Piranômetro e Pirheliômetro - Breve Resumo sobre equipamentos de medição

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO RIO GRANDE DO SUL 
UNIDADE EM NOVO HAMBURGO 
CURSO DE ENGENHARIA EM ENERGIA 
 
 
 
 
 
 
BRUNA STEIL BONEBERG 
 
 
 
 
 
 
EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO DE RADIAÇÃO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
NOVO HAMBURGO 
2016 
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1. INTRODUÇÃO 
O presente trabalho visa apresentar um breve resumo sobre os equipamentos de 
medições utilizados para descobrir a radiação direta normal, a radiação global horizontal e 
radiação difusa horizontal. 
2. EQUIPAMENTOS DE MEDIÇÃO 
Normalmente, usa-se classificar os instrumentos meteorológicos de medida de 
radiação solar de acordo com os critérios empregados: o tipo de variável que se pretende 
medir, o campo de visão, a resposta espectral, o emprego principal a que se destina. 
2.1.PIRANÔMETRO 
O piranômetro é o instrumento para medir a irradiância solar global (direta mais a 
difusa) incidente em uma superfície (Figura 1). Os melhores tipos são aqueles que possuem 
uma resposta independente do comprimento de onda incidente e uma resposta invariável com 
o ângulo azimutal (Figueira, 2005). Ainda, os piranômetros geram sinais elétricos do tipo 
analógico, os quais são transformados pelo sistema em unidade de radiação (W/m²). 
 
Figura 1. Piranômetro. 
 
O tipo mais comum de piranômetro apresenta dois sensores de temperatura, 
caracteriza-se pelo uso de uma termopilha, que são pares termoelétricos (termopares) ligados 
em série, que mede a diferença de temperatura entre duas superfícies, uma pintada de preto e 
outra pintada de branco igualmente iluminadas. A expansão sofrida pelas superfícies provoca 
um diferencial de potencial que, ao ser medida, mostra o valor instantâneo da energia solar. 
Estes geram uma tensão elétrica proporcional à diferença de temperatura entre suas juntas, as 
quais se encontram em contato térmico com placas metálicas que se aquecem de forma 
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distinta, quando iluminadas. A citada diferença de potencial medida na saída do instrumento, 
pode ser relacionada com o nível de radiação incidente (VITORIA, 2008). 
Um outro modelo bem interessante de piranômetro é aquele que utiliza uma célula 
fotovoltaica de silício monocristalino para coletar medidas solarimétrias (CRESESB). O seu 
elemento sensor é uma célula fotoelétrica, geralmente de silício monocristalino, que tem a 
propriedade de produzir uma corrente elétrica quando iluminada, sendo que quando atinge o 
curto- 32 circuito, esta corrente é proporcional à intensidade da radiação incidente. Seu 
utilização é recomendada para integrais diárias de radiação solar global sobre um plano 
horizontal ou para verificar pequenas flutuações da radiação, em função de sua grande 
sensibilidade e resposta quase instantânea, cerca de 10s (VITORIA, 2008). 
 Além desses dois tipos de piranômetros (termopilhas e fotovoltaicos) ainda se pode 
encontrar operando em algumas estações meteorológicas, os piranômetros bimetálicos tipo 
Robitzsch, também chamados actinógrafos 
Segundo a World Meteorological Organization (WMO) os piranômetros são 
classificados em: padrão secundário, piranômetros de primeira classe e segunda classe, 
conforme apresentado abaixo. 
Tabela 1. Classificação dos piranômetros. Fonte: Vitoria (2008) e Macagnan (2010). 
 
 
A popularidade deste instrumento reside principalmente na sua simplicidade além de 
possuir um registrador incorporado na sua estrutura, o que é particularmente útil para operação 
em regiões remotas. Podem trabalhar numa área espectral: 285 a 2800 nm. 
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2.2. PIRHELIÔMETRO 
De acordo com CRESESB (2009), os pireliômetros são aparelhos que medem a 
radiação direta, caracterizados por apresentar uma pequena abertura de forma a “visualizar” 
apenas o disco solar e a região vizinha denominada circunsolar. O instrumento segue o 
movimento solar onde é constantemente ajustado para focalizar melhor a região do sensor. 
Muitos dos pireliômetros hoje são autocalibráveis apresentando precisão na faixa de .5% 
quando adequadamente utilizados para medições. Podem trabalhar numa faixa espectral de 
200 a 4000 nm. 
 
Figura 2. Pirheliômetro 
 
Pireliômetros, existindo os que são considerados padrão (primário e secundário) e os 
de primeira e segunda classes. São instrumentos de alta precisão ( de ±0,1% a , ±2,0%). Como 
por exemplo, os modelos SHP1 e CHP1. O primeiro, é equipado com uma interface que tem 
saída analógica intenficada e digitalizada 485 Modbus, oferecendo uma interface mais 
inteligente que o CHP1, ainda seu tempo de resposta é de dois segundos e a faixa de 
temperatura varia entre -40°C a 70°C. Já o segundo, atende os critérios impostos pela norma 
internacional ISO (International Standartization Organization) and WMO (World Meteorological 
Organization), o qual é verificado conforme os padrão de World Radiometric Reference (WRD). 
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3. DESCREVER COMO É EFETUADA A MEDIDA DA RADIAÇÃO DIFUSA 
E REFLETIDA. 
Pode-se medir a radiação solar difusa de duas maneiras: 
(1) mede-se a radiação difusa com a interceptação da radiação solar direta; 
(2) mede-se simultaneamente as radiações global e direta e obtém-se a radiação difusa 
por diferença. 
A primeira alternativa pode ser desdobrada em duas: interceptando-se a radiação 
direta sobre o sensor com um pequeno disco ou interceptando-se a radiação direta com um 
anel metálico de sombreamento. Já a segunda utiliza o piranômetro para medir a radiação 
global e um pireliômetro com rastreador solar para medir a radiação direta (VITORIA, 2008). 
Na medida da radiação difusa, o piranômetro deve ser protegido da luz solar direta por 
um pequeno disco ou uma cinta que mantém uma sombra constantemente sobre o sensor. 
Para realizar uma medida da irradiância solar global, o piranômetro deve ser colocado sobre 
uma base horizontal, que recebe energia solar de todo o hemifério, ou seja, de todas as 
direções. Ainda, conhecendo-se a irradiância global e difusa, determina-se a irradiância direta 
(Figueira, 2005). 
A radiação refletida, pode ser medida por dois piranometros do modelo SPP (Standard 
Precision Pyranometer), o que permiter um calibração adequada, previne que os sensores 
afetem um ao outro. Ainda, existe o albedometros conforme Figura 3, que já são vendido para 
clientes nos Estados Unidos, os quais basicamente possuem um sensor direcionado para a 
superfície, já que são normalmente instalado no telhado (EppleyLab). 
 
Figura 3. Albedometer. 
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4. DESCREVER O QUE É UM ESPECTRORRADIÔMETRO: PRINCÍPIO DE 
FUNCIONAMENTO E CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS. 
Espectroradiômetros são instrumentos que escaneiam diferentes regiões do espectro 
da luz, proporcionando representações simultâneas de amplitude em função do comprimento 
de onda do espectro. A concepção ótica e as tecnologias de processamento de sinais deste 
instrumento também proporcionam medições precisas de luminâncias baixas a extremamente 
baixas e medições de cromaticidade. As medições são calculadas em um mínimo de 5 
segundos, o que elimina ruídos por fatores mecânicos e elétricos. 
Basicamente, a interação da luz com materiais naturais (rochas, solos) ou artificiais 
(concreto, asfalto) produz um sinal denominado de reflectância, que é a fração de luz incidente 
refletida pela superfície. Essa medida, quando comparada com um padrão que reflete 
totalmente a luz incidente (100% de reflectância), indica o que se chama em sensoriamento 
remoto de curva (ou assinatura) de reflectância espectral. Essa assinatura indica as 
propriedades físico-químicas dos materiais, permitindo que eles sejam facilmente diferenciados 
entre si. 
Por exemplo, o CS-2000 tem um erro de polarização baixo, de 2%, o que assegura 
medições mais estáveisde monitores que usam polarização, inclusive LCDs. A característica 
de ângulo de medição ajustável permite que o usuário selecione o ângulo ideal de 1°, 0,2° ou 
0,1° baseado na aplicação. Com uma faixa de temperatura de 5° a 35°C, este instrumento é 
confiável em qualquer ambiente de trabalho. Este pode fazer medições após um período de 
aquecimento de apenas 30 segundos. O CS-2000 tem três ajustes de medição, sincronização 
interna e externa e modo multi-integração. A sincronização pode ser feita internamente, com 
informações do usuário, ou externamente, por meio de informações online. O modo multi-
integração reduz variações devidas a medições não sincronizadas ou a medições 
sincronizadas de fontes que tenham ciclos irregulares de emissão de luz. 
 
5. REFERÊNCIAS 
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Vieira, A.P.V., Wopereis, A.B., Abreu, A.R., dos Santos, P.B., Costa, W.L.L. Piranômetro. 
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina Ministério da Educação. 
2009, 
Figueira, D.S. Análise experiemental e númerica do comportamento térmico de um coletor 
solar acumulador. 2005. Tese de Doutorado. UFRGS. 
CRESESB –CEPEL. Energia Solar: Principios e Aplicações. 2006. 
Macagnan, M.H. Introdução a Radiação Solar. Programa de Pós-Graduação. 
Unisinos.2010. 
SINOVOLTAICS. Topic: Pyrheliometer: how are they used for solar energy systems?. 
Outubro de 2015. Disponivel em http://sinovoltaics.com/learning-
center/components/pyrheliometer-used-solar-energy-systems/. 
VICTORIA, I. M. B. Medição da radiação solar global e difusa utilizando piranômetro com 
sensores fotoelétricos. Universidade Federal de Pelotas – RS. Pelotas, 2008. 
EppleyLab. Disponivel em <http://www.eppleylab.com/solar.htm>. Acessado em 28 de 
Agosto de 2016. 
Atlas Solarimétrico do Brasil. Disponivel em 
<http://www.cresesb.cepel.br/publicacoes/download/Atlas_Solarimetrico_do_Brasil_2000.pdf>.
Acessado em 28 de Outubro de 2016. 
Espectrorradiômetros. Disponível em < 
http://sensing.konicaminolta.com.br/technologies/spectroradiometers/>. Acesso em 28 de 
Outubro de 2016.