TECNOLOGIA DE LA ENERGIA TERMICA

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1 TECNOLOGIA DE LA ENERGIA TERMICA RADIACION S-S Marano Manfred Tecnología de la Energía Térmca 1

2 RADIACION S-S Indce 1. Objetvos 2. Alcance 3. Desarrollo Energía radante Absortvdad, reflectvdad y transmsvdad Ley de Krchoff Radosdad Factor de vsón Método de la red Tecnología de la Energía Térmca 2

3 OBJETIVOS Conocer el mecansmo de transferenca de calor por radacón Conocer el mecansmo aplcado entre superfces sóldas Tecnología de la Energía Térmca 3

4 ALCANCE Radacón entre cuerpos en estado estaconaro Sstemas geométrcos báscos Radacón entre cuerpos negros Radacón entre cuerpos grses Tecnología de la Energía Térmca 4

5 Energía radante Característcas No necesta medo físco para propagarse Energía que se propaga medante ondas electromagnétcas Fenómeno de superfce Se propaga a la velocdad de la luz en forma recta Consste en una emsón de fotones cuya energía es funcón de la frecuenca Espectro completo de longtudes de onda se extende desde λ=10-13 m hasta λ=1000m Todos los cuerpos emten radacón A >Tº de un cuerpo, > energía emtda A Tº = 0 K (ó R), no hay emsón de energía Transmsón de energía neta del cuerpo más calente al cuerpo más frío En el equlbro ambos cuerpos emten radacón, pero el valor neto transmtdo es nulo Tecnología de la Energía Térmca 5

6 Energía radante Condcones Átomos o moléculas en estado exctado un cuerpo puede ser emsor de energía Al emtr energía radante, la energía de sus átomos o moléculas dsmnuye se reestablecer el nvel normal a través de: Modfcacón en la energía vbratora de las moléculas Modfcacón de la energía rotatora de las moléculas Salto de electrones a orbtales de menor energía Dsmnucón de la energía del núcleo 1º Cuerpo con átomos/moléculas en estado exctado 2º Cuerpo con átomos/moléculas en estado normal Emsón de radacón Tecnología de la Energía Térmca 6

Absortvdad, reflectvdad y transmsvdad Radacón ncdente (sobre una superfce) Radacón reflejada Radacón absorbda Radacón transmtda Absortvdad α = Radacon.

7 Absortvdad, reflectvdad y transmsvdad Radacón ncdente (sobre una superfce) Radacón reflejada Radacón absorbda Radacón transmtda Absortvdad α = Radacon. Absorbda Radacon. Incdente 0 α 1 Reflectvdad ρ = Radacon. reflejada Radacon. Incdente 0 ρ 1 Transmsvdad τ = Radacon. Transmtda Radacon. Incdente 0 τ 1 Tecnología de la Energía Térmca 7

8 Absortvdad, reflectvdad y transmsvdad α + ρ τ 1º Ley de la termodnámca + = 1 Valores dependen del materal del que está consttudo el cuerpo y del estado de su superfce Sóldo opaco α + ρ = 1 Espejo ρ =1 Cuerpo blanco τ =1 Cuerpo negro α =1 Cuerpo real α <1 el cuerpo refleja parte de la energía ncdente Tecnología de la Energía Térmca 8

9 Ley de Krchoff Se defne: Espaco cerrado (cavdad) de grandes dmensones Cuerpo a de superfce A a Equlbro térmco entre el cuerpo y la cavdad a una temperatura t Cavdad perfectamente aslada Cuerpo y cavdad emten energía radante Nomenclatura: E a Poder emsvo del cuerpo a G Irradacón sobre el cuerpo a A a. E a A a G a E a A a.α a. G Aa. Ea = Aa. α a. G E a G = α a Tecnología de la Energía Térmca 9

10 Ley de Krchoff Para otro cuerpo (cuerpo c ) dentro de la msma cavdad G = E c α c Hpótess Dmensones de la cavdad >>> dmensones de los cuerpos La presenca de cuerpos no afecta al comportamento de la cavdad G es constante al cambar de cuerpo G = Ea α a = Ec α c = E α Ley de Krchoff El cuerpo que más energía capaz de absorber tambén debe ser el mejor emsor Tecnología de la Energía Térmca 10

11 Ley de Krchoff Para un cuerpo negro α = 1 Para un cuerpo no negro (cuerpo grs) α < 1 E α a c G = = = a E α c E 1 black El cuerpo negro es el máxmo emsor a la temperatura del equlbro Defncón de la emsvdad ε a = E E a black Combnando ambas expresones se llega a: ε = α a a E black = σ T 4 σ = W 2 m K 4 = kcal 2 4 m K h Tecnología de la Energía Térmca 11

12 Radosdad Cuerpo grs Irradacón, G Irradacón (reflejada) Radosdad, J Poder Emsvo, E J Es la suma de la energía emtda y de la energía reflejada J = E + G reflejada Suposcones J y G son unformes sobre la superfce Cuerpo opaco τ = 0 Tecnología de la Energía Térmca 12

13 Radosdad Cuerpo grs Balance en volumen de control q = A ( J G ) Ec (1) Calor en volumen de control J = E + G reflejada Ec (2) Defncón de Radosdad ε = ρ = E E G black reflejada G Ec (3) Defncón de emsvdad Ec (4) Defncón de reflectvdad J = ε E + ρ G black Ec (5) α ρ Por ser cuerpo opaco = 1 Por ley de Krchoff α = ε + ρ = 1 ε J black Ec (6) ( ) G = ε E + 1 ε Tecnología de la Energía Térmca 13

14 Tecnología de la Energía Térmca 14 Radosdad Cuerpo grs Balance en volumen de control RADIACION S-S - Despejo G de Ec (6) y reemplazo en Ec (1) ( ) black black black J E A J E A E J J A q ε ε ε ε ε ε ε = = = ( ) black A J E q ε ε = 1 Resstenca de superfce (R S ) Depende de: Emsvdad Área del cuerpo Dferenca de potencal

15 Factor de vsón Consderar dos superfces negras de áreas A 1 y A 2 F 1-2 = Fraccón de energía que abandona la superfce 1 e ncde sobre la superfce 2 F 2-1 = Fraccón de energía que abandona la superfce 2 e ncde sobre la superfce 1 F m-n = Fraccón de energía que abandona la superfce m e ncde sobre la superfce n Energía que abandona a 1 e ncde sobre 2 Energía que abandona a 2 e ncde sobre 1 Intercambo neto de energía entre 1 y 2 Q E black 1 A1 F1 2 E black 2 A2 F2 1 = E A F E A F black black Tecnología de la Energía Térmca 15

16 Factor de vsón Ley de recprocdad Suposcón Superfces a gual temperatura Q 1-2 = 0 y A F = black black E1 = E2 A F Generalzando A m F m n = A n F n m Expresón válda para Cuerpos negros y grses Cuerpos dfusos (la ntensdad de radacón es gual en cualquer dreccón) Dferenca de potencal Calor neto Intercambado entre 1 y 2 Q E black = 1 A 1 F E 1 2 black 2 Resstenca de forma (R 1-2 ) Depende de: Factor de vsón Área del cuerpo Tecnología de la Energía Térmca 16

17 Factor de vsón Propedades Depende exclusvamente de la geometría Varía entre 0 y 1 Superfce plana F 1-1 = 0 ΣF 1-x = 1 Determnacón gráfca Determnacón analítca Tecnología de la Energía Térmca 17

18 Factor de vsón Gráfcos Dferencal de área ubcada debajo de una esquna de un rectángulo fnto L 1 y L 2 = lados del rectángulo D = dstanca entre planos Tecnología de la Energía Térmca 18

19 Factor de vsón Gráfcos Planos paralelos: cuadrados, rectángulos, dscos 1,2,3,4 Radacón drecta entre planos 5,6,7,8 Planos conectados por paredes no conductoras pero reradantes 1,5 Dscos 2,6 Cuadrados 3,7 Rectángulos 2:1 4,8 Rectángulos largos y estrechos Superfce reradante: transferenca neta de radacón = 0 perfectamente aslada por su exteror no puede a través de ella retrarse n entregarse energía al sstema Tecnología de la Energía Térmca 19

20 Factor de vsón Gráfcos Rectángulos paralelos alneados de gual tamaño L 1 y L 2 = lados del rectángulo D = dstanca entre planos Tecnología de la Energía Térmca 20

21 Factor de vsón Gráfcos Rectángulos perpendculares undos por un eje en común L 1, L 2 y W = lados de los rectángulos Tecnología de la Energía Térmca 21

22 Factor de vsón Gráfcos Dscos concéntrcos paralelos r1 y r 2 = rados de los dscos L = dstanca entre dscos Tecnología de la Energía Térmca 22

los clndros Factor de vsón clndro exteror a s msmo Factor de

23 Factor de vsón Gráfcos Clndros concéntrcos paralelos de longtud fnta r1 y r 2 = rados de los clndros L = longtud de los clndros Factor de vsón clndro exteror a s msmo Factor de vsón clndro exteror al nteror Tecnología de la Energía Térmca 23

24 Factor de vsón Expresones analítcas Tecnología de la Energía Térmca 24

25 Método de la red Analogía eléctrca Fuerzas electromotrces Poderes emsvos Resstencas R S y R m-n 2 cuerpos negros sn pérddas al ambente 3 cuerpos negros en sere sn pérddas al ambente 3 cuerpos negros sn pérddas al ambente Tecnología de la Energía Térmca 25

26 Método de la red 2 cuerpos negros con pérddas al ambente 3 cuerpos negros con pérddas al ambente 3 cuerpos negros en sere con pérddas al ambente Tecnología de la Energía Térmca 26

27 Método de la red 2 cuerpos grses con pérddas al ambente Tecnología de la Energía Térmca 27

28 PREGUNTAS? Tecnología de la Energía Térmca 28

29 FIN Marano Manfred Tecnología de la Energía Térmca 29

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