Análisis estadístico

Foro de Estudios sobre GuerreroMedio Ambiente y Recursos Naturales Mes, 2015 Vol. 1 No.1 1-15-[Uso de FESGRO]

Análisis estadístico de variables climatológicasCaso: Puente Campuzano, Taxco - Guerrero

ALANÍS-NAVARRO-J. Andrés†', RIVERA-ROMÁN, Ó. Misael', BAHENA-LANDA, M. Yuridia'[email protected]

' Departamento de Ingeniería en Energía. Universidad Politécnica del Estado de Guerrero, Comunidad de Puente Campuzano km 105, Taxco de Alarcón Guerrero, C.P. 40321.

(Indicar Fecha de Envio: Mes , Dia , Año); Aceptado (Indicar Fecha de Aceptación: Uso Exclusivo de FESGRO 2015)

Resumen

Se presenta un análisis de algunas variables climatológicas de la localidad de Puente Campuzano ubicada en el municipio de Taxco - Guerrero. La estación climatológica se ubica en la Universidad Politécnica del Estado de Guerrero, específicamente en las coordenadas geográficas: 18.44°, -99.58°. Se realiza un estudio de estadística descriptiva de las principales variables utilizadas para el diseño de invernaderos, sistemas fotovoltaicos, para implementar estrategias de arquitectura bioclimática, entre otras aplicaciones. Las variables analizadas son: temperatura ambiente, temperatura de una superficie, irradiancia y velocidad del viento. Se obtuvieron las medidas de tendencia central y las medidas de dispersión de cada variable física. Se presentan los histogramas de la distribución de los datos de temperatura, irradiancia y velocidad de viento, así como un sumario de las principales características estadísticas de las distintas distribuciones de los datos. La distribución de los datos de las cuatro variables físicas presentan una asimetría izquierda, y sólo la temperatura de superficie presenta una moda de 45.50 °C. La irradiancia media mensual es de 634.02 W/m2, la media de la velocidad es de 2.75 m/s, y la media de las temperaturas ambiente y de superficie son: 26.67 °C y 31.30 °C, respectivamente.

Palabras clave: Estación climatológica, estadística descriptiva.

Abstract

It is presented an analysis of weather variables of Puente Campuzano's community, located at Taxco - Guerrero. The weather station is located in the Polytechnic University of Guerrero State, specifically at geographical coordinates: 18.44°, -99.58°. A descriptive statistics analysis is realized of the main variables utilized for design of greenhouse, photovoltaic systems, to implement bioclimatic architecture approaches, and other real applications. The analyzed variables are: environmental temperature, surface temperature, solar irradiance and wind velocity. Location and dispersion values were obtained of each physical parameter. Is presented the histograms of data distribution of temperature, irradiance and wind velocity, and also a summary of the main statistical characteristics of the different data distribution. All the data distribution have a left asymmetry, and only the surface temperature has a mode of 45.50 °C. Monthly irradiance mean is 634.02 W/m2, the mean wind velocity is 2.75 m/s, and the mean of environmental and surface temperature are: 26.67 °C y 31.30 °C, respectively.

Keywords: weather station, descriptive statistics.

mailto:[email protected]


Introducción

Actualmente, en el estado de Guerrero se tiene acceso al uso de variables climatológicas confiables que permitan realizar un diseño y/o dimensionamiento de sistemas ambientales y solares: secadores solares, invernaderos, diseño de casas habitación considerando los aspectos de arquitectura bioclimática, etc. Sin embargo, las estaciones climatológicas se encuentran localizadas en zonas específicas, y no resulta factible utilizar información de una zona alejada del sitio de interés. En el estado de Guerrero, el sistema de protección civil cuenta con 34 estaciones climatológicas automáticas (EMAs) [SMA, 2015], de las cuales, sólo una está ubicada en el municipio de Taxco de Alarcón Guerrero, específicamente en las coordenadas: 18°32'53", 99°36'10", y a una altitud de 1654 msnm (metros sobre el nivel del mar). En este trabajo se presenta la información de algunas variables climatológicas de la zona sur de Taxco de Alarcón, las cuales, por su ubicación geográfica (18.44°, -99.58°) son similares a las condiciones de Iguala de la Independencia, entre otras comunidades como el Naranjo, y Taxco el Viejo.

Objetivos

Formar una base de datos de variables climatológicas que sirvan como referencia para el diseño de sistemas ambientales y solares, en la zona sur del municipio de Taxco - Guerrero.

Comprender, desde el punto de vista estadístico, la variación de algunos parámetros físicos utilizados en climatología.

Metodología

Se realizaron mediciones de manera automatizada durante el año 2014 y 2015 de las variables: irradiancia, velocidad de viento, temperatura ambiente, y temperatura de una superficie de absorción selectiva, con un coeficiente de absorción de ~87%. Las mediciones se realizaron sistemáticamente cada 10 minutos en el horario de 6:00 h a 23:50 h. Debido a la gran cantidad de datos, en este trabajo sólo se presenta la información del mes de marzo del presente año.

El sistema utilizado para la adquisición de las variables climatológicas es “SMA Sunny sensor box”, el cual incluye un anemómetro de copas, así como una celda calibrada para medir la irradiancia solar, expresada como potencia solar por unidad de área (W/m2) o transferencia de energía por unidad de área y unidad de tiempo (J/(m2s)). En la figura 1 se muestra una fotografía del sistema de adquisición de datos.

Figura 1: Celda de referencia y anemómetro utilizados para la medición de irradiancia y velocidad de viento, respectivamente.


La siguiente etapa consistió en realizar un análisis estadístico de las variables físicas estudiadas. Se realizó un análisis para determinar las medidas de tendencia central o medidas de localización, así como las medidas de dispersión utilizando el programa de cómputo OriginPro 8. Las medidas de tendencia central calculadas son: i) la media, ii) mediana, y iii) moda; mientras que las medidas de dispersión analizadas son: iv) el rango, v) desviación estándar (s), vi) sesgo u oblicuidad (sk: skewness) y vii) el coeficiente de variación (CV) [Levin, 2004; Devore, 2008].

Resultados

Los datos de la irradiancia solar, de la temperatura de la superficie, así como de la temperatura ambiente se presenta en el Gráfico 1. Es posible observar que la irradiancia alcanza valores cercanos a 1150 W/m2, mientras que la temperatura de la superficie supera los 45 °C, con una temperatura mínima de 14 °C, por otra parte, temperatura ambiente oscila entre 21 °C y 32 °C.

Gráfico 1: Irradiancia, temperatura ambiente y de superficie en función del tiempo.

La variación de la velocidad en función del tiempo se presenta en el Gráfico 2, el cual se compara con la variación de la temperatura de la superficie de absorción selectiva. Se puede observar que ambas variables físicas siguen una tendencia.

Gráfico 2: Velocidad del viento y temperatura de superficie en función del tiempo.

Análisis de datos mediante estadística descriptiva

Debido a la gran cantidad de información de las variables analizadas, se optó por realizar un análisis de estadística descriptiva, la cual incluye el cálculo de las medidas de tendencia central: media, mediana y moda, así como las medidas de dispersión: rango, desviación estándar, sesgo, y coeficiente de variación. En el Gráfico 3 se presenta el histograma de los datos de irradiancia solar. Los datos de irradiancia no presentan moda, tienen una media de 634.02 W/m2, una mediana es 737.92 W/m2, el rango es de 1131.98 W/m2 y un coeficiente de variación de 0.6. En el Gráfico 4 se presenta el histograma de los datos de velocidad del viento. Los datos de velocidad de viento tiene una media de 2.75 m/s, una mediana de 3.04 m/s y no presenta moda; tiene un rango de 4.33 m/s y un coeficiente de


variación de 0.44. Respecto a la temperatura ambiente, en el Gráfico 5 se muestra su histograma. La media de los datos es de 26.67 °C, una mediana de 27.07 °C y no presenta moda; tiene un rango de 14.19 °C y un coeficiente de variación de 0.14. Finalmente, en el Gráfico 6 se muestran los resultados del análisis de los datos de temperatura superficial son los siguientes: una media de 31.30 °C, una mediana de 32.10 °C, y una moda de 45.50 °C; presenta un rango de 32.6 °C y un coeficiente de variación de 0.34.

Gráfico 3: Histograma de los datos de irradiancia.

Gráfico 4: Histograma de la velocidad del viento.

Gráfico 5: Histograma de la temperatura ambiente.

Gráfico 6: Histograma de la temperatura superficial.

En la tabla 1 se presenta un resumen de las principales medidas de tendencia central y las medidas de dispersión de las variables físicas estudiadas en este trabajo.

Tabla 1: Resumen de las medidas de tendencia central y de dispersión de las variables analizadas.

Media Mediana Moda Rango S Sk CVIrradiancia -- -0.33 0.60Velocidad 2.75 m/s 3.04 m/s -- 4.33 m/s 1.20 m/s -0.21 0.44T_Ambiente 26.67 °C 27.07 °C -- 14.19 °C 3.63 °C -0.27 0.14T_Superficie 31.30 °C 32.10 °C 45.50 °C 32.60 °C 10.66 °C -0.07 0.34

634.02 W/m2 737.92 W/m2 1131.98 W/m2 380.37 W/m2


Conclusiones

Se presenta un análisis estadístico de algunas variables climatológicas útiles para el diseño y desarrollo de proyectos relacionados con la energía renovable y el medio ambiente: energía eólica, diseño de invernaderos, calefacción natural, calentadores y secadores solares, generación de energía a partir de la energía solar, entre otras aplicaciones. Esta información es útil para la zona sur del municipio de Taxco de Alarcón, Guerrero. La distribución de los datos de las cuatro variables físicas presentan una asimetría izquierda, y sólo la temperatura de superficie presenta una moda, la cual es de 45.5 °C. La media de las variables de irradiancia, velocidad de viento, temperatura ambiente y de superficie son: 634.02 W/m2, 2.75 m/s, 26.67 °C y 31.30 °C, respectivamente. Los datos de irradiancia solar presentan una mayor hetereogeneidad (60%), en comparación con las demás variables. La temperatura ambiente es el parámetro de mayor homogeneidad, al presentar un coeficiente de variación de 14%.

En el presente trabajo se muestra información parcial de un estudio de mayor envergadura, sin embargo, la información está disponible para su consulta.

Agradecimientos

A la Universidad Politécnica del Estado de Guerrero y al departamento de Ingeniería en Energía y en Tecnología Ambiental por proporcionar los datos climatológicos.

Referencias

Devore Jay L. (2008). Probabilidad y Estadística para Ingeniería y Ciencias. México D.F.: CENGAGE Learning.

Richard Levin I., y Rubin, David S.. (2004). Estadística para administración y economía. México: Pearson Educación.

SMN. (2015). Estaciones climatológicas automáticas (EMAs). 26/08/2015, de Servicio Meteorológico Nacional Sitio web: http://smn.cna.gob.mx/emas/catalogoe.html

http://smn.cna.gob.mx/emas/catalogoe.html

Análisis estadístico

Environment

Transcript of Análisis estadístico