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ESTIMACIÓN DE LA RADIACIÓN SOLAR
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UNIDAD DE APOYO TÉCNICO PAR EL SANEAMIENTO BÁSICO DEL ÁREA RURA
ESTIMACIÓN DE LA RADIACIÓN SOLAR Sixto Guevara Vásquez UNATSABAR – CEPIS/OPS You're Reading a Preview
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Página 1. Introducción ................................................................................................ 2 2. Aspectos teóricos ........................................................................................ 2 3. Descripción del solarímetro casero ............................................................. 3 4. Estimación de la radiación solar ................................................................. 4 4.1 Radiación solar en plano horizontal .................................................. 4 4.2 Radiación solar en plano inclinado ................................................... 4 4.3 Radiación solar en plano perpendicular a los rayos solares ............. 4 5. Ecuación del polarímetro ............................................................................ 6 6. Procedimiento para la estimación de la radiación solar ............................ 7 6.1 Ubicación ......................................................................................... 7 6.2 Equipos necesarios ........................................................................... 7 You're Reading a Preview............................... 7 6.3 Determinación de la radiación solar instantánea 6.4 Determinación de la radiación solar diaria ...................................... 7 Unlock full access with a free trial.
7. Aplicaciones ............................................................................................... 7 Download With Free Trial.............................. 7 7.1 Determinación de la radiación solar instantánea 7.2 Ejemplo de la estimación de la radicación solar diaria .................... 8
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ESTIMACIÓN DE LA RADIACIÓN SOLAR
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1.
Introducción
El aprovechamiento de la energía solar está condicionado a la intensidad radiación solar incidente sobre un área determinada, por lo que es necesario contar c registros de radiación confiables que puedan emplearse en el diseño de equipos q aprovechen la energía solar. Actualmente se disponen de mapas de radiación solar, donde normalmente se presentan los valores promedio de radiación solar diaria, mensua anual. El uso de estos mapas de radiación es importante para determinar las zon geográficas que tienen un alto potencial para su aprovechamiento y para el prediseño de equipos que utilizan como fuente la energía solar.
Actualmente, las tablas o los mapas de radiación solar se elaboran a partir mediciones vía satélite o a partir de los datos obtenidos en las ciudades y grandes centr poblados, y raras veces, se tienen en cuenta los niveles de radiación solar a nivel de zonas rurales. No obstante, estos datos tienen cierta incertidumbre propia de la tecnolog empleada, a lo que se suma, que la mayoría de datos están referidos a grandes extension de territorio, por lo que su uso se hace limitado y poco práctico.
You're Reading Esta limitación puede conducir al sobre ao Preview subdimensionamiento de los equipos aprovechamiento de la radiación solar. Esta falla en los diseños puede tener grav Unlock full access with a free trial. consecuencias en lo que respecta a costos de inversión, operación o mantenimiento, como la sostenibilidad de los sistemas cuando ellos no cumplen con el fin para el cu Download With Free Trial fueron instalados.
En el mercado existen diferentes modelos de equipos para determinar la radiaci solar y que varían de costo desde algunos cientos hasta miles de dólares. A fin de contrib a realizar una buena estimación de la radiación solar en un área de interés de una mane sencilla y económica, es que el CEPIS/OPS ha desarrollado un solarímetro casero. Sign up to vote on this title
useful Useful Notestimar De esta manera, a través del solarímetro casero es posible datos sob radiación solar para una zona en particular. En este documento se trata sobre este aspec buscando que la metodología a aplicar sea de fácil desempeño y con el objetivo que
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OPS/CEPIS/03 UNATSABA
La cantidad de radiación recibida por una superficie por unidad de área durante determinado período se denomina irradiación. Se expresa en unidades de energía p unidad de área, Wh/m2. La radiación solar en el suelo a veces se denomina insolación.
La medición de la energía solar se realiza por medio de solarímetros. L solarímetros están basados en el principio de absorción de la radiación solar por un cuer negro y en la conversión de esta radiación a otra forma de energía, la misma que proporcional a la intensidad de la radiación.
Teóricamente, un cuerpo negro capta toda la radiación a la que está expuesta. S embargo, en la práctica sólo se cuentan con cuerpos opacos los cuales solamente s capaces de captar una parte de la radiación total. No obstante, a partir de consideracion termodinámicas es posible emplear estos cuerpos opacos para estimar la radiación so instantánea sobre una región determinada. De otra parte, la energía aprovechable de radiación solar proviene de la región del espectro visible e infrarrojo cercano, que son ondas electromagnéticas que producen el incremento de la energía interna del cuerpo.
En las consideraciones termodinámicas se tienen en cuenta las pérdidas de energ por reflexión de los materiales del medidor y por transmisión del calor de estos mism materiales.
You'reenReading a Preview El instrumento más empleado el registro de la radiación total es el piranómet Un segundo instrumento es el piroheliómetro, el cual mide la radiación directa normal q Unlock full access with a free trial. proviene del sol. Precisamente, tomando como base los criterios anteriores se construyó piranómetro, al que se ha denominado solarímetro casero. Download With Free Trial
3.
Descripción del solarímetro casero
Este solarímetro casero determina la radiación solar instantánea. Está construido c materiales sencillos y de fácil adquisición, compuesto básicamente por un cuerpo opa hueco, lleno de agua. En uno de sus extremos cuentaSign con un termómetro. A manera up to vote on this title protección para eliminar la influencia del viento, el cuerpo opaco es sostenido en el inter Useful Not useful de una cápsula transparente. En la figura 3.1 se muestran los componentes del solarímetro
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OPS/CEPIS/03 UNATSABA
Este solarímetro casero está en la capacidad de medir la radiación solar total, ya se sobre un plano horizontal, un plano inclinado o un plano normal a la radiación. El tiem de respuesta de este equipo suele estar entre tres a seis minutos, dependiendo del valor de intensidad de la radiación solar. En la figura 3.2 se presenta el despiece del solarímetro casero y los pasos para ensamblado.
Figura 3.2. Despiece del solarímetro casero
4.
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Estimación de la radiación solar
Unlock full access with a free trial.
La radiación solar puede ser estimada para un determinado plano, ya sea horizont inclinado o normal a los rayos solares. Download With Free Trial 4.1
Radiación solar en plano horizontal
Este valor representa a la radiación solar incidente sobre una superficie horizont Generalmente se utiliza para determinar la insolación sobre plantas vegetal calentamiento de estanques, etc. Ver figura 4.1. Sign up to vote on this title 4.2
Radiación solar en plano inclinado
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Rayos solares
Solarímetro casero
Rayos solares Sombra proyectada Plano horizontal
Figura 4.1. Medición de la radiación solar en plano horizontal You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
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Sombra proyectada sobre el plano inclinado
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Solarímetro casero Plano horizontal
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Rayos solares
Solarímetro casero
90º
Plano horizontal
Sombra proyectada Recta perpendicular a la sombra
Figura 4.3. Medición de la radiación solar en plano normal a los rayos solares You're Reading a Preview
5.
Ecuación del solarímetroUnlock full access with a free trial.
La operación del equipo consiste en medir el tiempo que demanda un incremen Download With Free Trial determinado de temperatura. Estos datos se ingresan en la “ecuación del solarímetro”, pa obtener finalmente el valor de la radiación solar instantánea. A partir de este valor, determina la cantidad de energía solar diaria mediante la integración de valores hallad cada hora en el transcurso del día. casero La ecuación considera una constante, la cual Sign es propia delonsolarímetro up to vote this title cuestión. Esta constante fue determinada a partir de la Useful calibraciónNot conuseful un solarímetro referencia Haeni Solar 130. La ecuación del solarímetro casero es la siguiente:
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6.
Procedimiento para estimar la radiación solar
6.1
Ubicación
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En función de la aplicación deseada, el solarímetro se coloca bajo cualquiera de siguientes formas: a) Plano horizontal b) Plano inclinado a los rayos solares c) Plano perpendicular a los rayos solares 6.2
Equipos necesarios
a) Solarímetro casero b) Cronómetro 6.3
a) b) c) d) e) f) g) h) 6.4
Determinación de la radiación solar instantánea
Medir la temperatura del aire ambiental Llenar el solarímetro con 62 ml de agua destilada Definir la ubicación del solarímetro Exponer el solarímetroYou're a laReading radiación solar según la ubicación defini a Preview anteriormente Unlock full access with a la freetemperatura trial. Esperar que la temperatura del agua alcance del aire ambiental Medir el tiempo que demanda un incremento de la temperatura del agua entre do cinco ºC Download With Free Trial Retirar el solarímetro de la exposición a la radiación solar Calcular la radiación solar a partir de la ecuación del solarímetro Determinación de la radiación solar diaria
Sign up tomados to vote on this A partir de los datos de radiación solar instantánea cadatitlehora se proce como sigue: Useful Not useful
a) Trazar la curva radiación instantánea vs. hora del día
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Reemplazando en la ecuación del solarímetro casero el tiempo demandado p incrementar la temperatura entre dos valores determinados y los valores extremos de temperaturas observadas, se tiene: 52162 R =
7.2
W×s × (32 − 28)º C 2 m 2 ׺ C = 803 W/m 260 s
Ejemplo de la estimación de la radiación solar diaria
En una determinada ciudad se han efectuado mediciones horarias con el solaríme casero CEPIS/OPS y se han determinado las radiaciones instantánea indicadas en el tab 7.1. El solarímetro fue colocado en un plano inclinado 15º respecto al plano horizonta orientado hacia la línea ecuatorial a fin de diseñar un calentador solar de agua. Determin los siguientes valores: a) La radiación solar instantánea para cada punto de la medición b) La curva de radiación instantánea durante el día, y c) La irradiación solar en el plano inclinado Se sabe además, que la hora de salida del sol fue a las 6:09 horas y la puesta realizó a las 18:15 horas. You're Reading a Preview full access with a free trial. Tabla Unlock 7.1. Datos del solarímetro casero
n 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Download With Free Trial Incremento de Hora del día Temperatura Tiempo* temperatura h:mm ambiental (ºC) (s) (ºC) 6:09 15 8:00 17 463 2 9:00 19 246 2 10:00 19 164 2 Sign up to vote2on this title 11:00 20 141 12:00 20 134Useful 2Not useful 13:00 21 138 2 14:00 20 173 2 15:00 20 258 2
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Cuadro 7.2. Radiación solar instantánea durante el día
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b)
n
Tiempo (h)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
6,17 8,00 9,00 10,00 11,00 12,00 13,00 14,00 15,00 16,00 18,25
Radiación solar Instantánea (W/m2) 0 226 425 635 741 778 754 605 405 244 0
Curva de radiación instantánea durante el día. En el gráfico 7.1, se muestra curva de radiación solar instantánea.
Gráfico 7.1. Curva de radiación instantánea durante las horas de sol 900
You're Reading a Preview
800 700
) m600 / W ( r a 500 l o s n ó 400 i c a i d 300 a R
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10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Hora del día
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Para el presente caso n=11, entonces:
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H d =
( R2 + R1 ) × (t 2 − t 1 ) ( R3 + R2 ) × (t 3 − t 2 ) ( R + R10 ) × (t 11 − t 10 ) + + .... + 11 2 2 2
Reemplazando: H d =
( 225 + 0) × (8 − 6,17 ) ( 424 + 225) × (9 − 8) (0 + 243) × (18,25 − 16) + + .... + 2 2 2
H d = 207 + 326 + 530 + 688 + 760 + 766 + 680 + 505 + 325 + 275 2
H d = 5062 Wh/m
De esta manera, la radiación solar diaria en el plano inclinado es de 5062 Wh/m
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