Medição da irradiância solar difusa utilizando o anel de sombreamento de Melo-Escobedo automatizado
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Data de Publicação: | 2012 |
Tipo de documento: | Dissertação |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFPE |
Texto Completo: | https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/35156 |
Resumo: | Neste trabalho foi aperfeiçoado o sistema de medição da irradiância solar chamado anel de sombreamento de Melo-Escobedo. Esse sistema consiste em um anel de sombreamento utilizado para medir as irradiâncias solares, global e difusa. A global através de um piranômetro exposto totalmente ao sol e a difusa através do sombreamento de outro piranômetro por um anel de alumínio. Um inconveniente do referido equipamento é que seu funcionamento é manual. Desta forma, há a necessidade diária de um operador para posicionar o dispositivo na posição correta, isto é, manter o piranômetro abaixo da sombra do anel, visto que esta se desloca, na direção norte-sul ou sul-norte, com o passar dos dias. Para solucionar tal problema, foi feita a automatização deste dispositivo dispensando assim a presença constante de um operador. O rastreamento da sombra é feito através de um sistema mecatrônico. O sistema é constituído de: dois piranômetros, uma plataforma com base horizontal móvel, dois fotosensores, duas chaves de fim-de-curso, um motor DC (motor de corrente contínua), painel fotovoltaico, um controlador de carga, uma bateria, um controlador lógico programável (CLP-PIC), um sistema de controle com transdutor (sensor), caixa plástica para proteger o sistema eletrônico das intempéries, um Gnomon (para determinação do norte verdadeiro ou norte geográfico), anel de sombreamento de alumínio e um sistema de aquisição de dados (datalogger). Para efeito de comparações, de modo a verificar o desempenho do protótipo, foram utilizados dois sistemas de referência: um baseado na associação de um piranômetro e um pireliômetro que foi chamado de referência 1 e outro baseado em um disco de sombreamento que foi chamado de referência 2. A comparação com o Anel de Sombreamento de Melo-Escobedo Automatizado (MEA) registrou desvios máximos na ordem de -17,69% e 22,98% (referência 1) e -14,07% e 17,96% (referência 2), respectivamente para MBE e RMSE. A comparação com um Anel de Sombreamento de Drummond da Kipp Zonen registrou desvios máximos na ordem de -10,8% e 18,02% (referência 1) e 18,15% e 25,29% (referência 2), respectivamente para MBE e RMSE. Os valores de MBE e RMSE da comparação entre o Anel de Sombreamento de Drummond versus a irradiância difusa de referência citados na literatura possuem valores máximos na ordem de -12% e 18%, respectivamente, mostrando que os resultados obtidos pelo MEA foram equiparáveis. Também pode ser observado que o MEA mostrou-se superior ao Anel de Sombreamento de Drummond da Kipp Zonen. O custo de fabricação estimado do MEA foi de aproximadamente R$1600,00, muito abaixo das configurações mais baratas existentes no mercado internacional. |
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Desta forma, há a necessidade diária de um operador para posicionar o dispositivo na posição correta, isto é, manter o piranômetro abaixo da sombra do anel, visto que esta se desloca, na direção norte-sul ou sul-norte, com o passar dos dias. Para solucionar tal problema, foi feita a automatização deste dispositivo dispensando assim a presença constante de um operador. O rastreamento da sombra é feito através de um sistema mecatrônico. O sistema é constituído de: dois piranômetros, uma plataforma com base horizontal móvel, dois fotosensores, duas chaves de fim-de-curso, um motor DC (motor de corrente contínua), painel fotovoltaico, um controlador de carga, uma bateria, um controlador lógico programável (CLP-PIC), um sistema de controle com transdutor (sensor), caixa plástica para proteger o sistema eletrônico das intempéries, um Gnomon (para determinação do norte verdadeiro ou norte geográfico), anel de sombreamento de alumínio e um sistema de aquisição de dados (datalogger). Para efeito de comparações, de modo a verificar o desempenho do protótipo, foram utilizados dois sistemas de referência: um baseado na associação de um piranômetro e um pireliômetro que foi chamado de referência 1 e outro baseado em um disco de sombreamento que foi chamado de referência 2. A comparação com o Anel de Sombreamento de Melo-Escobedo Automatizado (MEA) registrou desvios máximos na ordem de -17,69% e 22,98% (referência 1) e -14,07% e 17,96% (referência 2), respectivamente para MBE e RMSE. A comparação com um Anel de Sombreamento de Drummond da Kipp Zonen registrou desvios máximos na ordem de -10,8% e 18,02% (referência 1) e 18,15% e 25,29% (referência 2), respectivamente para MBE e RMSE. Os valores de MBE e RMSE da comparação entre o Anel de Sombreamento de Drummond versus a irradiância difusa de referência citados na literatura possuem valores máximos na ordem de -12% e 18%, respectivamente, mostrando que os resultados obtidos pelo MEA foram equiparáveis. Também pode ser observado que o MEA mostrou-se superior ao Anel de Sombreamento de Drummond da Kipp Zonen. O custo de fabricação estimado do MEA foi de aproximadamente R$1600,00, muito abaixo das configurações mais baratas existentes no mercado internacional.CAPESIn this work the system for measuring solar irradiance known as Melo-Escobedo shadow ring was optimized. This system consists of a shadow ring used to measure solar irradiance - global and diffuse. The global irradiance through a pyranometer fully exposed to the sun and the diffuse one through another pyranometer shadow by a ring of aluminum. A drawback of this equipment is that its operation is manual. Thus, there is the daily need for an operator to place the device in the correct position, that is, keep the pyranometer beneath the shadow of the ring, since it moves in a north-south or south-north motion, over the days. To solve this problem it was developed an automation of this device thus eliminating the constant presence of an operator. The shadow tracking is done through a mechatronic system. The system consists of two pyranometers, a mobile platform with horizontal base, two photosensors, two end-of-course keys, a DC motor (direct current motor), photovoltaic panel, a charge controller, a battery, a programmable logic controller (PLC- PIC), a control system with a transducer (sensor), plastic box to protect the electronics from the elements, a Gnomon (for determination of true north or geographical north), aluminum shadow ring and a data acquisition system (datalogger). For purposes of comparison, to verify the performance of the prototype, it were used two reference systems: one based on a combination of a pyranometer and a pyrheliometer what was called the reference 1 and another based on a shadow ball what was called the reference 2. The comparison with the Automated Melo-Escobedo shadow ring (AME) recorded maximum deviations in the order of -17,69% and 22,98% (reference 1) and -14,07% and 17,96% (reference 2), respectively for MBE and RMSE. A comparison with the Drummond Shadow Ring from Kipp & Zonen recorded maximum deviations in the order of -10,8% and 18,02% (reference 1) and 18,15% and 25,29% (reference 2), respectively for MBE and RMSE. The MBE and RMSE values when comparing the Drummond shadow ring versus irradiance diffuse reference in the literature have maximum values at around -12% and 18%, respectively, showing the results obtained by AME were comparable. It can also be observed that the AME was superior to the Drummond Shadow Ring from Kipp & Zonen. The estimated manufacturing cost of this equipment was approximately US$ 800.00, well below the cheapest existing settings in the international market.porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em Tecnologias Energeticas e NuclearUFPEBrasilAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessEnergia NuclearIrradiância Solar DifusaMedições SolarimétricasDisco de SombreamentoAnel de Sombreamento de DrummondAnel de Sombreamento de Melo-Escobedo AutomatizadoMedição da irradiância solar difusa utilizando o anel de sombreamento de Melo-Escobedo automatizadoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesismestradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPETEXTDISSERTAÇÃO Breno Cruz de Góis.pdf.txtDISSERTAÇÃO Breno Cruz de Góis.pdf.txtExtracted texttext/plain151127https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/35156/4/DISSERTA%c3%87%c3%83O%20Breno%20Cruz%20de%20G%c3%b3is.pdf.txtc1d8540ef4f0badb0cd2558e33b7c838MD54THUMBNAILDISSERTAÇÃO Breno Cruz de Góis.pdf.jpgDISSERTAÇÃO Breno Cruz de Góis.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1347https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/35156/5/DISSERTA%c3%87%c3%83O%20Breno%20Cruz%20de%20G%c3%b3is.pdf.jpg4a0ed170a3991154d3fde4b234ddfe08MD55ORIGINALDISSERTAÇÃO Breno Cruz de Góis.pdfDISSERTAÇÃO Breno Cruz de Góis.pdfapplication/pdf6805767https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/35156/1/DISSERTA%c3%87%c3%83O%20Breno%20Cruz%20de%20G%c3%b3is.pdf9f850d754dee97cabff6bf0efb2f62d3MD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/35156/2/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/35156/3/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD53123456789/351562019-11-06 02:14:05.485oai:repositorio.ufpe.br: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Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufpe.br/oai/requestattena@ufpe.bropendoar:22212019-11-06T05:14:05Repositório Institucional da UFPE - Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)false |
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