La radiación es la energía de calor transferida por radiación electromagnética. Depende del medio en el que ocurra, de las temperaturas relativas y

Transcripción

1 RADIACIÓN

2 La radiación es la energía de calor transferida por radiación electromagnética. Depende del medio en el que ocurra, de las temperaturas relativas y la superficie que absorba o emita la energía. Es común este tipo de transferencia de calor en hornos y secadores.

3 La formula básica para describir este comportamiento es: Donde: q = εa σ T 4 ε = emisividad de un cuerpo ( numero entre 0 y1) T = temperatura absoluta, K. σ = Constante de Stefan-Boltzmann = 5.73 x 10-8 J m-2 s- 1K- 4 Solo los cuerpos ideales emiten la radiación ajustándose a la ley de Planck.

4 Radiación entre dos cuerpos Esta depende de la diferencia de temperaturas, la geometría y la emisividad de los cuerpos. Existe una reflexión en los cuerpos y se transmite del cuerpo mas caliente al mas frío. q = ACσ(T1- T2 ) En donde: 1/C = 1/ε1 + 1/ε2-1, ε1 y ε2 es la emisividad de la superficie a la T 1 y T 2

5 Radiación de un cuerpo pequeño al medio ambiente Un ejemplo es el horneado, en el cual el pan esta recibiendo el calor de las paredes del horno por radiación. q = Aεσ(T14- T24 ) T1= temperatura absoluta del cuerpo. T2= temperatura del ambiente.

6 Convección La transferencia de calor por convección es la transferencia de energía del movimiento de un grupo de moléculas. Esta restringida a líquidos y gases. Se puede estudiar desde 2 puntos: convección natural en donde ocurre por diferencia de densidades o convexión forzada en donde hay un recurso externo de energía para crear movimiento.

7 Convección Natural Esta ocurre cuando un fluido esta en contacto con una superficie caliente o fría. Mientras el fluido se caliente o se enfríe cambia su densidad y esto causa un movimiento en el fluido y por lo tanto transferencia de calor.

8 La convección natural también depende de la viscosidad, la densidad, la conductividad térmica y el coeficiente de expansión en el caso de los gases. Otros factores que afectan también son la dimensión lineal del sistema, el diámetro o longitud, la aceleración gravitacional y la diferencia de temperaturas.

9 La convección natural se puede explicar mediante 3 ecuaciones: Número de Nusselt (Nu) = (hcd/k) Cuando se sabe las características del fluido. Número de Prandtl (Pr) = (cpµ/k) Número de Grashof (Gr) = (D3r2gβ DT/µ2) (Nu) = K(Pr)k(Gr)m(L/D)n

10 Existen variaciones en la ecuación dependiendo del material que se vaya a calcular, ya sea por su forma si es cilíndrica, plana, cilindros horizontales, etc.

11 Convección Forzada Sucede cuando un fluido es obligado a pasar un cuerpo sólido la transferencia de calor se da entre el fluido y el sólido y es llamada convección forzada. Pueden ser hornos, congeladores, instrumentos para endurecimiento de helados, enfriadores de carne. Depende de la velocidad del mecanismo. Numero de Reynolds y velocidad de circulación.

12 Existen también variaciones en la ecuación dependiendo del material: Por ejemplo: Calefacción y Refrigeración: Cuando el fluido es laminar Nu=4 Fluido turbulento cuando el numero de Reynolds se encuentra en valores de>2100 (Pr) >0.5 (Nu) = 0.023(Re)0.8 (Pr)0.4

13 Para líquidos mas viscosos como aceites y jarabes la transferencia de calor es afectada dependiendo si el fluido es calentado o enfriado. Re= >10,000 (Nu)=0.027(µ/µs)0.14(Re)0.8(Pr)0.33

14 Sobre superficies planas: Aquí existe un problema para caracterizar el fluido. Una opción pero se puede utilizar la opción de la longitud de la medida de la placa dada por D en la ecuación de Reynolds y quedaría de la siguiente manera: (Nu) = (Re)0.8(Pr)0.33 Para calentamiento o enfriamento fuera de los tubos: (Nu) = K (Re)n(Pr)m

15 Transferencia de Calor para vapores condensables Particularmente podemos observar en calefacciones a vapor donde el vapor se condensa y cede el calor o en la destilación en donde el vapor es condensado. En la condensación el calor latente de vaporización es transferido a una temperatura constante que es la temperatura de ebullición del líquido. Se puede determinar mediante 2 criterios: Para tubos verticales o superficies planas. Para tubos horizontales.

16 Los líquidos condensables forman una película sobre la superficie, esta es llamada película de condensación. Sin embargo no siempre ocurre esto en ocasiones el líquido condensa en gotas y la película no se forma. Esta película es una barrera a la transferencia de calor sin embargo la tasa es incluso 10 veces mas baja que cuando se forman gotas.

17 Transferencia de calor en líquidos con temperatura de ebullición En presencia de una superficie caliente un líquido tiende a hervir, la agitación constante da lugar a altos coeficientes de transferencia de calor. Los coeficientes varían de acuerdo a la diferencia de temperaturas entre la superficie y el líquido. Cuando la diferencia de temperaturas es mayor a 20 C el valor de h disminuye a que la superficie se cubre de vapor. Pero cuando es menor a 20 C los valores de h incrementan de 2000 a 16,000 J m-s C h = 50( T)2.5