TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACION
TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACION
INTEGRANTES:LAZARO GALVEZCALONGE YARLEQUEVICTORIO GIANSALDAA
VICTOR
NATURALEZA DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIN
En la transferencia radiante de calor, el medio a travs del cual
se transfiere el calor casi nunca se calienta. Bsicamente, este
mecanismo consiste en una transferencia de calor por radiacin
electromagntica.La radiacin trmica es una forma de radiacin
electromagntica similar a los rayos X, las ondas de luz, los rayos
gamma, etc, y la nica diferencia es la longitud de onda
El mecanismo de transferencia de calor por radiacin est
constituido por tres etapas o fases:
1. La energa trmica de una fuente de calor, como pared de un
horno a T1, se convierte en la energa de las ondas de radiacin
electromagntica. 2. Estas ondas se desplazan a travs del espacio en
lnea recta y llegan a un objeto fro a T2, como un tubo que contiene
el agua que se desea calentar.3. Las ondas electromagnticas que
chocan contra el cuerpo son absorbidas por ste y se vuelven a
transformar en energa o calor.
Espectro de Radiacin
Los fotones son emitidos o absorbidos por la materia. La
longitud de onda de la radiacin est relacionada con la energa de
los fotones, por una ecuacin desarrollada por Planck:E = hc/Donde h
se llama constante de Planck, su valor es h = 6,63 x 10-34 Js.
Espectro de Radiacin
LEYES DE RADIACIN
Todos los objetos emiten energa radiante, cualquiera sea su
temperatura; ejemplo, el Sol, la Tierra, la atmsfera, los Polos,
las personas, etc. La energa radiada por el Sol a diario afecta
nuestra existencia en diferentes formas. Esta influye en la
temperatura promedio de la tierra, las corrientes ocenicas, la
agricultura, el comportamiento de la lluvia, etc.
Ley de Stefan.
Considerar la transferencia de radiacin por una superficie de
rea A, que se encuentra a una temperatura T. La radiacin que emite
la superficie, se produce a partir de la energa trmica de la
materia limitada por la superficie. La rapidez a la cual se libera
energa se llama potencia de radiacin H, su valor es proporcional a
la cuarta potencia de la temperatura absoluta. Esto se conoce como
la ley de Stefan, que se escribe como:
Donde = 5.67x10-8 W/(m2K4) se llama constante de
Stefan-Boltzmann (Ludwing Boltzmann, austriaco, 1844-1906) y es una
propiedad radiativa de la superficie llamada emisividad, sus
valores varan en el rango 0 < < 1, es una medida de la
eficiencia con que la superficie emite energa radiante, depende del
material.
Ley de Planck, expresa la cantidad de energa que emite un cuerpo
negro por unidad de superficie y por longitud de onda (poder
emisivo moncromtico, Eb)
Ley de WienEstablece a qu longitud de onda se produce el mximo
poder emisivo monocromtico para una temperatura dada (max T = 2898;
max en m, T en K) . Un dato de relevancia es que a 300 K, que es
aproximadamente la temperatura de la superficie terrestre, el mximo
de emisin para un cuerpo negro se produce hacia los 10 m.
Ley de Kirchoffestablece que = . En equilibrio termodinmico se
da que = .
En un cuerpo negro, la intensidad de la radiacin es constante.
En este caso, el flujo por unidad de ngulo slido y por unidad de
superficie emisora en la direccin es el que corresponde a la
direccin normal multiplicado por el cos . Igualmente en el caso de
recibir un haz de radiacin con una inclinacin .
Ley de Lambert La tasa de radiacin Res la energa emitida por
unidad de rea por unidad de tiempo (potencia por unidad de
rea).
Emisividad, e : 0 > e > 1Constante de Stefan-Boltzman: s =
5.67 x 10-8 W/mK4Intensidad de Radiacin, I, o Radiancia, LSe define
como el flujo radiante (energa por unidad de tiempo) por unidad de
ngulo slido observado en una determinada direccin, dividido por el
rea aparente de la fuente en la direccin observada. El rea aparente
de la superficie es el valor de la superficie multiplicada por el
coseno del ngulo que forma la perpendicular a la superficie y la
direccin de observacin. La unidad en que se mide es el vatio por
stereorradin y metro cuadrado (W/m2 /sr)
Cuerpo negroCuerpo ideal que absorbe la totalidad de la radiacin
incidente = = 1. Es tambin el mejor emisor.La emisin de energa
radiante de un cuerpo negro, Eb, es la energa que emite ese cuerpo
ideal. Depende slo de la temperatura Emisividad, , : Ratio entre el
poder emisivo, E, de un cuerpo y el de un cuerpo negro. (Total =
E/Eb y espectral = E/Eb .
Cuerpo grisAquel en que la emisividad es constante en todas las
longitudes de onda
Cuerpo realLa emisividad espectral depende de la longitud de
onda. Una ley bsica debida a Kirchoff establece que = .
PROBLEMAS
1) Una carretera de superficie ennegrecida a una temperatura de
320 K recibe energa radiante del Sol por un valor de 700 W/m2.
Calcular la radiacin neta ganada por cada m2 de la superficie de la
carretera. Solucin: la energa que emite la superficie de la
carretera es:
Como del Sol recibe 700 W/m2, la radiacin neta es:
2) Una superficie esfrica de 12 cm de radio se calienta a 627
0C. La emisividad es 0.12. Qu potencia se radia?
A = 0.181 m2 T = 627 + 273; T = 900 K
P = 808 WPotencia radiada desde la superficie:
