Paper radiación térmica

RADIACION TERMICA



RESUMEN
En esta Práctica de Laboratorio, con objeto de estudiar la transferencia de calor por radiación, se realizaron las siguientes tres experiancias. Se determinó la emisividad de diferentes superficies, placa negra y gris, a partir de la potencia emisiva proporcionada por la fuente de calor y la temperatura superficial para cada material, obteniéndose εGris= 0.3115[Adim] y εNegra=0.2592 [Adim]. Se verificó el cuadrado inverso de la distancia mediante las mediciones del calor a varias distancias de la fuente de calor, observándose el decrecimiento cuadrático del calor a medida que se aumentaba la distancia. Finalmente, se verificó la ley del coseno de Lambert mediante las mediciones de intensidad de luz variando la inclinación de la luz desde 90º hasta -90ºcada 10º, observándose la dependencia de la percepción de la luz con el grado de inclinación de la fuente de luz.


INTRODUCCIÓN
De los tres mecanismos de transferencia de calor, la radiación térmica es la única que no necesita un medio para propagarse. Es importante tomar la radiación en cuenta en el diseño y operatividad de equipos y maquinarias industriales, el calor que se puede llegar atransferir por radiación, puede ser significativo.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

La Ley De Estefan-Boltzman

Establece que la potencia emisiva superficial con que un cuerpo emite radiación, es proporcional a la cuarta potencia de su temperatura.

(1)
Dónde:
Poder emisivo del cuerpo negro.
Constante de Stefan-Boltzman ( ).

Esta potencia emisiva de un cuerpo negro supone unlímite superior para la potencia emitida por los cuerpos reales. La potencia emisiva superficial de una superficie real es menor que la de un cuerpo negro a la misma temperatura y está dada por:

(2)

Dónde:
: Calor por unidad de área [W/m2 ]
: Emisividad [adimensional]
Temperatura [K]

La relacion entre la radiacion emitida por una superficie real y la emitida por elcuerpo negro a la misma temperatura, es lo que se conoce como emisividad.

Para obtener la emisividad de la superficie, no podemos usar la expresion (2), pues no se cumple la condicion del vacio. Se utiliza la expresion (3) que toma en cuenta la temperatura ambiente:

(3)
Dónde:
Temperatura del ambiente alrededor de la placa [K]

De la expresión (3) se despeja el valor de la emisividadde la superficie:

(4)





Ley Del Cuadrado Inverso De La Distancia

La Ley Del Cuadrado Inverso De La Distancia, se observa en la ecuación (5) Formula que la intensidad de la fuente de luz, disminuye con la distancia.

(5)

Ley Del Coseno De Lambert

En la práctica se utilizó la expresión (6) paraverificar ésta ley. La energía radiante emitida sobre una superficie es directamente proporcional al área de la superficie y al ángulo de incidencia.

(6)
Dónde:
Voltaje leído en la fotopila
Constante
Ángulo de incidencia [°]

DATOS EXPERIMENTALES Y RESULTADOS

Primera experiencia: Determinar la emisividad.

Para ambas placas se varió la intensidad de potencia en 50%, 75%y 100% y se registraron los valores de temperaturas de las mismas mediante termocuplas conectadas a un termómetro digital.

Tabla 1. Datos tomados en la primera experiencia

Intensidad [%]
Placa Gris
Placa Negra

Q/A [W/m2]
T [K]
Q/A
T [K]
50
122
366
156
375
75
423
426
444
443
100
979
498
1075
527

Para calcular las emisividades usamos la ecuación (4)

Tabla 2.Emisividades para diferentes superficies

Intensidad [%]
Emisividad
Error

Placa Gris
Placa Negra
Placa Gris
Placa Negra
50
0,204
0,225
6x10-3
5x10-3
75
0,288
0,2378
4x10-3
8x10-4
100
0,321
0,264
3x10-3
2x10-3

Se calculó los valores específicos de emisividad de las placas gris y negra para cada caso en particular (variación de intensidad).

A su vez se graficó la...