Evaluación del potencial de radiación solar de zacatecas a

XII JORNADAS DE INVESTIGACIÓN
Revista Investigación Científica, Vol. 4, No. 2, Nueva época. Mayo - Agosto 2008
ISSN 1870-8196
Evaluación del potencial de radiación solar de zacatecas a partir de
mediciones de radiación global y difusa
Luis Emmanuel Villagrana Muñoz
Claudia Yolanda Valero Luna
Juan Manuel García González
Unidad Académica de Ingeniería Química
Universidad Autónoma de Zacatecas
Sergio Miguel Durón Torres
Víctor Manuel García Saldívar
Unidad Académica de Ciencias Químicas
Unidad Académica de Ingeniería Química
Universidad Autónoma de Zacatecas
Gerardo Miramontes de León
Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica
Universidad Autónoma de Zacatecas
E-mail: [email protected]
Objetivo
Evaluar la radiación solar global y difusa en el Campus Siglo XXI de la
Universidad Autónoma de Zacatecas, para los meses de noviembre y marzo.
Marco teórico
Las emisiones descontroladas a la atmósfera, principalmente por países
altamente industrializados han provocado problemas del tipo ecológico y
energético. El cambio climático causado por un desequilibrio térmico por el
exceso de gases de efecto invernadero en la atmósfera es el claro ejemplo
del principal problema ecológico. El abuso en la quema de hidrocarburos ha
despertado incertidumbre en el abasto de energía por su
eminente
agotamiento.
El presente trabajo está enfocado en el estudio de nuevas fuentes de
energía, particularmente la energía solar, participando así en el rescate del
desarrollo sustentable y en la generación de bases de datos inéditas de
radiación global y difusa. Para la evaluación, que se realiza dentro del
proyecto FOMIX, se estableció una estación solarimétrica en las instalaciones
de la Universidad Autónoma de Zacatecas, edificio 6 del Campus Siglo XXI.
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La elección del lugar se dio dadas las inmejorables condiciones de ubicación
además de la necesidad de dar servicio de mantenimiento diario a los
equipos para la obtención de buenos resultados, sin descartar que existan
mejores lugares en el Estado para la evaluación y cuantificación.
La energía solar tiene su origen a partir de la actividad que sostiene el Sol,
del cual se sabe que es la estrella más próxima a la tierra y se encuentra a
una distancia promedio de 150 millones de kilómetros. Es la principal fuente
primaria de luz y calor para la tierra. Un análisis de su composición en función
de su masa establece que contiene un 71% de hidrógeno, un 27% helio, y un
2% de otros elementos más pesados. Debido a que el sol es gas y plasma, su
rotación cambia con la latitud: un periodo de 24 días en el ecuador y cerca
de 36 días en los polos.i Aunque en el interior del Sol la temperatura puede ser
mayor, se toma convencionalmente una temperatura efectiva de cuerpo
negro 5777 K.
Existen factores que alteran la radiación solar extraterrestre, es decir toda
aquella radiación que no ha cruzado la atmósfera terrestre, al llegar la
radiación a la superficie ya ha sido disminuida por factores ambientales y
geográficos. Los factores geográficos son: moviendo de traslación de la
tierra, inclinación del eje de rotación de la tierra, movimiento de rotación de
la tierra, posición geográfica del punto de observación y la altitud del sitio
donde observación con respecto al mar. Los factores ambientales son la
absorción y la esparciación ó dispersión, esta última a causa
del aire,
partículas aerosol, las nubes, y el albedo o reflexión de la superficie receptora.
La absorción es causada principalmente por elementos y compuestos
presentes en la capa atmosférica tales como el O3, O2, N, N2, así como gases
de efecto invernadero.ii
En el presente trabajo se evalúa el potencial solar de un punto del Estado
de Zacatecas, el lugar de medición es el Campus siglo XXI de la Universidad
Autónoma de Zacatecas. La evaluación del recurso solar es a partir de las
componentes de la radiación, la global y la difusa. Las mediciones
comenzaron en octubre del 2007. A partir de los datos adquiridos pueden
realizarse base de datos que puedan servir como información de calidad
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para estudios posteriores sobre el recurso solar, además para conocer el
comportamiento de la radiación solar, así conocer la energía disponible que
pudiera ser obtenida de la radiación solar.
Metodología
La técnica utilizada para realizar las mediciones y el tratamiento de datos es
la solarimetría, que es toda medición de la radiación solar, los datos de la
radiación y los cálculos que se realicen con propósitos diversos. Las
mediciones son hechas con 2 piranómetros de 2da clase, Kipp & Zonnen, los
cuales son sensibles para todo el espectro solar (300-3000 nm), dado que la
radiación solar se subdivide en tres componentes, la radiación directa, difusa
y global, un piranómetro mide la radiación global (la radiación global es la
que se recibe en un anglo de 180º, resultado de las componentes directa y
difusa) otro mide la radiación difusa, (la que se recibe en la superficie
después de haber sido dispersada por absorción y dispersión)iii, y cuenta con
un aro de sombreado que es ajustado cada tercer día manualmente.
El sistema que opera en la estación solarimétrica esta alimentado por un
panel
fotovoltaico
de
13
volts.
El
mecanismo
de
adquisición
y
almacenamiento se lleva acabo de la siguiente manera: cada segundo los
piranómetros miden la radiación, de tal modo se tienen 3600 datos cada
hora, por lo que la información sobre la radiación solar es muy completa. La
información es enviada al adquiridor y manejador de datos y almacenada
en el dispositivo de memoria compact flash.
A partir de la memoria los datos son almacenados en computadoras
para cuando sean requeridos. Los parámetros que se obtienen a partir de los
datos generados por los equipos son: Irradiación, curva de frecuencia
acumulada, horas de radiación diaria, energía disponible
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Resultados
Los meses que hasta la fecha se han monitoreado son parte de octubre a
diciembre del 2007. Durante el 2008 de enero a mayo. Los datos que se
analizarán en el actual trabajo serán únicamente de noviembre y marzo para
efectos demostrativos e ilustrativos. En el mes de noviembre según los datos
arrojados por los aparatos hubo 50% de días con cielo completamente
despejado, o donde las variaciones de la radiación son menores, y el otro
50% son días en los que se presentó algún tipo de interferencia que provocó
la disminución en los valores de la radiación global.
En Noviembre del 2007, se recibió un total de irradiación total (radiación
global más radiación difusa) mensual igual a 657.493 MJ/m2, de los cuales el
porcentaje quedó dividido de la siguiente manera entre la componente
global y la difusa: radiación global 85.147 %, radiación difusa 14.852 %. A
partir del valor total de irradiación se obtiene el valor correspondiente a cada
día del mes, dividiendo el valor de 647.493 MJ/m2 entre el número de días
(30) se obtiene una irradiación igual a 21.916 MJ/m2. Dicho valor es el
promedio diario de irradiación.
En Marzo del 2008, la irradiación total mensual recibida fue de 943.43
MJ/m2, con un porcentaje de radiación global de 88.7% y 11.3% de
radiación difusa. El promedio diario de irradiación en el mes fue de 30.43
MJ/m2.
Los datos arrojados por el manejo que se les realizó muestran un aumento
considerable en el promedio mensual así como en el promedio diario. Claro
está que se debe a la estación del año correspondiente.
Conclusiones
La evaluación del recurso solar en Zacatecas se está llevando a cabo
durante todo el año y los datos adquiridos a la fecha han sido satisfactorios
pues los niveles de irradiación han tenido un comportamiento aceptable, lo
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cual significa que la irradiación promedio diaria en el Campus Siglo XXI es
mayor a 20 MJ/m2. Siento el valor anterior uno de los más bajos
(correspondiente al mes de diciembre).
De acuerdo a los datos el comportamiento de la radiación solar tiene un
comportamiento ascendente a partir del mes de diciembre. Los porcentajes
de radiación han sido en su mayoría son favorables para la radiación global,
lo cual indica que durante el periodo de noviembre 2007 a marzo 2008 se
contó con poca presencia de nubes.
Hubo meses en que la presencia de nubes fue casi del 50 % del total del
mes, y aún así los promedios diarios de radiación son aceptables. La
información que brinda el monitoreo de la radiación solar puede ser utilizada
para el modelado de todo el estado.
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Bibliografía
José A. Manrique, Energía Solar, Fundamentos y Aplicaciones Fototérmicas.
Edit. Harla Harper&Row Latinoamericana. 1984.
ii
V.M. Garcia, G. Miramontes, J. M. Garcia, I. Reducindo, S.M. Durón. Intro
ducción a la Solarimetría. DIFU100ci@, No.3 Diciembre 2007. Pg 16.
iii
John A. Duffie, Wiliam Beckman, Solar Engineering of Termal Processes.
Second Edition, 1991.
i
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