Calibração de Sensores de Radiação Solar No LIM/INPE
Calibração de Sensores de Radiação Solar No LIM/INPE
Calibração de Sensores de Radiação Solar No LIM/INPE
1
INPE/ CPTEC, Cachoeira Paulista - SP, Brasil, patricia.guimaraes@cptec.inpe.br
2
INPE/ CPTEC, Cachoeira Paulista - SP, Brasil, marcio.santana@cptec.inpe.br
3
UNESP/ CTIG, Guaratinguet - SP, Brasil, marcio.santana@cptec.inpe.br
Sumrio: Este artigo se prope a apresentar o mtodo de temperatura/umidade do ar, sensor de presso baromtrica,
calibrao de piranmetros utilizado atualmente pelo anemmetros, dentre outros. Um conjunto de vrias estaes
Laboratrio de Metrologia Ambiental do Instituto Nacional distribudas por uma determinada regio denominado rede
de Pesquisas Espaciais, situado no Laboratrio de solarimtrica.
Instrumentao Meteorolgica do Centro de Previso de
O Centro de Previso de Tempo e Estudos Climticos -
Tempo e Estudos Climticos, em Cachoeira Paulista.
CPTEC do INPE gerencia a rede solarimtrica SONDA
(Sistema de Organizao Nacional de Dados Ambientais)
Palavras-chave: metrologia ambiental, piranmetro,
que nasceu de um projeto para implementao de infra-
calibrao, radiao solar.
estrutura fsica e de recursos humanos destinada a levantar e
melhorar a base de dados dos recursos de energia solar e
1. INTRODUO
elica no Brasil. Os dados coletados nas estaes da rede
Atualmente muito se discute a respeito de energias SONDA so submetidos a um rgido controle de qualidade
renovveis e desenvolvimento sustentvel e a energia solar que utiliza critrios estabelecidos pela WMO para as
ou potencial energtico solar uma das principais fontes de estaes da rede Baseline Solar Radiation Network - BSRN
energia alternativa. As medidas de radiao solar incidente e [2]. A Figura 1 mostra uma foto de uma estao da rede
sua confiabilidade so ainda de grande interesse tambm SONDA.
para diversos setores, tais como: meteorologia e
climatologia, agricultura e construo civil (projetos de
eficincia energtica e conforto trmico, sistemas de
refrigerao e aquecimento, etc.), por exemplo. Segundo a
Organizao Mundial de Meteorologia - WMO (World
Meteorological Organization), as medidas de radiao so
utilizadas para as seguintes finalidades [1]:
a) Estudar a transformao de energia entre o sistema
Terra-atmosfera e suas variaes no tempo e no espao;
b) Analisar as propriedades e distribuio da atmosfera com
relao a sua constituio, ou seja, aerossis, vapor
dgua, oznio, entre outros;
Fig. 1. Estao solarimtrica da rede SONDA
c) Estudar a distribuio e as variaes de radiao
incidente, refletida e absorvida; Este artigo tem por objetivo descrever a metodologia
utilizada para a calibrao de piranmetros de campo ao ar
d) Satisfazer as necessidades das atividades biolgicas,
livre e em posio horizontal, realizada na Metrologia
mdicas, de agricultura, arquitetnicas e industriais com
Cientfica Ambiental do Laboratrio de Instrumentao
relao radiao;
Meteorolgica do INPE/CPTEC, apresentando: os
e) Verificar os algortimos e medidas de radiao feitas por equipamentos e materiais necessrios, as condies
satlite. ambientais, o sistema de calibrao, os requisitos para
Uma das maneiras de se conhecer a disponibilidade da aceitao dos dados coletados, a anlise de resultados e
energia radiante do Sol que incide na superfcie terrestre clculo do fator de calibrao e da incerteza de medio.
atravs da sua medida direta com a utilizao de
instrumentos chamados radimetros. Basicamente uma 1.1. A Referncia Radiomtrica Mundial
estao solarimtrica possui os seguintes equipamentos:
piranmetro, luxmetro, sensor PAR, rastreador, Na rea das medidas de irradiao solar, as leituras dos
pirelimetro, pirgemetro, imageador do cu, sensor de radimetros so referenciadas a referncia radiomtrica
mundial (WRR - World Radiometric Reference) [3, 4]. O O WRR aceito como representante da unidade fsica de
WRR foi estabelecido em 1975 e mantido pelo World irradincia total com uma incerteza estimada de 0,3% (para
Radiation Center (WRC) em Davos, na Sua, atravs de um um nvel de confiana de 99%). A WMO adotou seu uso
grupo de 6 radimetros de cavidade absoluta, a saber: PMO- como obrigatrio em seus estatutos em 1979 [5].
2, PMO-5, CROM-2L, PACRAD-3, TMI-67814 e HF-
18748 [5].
1.2. O Piranmetro
A cada 5 anos acontece uma comparao internacional
O piranmetro utilizado para medir radiao global
de pirhelimetros (IPC-International Pyrheliometer
(direta e difusa) cobrindo uma faixa espectral de 300 a
Comparison), quando os padres dos centros regionais so
3000 nm. Pode ser utilizado tambm em superfcies
comparados com o WSG e seus fatores de calibrao so
inclinadas ou mesmo voltado para baixo para medir radiao
corrigidos com relao ao WRR. Por sua vez os padres
global refletida. Tambm pode medir apenas radiao difusa
regionais so ento utilizados para transferir periodicamente
utilizando-se um disco sombreador para encobrir a radiao
a WRR para os centros nacionais que calibram os
direta.
instrumentos da rede e seus prprios padres. A Figura 2
mostra a hierarquia de normas, calibrao e rastreabilidade Piranmetros normalmente utilizam elementos
existentes [6]. termoeltricos, fotoeltricos, piroeltricos ou bimetlicos
WRR
como sensor. As principais propriedades fsicas que
Referncia Radiomtrica influenciam sua classificao em nveis de performance e
Mundial
incerteza so: resposta espectral, sensibilidade (determinada
IPC
por suas propriedades fsicas, como potncia termoeltrica,
Comparao Internacional
de Pirhelimetros
condutividade trmica das junes e dimenses totais do
elemento sensor), impedncia, tempo de resposta,
Radimetro de
Cavidade Absoluta de
linearidade, influncia da temperatura ambiente, offset
um Centro Regional
participante do WRR NOOA
trmico, temperatura de operao, resposta direcional,
ISO 9846/E 913/E 941
Eppley estabilidade.
Radimetro de
NREL
Cavidade Absoluta
Campo
Campo Campo
Campo Campo
6,000
Sada em tenso
5,000
5,000
4,000
3,000 3,000
1,000
2,000
1,000
Tempo [h]
Center atravs do mtodo Sol-e-sombra contnuo.
(a) (b)
O equipamento utilizado para aquisio de dados na
maior parte das calibraes realizadas foi um CR1000, da SP Lite Kipp&Zonen
16/05/08
[mV]
Campbell Scientific, calibrado no Laboratrio de Integrao 9,000
8,000
Sada em Tenso