TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIÓN

INTEGRANTES:MAMANI, JoanBARRETO, RafaelCASTILLON, Jordy

RADIACIÓN TÉRMICA

HλETRn

G

Radiación térmica es el nombre que recibe la energía emitida en forma de radiación electromagnética por un cuerpo por el hecho de que su superficie está por encima del cero absoluto de temperatura.

En el balance de energía en superficie el término Rn, Radiación neta, se refiere al flujo neto de energía en forma de radiación térmica intercambiado entre el sistema y su entorno.

Es usual considerar por separado el intercambio de radiación solar o de onda corta, Rns, y radiación de onda larga o terrestre, Rnl.

Rn = Rns + Rnl

Procesos de transferencia de calor Radiación Térmica Mecanismo de transferencia de calor en el cual la energía se emite por la

superficie de un cuerpo en forma de radiación electromagnética por el hecho de estar dicha superficie a

temperatura superior a 0 K.

Cómo se produce el transporte

La radiación electromagnética (ondas y/o corpúsculos) transportan la energía en todas direcciones desde la superficie emisora. Cuando la radiación alcanza otro cuerpo, parte puede ser absorbida, parte reflejada y parte puede ser transmitida. La parte que es absorbida aparece en forma de calor en el cuerpo absorbente. El transporte

no requiere presencia de materia.

Dónde domina el mecanismo de radiación

La radiación siempre está presente entre cuerpos materiales, estableciéndose un intercambio radiativo entre

los cuerpos. El intercambio radiativo es predominante cuando la diferencia de temperaturas es elevada

La radiación es una forma de intercambio de energía completamente diferente a la conducción y convección

(longitud de onda): distancia entre dos picos consecutivos

(frecuencia): número de oscilaciones por segundo en un punto determinado

Campo magnético

Campo eléctrico

Onda c = Corpúsculo (fotón) E = h

Radiación electromagnética. Conceptos básicos

El transporte e intercambio de energía de la radiación electromagnética puede entenderse también como una interacción de fotones que viajan a la velocidad de la luz

Radiación térmica. Espectro electromagnético

Longitud de onda1 Amgstrom (A) = 10-10 m

1 nanometro (nm)= 10-9 m 1 micrometro (m) = 10-6 m

1 m = 1000 nm Frecuencia

1 kilohertzio (KHz) = 103 Hz1 megahertzio (MHz) = 106

Hz1 gigahertzio (GHz) = 109

Hz

La radiación térmica abarca la parte del espectro electromagnético entre 0,3 y 100 μm

Radiación térmica (0.3 m – 100 m)

Radiación de onda corta o solar: 0.4m-3m.

Radiación de onda larga: 3m - 100 m .

Master en Energías Renovables,

Espectro Visible/Radiación fotosintéticamente activa

0,455 μm

0,485 μm

0,575 μm

0,585 μm

0,620 μm

[0,4 – 0,7] μm

¿Cuáles son los fotones mas efectivos para la fotosíntesis? ¿Cual es el color de esos fotones?

Espectro Visible

Radiación fotosintéticamente activa PAR

Radiación térmica (0.3 m – 100 m)

Radiación de onda corta o solar: 0.4m-3m.

Radiación de onda larga: 3m - 100 m .

Master en Energías Renovables,

Radiación térmica (0.3 m – 100 m)

http://157.82.240.167/subjects/Nakajima/activities/ecliradg.html

Radiación térmica (0.3 m – 100 m) Radiación de onda corta o solar: 0.4m-3m.

Radiación de onda larga: 3m - 100 m .

Master en Energías Renovables,

Interacción radiación-materia

Master en Energías Renovables,

http://www.udel.edu/Geography/DeLiberty/Geog474/geog474_energy_interact.html

MAS SOBRE RADIACIÓN

Radiación visible

http://www.udel.edu/Geography/DeLiberty/Geog474/geog474_energy_interact.html

Interacción de la radiación con la materia

Energía Incidente Reflejada Emitida

Transmitida + + = 1

+ + = 1

Reflectividad y Temperatura superf

Cuerpo que recibe la radiación, parte es reflejada, parte es absorbida, y parte es transmitida

Subíndice Características espectrales

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Interacción de la radiación con la materia

Energía Incidente Reflejada Emitida

Cuerpo que recibe la radiación, parte es reflejada, parte es absorbida, y parte es transmitida

Irradiación, G, en todas direcciones y sobre todas las longitudes de onda

Poder emisivo, E

En todos los casos es energía por unidad de tiempo y por unidad de superficie, emisora o receptora, [W m-2]

Radiosidad, J Toda la radiación que abandona una superficie

J = ρ G + E

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Transporte de energía en forma de radiación

Energía: la capacidad de realizar un trabajo. Se mide en julios (J).Flujo radiante (o simplemente flujo): La cuantía de energía radiante que una superficie emite, transmite o recibe por unidad de tiempo. Una unidad apropiada es el vatio (W). 1W = 1J/s Densidad de flujo radiante (es usualmente llamado también flujo): Se define como la energía radiante que una superficie emite, transmite o recibe por unidad de superficie. Se mide en W/ m2

Estas definiciones son suficientes para describir el transporte de energía cuando se considera un haz de rayos paralelos en un plano perpendicular a dichos

rayos.¡ Atención a la nomenclatura| Master en Energías Renovables,

Intensidad de Radiación, I, o Radiancia, L: Se define como el flujo radiante (energía por unidad de tiempo) por unidad de ángulo sólido observado en una determinada dirección, dividido por el área aparente de la fuente en la dirección observada. El área aparente de la superficie es el valor de la superficie multiplicada por el coseno del ángulo que forma la perpendicular a la superficie y la dirección de observación. La unidad en que se mide es el vatio por stereorradián y metro cuadrado (W/m2 /sr)

Transporte de energía en forma de radiación. Propiedades direccionales

La energía en forma de radiación se transporta en tres dimensiones

¡¡En algunos textos el término Intensidad de radiación se utiliza para designar el flujo por unidad de ángulo

sólido!!

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Transporte de energía en forma de radiación. Propiedades direccionales

Superficie de la

fuente, A

cos0;0 Aw

qlímI Aw

Intensidad de Radiación, I Se define como el flujo radiante (W) por unidad de ángulo sólido (sr) observado en una determinada dirección, dividido por el área aparente (m2) de la fuente en la dirección observada.

El área aparente de la superficie es el valor de la superficie multiplicada por el coseno del ángulo que forma la perpendicular a la superficie y la dirección de observación.

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Ie+rIi

Radiación térmica. Interacción con la superficie. Propiedades direccionales

Cálculo de la energía que llega, G o sale, J, de una superficie, A

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Energía que llega, G o sale, J de una superficie,

Ie+r

Ii

G

h

i dIG cos),(

h

e dIE cos),(

h

re dIJ cos),(

Transporte de energía en forma de radiación. Propiedades direccionales

G, J, E están integradas sobre todo el hemisferio

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Radiación. Propiedades direccionales.

Superficies especulares: Superficies que reflejan la

radiación en una determinada dirección, de acuerdo con . Superficies lambertianas o perfectamente difusoras:Superficies que emiten o reflejan la radiación con la misma intensidad en todas direcciones.

Energía emitida en forma de radiación. Cuerpo negro. Cuerpo negro: Cuerpo ideal que absorbe la

totalidad de la radiación incidente = = 1. Es también el mejor emisor.

La emisión de energía radiante de un cuerpo negro, Eb, es la energía que emite ese cuerpo ideal. Depende sólo de la temperatura

Emisividad, ε, ελ: Ratio entre el poder emisivo, E, de un cuerpo y el de un cuerpo negro. (Total ε = E/Eb y espectral ελ = E/Ebλ .

Cuerpo gris: Aquel en que la emisividad es constante en todas las longitudes de onda

Cuerpo real: la emisividad espectral depende de la longitud

de onda. Una ley básica debida a Kirchoff establece que = ελ

LEYES BÁSICAS DE LA RADIACION TÉRMICA

Energía emitida en forma de radiación. Cuerpo negro. Leyes básicas

Ley de Stefan-Boltzmann, expresa la energía total emitida por un cuerpo negro por unidad de superficie emisora (poder emisivo, Eb) que es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura absoluta (en Kelvin)

Eb = T4.

= 5.6697x10-8 Wm-2K-4

Eb [W/m2]

Nos dice que todo cuerpo por encima del cero absoluto emite energía radiante. Un cuerpo negro emite con la misma intensidad en todas direcciones. Eb = π I.

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Energía emitida en forma de radiación. Leyes básicas

Ley de Planck, expresa la cantidad de energía que emite un cuerpo negro por unidad de superficie y por longitud de onda (poder emisivo monocromático, Eb)

)1( /51

2

TCbe

CE

La integración de la energía emitida sobre todas las longitudes de onda conduce a la Ley de Stefan-Boltzman. Eb =∫ Ebλ dλ

C1 = 3.7413 x108 [W μm4 m-2]

C2 = 1.4388 x104 [W μm K]

Eb, [W m-2 m-1]

Master en Energías Renovables,

Energía emitida en forma de

radiación. Cuerpo negro: Eb; Ebλ

Cuerpo gris E = ε Eb ; E = ε Eb Cuerpo real E = ελ Eb

Master en Energías Renovables,

Energía emitida en forma de radiación. Cuerpo negro. Otras Leyes básicas

Ley de Wien. Establece a qué longitud de onda se produce el máximo poder emisivo monocromático 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 máximo de emisión para un cuerpo negro se produce hacia los 10 m.

Ley de Kirchoff: establece que = ελ. En equilibrio termodinámico se

da que = ε.

Ley de Lambert : En un cuerpo negro, la intensidad de la radiación es constante. En este caso, el flujo por unidad de ángulo sólido y por unidad de superficie emisora en la dirección θ es el que corresponde a la dirección normal multiplicado por el cos θ. Igualmente en el caso de recibir un haz de radiación con una inclinación θ.Master en Energías Renovables,

Energía emitida en forma de radiación. Transmisión

Interacción de la radiación térmica (solar y de onda larga) con un medio absorbente selectivo espectralmente.

Atmósfera

Cristal

Master en Energías Renovables,

El SOL. Interacción de la radiación solar en un medio absorbente (atmósfera), transmisividad espectral

El Sol se comporta como un cuerpo negro a 5800 K.