Transferecia de calor

Practica No. 1:

Técnicas de Medición y Evaluación de la radiación solar

Objetivos
1.- Conocer las técnicas e instrumentos empleados para la medición de la radiación solar incidente en la superficie terrestre. 2.- Estudiar los procedimientos para el cálculo de la insolación total diaria recibida en una superficie.

Generalidades
La importancia de medir la radiación solar que llega a lasuperficie de nuestro planeta es la de conocer la cantidad del recurso disponible, ya que de éste depende el diseño y construcción de sistemas solares. Es sabido, que de la energía solar incidente en el exterior de la atmósfera sólo alrededor del 47% alcanza la superficie terrestre. De este porcentaje, alrededor de 2/3 lo hace en forma de radiación directa y el 1/3 restante en forma de radiacióndifusa, después de ser dispersada por el polvo, vapor de agua y moléculas de aire. Las condiciones locales en la atmósfera terrestre son cambiantes, debido ya sea a aspectos climáticos o bien a aspectos de contaminación. Debido a estas razones se hace necesario determinar con cierta exactitud los dos tipos de radiación que alcanzan la superficie terrestre la directa y la difusa, así como suvariabilidad. Los instrumentos utilizados para medir la irradiancia solar directa o la irradiancia solar difusa, se clasifican principalmente en tres tipos: Heliógrafos. Aparatos que sirven para medir la duración de la luz solar y determinar con ello los periodos del día durante los cuales la intensidad de la radiación solar directa es superior a un cierto umbral, 120 W/m2, el cual está establecido pornormas internacionales. Ejemplos de estos aparatos son el heliógrafo de Campbell-Stokes y el heliógrafo de Denis–Jordan. Pirheliómetros. Aparatos que sirven para medir la radiación solar directa. El pirheliómetro recibe energía solo del disco solar y de un estrecho anillo de cielo contiguo, a través de un tubo largo; además, este aparato está dotado de un dispositivo automático de seguimiento de latrayectoria aparente del sol. Su ángulo de apertura es de 5.7º. Entre los más comunes se encuentran los pirheliómetros de termopila y el pirheliómetro de disco de plata de Abbot. Piranómetros.- Los piranómetros son aparatos que sirven para medir radiación global y difusa, así como indirectamente la radiación directa. Los Piranómetros más usuales basan su principio de operación en termopilas o enfotoceldas. En los primeros, la diferencia de temperaturas entre una superficie negra absorbedora de la radiación y una superficie blanca produce un voltaje en el instrumento, el cual se mide. Estos aparatos deben estar protegidas del viento mediante una doble semiesfera de vidrio, para suprimir los fenómenos de convección. Los detectores del segundo tipo se basan en el voltaje

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generadoen la fotocelda al ser iluminada. Dentro de los sensores más usuales están los piranómetros de las marcas Kipp & Zonen y Eppley. Estos instrumentos generalmente determinan el valor de la radiación solar a partir de un valor de voltaje dado por la diferencia de potencial entre dos elementos. Los constructores de estos instrumentos tienen la obligación de determinar, mediante el uso de normasmundiales, tanto la constante de calibración del instrumento como de la respuesta. Definiendo C - Constante de calibración en microvolts por metro cuadrado sobre Watt [µV m2/W] V - Lectura de voltaje en milivolts [mV] Para determinar G - Radiación solar global, directa o difusa, en Watt metro cuadrado [W/m2]. Tenemos que aplicar la siguiente ecuación:

G = 1000 ! V / C
Esta ecuación determina laradiación solar multiplicando la lectura por mil y dividiendo por la constante de calibración. Al realizar el análisis dimensional correspondiente tenemos que la radiación G estará dada en W/m2. Para mayor discusión sobre radiación solar y procedimientos de cálculo, consultar las notas del curso (referencia [1])

Instrumentos y equipo
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Pirheliómetro marca Eppley, modelo NIP, C...