Fenómenos de transporte II

Capítulo 12

Radiación: Procesos y propiedades

Elaborado por

Luis Andrés Leal

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Conceptos fundamentales

La transferencia de calor por conducción y convección no se da en el vacio entonces se da por emision de la

energia interna del objeto y se conoce como radiación.

La Radiación se origina por las emisiones de la materia y su transferencia no requiere de materia alguna y cuyo

fenómeno es volumétrico.

C=Velocidad de la luz

ν =Frecuencia

λ =Longitud de onda

Espectro radiación electromagnética

Radiación espectral y direccional.

Tabla de los diferentes flujos de calor por radiacion

Intensidad de la radiacion

Relacion de la intensidad de radiacion con la emision

Potencia emisiva total hemisférica

Rapidez a la que se emite radiación por unidad de área en todas las longitudes de onda y en todas las

direcciones posibles. Dada en

E (W/m2)

Integrando

Donde Ie es intensidad total de la radiación emitida.

Relación con la irradiación

La Irradiación espectral se define como la rapidez a la que la radiación de longitud de onda λ incide sobre una

superficie por unidad de área de la superficie e intervalo de longitud de onda unitaria dλ alrededor de λ.

Gλ(W/m2 μm)

Eλ= potencia total emisiva espectral Similar a Ecu 1;

Ecu 1.

Superficie difusamente emisora:

Irradiación total

Razón a la que incide la radiación por unidad de área desde todas las direcciones y a todas las longitudes de

onda dada en Gλ(W/m2)

Si la radiación incidente es difusa Iλ,i es independiente de θ y φ,

Relación con la Radiosidad

Explica toda la energía radiante que sale de una superficie.

Radiosidad espectral Jλ (W/m2 μm), se define como la rapidez a la que la radiación de longitud de onda λ sale de

una unidad de área superficial intervalo de longitud de onda unitaria dλ alrededor de λ.

Radiación cuerpo negro

Superficie ideal de las siguientes características;

1. Absorbe toda la radiación incidente sin importar la longitud de onda y la dirección.

2. Para T y longitudes de onda establecidas, ninguna superficie puede emitir más que un cuerpo negro.

3. Aunque la radiación emitida por un cuerpo negro es una función de la longitud de onda y de la

temperatura, es independiente de la dirección, es decir es un emisor difuso.

Distribución de Planck

La ecuación 2 tiene las siguientes características:

1. La radiación emitida es una función continua de la longitud de onda. A cualquier temperatura específica se incrementa con la longitud de onda, llega a un pico y, a continuación, decrece al crecer la longitud de onda.

2. A cualquier longitud de onda la cantidad de radiación emitida se incrementa al aumentar la temperatura.

3. Conforme aumenta la temperatura las curvas se desplazan a la izquierda, hacia la región de las longitudes de onda más cortas. Como consecuencia, una fracción más grande de la radiación se emite a las longitudes de onda más cortas, a las temperaturas más elevadas.

4. La radiación emitida por el Sol, el cual se considera un cuerpo negro a 5 780 K (o, en números redondos, a 5 800 K), alcanza su pico en la región visible del espectro. Por lo tanto, el Sol se encuentra en sintonía con nuestros ojos. Por otra parte, las superficies a T<800 K emiten casi por completo en la región infrarroja y por tanto no son visible al ojo humano a menos que reflejen luz que provengan de otras fuentes.

Ecu 2.

Ley desplazamiento de Wien Derivando con respecto a λ e igualando a cero el resultado la ecuación 2 se obtiene:

Ley de Stefan-Boltzmann

Banda de emisión

Los resultados se presentan en la Tabla 12.2 y la figura 12.14. También pueden ser utilizado para obtener la fracción de la radiación entre dos longitudes de onda λ1 y λ2,

E=∏Ie

…..

Emisión superficial

Emisividad direccional espectral

Emisividad direccional total

Emisividad hemisférica total

Aproximación razonable ε ≈ εn

Absorción, reflexión y transmisión superficial

Absortividad Determina la fracción de la irradiación absorbida por una superficie. Absortividad direccional espectral

Absortividad hemisférica espectral

Absortividad hemisférica total

Reflectividad Propiedad que determina la fracción de la radiación incidente reflejada por una superficie. Reflectividad direccional espectral

Reflectividad hemisferica espectral

Reflectividad hemisferica total

Idealización de la superficie

Transmisividad

Ley de Kirchhoff

La emisividad hemisférica total de una superficie a la temperatura T es igual a su absortividad hemisférica total para la radiación que proviene de un cuerpo negro a la misma temperatura Se puede repetir para condiciones espectrales y para cualquier superficie en el recinto.

Superficie gris

Radiación ambiental

Irradiación de la tierra debido a la emisión atmosférica

12.69

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