Método de prueba estándar ASTM E903-20 para absorción, reflexión y transmitancia solar de materiales utilizando esferas integradoras

El estándar “ASTM E903-20 Método de prueba estándar para absorción, reflectancia y transmitancia solar de materiales utilizando esferas integradoras” publicado por la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales (ASTM) describe un método de prueba que especifica la medición de absorción espectral, reflectancia, y transmitancia de materiales mediante espectrofotómetros equipados con esferas integradoras.

Esta norma especifica métodos para calcular características ponderadas solares a partir de valores espectrales medidos. Este método de prueba es aplicable a materiales con propiedades ópticas tanto especulares como difusas. Este método de prueba es aplicable a materiales con recubrimientos ópticos aplicados con especial consideración por el efecto sobre los tejidos del material probado.

Los materiales de láminas conductoras que no son homogéneos, texturizados, estampados o corrugados requieren consideraciones especiales para la aplicabilidad de este método de prueba. En este sentido, la norma "Método de prueba estándar ASTM E1084-86 para la transmitancia solar (terrestre) de materiales laminares utilizando luz solar" se considera más adecuada para determinar las propiedades ópticas en masa de materiales texturizados o no homogéneos. Para materiales homogéneos, se prefiere este método de prueba al método de prueba descrito en ASTM E1084-86(2023).

Este método de prueba se refiere a aplicaciones que utilizan distribuciones espectrales solares de referencia estándar, pero también se puede aplicar utilizando espectros seleccionados alternativos siempre que se informen la fuente y los detalles de la distribución y ponderación espectral solar.

Para los propósitos de esta norma, se aplican los siguientes términos y definiciones, además de las definiciones dadas en ASTM E772-15:

• Una esfera integradora es un dispositivo óptico que se utiliza para recolectar el flujo reflejado o transmitido de una muestra a un hemisferio o para lograr la irradiación isotrópica de una muestra de un hemisferio completo. Consiste en una cavidad de forma aproximadamente esférica con aberturas para aceptar y detectar flujo y, a menudo, con aberturas adicionales en las que se colocan las muestras y las muestras de referencia.
• El hemisferio casi normal indica que la radiación es direccional cerca de la superficie de la muestra y el flujo de la superficie o del entorno se recoge en todo un hemisferio para su detección.
• La energía solar fotovoltaica se refiere a una propiedad óptica y especifica el promedio ponderado de la propiedad espectral utilizando como función de ponderación el número de fotones por segundo por unidad de área derivada de una distribución de irradiancia solar estándar.
• Es una superficie que tiene una superficie lisa, plana y horizontal, sin asperezas ni protuberancias, y está libre de desigualdades o irregularidades superficiales.
• Especular indica que el flujo sale de una superficie o medio en un ángulo numéricamente igual al ángulo de incidencia, que se encuentra en el mismo plano que el rayo incidente y es perpendicular, pero en el lado opuesto de la perpendicular a la superficie. Difuso se ha utilizado en el pasado para referirse a la colección hemisférica (incluido el componente especular). Este uso ha quedado obsoleto en favor del término más preciso hemisferio.
• La naturaleza de una superficie texturizada y desigual. Se refiere a tener algún grado de aspereza, aspereza o protuberancias.

Las mediciones de transmitancia (o reflectancia) espectral normal en el hemisferio cercano se realizan en el rango espectral de 300 a 2500 nm con un espectrofotómetro de esfera integradora. La transmitancia, reflectancia o absorción solar se obtiene mediante el cálculo directo de integrales de convolución apropiadas o calculando un promedio ponderado con una irradiancia espectral solar estándar o seleccionada como función de ponderación mediante el método de ordenadas ponderada o seleccionada.

La absorción, reflexión y transmitancia de la energía solar son importantes en el rendimiento de todos los sistemas de energía solar, desde los sistemas de construcción pasivos hasta los sistemas de recepción centralizados de energía. Este método de prueba proporciona un medio para determinar estos valores en condiciones constantes que representan un promedio que se puede encontrar durante el uso de un sistema en la zona templada.

La absorción, reflexión y transmitancia de la energía solar son importantes para el control térmico de las naves espaciales y la energía solar de los sistemas extraterrestres. Este método de prueba también proporciona una manera de determinar estos valores en condiciones extraterrestres.

Este método de prueba está diseñado para proporcionar datos reproducibles adecuados para comparar resultados entre laboratorios o por el mismo laboratorio en diferentes momentos y para comparar datos obtenidos en diferentes materiales.

Este método de ensayo ha demostrado ser práctico para materiales lisos con propiedades ópticas tanto especulares como difusas. Los materiales texturizados, no homogéneos, con patrones o ranurados requieren especial atención. La rugosidad superficial puede deberse a procesos físicos o químicos como el prensado, el laminado, la abrasión o la deposición de películas o capas químicas sobre los materiales, lo que da lugar a superficies texturizadas.

La magnitud de la rugosidad superficial en el espectrofotómetro y sus componentes (tamaño del haz, apertura de la esfera, configuración del portamuestras) puede afectar significativamente la precisión de las mediciones realizadas con este método. Incluso si la repetibilidad o sensibilidad de las mediciones de materiales texturizados es buena, incluyendo mediciones repetidas en diferentes ubicaciones u orientaciones de la muestra, las distintas especificaciones de los espectrofotómetros en diferentes laboratorios pueden generar diferencias significativas en los resultados de las mediciones.

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