Universidad Nacional
"Pedro Ruiz Gallo"
FACULTAD DE INGENIERÍA
MECÁNICA ELÉCTRICA
CURSO
Laboratorio de ingeniería mecánica
CATEDRÁTICO
Ing. CIP Julca Orozco Teobaldo
Laboratorio N° 3
ENSAYO Nº 3: DEPENDENCIA DE INTENSIDAD DE
CORRIENTE ELÉCTRICA E IRRADIACIÓN SOLAR EN
FUNCIÓN DE ÁNGULOS DE INCIDENCIA
ALUMNO
MENDOZA CRUZADO JHIAN MARCO
180300I
13 de enero de 2023
2
ÍNDICE
I.
OBJETIVOS................................................................................................... 5
FUNDAMENTO TEÓRICO ...................................................................... 6
II.
2.1. Radiación solar ....................................................................................... 6
2.2. Irradiancia solar ...................................................................................... 7
2.3. Energías renovables ................................................................................ 7
2.4. Energía solar ........................................................................................... 8
2.5. Energía eólica ......................................................................................... 9
III.
EQUIPOS E INSTRUMENTOS .............................................................. 12
3.1. Radiómetro digital ................................................................................ 12
3.2. ANEMOMETRO: ................................................................................. 12
3.3. Termómetro de columna de mercurio ................................................... 13
3.3.1. Bulbo húmedo. ............................................................................... 13
3.3.2. Bulbo seco. ..................................................................................... 13
I.
DATOS EXPERIMENTALES .................................................................... 14
II.
CÁLCULOS Y RESULTADOS .............................................................. 15
III.
GRÁFICOS .............................................................................................. 16
3.1. Irradiación vs Tiempo ........................................................................... 16
3.2. Velocidad del Viento vs Tiempo .......................................................... 16
3.3. Temperatura de Bulbo Seco vs Tiempos .............................................. 17
3.4. Temperatura de Bulbo Húmedo vs Tiempo .......................................... 18
3
3.5. Humedad Relativa vs Tiempo............................................................... 18
IV.
OBSERVACIONES, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .... 19
4.1. Observaciones: ...................................................................................... 19
4.2. Conclusiones: ........................................................................................ 19
4.3. Recomendaciones: ................................................................................ 19
V.
ANEXOS .................................................................................................. 20
IV.
VIII: BILIOGRAFÍA ................................................................................ 22
4
Índice de figuras
Figura 1 Energía eólica ........................................................................................ 8
Figura 2 Energía solar fotovoltaica. .................................................................... 9
Figura 3 Energía eólica. ..................................................................................... 11
Figura 4 Gráfico de TBH vs Tiempo. ................................................................ 11
Figura 5 Bulbo húmedo ..................................................................................... 13
Figura 6 Gráfico de TBH vs Tiempo. ................................................................ 13
Figura 7 Gráfico de Irradiación vs Tiempo. ...................................................... 16
Figura 8 Gráfico Velocidad del Viento vs Tiempo. .......................................... 17
Figura 9 Gráfico de TBS vs Tiempo. ................................................................ 17
Figura 10 Gráfico de TBH vs Tiempo. .............................................................. 18
Figura 11 Gráfico Humedad Relativa vs Tiempo. ............................................. 18
5
I.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
a) Monitorear potencialmente las energías renovables de la playa de Eten.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
a) Conocer las diferentes fuentes de energías renovables solar y eólico y sus
monitoreos del potencial en Lambayeque; sin contaminación de la naturaleza.
b) Medición de Radiación Solar, Velocidad del Viento y Temperatura (TBS y TBH)
de la playa escogida (Playa Eten).
6
II.
2.1.
FUNDAMENTO TEÓRICO
Radiación solar
Es la energía emitida por el sol en forma de radiación electromagnética que llega
a la atmósfera. Se mide en superficie horizontal, mediante el sensor de radiación o
piranómetro, que se sitúa orientado al sur y en un lugar libre de sombras. La unidad de
medida es vatios por metro cuadrado (W/m²).
La radiación solar medida en cada una de las estaciones meteorológicas es
ofrecida en unidades de potencia y está en vatios por metro cuadrado (W/m²). En el caso
de los datos recogidos cada 10 minutos se trata de la potencia media en 10 minutos y en
el caso de la radiación diaria representa la potencia media del día.
Si se quiere convertir la radiación solar global en unidades de potencia a unidades
de energía, en caso de utilizarse los datos de 10 minutos debe multiplicarse cada uno de
los valores de potencia en W/m² por 600 s (segundos en 10 minutos) y el resultado estará
en julios por metro cuadrado (J/m²). En caso de utilizarse el valor de la radiación solar
global media diaria, debe multiplicarse el valor de potencia en W/m² por 86.400 s
(segundos de un día) y el resultado estará en julios por metro cuadrado (J/m²).
La luz es la radiación que resulta visible al ojo humano. Su longitud de onda está
comprendida entre 400 y 730 nm. La radiación cuya longitud de onda es inferior a 400
nm se denomina radiación ultravioleta, y la de longitud de onda superior a 730 nm,
infrarroja. El Sol emite energía en forma de radiación de onda corta. Después de pasar
por la atmósfera, donde sufre un proceso de debilitamiento por la difusión, reflexión en
las nubes y de absorción por las moléculas de gases (como el ozono y el vapor de agua)
y por partículas en suspensión, la radiación solar alcanza la superficie terrestre oceánica
y continental que la refleja o la absorbe. La cantidad de radiación absorbida por la
7
superficie es devuelta en dirección al espacio exterior en forma de radiación de onda larga,
con lo cual se transmite calor a la atmósfera. (IDEAM, 2021)
2.2.
Irradiancia solar
La irradiancia solar se mide en vatios por metro cuadrado (W/m2) en unidades
SI. La radiación solar a menudo se integra durante un período de tiempo determinado
para informar la energía radiante emitida en el entorno circundante (Julios por metro
cuadrado, J/m2 ) durante ese período de tiempo.
“La irradiancia es la potencia de la radiación solar por unidad de área. En el
sistema internacional de unidades se mide en (W/m2) (Planas, 2019)”.
2.3.
Energías renovables
Las energías renovables, muchas veces son llamadas, energías limpias; porque son
aquellas procedentes de recursos limpios e inagotables porque son capaces de regenerarse
de manera natural. La energía hídrica o hidráulica, la energía solar o la energía eólica son
algunos ejemplos de energía renovable.
Además
de
ser
energías
inagotables, no
producen
gases
de
efecto
invernadero (GEI), causantes principales del cambio climático, así como otras emisiones
contaminantes, por lo que tienen un impacto ambiental muy escaso. Se puede decir que
las energías renovables son fuentes de energía limpias.
Una energía limpia y renovable se llama energía verde, pero es importante saber
que no toda la energía limpia es renovable, como la energía nuclear. (Garrett, 2022)
8
Figura 1
Energía eólica
Fuente: (Aura Energía, s.f.)
2.4.
Energía solar
La energía solar es una energía renovable, obtenida a partir del aprovechamiento
de la radiación electromagnética procedente del Sol. La radiación solar que alcanza la
Tierra ha sido aprovechada por el ser humano desde la antigüedad, mediante diferentes
tecnologías que han ido evolucionando.
De todas las fuentes de energía, la energía solar es la que más abunda y, además,
también puede obtenerse aún con el cielo nublado. La velocidad a la que la Tierra
intercepta la energía solar es aproximadamente 10 000 veces superior a la velocidad con
la que la humanidad consume la energía.
Las tecnologías solares pueden producir calor, refrigeración, luz natural,
electricidad y, también, combustibles para multitud de aplicaciones. Las tecnologías
9
solares convierten la luz solar en energía eléctrica, ya sea mediante paneles fotovoltaicos
o a través de espejos que concentran la radiación solar.
El coste para la fabricación de los paneles solares ha descendido estrepitosamente
durante la última década, haciendo que sean, además de asequibles, a menudo la forma
más económica de producir electricidad. Los paneles solares tienen una vida útil de
alrededor de 30 años y existen en una gran variedad de tonalidades en función del tipo de
material usado durante su fabricación. (Enel, 2022).
Figura 2
Energía solar fotovoltaica.
Fuente: (Repsol, s.f.)
2.5.
Energía eólica
La energía eólica es aquella que se obtiene a partir de la fuerza del viento. ¿Cómo?
A través de un aerogenerador que transforma la energía cinética de las corrientes de aire
en energía eléctrica. El proceso de extracción se realiza principalmente gracias al rotor,
10
que transforma la energía cinética en energía mecánica, y al generador, que transforma
dicha energía mecánica en eléctrica. Hablamos de una energía renovable, eficiente,
madura y segura clave para la transición energética y la descarbonización de la economía.
En muchas zonas del mundo nos encontramos vientos fuertes con velocidades
muy altas; sin embargo, los mejores lugares para generar esta energía se localizan, algunas
veces, en los sitios más remotos. La generación de energía eólica en zonas acuáticas
supone un destacado potencial.
Los aerogeneradores han de orientarse en la dirección del viento esto sucede gracias a
una veleta que se encuentra en la góndola. A partir de ahí, la fuerza de las corrientes de
aire pondrá en funcionamiento las tres principales partes del aerogenerador:
 El rotor: compuesto por tres palas y el buje que las une, su función es captar la fuerza
del viento y convertirla en energía mecánica de rotación.
 La multiplicadora: unida al motor mediante un eje, su función es elevar la velocidad
de giro de 30 revoluciones por minuto (rpm) a 1500 rpm.
 El generador: este elemento se encarga de convertir la energía mecánica de rotación
en energía eléctrica.
11
Figura 3
Energía eólica.
Fuente: (Acciona, s.f.)
Figura 4
Gráfico de TBH vs Tiempo.
Fuente: (Acciona, s.f.)
12
III.
3.1.
EQUIPOS E INSTRUMENTOS
Radiómetro digital
 3½ pantalla LCD dígitos con la lectura máxima de 2000 .
 Rango de sensibilidad espectral: 400nm-1100nm
 Disponible para un ángulo de medición (campo de visión): 80° - 90°
 temperatura de funcionamiento: 5 degC to 40degC
 Storage temperature: -10 degC to 60 degC.
3.2.
ANEMOMETRO:
Es un instrumento que sirve para medir la dirección del viento y la velocidad -
fuerza del viento. La escala que nos enumera la calma a huracán se llama escala de
Beaufort. La consecuencia en el mar son las olas. La escala de Douglas numera de mar
plana a mar enorme las olas.
13
3.3.
Termómetro de columna de mercurio
3.3.1. Bulbo húmedo.
El termómetro de bulbo húmedo es un termómetro de mercurio que tiene el
bulbo envuelto en un paño de algodón empapado de agua, que se emplea para medir la
temperatura húmeda del aire.
Figura 5
Bulbo húmedo
Fuente: (Acciona, s.f.)
3.3.2. Bulbo seco.
La temperatura de bulbo seco o temperatura seca es la medida con un
termómetro convencional de mercurio o similar cuyo bulbo se encuentra seco.
Figura 6
Gráfico de TBH vs Tiempo.
Fuente: (Aura Energía, s.f.)
14
I.
DATOS EXPERIMENTALES
Tabla 1
Mediciones realizadas
HORA
08:00
08:15
08:30
08:45
09:00
09:15
09:30
09:45
10:00
10:15
10:30
10:45
11:00
11:15
11:30
11:45
12:00
12:15
12:30
12:45
13:00
13:15
13:30
13:45
14:00
14:15
14:30
14:45
15:00
15:15
15:30
15:45
16:00
16:15
16:30
16:45
17:00
17:15
17:30
17:45
18:00
V.VIENTO(m/s)
8.2
7.4
9.5
10.2
7.2
7.4
8.9
8.8
6.3
8.2
8.6
7.8
6.8
7.2
8.7
8.5
8.8
8.5
8.3
7.5
8.1
9.6
9.1
10.9
11.8
7.2
9.1
9.9
9.5
9.8
9.5
10.2
9
10.5
11.2
9.9
10.4
10.1
10.2
7.8
9.9
IRRADIANCIA
(W/m2)
300
498
561
570
582
611
606
598
601
635
690
783
836
879
900
922
954
978
986
991
999
860
851
830
820
789
759
762
734
679
655
598
506
410
393
351
364
361
336
242
174
TEMPERATURA
TBS (ºC)
TBH (ºC)
21
20
21
20
23
21
22
20
23
21
22
20
23
21
23
22
24
23
24
22
23
21
23
21
24
22
25
24
25
23
25
23
26
24
25
24
25
24
26
24
26
25
23
19.5
22
16
21.5
16.5
22
16.8
21
16.7
22
16
21.5
17
21
16.8
21
16.5
20
17
20
16.5
19
16.9
19
16
19
16
18
16
18.2
15.7
18.3
15.8
18.4
16
17.5
15.5
17
15.1
HUMEDAD
R.
81%
79%
84%
84%
80%
75%
74%
74%
68%
57%
54%
57%
47%
44%
42%
41%
37%
32%
29%
33%
25%
28%
31%
29%
33%
35%
31%
36%
34%
35%
37%
34%
36%
38%
40%
44%
46%
50%
56%
60%
68%
15
II.
CÁLCULOS Y RESULTADOS
Según los datos recolectados se pudieron calcular los siguientes resultados:
Tabla 2
Resultados de Experimento.
VARIABLE
RESULTADO
Velocidad del Viento Promedio
8,94 m/s
Irradiación Promedio
657,4 W/m2
TBS Promedio
21,91 °C
TBH Promedio
19,35 °C
Humedad R. Promedio
49 %
Fuente: Elaboración propia.
16
III.
GRÁFICOS
3.1. Irradiación vs Tiempo
Figura 7
Gráfico de Irradiación vs Tiempo.
IRRADIACIÓN (W/M2)
1200
13:00; 999
1000
800
600
400
200
0
IRRADIACIÓN (W/M2)
Полиномиальная (IRRADIACIÓN (W/M2))
Nota. Se muestra la característica curva en forma de campana que forman los datos
de la irradiación, ya que al medio día es cuando más irradiación hay. Fuente: Propia.
3.2. Velocidad del Viento vs Tiempo
17
Figura 8
Gráfico Velocidad del Viento vs Tiempo.
VELOCIDAD DEL VIENTO (m/s)
14
12
10
8
6
4
2
0
VELOCIDAD DEL VIENTO (m/s)
Линейная (VELOCIDAD DEL VIENTO (m/s))
Fuente: Elaboración Propia.
3.3. Temperatura de Bulbo Seco vs Tiempos
Figura 9
Gráfico de TBS vs Tiempo.
Temperatura de Bulbo Seco (°C)
30
8:00
8:30
9:00
9:30
10:00
10:30
11:00
11:30
12:00
12:30
13:00
13:30
14:00
14:30
15:00
15:30
16:00
16:30
17:00
17:30
18:00
25
20
15
10
5
0
TBS (°C)
Линейная (TBS (°C))
Fuente: Elaboración Propia.
18
3.4. Temperatura de Bulbo Húmedo vs Tiempo
Figura 10
Gráfico de TBH vs Tiempo.
Temperatura de Bulbo Humedo (°C)
30
25
20
15
10
5
0
TBH (°C)
Линейная (TBH (°C))
Fuente: Elaboración Propia.
3.5. Humedad Relativa vs Tiempo
Figura 11
Gráfico Humedad Relativa vs Tiempo.
Humedad Relativa
100%
80%
60%
40%
20%
0%
HUMEDAD RELATIVA
Линейная (HUMEDAD RELATIVA)
Fuente: Elaboración Propia.
19
OBSERVACIONES, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
3.6. Observaciones:
 Las mediciones fueron realizadas en intervalos de 15 min, por lo que la
confiabilidad que presentan no son las óptimas para realizar un estudio de
energía disponible, para ello se debería realizar una medición más continua.
 Viendo las mediciones en la playa son mayores que en la ciudad, por lo que las
mediciones deben realizarse en donde será el proyecto
3.7. Conclusiones:
 Se concluyó que a la 01:00 pm de la tarde se obtuvo el valor más alto respecto a
la irradiación solar medida con en radiómetro.
3.8. Recomendaciones:
 Para realizar mediciones más confiables y con menos índices de error se debe
evitar tomar las mediciones a lugares de edificios o lugares donde interrumpa el
curso normal del viento.
 Para realizar tomar las mediciones se debe tener en cuenta que debe tener su
calibración en un periodo aceptable para obtener las mediciones más confiables
al realizar el estudio.
 Es importante cerciorarse que el instrumento a usar este con una óptima carga, ya
que un instrumento con baja batería podría entregar resultados erróneos.
20
IV.
ANEXOS
21
22
V.
BILIOGRAFÍA
Acciona. (s.f.). Obtenido de https://www.acciona.com/es/energias-renovables/energiaeolica/?_adin=11551547647
Aura Energía. (s.f.). Obtenido de https://www.aura-energia.com/ventajas-einconvenientes-de-las-energias-renovables/
Enel. (19 de 01 de 2022). ¿Qué es la energía solar y cómo funciona? Obtenido de
https://www.enel.pe/es/sostenibilidad/que-es-la-energia-solar-y-comofunciona.html
Garrett, C. (29 de 06 de 2022). Energías renovables: ¿Qué son y para qué sirven?
Obtenido de https://climate.selectra.com/es/que-es/energias-renovables
IDEAM. (18 de 09 de 2021). RADIACIÓN SOLAR. Obtenido de
http://www.ideam.gov.co/web/tiempo-y-clima/radiacion-solarultravioleta#:~:text=RADIACI%C3%93N%20SOLAR%20%2D%20IDEAM&t
ext=La%20radiaci%C3%B3n%20solar%20es%20la,procesos%20atmosf%C3%
A9ricos%20y%20el%20clima.
Planas, O. (04 de 02 de 2019). Irradiancia solar e irradiación solar: diferencias, origen
y tipos. Obtenido de https://solar-energia.net/que-es-energia-solar/radiacionsolar/irradiacion-solar
Repsol. (s.f.). Obtenido de https://www.repsol.com/es/conocenos/quehacemos/desarrollo-energias-renovables/energia-solar/index.cshtml
Yirda, A. (22 de 6 de 2022). ConceptoDefinición. Obtenido de Medición:
https://conceptodefinicion.de/medicion/