LABORATORIO RADIACION DIRECCIONAL

UNSA LABORATO DE RADIACION

Ing. Mecánica RADIACION DIRECCIONAL

MODULO DE RADIACION DIRECCIONAL

1. OBJETIVOS Calcular la rapidez a la que la radiación es interceptado por las diferentes superficies. Para obtener datos de emisión en cada una de las direcciones a analizar y la radiación incidente

sobre una superficie pequeña dentro de un recinto. Verificar que la intensidad de radiación emitida es independiente de la dirección.

2. CONSIDERACIONES PARA EL CÁLCULO La superficie que emite lo hace en forma difusa. Las diferentes superficies A1, A2, A3…An, se pueden aproximar como superficies

diferenciales (Aj/rj2) << 1 Debido al enunciado anterior el factor de forma integral no se toma en consideración. Los efectos debido a reflectividad son iguales a cero ya que las superficies no pueden reflejar

debido al recubrimiento instalado. La transferencia de calor por convección es insignificante debido a que Ts=Tα y la superficie

externa del módulo es adiabática. Existen condiciones de estado estable.

3. COMENTARIOS Distinguir los diferentes valores de Ѳ, para la superficie emisora y los valores de Ѳ2, Ѳ3, Ѳn

para las superficies receptoras. Si las superficies no fueran pequeñas en relación con el cuadrado de la distancia de separación,

los ángulos sólidos y la transferencia de calor por radiación se tendrían que obtener mediante integración.

Aunque la intensidad de radiación emitida es independiente de la dirección, la rapidez a la que la radiación es interceptada por las superficies difiere de forma significativa debido a las diferencias en los ángulos solidos u áreas proyectadas.

4. MARCO TEORICO

4.1 INTENSIDAD DE RADIACIÓNLa radiación es emitida por todas las partes de una superficie plana en todas direcciones hacia el hemisferio que está arriba de ésta, y la distribución direccional de la radiación emitida (o incidente) suele no ser uniforme. Por lo tanto, necesitamos una cantidad que describa la magnitud de la radiación emitida (o incidente) en una dirección específica en el espacio. Esta cantidad es la intensidad de radiación, denotada por l. Antes de que podamos describir una cantidad direccional necesitamos especificar la dirección en el espacio. La mejor manera de describir la dirección de la radiación que pasa por un punto es en coordenadas esféricas, en términos del ángulo cenital y el ángulo azimutal, como se muestra en la figura. Se usa la intensidad de radiación para describir de qué manera la radiación emitida varía con los ángulos cenitales y azimutal.



4.2 INTENSIDAD DE LA RADIACIÓN EMITIDA

Si todas las superficies emitieran radiación de manera uniforme en todas direcciones, el poder de emisión sería suficiente para cuantificar la radiación y no sería necesario tratar con la intensidad. La radiación emitida por un cuerpo negro por unidad de área normal es la misma en todas direcciones y, por consiguiente, no existe dependencia direccional. Pero este no es el caso para las superficies reales. Antes de que definamos intensidad necesitamos cuantificar el tamaño de una abertura en el espacio

Considere la emisión de radiación por un elemento diferencial de área dAde una superficie, como se muestra en la figura. La radiación es emitida en todas direcciones hacia el espacio hemisférico y la que emana a través del área superficial dSes proporcional al ángulo sólido dwsubtendido por dS. También es proporcional al área radiante dAsegún la ve un observador sobre dS, la cual varía desde un máximo de dA, cuando dSestá directamente arriba de dA(e = 0°), hasta un mínimo de cero, cuando dSestá en el fondo (e = 90°). Por lo tanto, el área efectiva de dApara la emisión en la dirección de e es la proyección de dAsobre un plano normal a e, la cual es dAcose. La intensidad de radiación en una dirección dada se basa en un área unitaria normal a dicha dirección, con el fin de proporcionar una base común para la comparación de la radiación emitida en diferentes direcciones.

La intensidad de radiación le se define como la razón a la cual la energía de radiación dQ e se emite en la dirección por unidad de área normal a dicha dirección y por unidad de ángulo sólido en torno a esta misma dirección; es decir.



El flujo de radiación es el poder de emisión E (la razón a la cual se emite la energía de radiación por unidad de área de la superficie emisora), el cual se puede expresar en la forma diferencial como:

Dado que el hemisferio que está arriba de la superficie intercepta todos los rayosde radiación emitidos por ésta, el poder de emisión hacia el hemisferio que la rodea se puede determinar por integración como:

En general, la intensidad de radiación emitida por una superficie varía con la dirección (en especial con el ángulo cenital e). Pero en la práctica muchas superficies se pueden considerar como si fueran difusas. Para una superficie difusamente emisora, la intensidad de la radiación emitida es independiente de la dirección y, por consiguiente, le = constante. Puesto que:

En este caso la relación del poder de emisión se reduce a:



SUPERFICIE DIFUSAMENTE EMISORA

Note que el factor en la ecuación es p. El lector podría haber esperado que fuera 2p, ya que la intensidad es la energía de radiación por unidad de ángulo sólido, y el ángulo sólido asociado con un hemisferio es 2p. La razón para que el factor sea p es que el poder de emisión se basa en el área superficial real, en tanto que la intensidad se basa en el área proyectada (y, por consiguiente, en el factor cosѲque la acompaña), como se muestra en la figura.

Para un cuerpo negro, el cual es un emisor difuso, la ecuación se puede expresar como:

Cuerpo negro:

En donde Eb = sT4 es el poder de emisión de cuerpo negro. Por lo tanto, la intensidad de la radiación emitida por un cuerpo negro a la temperatura absoluta Tes:

Cuerpo negro:

5. TOMA DE DATOS



Para P=150 w

n A(cm2) I(mA)

1 7.36 16.30

2 14.85 0.04

3 13.20 0.26

4 14.30 0.28

Para P=60 w

n A(cm2) I(mA)

1 7.36 11

2 14.85 0.05

3 13.20 0.08

4 14.30 0.07

6. CALCULOS



Para P=150 w

Ie=150/(π*7.36*10^-4)=64.873 kW/m2.sr

q1-2=64873(7.36*10^-4)( 14.85*10^-4)cos(22)cos(37)/(57.16*10^-2)^2=0.16w

q1-3=64873(7.36*10^-4)( 13.20*10^-4)cos(0)cos(0)/(65*10^-2)^2=0.15w

q1-4=64873(7.36*10^-4)( 14.30*10^-4)cos(32)cos(58)/(47.17*10^-2)^2=0.14w

TABLA DE RESULTADOS:

q(w) Ѳj( O ) Ѳi( O )

A2 0.16 37 22

A3 0.15 0 0

A4 0.14 0 32

E1(%)=(0.16-0.1482)*100/0.16=7.38%

E2(%)=(0.15-0.09)*100/0.15=39%

E3(%)=(0.14-0.1)*100/0.14=28.57%

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