TRANSFERENCIA DE CALOR

TRANSFERENCIA DE CALORRADIACIN1.RADIACINEs un fenmeno que se basa en la en la propagacin de la energa en forma de ondas electromagnticas o partculas subatmicas a travs del vaco o medio de un material. Las ondas electromagnticas puede ser: rayos UV, rayos gamma, entre otros.

La radiacin suele producirse mayormente en dos formas. La radiacin mecnica corresponde a ondas que slo se transmiten a travs de la materia, como las ondas de sonido. La radiacin electromagntica es independiente de la materia para su propagacin.La radiacin electromagntica con energa suficiente para provocar cambios en los tomos sobre los que incide se denomina radiacin ionizante. Algunos ejemplos de radiacin de partculas son los rayos csmicos, los rayos alfa o los rayos beta.

RAYOS CSMICOSSimulacin del impacto de una partcula proveniente del espacio de 1 TeV (1e12 eV) y la radiacin csmica consecuente sobre Chicago.Los rayos csmicossonpartculas subatmicasque proceden del espacio exterior y que tienen una energa muy elevada debido a su gran velocidad, cercana a lavelocidad de la luz. Se descubrieron cuando pudo comprobarse que la conductividad elctrica de laatmsfera terrestrese deba a la ionizacin causada por radiaciones de alta energa.

RAYOS ALFA, BETA, GAMMALos rayos alfa se denominan partculas alfa y son chorros de ncleos de helio positivamente cargados, con poca velocidad, generalmente procedentes de materiales radiactivos. Los rayos beta suelen llamarse partculas beta y se sabe que son corrientes de electrones, tambin procedentes de fuentes radiactivas. Los rayos gamma, son parte del espectro electromagntico. Como todas las ondas electromagnticas, tambin pueden considerarse como partculas (fotones).

2. RADIACIN TERMICALa radiacin trmica, es aquella que resulta de ondas electromagnticas debido a la emisin del calor.En lo que respecta a la transferencia de calor la radiacin relevante es la comprendida en el rango de longitudes de onda de 0,1m a 100m, abarcando por tanto parte de la regin ultravioleta, la visible y la infrarroja del espectro electromagntico.

Lacontribucindetodas las longitudes de onda a la energa radiante emitida se denomina poder emisor del cuerpo, y corresponde a la cantidad de energa emitida por unidad de superficie del cuerpo y por unidad de tiempo. Como puede demostrarse a partir de la ley de PlanckAlgunassustancias,entre ellas muchos gases y el vidrio, son capaces de transmitir grandes cantidades de radiacin. Se observa experimentalmente que las propiedades de absorcin, reflexin y transmisin de una sustancia dependen de la longitud de onda de la radiacin incidente.

Es posible transferir radiacin a travs de una sustancia transparente, como lo es el aire, y difiere de otras formas de transporte de energa, ya que la radiacin puede transferirse a travs del vaco perfecto.Esta energa es producida por los cambios en las configuraciones electrnicas de los tomos o molculas constitutivas y es transportada por ondas electromagnticas o fotones, por lo que recibe el nombre de radiacin electromagntica.

La longitud de onda de la radiacin est relacionada con la energa de los fotones, por una ecuacin desarrollada por Planck: CONSTANTE DE PLANCKE=hc

Donde h se llama constante de Planck, su valor es h = 6,63 x 10-34 Js.

3.RADIACIN DEL CUERPO NEGROSe define como un emisor y absolvedor perfecto de la radiacin. A una temperatura y una longitud de ondas especficas, ninguna superficie puede emitir ms energa que un cuerpo negro. Es necesario mencionar que todo cuerpo cuya temperatura se encuentra por arriba del cero absoluto emite radiacin en todas las direcciones a lo largo a lo largo de una amplia gama de longitudes de ondas.

La energa de radiacin emitida por un cuerpo negro por unidad de tiempo y por unidad de rea superficial, fue determinada de manera experimental por Joseph Stefan, en 1879, expresndose de la siguiente manera.EBT= T4 Donde = 5.67x10-8 W/m2 .K4, esta constante es conocida como constante de Stefan-Boltzmann, mientras que T es la temperatura absoluta de k.

4.PROPIEDADES DE RADIACINLa mayor parte de los materiales que se encuentra en la practica, como la madera y los ladillos, son opacos a la radiacin trmica considerndose la radiacin como un fenmeno superficial, para este tipo de materiales. Algunos otros materiales como el vidrio y el agua, permiten que la radiacin visible penetre hasta profundidades considerables, antes de que tenga lugar alguna absorcin significativa.

Cuando una superficie conserva constantes sus propiedades direccionales se denominan superficie difusa. Al igual que una radiacin que tenga igual intensidad en todas direcciones se denomina radiacin difusa, como las emitira un cuerpo negro. Hay que considerar en ambos casos que, si bien las intensidades para ngulos rasantes se desvan del promedio, el flujo total queda poco afectado porque la ley del coseno minimiza la radiaciones para ngulos polares prximos a 90, por lo que en la prctica se suelen considerar dichas superficies como emisoras difusas. 5.RADIACIN CON SUPERFICIES NEGRAS Y GRISESEl intercambio de calor por radiacin entre superficies depende de sus diferentes caractersticas radiantes, geometras y orientaciones. El anlisis exhaustivo del fenmeno no es operativo por ser demasiado largo y complejo, por lo que en la prctica se deben asumir algunas simplificaciones para poder abordar el estudio:* Todas las superficies son grises negras.* Los procesos de emisin y reflexin son difusos.* Las superficies tienen temperaturas y propiedades uniformes en toda su extensin.* La absortancia es igual a la emitancia e independiente del tipo de radiacin incidente. * La sustancia que exista entre las superficies radiantes no emite ni absorbe radiacin.

6.PROPIEDADES DE RADIACIN DE LOS GASESA diferencia de la mayor parte de los slidos, en la generalidad de los casos los gases son transparentes a la radiacin. Cuando absorben y emiten radiaciones, en general lo hacen slo en ciertas bandas estrechas de longitud de onda. Algunos gases, como el N2, O2 y otros con estructura molecular simtrica no polar, son esencialmente transparentes a bajas temperaturas, mientras que el CO2, H20 y varios gases de hidrocarburos pueden emitir radiacin en forma considerable.

Otras de las propiedades de la radiacin en los gases se establece, en la variacin en intensidad y la absorbencia para una capa de gas de espesor x. Estos son los valores que esperaramos poder medir en un experimento de laboratorio, con radiaciones que pasan directamente a travs de la capa. El intercambio de calor entre un volumen de un gas y un recinto gris, es otras de las propiedades de la radiacin de los gases que debe ser estudiada. En muchas aplicaciones de ingeniera las paredes del recinto estn sucias y manchadas, la emisividad de la pared es muy alta y el clculo de transferencia de calor por medio de ciertas ecuaciones que puede ser una aproximacin razonable.7. RADIACIN COMBINADA CON CONVECCIN Y CONDUCCIN

Los procesos de transmisin del calor por medio de la conduccin, conveccin y radiacin, junto con la eventual acumulacin, se producen de forma simultnea y concurrente, de manera que en situaciones reales, e incluso en condiciones de laboratorio, es difcil discernir con exactitud la contribucin de cada mecanismo en la transmisin de calor entre los ambientes y el cerramiento.

Simultneamente a la radiacin, los flujos de calor por conveccin dependern si el aire es movido por fuerzas gravitatorias o son impulsados por agentes externos, o por una combinacin de ambos.En la transmisin de calor por conduccin a travs de los cerramientos hay que considerar generalmente que ste est constituido por varias capas con propiedades fsicas diferentes, debindose calcular su resistencia total como la suma de varias resistencias en serie, y que las temperaturas interiores resultantes en rgimen estacionario tendr un gradiente diferente en cada capa8.RADIACIN SOLARSe conoce por radiacin solar al conjunto de radiaciones electromagnticas emitidas por el Sol. El Sol se comporta prcticamente como un cuerpo negro que emite energa siguiendo la ley de Planck a una temperatura de unos 6000 K. La radiacin solar se distribuye desde el infrarrojo hasta el ultravioleta. No toda la radiacin alcanza la superficie de la Tierra, pues las ondas ultravioletas, ms cortas, son absorbidas por los gases de la atmsfera fundamentalmente por el ozono. La magnitud que mide la radiacin solar que llega a la Tierra es la irradiancia.

La capa ms externa que es la que produce casi toda la radiacin observada se llama fotosfera y tiene una temperatura de unos 6000 K. Tiene slo una anchura de entre 200 y 300 km. Por encima de ella est la cromosfera con una anchura de unos 15000 km. La superficie de la fotosfera aparece conformada de un gran nmero de grnulos brillantes producidos por las clulas de conveccin. Tambin aparecen fenmenos cclicos que conforman la actividad solar como manchas solares, fculas, protuberancias solares, etc. En funcin de cmo reciben la radiacin solar los objetos situados en la superficie terrestre, se pueden distinguir estos tipos de radiacin:

Radiacin Solar Directa (GD): Es aquella que llega directamente del Sol sin haber sufrido cambio alguno en su direccin. Este tipo de radiacin se caracteriza por proyectar una sombra definida de los objetos opacos que la interceptan.

Radiacin Dlar Difusa (Gd) La radiacin reflejada es, como su nombre indica, aquella reflejada por la superficie terrestre. La cantidad de radiacin depende del coeficiente de reflexin de la superficie, tambin llamado albedo. Las superficies horizontales no reciben ninguna radiacin reflejada, porque no ven ninguna superficie terrestre y las superficies verticales son las que ms radiacin reflejada reciben.

Radiacin Reflejada La radiacin reflejada es, como su nombre indica, aquella reflejada por la superficie terrestre. La cantidad de radiacin depende del coeficiente de reflexin de la superficie, tambin llamado albedo. Las superficies horizontales no reciben ninguna radiacin reflejada, porque no ven ninguna superficie terrestre y las superficies verticales son las que ms radiacin reflejada reciben.

Radiacin Global Es la radiacin total. Es la suma de las tres radiaciones.

Irradiacin Solar Directa es aquella que llega al cuerpo desde la direccin del Sol.

Irradiacin Solar Difusa es aquella cuya direccin ha sido modificada por diversas circunstancias (densidad atmosfrica, partculas u objetos con los que chocar, re-emisiones de cuerpos, etc.). Por sus caractersticas esta luz se considera venida de todas direcciones