27408780 Transfer en CIA de Calor Por Radiacion

TRANSFERENCIA DE CALOR POR Camilo Andrs Crdenas Medina RADIACIN Mara Fernanda Vergara MendozaUNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

RADIACIN: PROCESOS Y PROPIEDADES Introduccin Conceptos Fundamentales Radiacin de cuerpo negro Emisin superficial Absorcin, reflexin y transmisin superficiales Ley de Kirchoff

CONTENID O

INTERCAMBIO DE RADIACIN ENTRE SUPERFICIES Intercambio de radiacin de cuerpo negro Intercambio de radiacin entre superficies grises, Transferencia de difusas, en un recinto 2 calor por radiacin

INTRODUCCI ON

La radiacin trmica es la radiacin electromagntica emitida por un cuerpo como resultado de su temperatura. La radiacin no requiere la presencia de un medio entre el sistema y sus alrededores.Tomado de: Primera ley de la termodinmica. Manuel Cabarcas

Transferencia de calor por radiacin

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CONCEPTOS FUNDAMENTALESLa presencia del vaco evita la perdida de energa por conduccin y conveccin. La radiacin se puede ver como la propagacin de ondas electromagnticas o la propagacin de una acumulacin de fotones. Cumpliendo:

Tomado de: http://www.astrocosmo.cl


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CONCEPTOS FUNDAMENTALES

Tomado de: Fundamentos de transferencia de calor. INCROPERA


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INTENSIDAD DE RADIACIN

La radiacin que emite una superficie se propaga en todas las direcciones posibles, estos efectos direccionales se pueden tratar mediante la intensidad de radiacin.



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Intensidad espectral

El flujo de radiacin espectral asociado con dA1


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Al conocer es posible hallar el flujo de calor asociado con la emisin en cualquier ngulo solido finito integrando Para hallar el ngulo solido asociado con todo el hemisferio integramos Siendo El flujo total de calor asociado con la emisin en todas las direcciones y en todas las longitudes de onda es:


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RELACIN CON LA EMISINPotencia emisivaCantidad de radiacin emitida por rea superficial unitaria.

Potencia espectral emisiva

Potencia emisiva total hemisfrica

Emisor Difuso : La intensidad de radiacin emitida es independiente de la direccin.Transferencia de calor por radiacin

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RELACIN CON LA EMISION

EJEMPLO: Se sabe que una superficie de rea A1=103m2 emite de forma difusa y que la intensidad total asociada con la emisin en la direccin normal es In=7000 W/m2.sr . La radiacin emitida desde la superficie es interceptada por otras tres superficies de reas A2=A3=A4=10-3 m2, que estn a 0,5m de A1. Cul es la intensidad asociada con la emisin en cada una de las tres direcciones? Cules son los ngulos slidos subtendidos por las tres superficies cuando se ven desde A1? Cul es la rapidez a la que la radiacin emitida por A1 es interceptada por las tres superficies?


Transferencia de calor por radiacin 10

RELACIN CON LA EMISION


SOLUCIN

1 ) I=7000 W/m2.sr Para cada una de las 3 direcciones (emisor difuso). 2)

dAn es la proyeccin de la superficie normal a la direccin de radiacin.


RELACIN CON LA EMISIONSOLUCIN3)



RELACIN CON LA IRRADIACIN espectral La irradiacinIrradiaci n Espectral

se define como la rapidez a la que la radiacin incide sobre una superficie, por unidad de rea de la superficie y por intervalo de longitud de onda unitaria.

Donde

es el ngulo slido unitario

Irradiac in Total Si la radiacin incidente es difusa :


RELACIN CON LA RADIOSIDAD

La radiosidad explica toda energa radiante que sale de una superficie, incluyendo la parte reflejada. La Radiosidad Espectral representa la rapidez a la que la radiacin de longitud de onda sale de una unidad de rea superficial por intervalo de longitud de onda unitaria.Radiosidad espectral Radiosidad Total

Reflector y emisor difuso



Cuerpo Negro 1. Absorbe toda la radiacin incidente. 2. Ninguna superficie puede transmitir mas energa que el cuerpo negro. 3. Es un emisor difuso. 4. Existe radiacin de cuerpo negro dentro de la cavidad.

RADIACIN DE CUERPO NEGRO



DISTRIBUCION DE PLANCK

La distribucin espectral de emisin de cuerpo negro:

Distribucin de Planck tencia emisiva espectral del cuerpo negro :


DISTRIBUCION DE PLANCK1. La radiacin emitida vara de forma continua con la longitud de onda. 2. La magnitud de la radiacin aumenta al ascender T. 3. Hay mas radiacin a longitudes de onda mas pequeas. 4. Una fraccin de la radiacin emitida por el Sol est en la regin visible.Tomado de: Fundamentos de transferencia de calor. INCROPERA


LEY DE DESPLAZAMIENTO DE WIEN

La potencia emisiva espectral mxima se desplaza a longitudes de onda mas cortas al aumentar la temperatura


LEY DE STEFANBOLTZMANNPotencia emisiva Total , E b

Cuerpo Negro o Radiador ideal Superficie real

Intensidad total asociada con la emisin


Transferencia de calor por 20

EMISION DE BANDAEs la fraccin de la emisin total de un cuerpo negro que esta en cierto intervalo de longitudes de onda o banda.

Fraccin de la radiacin entre dos longitudes de onda:


TABL A 12 . 1



RADIACION DE CUERPO NEGROEJEMPLO: Considere un recinto isotrmico grande que se mantiene a una temperatura uniforme de 2000 K. Calcule la potencia emisiva de la radiacin que emerge de una pequea abertura sobre la superficie del recinto. Cul es la longitud de onda por debajo de la cual se concentra el 10% de la emisin?Cul es la longitud de onda por arriba de la cual se concentra el 10% de la emisin? Determine la potencia emisiva espectral mxima y la longitud de onda a la que ocurre esta emisin. cul es la irradiacin incidente sobre un objeto colocado dentro del recinto?


RADIACION DE CUERPO NEGROSOLUCIN: 1.

2. Tabla 12.1 se usa para hallar el valor de 1 de la siguiente forma:

3. De la ley de Wien , despejando: Conociendo m , con la tercera columna de la tabla x 12.1 hallamos la potencia emisiva espectral.


RADIACION DE CUERPO NEGROSOLUCIN 3. Por consiguiente: 3. 4. Como la emisin es difusa:

4.


EMISION SUPERFICIALEMISIVIDAD: La razn de la radiacin emitida por una superficie real a la radiacin emitida por un cuerpo negro a la misma temperatura.

Emisividad direccional espectral

Emisividad Total hemisfricaTomado de: Fundamentos de transferencia de calor. INCROPERA



Tomado de: http://es.wikipedia.org


ABSORCIN, REFLEXIN Y TRANSMISION SUPERFICIALES

Para una componente espectral de la irradiacin, partes de esta irradiacin se pueden reflejar, absorber y transmitir. Donde la irradiacin espectral viene dada por:Transferencia de calor por radiacin 28

ABSORTIVID AD

Es una propiedad que determina la fraccin de la irradiacin absorbida por una superficie. La absortividaddireccional espectral, , de una superficie se define como la fraccin de la intensidad espectral incidente en la direccin de y que la superficie absorbe:


ABSORTIVIDAD

Sin embargo para clculos de la ingeniera, se trabaja con propiedades superficiales que representan promedios direccionales. Definimos entonces absortividad hemisfrica espectral:


REFLECTIVID AD

Es una propiedad que determina la fraccin de la radiacin incidente reflejada por una superficie. Adems de depender de la direccin de la radiacin incidente, tambin depende de la direccin que presente la radiacin Esta reflejada. definida como :


REFLECTIVIDAD

Para casos de clculos en definimos reflectividad espectral como:

ingeniera hemisfrica


TRANSMITIVID AD

Es una propiedad que determina la fraccin de la radiacin incidente que se transmite por una superficie. Los resultados mas razonables se encuentran por el uso de transmitividades hemisfricas definidas como:


LEY DE KIRCHOFF

La siguiente relacin se conoce como la ley de Kirchoff:

Ninguna superficie real puede tener una potencia emisiva que exceda la de una superficie negra a la misma temperaturaTransferencia de calor por radiacin 34

INTERCAMBIO DE RADIACIN ENTRE SUPERFICIES

El

intercambio de radiacin entre superficies depende en gran medida de las formas y orientaciones de las superficies, as como de sus propiedades radiativas y temperaturas.


FACTOR FORMA

El factor de forma Fij se define como la fraccin de la radiacin que sale de la superficie i que es interceptada por la superficie j. Una relacin importante del factor forma esta dada por relacin del rea de las superficies.Transferencia de calor por radiacin 36

FACTOR FORMA PARA RECTANGULOS PARALELOS ALINEADOS

Tomado de : FUNDAMENTOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR , INCROPERA


FACTOR FORMA PARA DISCOS COAXIALES PARALELOS



INTERCAMBIO DE RADIACIN DE CUERPO NEGROEJEMPLO: La cavidad de un horno, que tiene la forma de un cilindro de 75 mm de dimetro y 150 mm de longitud, est abierta en un extremo a un medio que esta a 27C. Los lados y la parte inferior se pueden aproximar como cuerpos negros, se calientan elctricamente, estn bien aislados, y se mantienen a temperaturas de 1350 y 1650C, respectivamente. Cunta potencia se requiere para mantener las condiciones del horno?Transferencia de calor por radiacin 39

Esquema

EJEMPLOSOLUCIN: Suposiciones:


EJEMPLOSOLUCIN: La potencia debe balancear las perdidas de calor del horno nica perdida de calor por radiacin a travs de la abertura de rea A3 Como los alrededores son grandes, el intercambio de radiacin se trata mediante la aproximacin de la superficie como cuerpo negro a T3 = Tair La perdida de calor se expresa como: Y esto es igual a:


EJEMPLOSOLUCIN: La potencia debe balancear las perdidas de calor del horno nica perdida de calor por radiacin a travs de la abertura de rea A3 Como los alrededores son grandes, el intercambio de radiacin se trata mediante la aproximacin de la superficie como cuerpo negro a T3 = Tair La perdida de calor se expresa como: Y esto es igual a: 1 .Transferencia de calor por radiacin 42

EJEMPLODe la tabla 2, se sigue que con (rj/L) = (0.0375/0.15) 0.25 Y (L/ri)= (0.15/0.0375)=4, F23=0.06. De la regla de la suma: 0.94 Y de la reciprocidad: De aqu, como F13 = F12 de la simetra, reemplazando valores en 1 F21= 1-F23= 1-0.06 =


INTERCAMBIO DE RADIACIN DE CUERPO NEGRO

La radiacin puede salir de una superficie debido a la reflexin y emisin, y al alcanzar una segunda superficie, experimenta reflexin as como absorcin. Pero se simplifica para superficies que son cuerpos negros no hay reflexin.



INTERCAMBIO DE RADIACIN ENTRE SUPERFICIES GRISES, DIFUSAS, EN UN RECINTO

Su principal implicacin se debe a la reflexin de la superficie. Cada superficie del recinto se supone isotrmica y caracterizada por una radiosidad e irradiacin uniformes.

Tomado de la

FUNDAMENTOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR , INCROPERA


INTERCAMBIO DE RADIACIN EN UNA SUPERFICIE

El termino , es la transferencia neta de radiacin que sale de la superficie i, representa el efecto neto de las interacciones radiactivas que ocurren en la superficie. Tambin es la rapidez a al que la energa tendra que ser transferida a la superficie por otros medios para mantenerla a temperatura constante


INTERCAMBIO DE RADIACIN ENTRE SUPERFICIES

La

irradiacin de la superficie i se puede evaluar a partir de todas las radiosidades de todas las superficies del recinto. transferencia de radiacin hacia i a travs de su resistencia superficial debe ser igual a la transferencia de radiacin desde i a de Transferencia todas las otras calor por radiacin 47 superficies a travs de

La

RECINTO DE DOS SUPERFICIES

El ejemplo mas sencillo de un recinto es uno que incluye dos superficies que intercambian radiacin solo entre ellas. La transferencia neta de radiacin desde la superficie 1, q1 , debe ser igual a la transferencia neta a la que se intercambia radiacin entre 1 y 2


CUBIERTAS DE RADIACIN

Las cubiertas de radiacin Sin se usan para reducir la transferencia neta de radiacin entre dos superficies.

cubierta de radicacin :

Con cubierta de radicacin :


SUPERFICIE RERRADIANTE

Esta superficie se caracteriza por una transferencia neta de radiacin cero (qi=0).


CONCLUSIONES


BIBLIOGRAFA

INCROPERA, FRANK P. Fundamentos de Transferencia de Calor. Cuarta edicin. BIRD R.B., Stewart W.E., Fenmenos de Transporte , Quinta edicin.


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