Uso do Arduíno como um sistema alternativo para medir radiação solar global e práticas educacionais

Abstract

Resumo Quantificar a intensidade da radiação solar incidente na superfície terrestre é extremamente importante, pois os processos de ordem natural, sejam eles físicos, químicos e/ou biológicos dependem diretamente dela. Contudo, existem algumas dificuldades para medir esta variável, na qual destaca-se o custo elevado de equipamentos para esta finalidade. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi desenvolver um protótipo de baixo custo para medir radiação solar global bem como promover a contextualização do ensino de física. Uma estrutura de alumínio fundido, para minimizar os efeitos térmicos e as intempéries sobre suas medidas foi desenvolvida. Esta estrutura era coberta com um difusor plano de acrílico e uma cúpula semi-esférica de vidro que envolvia o sensor fotoresistivo. O protótipo foi conectado ao arduino, usado como datalogger, através de um cabo de rede. Para a calibração do protótipo foi utilizado um piranômetro comercial modelo CM5 da KIPP & ZONEN. Índices estatísticos para se medir a acurácia do protótipo foram aplicados. As medidas foram realizadas continuamente, a cada minuto, durante cinco dias. Os resultados mostraram: coeficiente de determinação foi de R 2 = 0 , 957, de eficiência ( ε = 0 , 95 ), índice de concordância de Willmott ( d = 0 , 99 ) e o erro médio absoluto ( E M A = 51 , 22 W m − 2 ). Verifica-se uma boa aproximação dos valores de radiação solar global medidas pelo protótipo referentes aos do CM5. Portanto, a construção deste protótipo é útil para facilitar e difundir medidas diárias de radiação solar global e, sobre tudo, poderá contribuir com a contextualização dos conceitos estudados em Física nos ensinos básico e superior.Abstract Quantifying the intensity of the incoming solar radiation at the earth's surface is important, to the natural, physical, chemical and / or biological processes. However, there are some difficulties in measuring this variable, due to the high cost of equipment for this purpose. Thus, the objective of this work was to develop a low cost prototype to measure global solar radiation. A cast aluminum frame, covered with a flat acrylic diffuser and a semi-spherical glass dome, to surround the photoresist sensor and minimize thermal and weather effects on its measurements, was made. The prototype was connected to the arduino, used as datalogger. A commercial KIPP & ZONEN pyranometer model CM5 was used for calibration. Measurement accuracy was determined by determination coefficients ( R 2 = 0.957 ), coefficients of efficiency ( ε = 0.95 ), Willmott agreement index ( d = 0.99 ), and mean absolute error ( M A E = 51.22 W m − 2 ). There is a good approximation of the global solar radiation values measured by the prototype for CM5. Therefore, the construction of this prototype is useful to facilitate and diffuse daily measurements of global solar radiation and, overall, may contribute to the contextualization of the concepts studied in physics in the highschool and colege education.