Radiación Solar

Guía de mantenimiento ATMOS 41

Recomendaciones de instalación y mantenimiento ATMOS 41 y el sensor PHYTOS 31

La estación meteorológica ATMOS 41 de METER Group incorpora 12 sensores meteorológicos en un solo dispositivo compacto. Es decir, no tiene partes móviles ni cableado excesivo. Por lo que, la instalación y el mantenimiento se han simplificado al máximo.

El sensor de humectación de hoja PHYTOS 31 de METER Group mide tanto el inicio como la duración de la humectación en la superficie foliar. Y es de gran utilidad para elaborar avisos fitosanitarios o por ejemplo para planificar la aplicación de productos fitosanitarios foliares.

La guía de mantenimiento de la estación ATMOS 41 aborda diferentes áreas, desde la garantía y servicio técnico, hasta las recomendaciones para instalar la estación ATMOS 41 y el sensor PHYTOS 31. También se comenta como realizar la ficha de instalación, el registro de los METADATOS y la cualificación in situ de la instalación de la estación meteorológica.

Características técnicas de la estación meteorológica ATMOS 41

ATMOS 41 proporciona medidas de 14 parámetros ambientales en un solo equipo. Y además, se instala de forma rápida y sencilla, y solo tiene un cable. Como se indica en la guía de mantenimiento ATMOS 41, principal requisito es que la estación esté nivelada en la parte superior de un mástil con visión del cielo directa. Los sensores que incorpora y sus caracteríticas son los siguientes:

La guía de mantemiento de la estación meteorológica ATMOS 41 se puede descargar en formato pdf a través de este enlace

MEDIDA DE LA RADIACIÓN SOLAR

La radiación solar en la superficie de la tierra

La RADIACIÓN SOLAR es la cantidad de radiación que llega sobre un plano horizontal en la superficie terrestre. Cuando la radiación atraviesa la atmósfera para llegar a la superficie terrestre, una parte se dispersa; otra se refleja; y otra la absorben los gases, las nubes y el polvo atmosférico. El espectro de la radiación solar engloba la radiación de onda corta, esto es:

  • Radiación Ultravioleta (280 a 400 nm)
  • Radiación Visible (400 a 700 nm)
  • Infrarrojo cercano y medio (700 a 4000 nm)

En un día despejado, la radiación solar constituye aproximadamente el 75% de la radiación extraterrestre que llega al exterior de la atmosfera. Mientras que en un día nublado este valor disminuye debido a que la radiación se dispersa en la atmósfera. Sin embargo, incluso con una nubosidad densa, aproximadamente el 25% de la radiación extraterrestre todavía puede llegar a la superficie terrestre, principalmente como radiación difusa de la atmósfera. 

La Irradiancia o la radiación que recibe un cuerpo situado en la superficie terrestre se clasifica en tres componentes: 

  • RADIACIÓN DIRECTA corresponde a los rayos directos del sol.
  • RADIACIÓN DIFUSA es la que se recibe dispersada por el cielo y las nubes.
  • RADIACIÓN REFLEJADA por los cuerpos terrestres. 

Texto adaptado de Evapotranspiración del Cultivo FAO-56. Allen et al. 2006

Piranómetros SP de Apogee Instruments

Los piranómetros SP de Apogee Instruments miden, sobre una superficie horizontal, la suma de los tres componentes de la radiación solar incidente. Tienen un ángulo de visión de 180º y con corrección direccional de coseno. Miden la densidad del flujo de energía radiativa que se expresa en W m-2.  

Todos los sensores de Apogee Instruments son de calidad científica, Clase C (ISO9060:2018), con calibración trazable y 4 años de garantía. Catálogo de los sensores online

Modelos según el tipo de detector, de Célula de Silício o de Termopila. 

CÉLULA DE SILÍCIO:

Estos sensores tienen un intervalo de calibración espectral de 360 – 1120nm. La respuesta es muy rápida pero su error es superior en condiciones nubladas (del 10 al 15%). Sólo miden la radiación incidente. Es decir, no se pueden utilizar para medir radiación reflejada ni luz artificial. Y además son económicos.

TERMOPILA

Disponen de un intervalo de calibración espectral superior 385 – 2105 nm y menor error. Su respuesta es mejor frente a todo tipo de condiciones ambientales. Por lo que son comparables a los piranómetros de alta gama pero más económicos. Recomendables para medidas en todo tipo de condiciones ambientales, para medidas con luz artificial o natural alterada y para medidas de reflectancia.

Cálculo de la Integral Diaria de radiación solar y de la Evapotranspiración

El modelo de Penman-Monteith calcula la Evapotranspiración de Referencia (ETo) a partir de la fórmula del balance de energía sobre un dosel vegetal normalizado. Uno de los componentes principales del modelo es la radiación solar incidente.

Para utilizar la fórmula partiendo de datos diarios, la densidad de flujo de energía de la radiación solar debe expresarse como la Integral Diaria de Radiación Solar, en M J m-2 dia-1.  Es decir, si conectamos el piranómetro a un datalogger y medimos cada 60 minutos, hay que pasar de W m-2 tiempo-1 a  M J m-2 dia-1 y sumar todas las medidas diurnas. En el vídeo se explica este cálculo.

Balance de energía en la superficie terrestre

Componentes del balance de radiación solar y térmica en la superficie terrestre

En medidas satelitales de la Observación Terrestre (EO, Earth Observation) muchas veces es necesario realizar validaciones con sensores in situ. La radiación solar es principal componente del balance de energía, junto con el balance de radiación térmica o de onda larga.

Los sensores SP de Apogee Instruments tienen una corrección de coseno para conseguir una óptima respuesta direccional del sensor cuando la radiación solar incide con una elevación menor.    

Cálculo de eficiencia de instalaciones fotovoltaicas

La optimización de sistemas fotovoltaicos necesita medir la radiación solar. También denominada Global Horizontal Irradiance (GHI) o Plane of Array (PoA) Irradiance. Los piranómetros SP de Apogee Instruments son de Clase C, tienen 4 años de Garantía y disponen de salida analógica, SDI-12, con USB ó 4 – 20 mA.

Fácil integración en estaciones meteorológicas

Si el objetivo es integrar un sensor de radiación solar en una red de estaciones meteorológicas, los piranómetros de Apogee Instruments ofrecen diferentes opciones de salida ANALÓGICA y DIGITAL SDI-12. Y además, el diseño de los sensores está pensado para minimizar y facilitar el mantenimiento para asegurar el mejor procedimiento de varificación. 

MEDIDAS DE RADIACIÓN PAR EN EL TELÉFONO MÓVIL

Microdatalogger Bluetooth microCache de Apogee Instruments

El microdatalogger microCache AT-100 es un logger unitario, robusto (está alojado en una caja IP67) que se alimenta con baterías AA. Y que además dispone de una conexión inalámbrica Bluetooth para la descarga de datos. Este micrologger es compatible con casi la totalidad de los sensores fabricados por Apogee Instruments. Si se usa como un dispositivo inalámbrico de registro en campo, la unidad puede almacenar datos con un intérvalo de lectura de 1 minuto durante 9 meses. Y con la ayuda de la aplicación (gratuita) Apogee Connect para dispositivos iOS y Android, los datos se pueden ver en el teléfono móvil. Apogee Connect funciona como un medidor en tiempo real, hace gráficos en tiempo real y puede enviar grupos de datos al ordenador.

Registra y visualiza en el móvil medidas de radiación PAR

La pantalla del teléfono puede mostrar por ejemplo la radiación PAR instantánea (PPFD) y la Integral Diaria de luz PAR (Daily Light Integral) de los ensayos de campo, medidas en  invernaderos, acuarios o cámaras de cultivo. La aplicación Apogee Connect puede proporcionar lecturas DLI diarias, semanales y mensuales.

Y lo mismo con los piranómetros para medir la radiación solar global.

El logger microCahe AT-100 se conecta a múltiples sensores Apogee: SQ-110, SQ-120, SQ-500, con el SQ-620, SQ-640, albedómetro, S2-141 y más (en breve). Y realiza medidas de los sensores a alta resolución (convertidor analógico-digital de 24 bit).

El µCache cuenta con una garantía de 4 años y un excelente servicio al cliente.

La aplicación Apogee Connect es gratuita y está disponible para descargar en App Store o Google Play.

Validación de datos de Piranómetros

Ensayo de comparación del piranómetro de la ATMOS 41

METER Group empezó a comercializar ATMOS 41 en enero de 2017 después de un extenso desarrollo y comprobaciones en África, Europa y EEUU. Durante el desarrollo se realizaron numerosas comparaciones con sensores de calidad científica de otras marcas comerciales, piranómetros, pluviómetros, anemómetros …. Y también se comprobó en algunos casos, la variabilidad sensor a sensor en el tiempo.

Este es el resultado de las pruebas realizadas con los piranómetros

Piranómetros

El ensayo de comparación de la medida de la radicación solar duró 1 mes y se realizó en la azotea de las instalaciones de METER Group (Pullman, WA). Se instalaron piranómetros CMP3 (Kipp & Zonen) y una estación ATMOS 41. En todos los piranómetros, el un intervalo de lectura fue de 15 minutos.

Como se observa en la figura los datos recogidos muestran una buena correlación entre los piranómetros ensayados. Si bien, la regresión lineal muestra un 3% de subestimación en el piranómetro de la ATMOS 41.

En estos enlaces aparece más información sobre estos ensayos de METER Group Pullman y METER Group Alemania

medida de la radiación solar ATMOS 41

ATMOS 41: asequible, precisa y fiable

Los datos de las comparaciones de los sensores individuales junto con las observaciones conjuntas muestran que el piranómetro de la ATMOS 41 cumple el objetivo de proporcionar medidas de calidad de investigación en una unidad simple, robusta y fácil de mantener. Por sus características de diseño permite obtener medidas precisas a largo plazo en condiciones de campo.

La estación meteorológica ATMOS 41 proporciona medidas de 14 parámetros ambientales en un solo equipo. De manera que se puede instalar de forma rápida y sencilla. El único requisito es que ATMOS 41 esté nivelada en la parte superior de un mástil con visión del cielo directa.

Los parámetros climáticos, como la pluviometría, la temperatura del aire y la velocidad del viento pueden cambiar, considerablemente, en pequeñas distancias al aire libre. Sin embargo, en la mayoría de las observaciones meteorológicas se busca la exactitud y la precisión, de grado de investigación, frente a la resolución espacial. ATMOS 41 es el resultado de la optimización de estas dos necesidades. Y además, por un lado, disminuye las necesidades de mantenimiento, tan habituales. Y por otro, no es necesario pasar tanto tiempo configurando las estaciones. ATMOS 41 carece de partes móviles, así se evitan roturas y solo hay que calibrarla cada dos años.

Actividades del Proyecto REC

Proyecto REC

Desde 2015 participamos en el proyecto REC (Crop irrigation management by multi-sensor remote sensing approach) junto con isardSAT, CESBIO y UCAM.
El proyecto REC propone una solución vanguardista para las necesidades de humedad del suelo en la zona radicular a nivel de parcela. Y así poder manejar el riego. REC se basa en un algoritmo innovador y operativo que permitirá por primera vez:
1) mapear la humedad del suelo de la zona radicular a diario y a escala de parcela
2) evaluar cuantitativamente los diferentes componentes del presupuesto de agua a nivel de parcela partiendo de datos de teledetección disponibles fácilmente

Actividades del Proyecto REC

El régimen de financiación del Proyecto REC es MSCA-RISE – Marie Skłodowska-Curie Research and Innovation Staff Exchange (RISE). Y dentro de estas actividades de intercambio de personal investigador, en LabFerrer hemos tenido la suerte de contar con el investigador Luis Olivera-Guerra (4 meses en 2017 y 2 meses en 2018). Luis Olivera-Guerra es Ingeniero en Recursos
Naturales por la Universidad de Chile y miembro del Laboratorio para el Analisis de la Biosfera (LAB). Actualmente está realizando su doctorado en el laboratorio CESBIO de la Universidad Paul Sabatier – Toulouse III. Su trabajo se enfoca en la integración de datos satelitales multi-espectrales (visible/infrarrojo cercano, térmico, micro-ondas) en el modelo FAO-56. Con el fin de estimar los componentes del balance hídrico (evaporación/transpiración, humedad radicular, riego) en cultivos regados para el manejo del riego.

Durante estos meses ha participado en varios proyectos que tenemos en marcha en LabFerrer. Y además ha colaborado en los trabajos de campo relacionados con la instalación de sensores multiespectrales SRS de Meter Group (antiguo Decagon), el radiómetro neto y sensores de temperatura por infrarrojos de Apogee Instruments …. Y por supuesto sondas de humedad del suelo.

Radiómetro Neto de Apogee Instruments

Radiómetro Neto de cuatro componentes

El SN-500 es un Radiómetro Neto de Apogee Instruments de cuatro componentes para medir la Radiación Neta. El Radiómetro Neto SN-500 consiste en un par piranómetros (serie SP) y de pirgeómetros (serie SL) de cuerpo negro. Los piranómetros miden la radiación de onda corta y se orientan, uno mirando hacia arriba y el otro hacia abajo. Mientras que los pirgeómetros miden la de onda larga y se orientan con la misma configuración. La medida de los componentes de la radiación por separado mejora la precisión.

Salida Digital

El Radiómetro Neto incorpora un conversor 24-bit A-D que procesa las señales de cada sensor individual y transmite los datos a una salida digital SDI-12. De esta forma, el usuario puede seleccionar que datos ver, elegir la radiación neta, la radiación neta de longitud de onda larga o la de onda corta, y/o la de cada componente del radiómetro. Como resultado, esta salida digital elimina la necesidad de emplear varios canales analógicos del datalogger para medir cada uno de los cuatro componentes. Toda la información técnica del Radiómetro Neto aparece en este enlace.

Con unidad calefactora a bordo

Los sensores con calentador proporcionan medidas más precisas al mantener la trayectoria del sensor libre de rocío, escarcha, lluvia y nieve. En cada sensor del Radíometro Neto se incluye un calentador de 0,2 W. Estas necesidades de potencia son lo suficientemente bajas para poder ser cubiertas con un panel solar pequeño. Por otra parte, los calefactores se pueden apagar para ahorrar energía cuando no son necesarios.

Compacto y ligero

El diseño liviano y pequeño facilita el montaje del Radiómetro Neto en un brazo con la ayuda del soporte de montaje AM-500. Y además, el soporte facilita la nivelación precisa del Radiómetro Neto SN-500.

Resultados de grado de investigación

El SN-500 es comparable en precisión a otros radiómetros netos de cuatro componentes. Y en la mayoría de los casos, a un precio inferior.

Aplicaciones Típicas

La Radiación Neta es una variable clave en el balance energético e influye en los flujos turbulentos, incluida la evapotranspiración. Las aplicaciones incluyen medidas en torres de flujo y estaciones meteorológicas

Más información y catálogo en este enlace

Piranómetros de termopila Apogee Instruments

Piranómetros de termopila SP-510 y SP-610 de Apogee Instruments

Los Piranómetros de Termopila Apogee Instrumenst disponen de un detector de termopila de cuerpo negro con un rango espectral mayor, por lo que son más precisos en todas las condiciones atmosféricas. Estos piranómetros se han diseñado para su funcionamiento durante largos periodos de tiempo con un mantenimiento muy bajo.

El SP-510 está diseñado para medir la radiación de onda corta entrante. Mienstras que el SP-610 mide la radiación de onda corta reflejada desde la superficie terrestre. Ambos piranómetros emiten un voltaje analógico que es directamente proporcional a la radiación de onda corta incidente en una superficie plana (no necesariamente horizontal) en la que la radiación emana desde todos los ángulos de un hemisferio.

Respecto a las clasificaciones WMO e ISO. La WMO clasifica los piranómetros Buena Calidad y Calidad Moderada. Por su lado, ISO los clasifica como Primera Clase y Segunda Clase. Ver clasificación.

Precisos, medidas estables

Las calibraciones de los Piranómetros de termopila SP-510 y SP-610 son completamente trazables con el Centro Radiométrico Mundial (WRR) en Davos (Suiza). El modelo orientado hacia arriba (SP-510) está coseno corregido, con error de dirección < 20 W m-2 hasta un ángulo de incidencia de 80 °. La estabilidad a largo plazo en condiciones de campo es < 2% / año.

Diseño único

Los Piranómetros de Termopila de Apogee están diseñados para optimizar rendimiento y precio. Están compuestos por un filtro, un detector de termopila de cuerpo negro, un termistor de precisión integrado (para medir la temperatura del detector) alojados en una carcasa compacta que proporciona aislamiento térmico.

Se comercializan con 5m de cable de fábrica (personalizable) resistente a la radiación ultravioleta y la intemperie. La placa niveladora no está integrada.
No requieren alimentación eléctrica y se suministran con su correspondiente certificado de calibración.

El filtro del Piránometro de termopila SP-510 es un difusor acrílico. En cambio, el SP-610 tiene una ventana de vidrio.

Robustos y autolimpiables

La forma de cúpula de la cabeza del sensor (patentada) facilita la escorrentía del rocío y la lluvia para mantener limpio el sensor y así minimizar los errores causados por el polvo que bloquea la trayectoria de la radiación. Todos los componentes electrónicos de los Piranómetros de Termopila están completamente encapsulados.

Con Calentador a bordo

Los Piranómetros de termopila de Apogee Intruments incorporan un calentador de 0,2 W para evitar que el agua (líquida y congelada) se deposite en el sensor. Y por lo tanto, se minimizan los errores causados por el rocío, el hielo o la nieve que bloquean la trayectoria de la radiación.

Aplicaciones Habituales

Las aplicaciones más habituales de los piranómetros incluyen la medida de la radiación incidente de onda corta en agricultura, ecología, redes hidrometeorológicas y estaciones fotovoltaicas.

Los piranómetros de Apogee Intrument de la serie SP-500 y SP-600 son piranómetros de termopila de cuerpo negro y son sensibles a la mayoría del espectro solar, eliminando así los errores espectrales asociados con los piranómetros de células de silicio.

Catálogo de los equipos

Pirgeómetros de Apogee Instruments

Pirgeómetros SL-510 y SL-610 de Apogee Instruments para medir la radiación de onda larga ascendente y descendente

Todos los objetos con una temperatura superior al cero absoluto emiten radiación electromagnética. Así mismo, las longitudes de onda y la intensidad de la radiación emitida están relacionadas con la temperatura del objeto. La atmósfera y la superficie terrestre (el suelo, dosel vegetal, agua, nieve) emiten radiación en la zona del infrarrojo medio del espectro electromagnético (4-50 μm aprox).
Los pirgeómetros son sensores que miden la diferencia de radiación de onda larga entre la superficie del detector y la superficie hacia la que se dirige el detector (generalmente, la atmósfera o la superficie del suelo). Por lo que la radiación de onda larga emitida por la superficie de interés se puede calcular con la medida adicional de la temperatura del detector, que por lo general se realiza con la ayuda de un termistor interno o PRT.

Medidas precisas y estables

La calibración es trazable en condiciones controladas de laboratorio según WISG (World Infrared Standard Group, en Davos, Suiza). La deriva a largo plazo es inferior al 2 % / año, tal y como demuestran los ensayos acelerados de envejecimiento en condiciones de campo.

Sensores Robustos, autolimpiables

Los pirgeómetros de Apogee Instruments SL-510 y SL-610 consisten en un detector de termopila de cuerpo negro, un filtro de silicona con recubrimiento de carbono tipo diamante (para impermeabilizar), un termistor de precisión (mide la temperatura del detector) y un calentador. Todos estos componenets están alojados en una carcasa de aluminio anodizado. Esta carcasa compacta proporciona mejor aislamiento térmico. Los componentes electrónicos están encapsulados.

El sensor SL-510 es para las medidas atmosféricas (sensor orientado hacia arriba, mide la radiación de onda larga entrante).

SL-610 mide la superficie terrestre (sensor orientado y nivelado hacia abajo, mide la radiación de onda larga saliente).

La cabeza del sensor SL-510 tiene forma de cúpula para facilitar la escorrentía del rocío y la lluvia para mantener limpio el sensor. Y de esta forma, minimizar los errores causados por el polvo que bloquea la trayectoria de la radiación.

Salida de datos

La salida de los pirgeómetros es una tensión analógica directamente proporcional al balance de radiación de onda larga entre objetivo y detector. El detector es sensible a la radiación incidente sobre una superficie plana (no necesariamente horizontal) en la que la radiación emana desde todos los ángulos de un hemisferio. La radiación de onda larga incidente del detector se calcula a partir de la medida del balance de radiación y la temperatura del detector.

Con Calentador a bordo

Un calentador de 0,2 W mantiene el agua (líquida y congelada) fuera del sensor. Por lo que minimiza los errores causados por las interferencias del rocío, la lluvia, hielo o la nieve

Aplicaciones frecuentes

Las aplicaciones incluyen medidas de radiación de onda larga en redes climáticas agrícolas, ecológicas e hidrológicas y aplicaciones en energías renovables

Más información en este enlace

TS-100 Protector de radiación con ventilación forzada

Evaluación del TS-100 Protector de radiación con ventilación forzada para calcular el aumento de temperatura inducido por la radiación

No existe una referencia estándar para eliminar los efectos de la radiación en la medida de la temperatura del aire. Por lo general en el incremento de la temperatura inducido por la radiación (Radiation-induced Temperature Increase, RITI). Pero los protectores de radiación con ventilación forzada bien diseñados como el modelo TS-100 reducen al mínimo este efecto.

El aumento de temperatura inducido por radiación (RITI) se evaluó en un ensayo de larga duración sobre superficies cubiertas de nieve y de pastura. En el ensayo se compararon las medidas procedentes de diveros protectores de radiación con ventilación forzada:

  • nueve protectores  protectores de radiación con ventilación forzada de Apogee Instruments modelo TS-100.
  • dos protectores protectores de radiación con ventilación forzada de Met One modelo 076B.
  • dos protectores protectores de radiación con ventilación forzada de RM Young modelo 43502.

Para las comparaciones se emplearon termistores ST-110 en todos los protectores.

A pesar de la colocación cuidadosa de los protectores de radiación con ventilación forzada, lejos unos de otros y de la torre (ver imagen) y del filtrado para la dirección del viento, los resultados indican que hay más variabilidad entre los protectores repetidos (± 0,1ºC) del mismo modelo que entre los distintos modelos (± 0,05ºC). Por lo que se observa, que no hay diferencia estadística entre los tres modelos de protectores de radiación con ventilación forzada.

Las pruebas de campo también indican que la baja velocidad del viento tiene un mayor efecto en la RITI que la alta carga de radiación. Así, para escenarios de radiación solar > 800 Wm-2 y velocidades del viento <2 ms-1, la media de los protectores modelo TS-100 ha estado dentro de los 0,05ºC de los valores de los otros dos modelos. En cambio, a velocidades de viento más elevadas, los protectores TS-100 y R. M. Young tienen una lectura ligeramente más fría (-0,05ºC) que la media de los protectores Met One, pero la diferencia no es estadísticamente significativa.

Nuevos equipos de Apogee Instruments

Radiómetro Neto SN-500

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Mide los cuatro componentes de la radiación neta con piranómetros de cuerpo negro y una pareja de pirgeómetros.

La  medida de los componentes de la radiación por separado proporciona mejor precisión

Salida digital SDI-12 elimina la necesidad de emplear tantos canales analógicos

Cada radiómetro incorpora una unidad calefactora para aumentar la precisión, reduciendo al mínimo la influencia de rocío / escarcha y maximizar estabilidad

Compacto y ligero. Más información

Espectroradiómetro de Campo

espectroradiometro-campo-labferrer-apogee

Medidas en campo sencillas y en continuo, sin supervisión.

El equipo es pequeño,  ligero y resistente a la intemperie.

El consumo de energía es bajo (1 W a 12 V DC ), la compensación de la temperatura es automática y la unidad puede conectarse a un datalogger (vía protocolo de comunicación ModBus), permitiendo la medida continua en el campo.

Está disponible para dos opciones de longitud de onda de 340 a 820nm (Modelo SS-110); y de 635 a 1100nm (Modelo SS-120)

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