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Fundamentos de Radiación

Muy a menudo la radiación se considera como un fenómeno perteneciente sólo a cuerpos calientes luminosos. Sin embargo no es el caso, la radiación es un tercer medio de transferencia de calor, difiere bastante de la conducción y de la convección. En la conducción de calor a través de sólidos, el mecanismo consiste en la transferencia de energía a través de cuerposcuyas moléculas, excepto por las vibraciones, permanecen continuamente en posiciones fijas. En la convección, el calor es primero absorbido de la fuente por partículas de fluido inmediatamente adyacentes a ella y entonces transferido al interior del fluido mezclándose con él. Ambos mecanismos requieren la presencia de un medio para transportar el calor de la fuente al recibidor. La transferenciade calor radiante no requiere la intervención de un medio, y el calor puede ser transmitido por radiación a través del vacío absoluto.

La transferencia de calor radiante difiere de la conducción y de la convección en que no se necesita un medio para su propagación, de hecho, la transferencia de energía por radiación es máxima cuando las dos superficies que están intercambiando energíaestán separadas por un vacio perfecto.

El mecanismo exacto de la transferencia de energía radiante no ha quedado totalmente aclarado. Existe evidencia, tanto para respaldar el argumento ondulatorio como el corpuscular. Sin embargo, es un hecho notable que un proceso relativamente complicado como la transferencia de energía radiante, pueda describirse por medio de una expresión analíticarazonablemente sencilla.

La rapidez de emisión de energía desde un radiador perfecto o cuerpo negro esta dada por:

Donde q es la rapidez de emisión de energía radiante en W o BTU/h; A es el área de la superficie emisora en m2 o ft2 ; T es la temperatura absoluta en K o R; y σ es la constante de Stefan-Boltzman, cuyo valor es 5,672x10-8 W/m2k4 o 0,1714x10-8 BTU/hft2R4. La constante deproporcionalidad que relaciona el flujo de energía radiante con la cuarta potencia de la temperatura absoluta tomo su nombre de Stefan quien, a partir de observaciones experimentales, propuso la ecuación anterior en 1879 y de Boltzman quien obtuvo esta relación, de manera teórica, en 1884. Dicha ecuación se conoce como la Ley de Stefan-Boltzman de la radiación térmica.

Se realizaron ciertasmodificaciones de la ecuación para que se válida para la transferencia neta de energía entre dos superficies, para el grado de desviación de las superficies emisora y receptoras, en el comportamiento del cuerpo negro y para los factores geométricos asociados con el intercambio de energía radiante entre una superficie y sus alrededores.

Radiación Térmica

Por otro lado la radiación térmicaes energía emitida por la materia que se encuentra a una temperatura dada, se produce directamente desde la fuente hacia afuera en todas las direcciones. Esta energía es producida por los cambios en las configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas constitutivos y transportada por ondas electromagnéticas o fotones, por lo recibe el nombre de radiación electromagnética. La masa en reposo deun fotón (que significa luz) es idénticamente nula. Por lo tanto, atendiendo a relatividad especial, un fotón viaja a la velocidad de la luz y no se puede mantener en reposo. (La trayectoria descrita por un fotón se llama rayo). La radiación electromagnética es una combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes y perpendiculares entre sí, que se propagan a través del espaciotransportando energía de un lugar a otro. A diferencia de la conducción y la convección, o de otros tipos de onda, como el sonido, que necesitan un medio material para propagarse, la radiación electromagnética es independiente de la materia para su propagación, de hecho, la transferencia de energía por radiación es más efectiva en el vacío. Sin embargo, la velocidad, intensidad y dirección de su flujo de...
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