SOFTWARE PARA CALIBRAÇÃO DE PIRANÔMETROS Alexandre DAL PAI; Modesto A. CHAVES & João F. ESCOBEDO
Depto de Ciências Ambientais UNESP-FCA - Botucatu - SP - Brasil
ABSTRACT
The present paper deals with the development of a software for piranometers calibration against one similar device taken as pattern. The software is composed by two modules: reading and recording module and statistical analysis module. In each section of the software six instruments can be calibrated , according to Word Meteorological Organization. The calibrations constant is calculated for each day of data collection and for the complete interval of time. In the program there is also a routine for graphics generation. The results, including the graphics, can be recorded, printed out and copied to other softwares running under windows system. After testing the software using real and simulated data we may conclude that it presents the advantages of easiness data handle and that it increases data process when compared to calibrations made in the electronic worksheets.
INTRODUÇÃO
Os piranômetros têm uma importância significativa para obtenção de dados de radiação solar. A precisão destes instrumentos é afetada por vários fatores, como a dependência do ângulo de incidência da radiação em relação ao plano do sensor (efeito cosseno), dependência do ângulo azimutal (efeito azimutal ), dependência da irradiância (linearidade), dependência da posição do piranômetro em relação a horizontal (efeito da inclinação) e outros efeitos como mudança de temperatura, velocidade do vento, umidade do ar etc. Para que tais efeitos sejam minimizados, é necessário, periodicamente, uma recalibração do aparelho, segundo as normas da Organização Mundial de Meteorologia (OMM, 1970).
Com o crescente aumento de estudos na área de radiação solar, torna-se cada vez mais impor-tante a implementação de um sistema de coleta e interpretação de dados. Segundo Jain et al. (1988), o desenvolvimento de novas ferramentas aplicadas à área gera uma melhora na precisão dos dados. Mui-tas pesquisas podem ser encontradas (por exemplo: Woodword, 1987; Bonan, 1991), nas quais a necessidade de precisão nos dados de radiação solar é essencial.
A importância da criação de um banco de dados para aplicações na agricultura vem sendo des-tacada pela OMM(1997). Vasquez (1993), menciona que, para uma correta aplicação e utilização da radiação solar é necessário ter um banco de dados confiável, enquanto Herrero (1993) destaca a im-portância de uma seqüência de medidas precisas de dados de radiação.
A aquisição de dados de radiação solar no formato digital é relativamente recente, estando ainda em fase de implementação em alguns países. No Brasil, ferramentas especializadas para ler e processar este tipo de dado são restritas a apenas alguns centros de pesquisa. A maioria das estações meteorológicas brasileiras operam ainda com aparelhos e/ou instrumentos mecânicos na obtenção dos dados de radiação solar. Entretanto, de acordo com Perez et al. (1990), num futuro próximo, irradiâncias solares e outras variáveis climatológicas, tornar-se-ão largamente utilizáveis, graças ao desenvolvimento de software/hardware e aparelhos de baixo custo relativo.
O objetivo deste trabalho foi o desenvolvimento de um software para de realizar a calibração de piranômetros contra um outro aparelho tomado como padrão.
METODOLOGIA
Um método comum e relativamente simples de calibração de piranômetros é colocar dois ou mais deles numa superfície horizontal e comparar os resultados obtidos para vários intervalos de tempo
durante um dia. Para minimizar a influência do ângulo de incidência (e de outros fatores), a OMM(1970) recomenda que se considere apenas o período de 10 às 14 h. Este é um método usual-mente aplicado, quando não se dispõe de um radiômetro absoluto.
Neste trabalho foi desenvolvido um software (em Visual Basic) que implementa este método de calibração contra um piranômetro padrão. Trata-se de um dos componente de um sistema mais abran-gente, intitulado SIMRAS, desenvolvido no Departamento de Ciências Ambientais da UNESP de Botucatu, por Chaves & Escobedo (1998).
O software constitui-se de dois módulos: um para leitura e gravação dos dados e outro para análise estatística e geração de gráficos. Esta estrutura modular é apenas referente ao desenvolvimento do software, permitindo sua implementação e fácil manutenção, sendo translúcida para o usuário que não sabe qual módulo está sendo utilizado no específico momento.
O programa utiliza arquivos de extensão .SRD, gerados pelo SIMRAS, ou por outro software. Este arquivos devem estar no formato ASCII e ter na sua primeira linha o dia juliano, o número de apa-relhos (colunas de dados) e o número de linhas do arquivo (cada linha corresponde a um instante de coleta de dados). Na primeira coluna deverá estar o horário de cada coleta de dados.
O nome dos arquivos deve obedecer a formatação DDMMAA.SRD onde DD é o dia do mês; MM o número do mês e AA o ano. Por exemplo: os dados referentes aos dia 13 do mês de maio de 1998 deverão estar em um arquivo denominado 130398.srd.
Uma sessão de uso do software deve iniciar com a leitura do arquivo referente ao primeiro dia de calibração. Após esta leitura é solicitado a definição da coluna de dados referente ao aparelho pa-drão.
Podem ser calibrados até seis aparelhos em cada sessão. O software calcula a constante de cali-bração dos protótipos para cada dia segundo a OMM (1970). A constante final, para todos os dias, é exibida com seu respectivo desvio padrão, em uma tela a parte. Para cálculo da média e do desvio utilizou-se o algoritmo proposto por Dachs (1988).
Existe ainda no programa uma rotina que permite plotar os dados na forma de gráficos, onde os mesmos são apresentados seguidos de regressão linear e coeficiente de determinação.
Os resultados do processamento podem ser gravados, impressos ou copiados para outros apli-cativos através da área de transferência.
RESULTADOS
O software roda em ambiente Windows e aceita arquivos ASCII com extensão .SRD, com nome e formato apropriados. Tais arquivos podem ser provenientes de software SIMRAS, (Chaves & Escobedo, 1998) ou por outro software.
Após a leitura de cada arquivo os dados são mostrados numa planilha onde consta o dia juliano, o horário de coleta e as colunas dos aparelhos com seus respectivos dados apresentados em milivolts, conforme a Figura 1.
Em seguida, pede-se ao usuário que escolha um aparelho padrão seguido de no máximo seis outros aparelhos a serem calibrados.(Figura 2)
Solicita-se então o valor da constante do aparelho padrão (Figura 3b) e o número de dias (ar-quivos) para realizar a calibração (Figura 3a). Este procedimento vem facilitar as operações com os da-dos de radiação solar, pois permite uma calibração de dias e até meses com uma única operação, sendo que o mesmo processo é mais trabalhoso se forem utilizados softwares de planilhas eletrônicas.
Terminada a leitura dos arquivos de dados, o programa passa a realizar os cálculos estatísticos, e da constante de calibração, para cada dia (figura 4a). Sendo a constante de cada aparelho, calculada para o período específico, apresentada em tela a parte (Figura 4b)
É possível ainda a geração de gráficos onde plota-se o aparelho padrão na abscissa e o apare-lho a ser calibrado na ordenada. Como alternativa, e complementação, pode-se calcular a constante também utilizando regressão linear, para a qual são apresentados os parâmetros estimados e o coefici-ente de determinação (Figura 5).
O gerador de gráficos possui algumas opções de configuração, tais como: cor do gráfico, cor das legendas, tamanho e tipo de letra, espaçamento entre os intervalos dos eixos, tipos de pontos ou retas etc.
Figura 1. Planilha com dia juliano, horário e dados dos aparelhos.
Figura 3. (a) Quantidade de arquivos a serem abertos para calibração. (b) Constante do aparelho padrão.
Figura 4. (a) Tela com a constante dos aparelhos protótipos para cada dia (b) Tela com a constante final dos aparelhos.
Figura 5. Gráfico mostrando uma curva da calibração. (a)
(a)
(b) (b)
Após o término das análises estatísticas, o programa retorna ao módulo de leitura e gravação, onde é permitido ao usuário gravar os dados processados, podendo os mesmos serem impressos e co-piados para outros softwares através da área de transferência do windows.
CONCLUSÃO
Após teste do software com dados reais e simulados podemos concluir que este apresenta como vantagens a facilidade de manuseio e o aumento da velocidade de processamento dos dados em relação a calibração feita usando planilhas eletrônicas tradicionais.
REFERÊNCIAS BIBILOGRÁFICAS
Chaves, M. A. & Escobedo, J. F. A Software to Process Daily Solar Radiation Data, World Reneable
Energy Congress V, Florença, Italia (1998,no prelo)
Bonan, G. B. Atmosphere-biosphere exchange of carbon-dioxide in boreal incoming, solar radiation and daily maximum and minimum temperatures. Journal of Geophysics Research, 1991,14, p. 7301-7312.
Dachs, J. N. W. Estatística Computacional. Livros técnicos e científicos editora, São Paulo, 1988. Herrero, M. A. Simulation Y análisis de irradiación solar diariamem España. VI Congresso Ibérico de
Energia Solar, 1993 pp.343-348.
Jain, P. C.; Jain, S. ; Ratto, C. F. A new model for obtaining horizontal instantaneous global and diffuse radiation from daily values. Solar Energy, 1988, 41, p. 397-404.
Perez, R.; Seals, R. Zelenka, A and Pierre, I. Climatic evaluation of models that predict irradiance from hourly global inrradiance: prospects for performance improvements. Solar Energy, 1990, 44, pp. 99-108.
OMM Guide to meteorological instruments and observing practices, Genova, 1970, 75p.
OMM V International Postgraduate Course Data Base Management in Agrometeorology. Regional Meteorological Centre for postgraduate Training in Applied Meteorology, Bet-Dagan, Israel. 1997 (class notes).
Vasquez, M. Estudio de la radiation solar diaria Y ciertas variables climatologicas para Madrid. VI
Congresso Ibérico de Energia Solar, 1993, pp 343-348.
