Piranômetro de equivalência elétrica com compensação analógica da temperatura ambiente
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Data de Publicação: | 2022 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFRN |
Texto Completo: | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/51295 |
Resumo: | Os piranômetros são dispositivos utilizados para medir a radiação incidente em uma dada superfície. Este tipo de dispositivo é utilizado em diversas aplicações na área de energia solar, tratamento UV, pesquisas atmosféricas, etc. Alguns destes dispositivos baseiam-se no princípio da equivalência elétrica, ao qual uma potência elétrica é utilizada, em um sistema de balanço termoelétrico, para estimar a radiação solar. Para isto, um controlador, analógico ou digital, contra-balanceia a potência elétrica em relação a radiação incidente para que um sensor termorresistivo mantenha-se em uma temperatura constante. Esta configuração proporciona diversas vantagens como uma rápida resposta e alta resolução para estimação da radiação solar, todavia, acaba por apresentar algumas limitações quando a temperatura ambiente varia, variando parâmetros como a sensibilidade, tensão útil de saída, consumo de potência, dentre outros. Neste trabalho é proposto a substituição da configuração que mantém a temperatura do sensor constante para a configuração de diferença constante de temperatura. A proposta é formulada por meio da modificação da arquitetura da ponte de Wheatstone realimentada para que funcione com diferença de temperatura constante. A proposta implementada é, então, validada por meio de simulações computacionais em ambiente SPICE e por meio de experimentos em campo. Neste trabalho foi desenvolvido um protótipo que foi testado em 3 condições climáticas diferentes, sendo estas: céu claro, céu parcialmente nublado e céu nublado. Resultados deste trabalho apontam para uma melhoria na faixa útil de tensão em 5 vezes, redução da influência da variação da temperatura ambiente na tensão de saída, redução no consumo elétrico e aumento na sensibilidade à radiação incidente. |
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Dantas, Evandson Claude Seabrahttp://lattes.cnpq.br/1792852349309532http://lattes.cnpq.br/0873496251879638Soares, Antônio Wallace AntunesBelfort, Diomadson RodriguesSousa, Fernando Rangel deFreire, Raimundo Carlos SilvérioCatunda, Sebastian Yuri Cavalcanti2023-02-15T17:25:24Z2023-02-15T17:25:24Z2022-12-20DANTAS, Evandson Claude Seabra. Piranômetro de equivalência elétrica com compensação analógica da temperatura ambiente. Orientador: Sebastian Yuri Cavalcanti Catunda. 2022. 63f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e de Computação) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2022.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/51295Os piranômetros são dispositivos utilizados para medir a radiação incidente em uma dada superfície. Este tipo de dispositivo é utilizado em diversas aplicações na área de energia solar, tratamento UV, pesquisas atmosféricas, etc. Alguns destes dispositivos baseiam-se no princípio da equivalência elétrica, ao qual uma potência elétrica é utilizada, em um sistema de balanço termoelétrico, para estimar a radiação solar. Para isto, um controlador, analógico ou digital, contra-balanceia a potência elétrica em relação a radiação incidente para que um sensor termorresistivo mantenha-se em uma temperatura constante. Esta configuração proporciona diversas vantagens como uma rápida resposta e alta resolução para estimação da radiação solar, todavia, acaba por apresentar algumas limitações quando a temperatura ambiente varia, variando parâmetros como a sensibilidade, tensão útil de saída, consumo de potência, dentre outros. Neste trabalho é proposto a substituição da configuração que mantém a temperatura do sensor constante para a configuração de diferença constante de temperatura. A proposta é formulada por meio da modificação da arquitetura da ponte de Wheatstone realimentada para que funcione com diferença de temperatura constante. A proposta implementada é, então, validada por meio de simulações computacionais em ambiente SPICE e por meio de experimentos em campo. Neste trabalho foi desenvolvido um protótipo que foi testado em 3 condições climáticas diferentes, sendo estas: céu claro, céu parcialmente nublado e céu nublado. Resultados deste trabalho apontam para uma melhoria na faixa útil de tensão em 5 vezes, redução da influência da variação da temperatura ambiente na tensão de saída, redução no consumo elétrico e aumento na sensibilidade à radiação incidente.Pyranometers are devices used to measure the incident radiation on a given surface. This type of device is used in several applications in the area of solar energy, UV treatment, atmospheric research, etc. Some of these devices are based on the principle of electrical equivalence, in which an electrical power is used, in a thermoelectric balance system, to estimate solar radiation. For this, a controller, analog or digital, balances the electrical power against the incident radiation so that a thermoresistive sensor remains at a constant temperature. This configuration provides several advantages such as a quick response and high resolution for estimating solar radiation, however, it ends up presenting some limitations when the ambient temperature varies, varying parameters such as sensitivity, useful output voltage, power consumption, among others. In this work, it is proposed to replace the configuration that keeps the sensor temperature constant for the constant temperature difference configuration. The proposal is formulated by modifying the architecture of the feedback Wheatstone bridge so that it works with a constant temperature difference. The implemented proposal is then validated through computer simulations in a SPICE environment and through field experiments. In this work, a prototype was developed and tested in 3 different climatic conditions, namely: clear sky, partly cloudy sky and cloudy sky. The results of this work point to a 5-fold improvement in the useful voltage range, a reduction in the influence of ambient temperature variation on the output voltage, a reduction in electrical consumption and an increase in sensitivity to incident radiation.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESUniversidade Federal do Rio Grande do NortePROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃOUFRNBrasilCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAPiranômetro de equivalência elétricaPonte de Wheatstone realimentadaDiferença de temperatura constanteRadiômetro de substituição elétricaPiranômetro de equivalência elétrica com compensação analógica da temperatura ambienteinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRNORIGINALPiranometroequivalenciaeletrica_Dantas_2022.pdfapplication/pdf11032017https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/51295/1/Piranometroequivalenciaeletrica_Dantas_2022.pdf24b3fb086f71e7d6b919d5e64e5b6774MD51123456789/512952023-02-15 14:26:11.623oai:https://repositorio.ufrn.br:123456789/51295Repositório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/opendoar:2023-02-15T17:26:11Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false |
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