diapositivas complementarias radiación

8/19/2019 diapositivas complementarias radiación

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Transporte de calor por radiación


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Bibliografía

Holmann, Heat Transfer, 6ª edición

Incropera, Fundamental of Heat and Mass Transfer, 6ª

edición


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Radiación

térmica


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Las ondas electromagnéticas se propagan a la velocidad de la luz

(c = 3 x 108 m/s en el vacío).

Radiación

térmica

c

radiación térmica

microondas

infrarrojoultravioleta

rayos X

Rayos

gamma

0,1 μm 100 μm


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Radiación

térmica

http://coolcosmos.ipac.caltech.edu/image_galleries/ir_zoo/scorpion.html

32

33 oC

29

27

24


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4T E b

Eb = energía radiada por unidad de tiempo y unidadde área, por el cuerpo negro (W/m2)

Ley de Stefan-Boltzmann

poder emisor de un

cuerpo negro

σ es la constante de Stefan-Boltzmann

5,669 x 10-8 W/(m2.K4)


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Emisividad monocromática vs λ


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Fracción que se refleja ( )

Fracción que se absorbe( )

Fracción que se transmite ()

1

Propiedades de la radiación



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Especular Difusa

Tipos de reflección


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La mayoría de los sólidos no transmiten la radiacióntérmica, entonces la transmitancia es igual a cero

La emisividad, , es la relación entre el poder emisorde un cuerpo real respecto al poder emisor de uncuerpo negro expuesto a la mismas condiciones detemperatura

1

b

E

E

La emisividad varía con λ , T y las condiciones de lasuperficie.


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Identidad de Kirchhoff

Absorbe toda la

radiación incidente

Aq EA iEnergía emitida por el cuerpo

Energía absorbida

por el cuerpo

En el equilibrio:



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Cuerpo gris

Aquel que tiene una emisividad monocromática independientede la longitud de onda,

.

La emisividad total del cuerpo se puede relacionar con laemisividad monocromática dándose cuenta de que

Eb es el poder emisor de un cuerpo negro por unidad delongitud de onda

,b E

E

0

d E E b4

0

T d E E bb

Poder emisor monocromático del cuerpo

Poder emisor monocroimático del cuerpo

negro

misma

λ y T


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Se deduce que

Si se impone la condición de cuerpo gris donde la emisividad

es independiente de la longitud de onda entonces:

4

0

T

d E

E E

b

b


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Eb puede relacionarse con la densidad de energía utilizando los

métodos de la termodinámica estadística,

C1 = 3,743 x 108 W.µm4 /m2

C2

= 1,4387 x 104 µm.K

4cu E b

12

5

1

T C be

C E

constante de Boltzmann k = 1,38066*10-23 J/K

1

8 5

kT hc

e

hcu


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Ley del desplazamiento de Wien



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Para calcular la cantidad de energía radiada por un cuerpo negro

en un intervalo de longitudes de onda especifico. La fracción de la

energía total radiada entre1 y 2 entonces,

Eb0-∞ es la radiación total emitida en todas las longitudes de onda

se obtienen en tablas

0

10

0

20

021

b

b

b

bbb

E

E

E

E E E

4

10

4

204

21T

E T

E T E bbb

4

0 T E b


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λ 1 λ 2

4

10

4

204

21T

E T

E T E bbb


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500 K

Tenemos dos cuerpos (emisor difuso) a diferente T

200 K1

2

n o r

m a l

F12 es la fracción de la energía que sale de 1 y llega a 2

F21 es la fracción de la energía que sale de 2 y llega a 1

Factores de forma

F t d f


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Factor de forma

R l ió d i id d


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Relación de reciprocidad

212121 F A F A

F t d f l i fi i it


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Factor de forma con la misma superficie que emite

plana

cóncava

convexa


Regla de la s ma


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Regla de la suma

1

2

34

5

6

n

j

ij F 1

1

Relaciones

de los

factores

de forma


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El factor de forma total es la suma de sus componentes

Relaciones de los factores de forma

A1 A2

A3

A1,2

Factor de forma para rectángulos paralelos


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Factor de forma para rectángulos paralelos



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27/31


Transferencia

de

calor

por

radiación


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Transferencia de calor por radiación

Irradiación, G

radiación

reflejada

radiosidad, J

poder emisor, E

Planos paralelos infinitos


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Planos paralelos infinitos

Se considera A1 = A2 y F1-2 igual a la unidad.

A1

A2

Cilindros largos concéntricos


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Cilindros largos concéntricos

Se considera A1 ≠ A2 y F1-2 igual a la unidad.

A1A2

Objeto convexo en un recinto cerrado grande


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Objeto convexo en un recinto cerrado grande

Si un objeto convexo completamente contenido en una

superficie cóncava muy grande

A1 /A2 0 y F1-2 =1

Esta ecuación de aplica para el cálculo de la pérdida decalor de un objeto en un recinto cerrado grande

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