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  Tema 5. RADIACIÓN

- Notación
- Conceptos y Definiciones
- Potencia máxima emitida. Cuerpo negro. Emisividad. Absortividad
- Coeficiente de transferencia de calor combinado ( convección + radiación )
   
ARRIBA NOTACIÓN
 

- En ESTE DOCUMENTO la velocidad de tranferencia de calor se denota por Q-punto que es lo mismo que.
- En ESTE DOCUMENTO el flujo de calor ( Q-punto / A ) se denota por q-punto que es lo mismo que .

   
 

- OTRA NOTACIÓN que se puede ver en otros libros o apuntes es la siguiente:
--
Para la velocidad de transferencia de calor :
--
Para el flujo de calor: j

   
ARRIBA CONCEPTOS Y DEFINICIONES
  - La radiación es la energía emitida por la materia en forma de ondas electromagnéticas ( o fotones ) , como resultado de los cambios en las configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas. En lo que respecta a la transferencia de calor es de interés la radiación térmica o forma de radiación emitida por los cuerpos debido a su temperatura. La radiación térmica suele corresponder a la banda de frecuencias del infrarrojo.
   
  - Todos los cuerpos a una temperatura por encima del 0 absoluto emiten radiación térmica. La radiación es un fenómeno volumétrico y todos los sólidos, líquidos y gases emiten, absorben o reflejan radiación en diversos grados. Sin embargo la radiación térmica suele considerarse como un fenómemo superficial para los sólidos que son opacos a la radiación térmica, como los metales, la madera y las rocas, ya que la radiación emitida por las regiones interiores de un material de este tipo nunca puede llegar a la superficie y la radiación incidente sobres esos cuerpos suele absorberse en unas cuantas micras hacia dentro en dichos sólidos.
   
  - A diferencia de la conducción y la convección, la radiación no necesita un medio de transmisión y puede ocurrir en el vacío. La transferencia de calor por radiación es la más rapida, a la velocidad de la luz. No sufre atenuación en el vacío.
   
ARRIBA POTENCIA MÁXIMA EMITIDA. CUERPO NEGRO. EMISIVIDAD. ABSORTIVIDAD.
 

- La potencia máxima máxima de radiacíón que puede ser emitida desde una superficie a una temperatura Ts se modela mediante la Ley de Stefan-Boltzmann cuya expresión es:


Donde s = 5.67 E-8 W / ( m2 K4 ) es la constante de Stefan-Boltzmann.
As es el área de la superficie emisora.
Ts es la temperatura de la superficie emisora.

- La superficie idealizada que emite radiación a la potencia máxima se llama cuerpo negro y la radiación emtida por éste radiación del cuerpo negro. La radiación del cuerpo negro representa la cantidad máxima de radiación que puede ser emitida desde una superficie a una temperatura específica.
   
 

- La radiación emitida por las superficies reales es siempre menor que la que emitiría un cuerpo negro a la misma temperatura. Para cuantificar la radiación emitida por una superficie real respecto a la que emitiría el cuerpo negro se utiliza la emisividad e, es decir, la emisividad representa la radiacion emitida por una superficie respecto a la que emitiría el cuerpo negro:



- La radiación emitida por una superficie real se expresa es una porción de la que emitiría el cuerpo negro. Esa porción viene dada por la emisividad. La radiación emitida por una superficie real se expresa como:



- El rango de valores de la emisividad está comprendrido en el intervalo: 0 < e< 1 . Para el cuerpo negro e = 1 .
   
 

- Otra propiedad importante relativa a la radiación es la absortividad a que representa la fracción de radiación incidente sobre una superficie que es absorbida por ésta. Su valor está comprendido en el rango 0 < a< 1 . Un cuerpo negro absorbe toda la radiación incidente sobre él, es un absorbente perfecto ( a = 1 ) .

   
 

- En general , tanto la emisividad como la absortividad de una superficie dependen de su temperatura y de la longitud de onda de la radiación. Según la Ley de Kirchhoff de la radiación: "La emisividad y la absortividad de una superficie a una temperatura y longitud de onda dadas son iguales".

- La diferencia entre las velocidades de radiación emitida por la superficie y radiación absorbida por la misma es la transferencia neta de calor por radiación. Si la velocidad de absorción de radiación es mayor que la de emisión se dice que la superficie está ganando energía por radiación. De lo contrario se dice que está perdiendo energía por radiación.

   
 

- Cuando una superficie de emisividad e y área superficial As que se encuentra a una temperatura absoluta Ts, está completamente encerrada por una superficie mucho mayor ( o negra ) que se encuentra a la temperatura absoluta Talred y separadas por un gas ( como el aire ) que no interviene en la radiación la rapidez neta de transferencia de calor por radiación entre estas dos superficies se expresa por:



- En este caso especial la emisividad y el área de la supercie circundante no influyen en la transferencia neta de calor por radiación.
   
ARRIBA COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR COMBINADO ( convección + radiación )
 

- La transferencia de calor por radiación hacia una superficie, o desde ésta, rodeada por un gas como el aire, ocurre paralela a la convección ( o radiación si no existe movimiento macroscópico del gas ) entre la superficie y el gas. La transferencia total de calor se determina al sumar las contribuciones de los dos mecanismos de transferencia. Con el objeto de hacer los cálculos más sencillos en muchas ocasiones se define el llamado coeficiente combinado de transferencia de calor donde se incluyen los efectos simultáneos de la convección y la radiación. Entonces, la velocidad total de transferencia de calor hacia una superficie o desde ésta, por convección y radiación, se expresa como:



Tf: temperatura del fluido lo suficientemente lejos de la superficie

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