Desenvolvimento de elemento sensor para medida de irradiância solar total

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Franciele Carlesso
• Orientador(a): Luiz Angelo Berni, Graziela da Silva Savonov
• Banca de defesa: Waldeir Amaral Vilela, Danieli Aparecida Pereira Reis, Tiago Franca Paes
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Ciência e Tecnologia de Materiais e Sensores
• País: BR
• Resumo em Inglês: Variations in total solar irradiance (TSI) influence the Earths climate. The global energy balance and climate can be impacted by changes in TSI, making accurate solar measurements important to discern the long-term effects influence. TSI measurements have been made continually by spaceborne instruments since 1978. These measurements rely on active cavity radiometers, which use black interior surfaces to absorb incident sunlight. The conical cavity are made mostly of electrodeposited silver due the high thermal conductivity property and black film interior surfaces to absorb incident sunlight. Ni-P has advantages over traditionally used black paints providing robustness to solar exposure and having good thermal conductivity. Ni-P alloy coating has been used for applications in different fields of science and finishing industries due high corrosion resistance, wear resistance and hardness. Although etched Ni-P by the oxidizing acids produces high absorptivity coating across the entire solar spectrum for terrestrial and spaceborn optical applications. The work purpose is the development of a sensor element coated with black Ni-P absorber film and optical characterization. This research presents the study of Ni-P electroless deposition to produce a black Ni-P coating with low reflectance. This work also presents the silver cavity with diffuse black Ni-P interior coating development, which converts absorbed incident radiation to thermal energy. The Bidirectional Reflectance Distribution Function (BRDF) measurements was performed in black Ni-P flat samples. The BRDF data were used in the study of the geometry of the absorber cavity in a ray tracing software. The reflectance measures allowed an innovative way of the sensor element geometry study considering the film characteristics. The conical cavities were designed with different geometry of cylindrical extension and curved ends. Flat samples and cavities absorptance properties characterization were performed with different methodologies. The Ni-P characterization in flat samples presented high solar absorptance (99,5 \%) properties making its use viable as solar absolute radiometers. The study allowed the cavities development to be used as sensor element in the first Brazilian absolute radiometer.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2018/02.04.23.10

As variações da irradiação solar total (TSI) influenciam o clima da Terra. Essas mudanças impactam no balanço de energia global e medições precisas são fundamentais para entender os efeitos em longo prazo dessa influência. Medidas da TSI têm sido realizadas continuamente por instrumentos a bordo de satélites desde 1978. Essas medições utilizam radiômetros de substituição elétrica, os quais dependem de cavidades absorvedoras de radiação solar. As cavidades possuem o interior revestido com materiais pretos para absorver a radiação solar incidente. As cavidades são construídas, principalmente, de prata eletrodepositada devido a sua alta condutividade térmica e o interior revestido com materiais pretos absorvedores. O Ni-P enegrecido tem apresentado vantagens em relação às tradicionais tintas pretas em virtude da maior robustez a exposição solar e melhor condutividade térmica. As ligas de Ni-P são tipicamente utilizadas em diferentes campos da ciência e na indústria devido à alta resistência à corrosão, resistência ao desgaste e dureza. Contudo o filme de Ni-P atacado quimicamente com ácido oxidantes produz superfícies de alta absortância em todo o espectro solar apresentando aplicações em ambiente espacial e terrestre. O objetivo geral deste trabalho é o desenvolvimento de um elemento sensor constituído de um substrato cônico de prata e revestido internamente com um filme absorvedor de Ni-P enegrecido e sua caracterização ótica. Nesse trabalho foi estudado o processo de deposição de Ni-P electroless para a produção de Ni-P enegrecido. Também foi realizado o desenvolvimento de cavidade de prata com o interior revestido com o Ni-P enegrecido, o qual converte a radiação incidente em energia térmica. Para avaliar a refletância no filme enegrecido foram realizadas medidas da função BRDF (Bidirectional Reflectance Distribution Function) em amostras planas. Esses dados foram utilizados no estudo da geometria da cavidade absorvedora em um software de traçados de raios permitindo o estudo com diferentes geometrias com extensão cilíndrica e extremidade curva. As medidas do perfil de refletância permitiram o estudo da geometria do elemento sensor de forma inovadora considerando as características do filme. A caracterização da absortância das amostras planas e cavidades foi estudada através de diferentes metodologias. O filme de Ni-P enegrecido apresentou alta absortância solar (99,5 \%) em amostras planas, tornando sua utilização viável em radiômetros. O estudo possibilitou o desenvolvimento de cavidades para serem utilizadas como elemento sensor no primeiro radiômetro absoluto brasileiro.