transferencia de calor

Auxiliar Nº 3 IQ46B.

Tema:
Radiación.

Ley de desplazamiento de Wien

max T = 2,884 x 10-3 m °K
Si se determina max es posible determinar la temperatura del cuerpo emisor.


EMISIVIDAD
Un cuerpo real emite menos que un cuerpo negro a la misma temperatura. Luego se define la emisividad térmica de un material, , como la razón entre el poder emisor del material y la del cuerponegro, a la misma temperatura.


E = T4 

Supongamos se tiene dos cuerpos pequeños A1 y A2 de áreas A1 y A2 , a temperaturas T1 y T2, en un sistema caliente a T3 del cual no escapa la energía. Dado que los cuerpos son pequeños la radiación emitida por ellos no afecta al sistema ni al otro cuerpo.






Radiación absorbida por A1: A1 13 I

Radiación absorbida por A2: A2 2 IRadiación emitida por A1: E1 A1

Radiación emitida por A2: E2 A2

Calor neto recibido = calor recibido - calor emitido
Q1 = A1 13 I - E1 A1
Q2 = A2 2 I - E2 A2



RADIACIÓN INTERCEPTADA POR UN ESCUDO DE RADIACIÓN






q13 = q12 = q23






TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIÓN Y CONVECCION

Cuando se tiene una pared caliente inmersa en un fluido el calor esdisipado tanto por radiación como por convección. La situación se representa en la siguiente figura:











El calor disipado por radiación es:

Qr = A1(T14 – T34) (se supone recinto negro)

El calor por radiación se puede expresar en forma análoga a una calor por radiación usando un coeficiente de radiación hr. De este modo:

Qr = hr (T14 – T34)

El coeficientehr a partir de la igualdad:

Qr = A1(T14 – T34) = Qr = hr (T1 – T3)

de donde se tiene que:




Los valores de hr se pueden determinar de la figura inserta en la siguiente página.

Por otra parte, el calor disipado por convección es:

Qc = hc A(T1 – T2)

Luego el calor total disipado es:

QT = Qr + Qc = A hr  (T1 – T3) + A h (T1 – T2)

Si T2 = T3, entonces:

QT = A(hr  + hc) (T1 – T2)


CASO PARTICULAR DE RADIACIÓN Y CONVECCIÓN: “ERRORES POR MEDICION DE TEMPERATURAS DE FLUIDOS CON TERMÓMETROS.”

La situación se representa en la siguiente figura:










Q = hr AC C (TS – TC) = hC AC (TC – TG)
TC = TG + hr C/hC (TS – TC)

Para un cuerpo en equilibrio térmico con sus alrededores, se cumple que la emisividad y el coeficiente deabsorción son iguales.































PROBLEMA 1.

Un termómetro de vidrio ( = 0.96) se inserta en el centro de un ducto circular. Por el ducto fluye aire con una velocidad tal que el coeficiente de película entre el termómetro y el aire es 17.7 BTU/hr ft2 ºF.
a) Si las paredes del ducto están a 800 ºF y el termómetro lee 300ºF, calcular la temperaturadel aire en el ducto.
b) Si el termómetro se rodea con papel plateado ( = 0.03), determinar la nueva lectura del termómetro.



Solución problema 1

a) De la figura se encuentra hr = 7.6 BTU/hr ft2 ºF.




b) Se realiza un nuevo balance de calor para el termómetro:

La temperatura del papel será intermedia entre la temperatura de la pared y la temperatura del aire. En el casoextremo se considera que el papel plateado irradia con la temperatura de la pared, es decir no existe conducción ni convección entre el papel y el flujo de aire.
El papel entonces irradia con emisividad 0.03 y temperatura 800ºF. En consecuencia el balance será:


Como hr depende de la temperatura del termómetro, el problema se puede desarrollar en forma iterativa.
Si suponemos la temperatura deltermómetro en 100ºF, se obtiene hr = 6.0, entonces se verifica la temperatura del gas:

La solución correcta indica que la temperatura que el termómetro leerá en definitiva será 101ºF.

PROBLEMA 2

Se coloca un horno industrial en una habitación con paredes de acero. El horno se encuentra a 300ºC y posee una emisividad de 0.8. las paredes son de acero pulido con emisividad 0.2 y se...