Estimación De La Radiación Solar Global Diaria En El Cantón Cuenca Mediante La Aplicación Del Modelo Bristow & Campbell
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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA SEDE CUENCA CARRERA DE INGENIERÍA AMBIENTAL Tesis previa a la obtención del título de: INGENIERO AMBIENTAL Título: “ESTIMACIÓN DE LA RADIACIÓN SOLAR GLOBAL DIARIA EN EL CANTÓN CUENCA MEDIANTE LA APLICACIÓN DEL MODELO BRISTOW & CAMPBELL” Autoras: Gabriela Jacqueline Delgado Orellana María Lorena Orellana Samaniego Director: Dr. Freddy Portilla. PhD Cuenca - Ecuador Febrero 2015 CERTIFICACIÓN Dr. Freddy Portilla. PhD Certifico: Haber dirigido y revisado prolijamente cada uno de los capítulos de la tesis titulada “ESTIMACIÓN DE LA RADIACIÓN SOLAR GLOBAL DIARIA EN EL CANTÓN CUENCA MEDIANTE LA APLICACIÓN DEL MODELO BRISTOW & CAMPBELL”, realizada por las estudiantes Gabriela Jacqueline Delgado Orellana y María Lorena Orellana Samaniego, y por cumplir los requisitos autorizo su presentación. Cuenca, febrero de 2015 ……………………………………………. Dr. Freddy Portilla. PhD DIRECTOR DE TESIS I DECLARATORIA DE RESPONSABILIDAD Nosotras, Gabriela Jacqueline Delgado Orellana portadora de la cédula de ciudadanía 190054338-8 y María Lorena Orellana Samaniego portadora de la cédula de ciudadanía 0104530761, estudiantes de la Carrera de Ingeniería Ambiental, certificamos que los conceptos desarrollados, así como los criterios vertidos en la totalidad del presente trabajo, son de exclusiva responsabilidad del autor. A través de la presente declaración cedemos los derechos de propiedad intelectual correspondiente a este trabajo, a la Universidad Politécnica Salesiana, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la Normativa Institucional Vigente. Cuenca, febrero de 2015 ……………………………………………. Gabriela Jacqueline Delgado Orellana ……………………………………………. María Lorena Orellana Samaniego II DEDICATORIA Gabriela Jacqueline Delgado Orellana Este trabajo de investigación va dedicado principalmente a: mis padres Carlos Delgado Ríos y Olga Orellana Arévalo que a pesar de la distancia en la que nos encontramos siempre estuvieron pendientes, dándome apoyo incondicional y palabras de aliento en los momentos de flaqueza, para que culmine esta etapa de mi vida. También a todos mis demás familiares, amigos y compañeros que hicieron posible por medio de su apoyo, la realización de este trabajo. María Lorena Orellana Samaniego Dedico a mi familia y amigos por ser siempre un apoyo incondicional en todas las etapas de mi vida III AGRADECIMIENTOS Al Instituto de Eficiencia de Eficiencia Energética y Energías Renovables (INER) por proporcionarnos los datos para la realización de la tesis A nuestro director de tesis el Dr. Freddy Portilla, quien supo guiarnos correctamente para el desarrollo de este proyecto. Al Biólogo Fernando Cárdenas quien con sus conocimientos nos ayudó de manera desinteresa en la realización de nuestra tesis. A la Universidad Politécnica Salesiana, a sus autoridades y colaboradores por abrirnos las puertas y compartir sus sabios conocimientos y valores, para nuestra formación profesional. IV RESUMEN En el siguiente estudio se pretende conocer la aplicabilidad del modelo de Bristow & Campbell para la estimación de la radiación solar global diaria en el cantón Cuenca. Los datos de radiación solar global, temperatura máxima y mínima y precipitación de 16 puntos utilizados fueron proporcionados por el Instituto Nacional de Eficiencia Energética y Energías Renovables (INER). Las variables utilizadas en el modelo fueron previamente analizadas mediante estadística descriptiva y el uso de redes neuronales para conocer su correlación con la radiación solar global. Se generaron dos modelos de estimación el primero sin tener en cuenta la condición días de lluvia y el segundo con la condición días de lluvia propuesta por Bristow y Campbell. Se determinó que el modelo presenta un mayor ajuste sin la aplicación de la condición días de lluvia, lo cual fue corroborado con el análisis de correlación de Pearson de las variables meteorológicas y la estimación de la radiación solar mediante redes neuronales. El modelo de Bristow y Campbell estima que la radiación solar global en el cantón Cuenca en el año 2014 fue de 15,367 MJ m-2 Día-1. Se determinó que existe una factibilidad de la utilización del modelo de Bristow & Campbell para la estimación de radiación solar global media diaria mensual. Sin embargo se recomienda ajustar los coeficientes con registros de futuros datos. V ÍNDICE DE CONTENIDO CERTIFICACIÓN ............................................................................................................. I DECLARATORIA DE RESPONSABILIDAD ............................................................... II DEDICATORIA .............................................................................................................. III AGRADECIMIENTOS .................................................................................................. IV RESUMEN ........................................................................................................................ V ÍNDICE DE CONTENIDO............................................................................................. VI ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................. VIII ÍNDICE DE TABLAS .................................................................................................... IX 1.1 Justificación ......................................................................................................... 1 1.2 Hipótesis .............................................................................................................. 4 1.3 Objetivos ............................................................................................................. 4 1.3.1 Objetivos Generales ..................................................................................... 4 1.3.2 Objetivos Específicos ................................................................................... 4 1.4 Alcance de la tesis ............................................................................................... 5 1.5 Estructura de la tesis ................................................................................................. 5 2.1. Radiación Solar ....................................................................................................... 7 2.1.1. Constante solar ................................................................................................. 8 2.1.2. Distancia entre el sol y la tierra ...................................................................... 10 2.1.3 Altitud del Sol .................................................................................................. 12 2.1.4 Longitud del día. .............................................................................................. 13 2.1.5 Transparencia de la atmósfera ......................................................................... 13 2.2 Radiación Extraterrestre ......................................................................................... 15 2.3 Radiación Solar Global .......................................................................................... 15 2.3.1 Radiación solar directa..................................................................................... 16 2.3.2 Radiación solar difusa ...................................................................................... 16 2.4 Modelos de estimación ........................................................................................... 16 2.4.1 Horas de insolación .......................................................................................... 16 2.4.2 Temperatura y precipitación ............................................................................ 17 VI 2.5 Modelo de Bristow & Campbell ............................................................................ 17 2.5.1 Experiencias del modelo de Bristow & Campbell ........................................... 18 2.6 Experiencia del uso de modelos de estimación de radiación incidente en el Ecuador ......................................................................................................................... 19 3.1. Área de estudio ...................................................................................................... 21 3.2. Equipos de medición ............................................................................................. 21 3.3. Datos ...................................................................................................................... 22 3.4. Análisis de las variables. ....................................................................................... 24 3.5. Análisis de la relación de las variables en redes neuronales. ................................ 24 3.6. Modelo de Bristow & Campbell ........................................................................... 25 3.7. Generación de mapa de radiación.......................................................................... 28 3.7.1. Método de interpolación de Kriging. ............................................................. 28 3.8 Análisis de resultados ............................................................................................. 29 4.1. Análisis de las variables ....................................................................................... 31 4.2. Análisis de las variables utilizando redes neuronales............................................ 35 4.3. Análisis del modelo de Bristow y Campbell ......................................................... 36 REFERENCIAS