SENSORES próximos
SENSORES de radiação
A radiação solar é a energia emitida pelo Sol no espaço interplanetário. A radiação solar que atinge a Terra é quantificada pela irradiação solar, que é a energia recebida por unidade de área.
Ao atravessar a atmosfera, a radiação solar é submetida a fenômenos de reflexão, refração, absorção e difusão pelos diversos gases atmosféricos em grau variável dependendo da frequência.
A atmosfera da Terra funciona como um filtro. A parte extrema da atmosfera absorve parte da radiação, refletindo o restante diretamente para o espaço sideral. Outros elementos que atuam como filtro são o dióxido de carbono, nuvens e vapor d’água que às vezes o convertem em radiação difusa.
As ondas eletromagnéticas podem ter diferentes comprimentos de onda. O conjunto de todos os comprimentos de onda é chamado de espectro eletromagnético. O conjunto de comprimentos de onda emitidos pelo Sol é chamado de espectro solar.
A proporção de radiação solar nas diferentes regiões do espectro é aproximadamente:
↑ Fig: Espectro electromagnético
-
- Ultravioleta: 7%
- Luz visível: 43%
- Infravermelho: 49%
- O restante: 1%
Aplicativos
Tipos de sensores
Existem vários tipos de medições de radiação:
- Radiação direta
- Radiação global e difusa
- Radiação PAR
- Radiação infravermelha
- Radiação ultravioleta
A seguir, detalharemos os sensores usados para mediar cada um desses tipos de radiação.
Radiação direta
A radiação solar direta é medida por pireliômetros. Graças ao uso de venezianas, apenas é medida a radiação proveniente do sol e de uma região anular do céu muito próxima da estrela. Nos instrumentos modernos, este último cobre um semiângulo de aproximadamente 2,5º do centro do Sol.
Geralmente, o sensor é equipado com um visor no qual um pequeno ponto de luz coincide com uma marca localizada no centro dele quando a superfície receptora está em uma posição exatamente perpendicular ao feixe solar direto. A luz do sol entra no instrumento através de uma janela e é direcionada para uma termopilha, que converte o calor em um sinal elétrico que pode ser registrado. Portanto, é necessário que todos os pireliômetros sejam montados em um mecanismo que permita um rastreamento muito preciso do Sol.
↑ Fig: Esquema de um pireliômetro
Fig: Pireliômetro para medir radiação direta →
Radiación global y difusa
A radiação global é definida como a radiação solar recebida de um ângulo sólido de 2π esterradianos em uma superfície horizontal. A radiação global inclui aquela recebida diretamente do disco solar e também a radiação celeste difusa espalhada pela atmosfera.
O instrumento necessário para medir a radiação global é o piranômetro. É um sensor projetado para medir a densidade do fluxo de radiação solar (quilowatts por metro quadrado) em um campo de 180 graus.
Existem diferentes tipos de piranômetros:
↑ Fig: Esquema de un piranómetro
↑ Piranômetro Térmico
Esses dispositivos usam o princípio de detecção termoelétrica, pelo qual a radiação de entrada é quase inteiramente absorvida por uma superfície horizontal enegrecida, para uma ampla faixa de comprimentos de onda. O aumento de temperatura resultante é medido através de termopares conectados em série ou série/paralelo para formar a termopilha.
As junções ativas (quentes) ficam abaixo da superfície enegrecida do receptor e usam a radiação absorvida pelo revestimento preto para aquecer. As junções passivas (frias) da termopilha mantêm contato térmico com a caixa do piranômetro, que atua como um dissipador de calor.
O revestimento preto do detector precisa ser protegido de influências externas que podem afetar as medições, como precipitação, sujeira ou vento. Quase todas as cúpulas hemisféricas simples ou duplas dos piranômetros usam vidro de qualidade óptica.
↑ Piranômetro Fotovoltaico
Outro tipo de piranômetro é o fotovoltaico. Neles, o princípio de funcionamento não é térmico como no caso anterior; mas é baseado no efeito fotoelétrico. A radiação incide sobre um fotodiodo capaz de diferenciar o espectro solar pela frequência da onda eletromagnética e, assim, lendo a tensão, conhecendo os dados de radiação.
Dada a sua natureza, neste tipo de piranômetro é possível fixar filtros de determinadas faixas do espectro solar, por meio de uma cúpula de vidro impregnada com o filtro desejado. Por outro lado, são mais sensíveis a pequenas irregularidades e mudanças porque não possuem a inércia térmica que as térmicas possuem.
radiação PAR
A radiação que impulsiona a fotossíntese é chamada de radiação fotossinteticamente ativa (PAR) e é geralmente definida como radiação total na faixa de 400 a 700 nm. O PAR é frequentemente expresso como densidade de fluxo de fótons fotossintéticos (PPFD): fluxo de fótons em unidades de micromoles por metro quadrado por segundo (µmol m-2 s-1, igual a microEinsteins por metro quadrado por segundo) adicionado de 400 a 700nm (número total de fótons de 400 a 700 nm). Os sensores que medem o fluxo fotossintético são chamados de quânticos devido à natureza quantizada da radiação. Um quantum refere-se à menor quantidade de radiação, como um fóton, envolvida em interações físicas (por exemplo, absorção por pigmentos fotossintéticos). Ou o que é o mesmo, um fóton é um único quantum de radiação.
Aplicações típicas de sensores quânticos incluem a medição de PPFD incidente em telhados verdes, tanto em ambientes externos, como em estufas, câmaras de crescimento… O PPFD transmitido também pode ser medido nos mesmos ambientes. Balanço energético em ecossistemas ambientais. Cálculo do IAF (índice de área foliar) e desenvolvimento de coberturas vegetais. Caracterização das propriedades estruturais das coberturas e utilização da radiação PAR em comunidades vegetais.
Fig: Sensor quântico para medir a radiação PAR →
O instrumento usado para medir a radiação de ondas longas é o pirgeômetro.
A maioria deles remove comprimentos de onda curtos usando filtros que são consistentemente transparentes em comprimentos de onda longos e quase opacos em comprimentos de onda maiores. Um pirgeômetro consiste nas seguintes partes:
- Um sensor de termopilha sensível à radiação em uma ampla faixa.
- Uma cúpula ou janela de silicone com um revestimento de filtro solar cego. Tem uma transmitância entre 4,5 μm e 50 μm que elimina a radiação solar de ondas curtas.
- Um sensor de temperatura para medir a temperatura corporal do instrumento.
- Um protetor solar para minimizar o aquecimento do instrumento devido à radiação solar.
↑ Fig: Esquema de un pirgeómetro
↑ Fig: Pirgeómetro para medir la radiación infrarroja
Radiação ultravioleta
A radiação ultravioleta cobre a faixa espectral de 100 a 400 nm. Embora represente apenas 7% da radiação total, os efeitos que causa nos seres vivos e no meio ambiente o tornam muito importante.
Para sua medição são utilizados piranômetros ultravioleta específicos. Estes normalmente utilizam um filtro de alta qualidade para aproximar a resposta espectral do aparelho à resposta que a pele humana apresenta aos efeitos do Sol (função eritemática).
← Fig: Piranômetro para medir a radiação ultravioleta
Modelos de negócios
- Sensor de Radiação Global Marca: APOGEE
- Sensor de radiação ultravioleta Marca: APOGEE
- Sensor de Radiação PAR Marca: APOGEE