas para que el aire al interior permanezca seca y limpia, la dotacin de una pantalla blanca para proteger el sensor del desgaste producido por la radiacin solar; estos detalles permiten optimizar las condiciones de medicin, para as obtener datos altamente confiables y realsticos.

Algunos Albedmetros en el Mercado. CMA 6

Albedmetro de primera clase (ISO). Se compone de dos sensores piranmetro CMP 6 (Kipp & Zonen) dentro de la misma carcasa[1]. La ventaja por sobre los dos piranmetros individuales es la ligereza de este equipo.Consta de una visera solar para evitar el calentamiento del cuerpo del equipo. Su rango espectral es de 285 a 2800 [nm] con un tiempo de respuesta de 18 segundos. El rango de operacin es de -40 a 80 [C] y tiene un campo de visin de 180.

Figura 15. Albedmetro CMA 6.Bibliografa[1]instrumentos solares - Kipp & Zonen. [En lnea]. Disponible en: http://www.kippzonen.es/ProductGroup/85/Instrumentos-Solares.[2]Piranmetro - EcuRed. [En lnea]. Disponible en: http://www.ecured.cu/index.php/Piran%C3%B3metro.[3]Ammonit Data Sheet for Pyranometer EKO MS-Series - EN_DS_Pyranometers_EKO-MSSeries_40.pdf. .[4]Microsoft Word - RadTema5n.doc - tema-5. .

Anexos

Porcentaje de Colaboracin de cada uno de los miembros del grupo:INTEGRANTEOCUPACINACTIVIDAD REALIZADA (INVESTIGACIN)COLABORACIN (%)

Bonifaz Martinez JorgeInvestigadorFuncionamiento de los sensores fotovoltaicos20

Delgado Auria RonnieInvestigadorIntroduccin a la radiacin20

Herrera Loor WilsonInvestigadorFuentes de error en la medida de la radiacin solar20

Salazar Endara CarlosInvestigadorFuncionamiento de los sensores termoelctricos20

Vera Barreto MiguelLder del grupo e investigadorTipos de Sensores de Radiacin Solar + Organizacin de la carpeta20

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