Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 2
En general e y a de una superficie dependen de la temperatura y la longitud
de onda de la radiación. La ley de Kirchhoff de la radiación establece que la
emisividad y la absorbencia de una superficie son iguales con las mismas temperatura
y longitud de onda. En la mayor parte de las aplicaciones prácticas
se ignora la dependencia que e y a tienen de la temperatura y la longitud de
onda, por lo que la absorbancia promedio de la superficie se considera igual a
su emisividad promedio. La tasa a la que una superficie absorbe radiación se
determina a partir de (Fig. 2-75)
Q # abs aQ # incidente 1W2 (2-56)
donde Q # incidente es la tasa a la que la radiación incide sobre la superficie y a es
la absorbancia de la superficie. En superficies opacas (no transparentes), la
porción de la radiación incidente no absorbida se refleja.
La diferencia entre las tasas de radiación emitida por la superficie y de
radiación absorbida es la transferencia neta de calor por radiación. Si la tasa
de radiación absorbida es mayor que la de emisión de radiación, se dice que
la superficie está ganando energía por radiación. De otro modo, se afirma que la
superficie está perdiendo energía por radiación. Determinar la tasa neta de
transferencia de calor por radiación entre dos superficies generalmente es complicado
porque depende de las propiedades de las superficies, la orientación
relativa entre ellas y la interacción del medio entre las superficies con la radiación.
Sin embargo, en el caso especial de una superficie relativamente pequeña
de emisividad e y de área superficial A a temperatura absoluta T s , que está
completamente encerrada por una superficie mucho más grande a temperatura
absoluta T alrededores , separada por un gas (como el aire) que no interfiere con la
radiación (es decir, la cantidad de radiación emitida, absorbida o dispersada
por el medio es insignificante), la tasa neta de transferencia de calor por radiación
entre estas dos superficies se determina a partir de (Fig. 2-76)
TABLA 2-4
Emisividad de algunos materiales
a 300 K
Material
Emisividad
Papel aluminio 0.07
Aluminio anodizado 0.82
Cobre pulido 0.03
Oro pulido 0.03
Plata pulida 0.02
Acero inoxidable 0.17
pulido
Pintura negra 0.98
Pintura blanca 0.90
Papel blanco 0.92-0.97
Asfalto 0.85-0.93
Ladrillo rojo 0.93-0.96
Piel humana 0.95
Madera 0.82-0.92
Suelo 0.93-0.96
Agua 0.96
Vegetación 0.92-0.96
·
Q incidente
· ·
Q ref = (1 – α) Q incidente
Q # rad esA 1T 4 s T 4 alrededores2 1W2 (2-57)
Para este caso especial, la emisividad y el área de la superficie circundante
no tienen ningún efecto en la transferencia neta de calor por radiación.
EJEMPLO 2-19 Transferencia de calor desde una persona
Una persona está de pie en una habitación con brisa a 20 °C. Determine la
tasa total de transferencia de calor desde esta persona, si el área superficial
expuesta y la temperatura de su piel son 1.6 m 2 y 29 °C, respectivamente,
y el coeficiente de transferencia de calor por convección es 6 de W/m 2 · °C
(Fig. 2-77).
Solución Una persona está quieta en un cuarto con brisa y se debe determinar
la tasa de pérdida total de calor desde la persona.
Suposiciones 1 El coeficiente de transferencia de calor y la emisividad son
constantes y uniformes. 2 La conducción de calor a través de los pies es
insignificante. 3 La pérdida de calor por evaporación es insignificante.
Análisis La transferencia de calor entre la persona y el aire en la habitación
será por convección (en lugar de conducción), puesto que es concebible que
el aire en la vecindad de la piel o ropa se calentará y ascenderá como resultado
de la transferencia térmica del cuerpo, iniciando corrientes naturales de
convección. Al parecer, en este caso el valor determinado experimentalmente
para la rapidez de transferencia de calor por convección es de 6 W por uni-
· ·
Q abs = α Q incidente
FIGURA 2-75
Absorción de radiación incidente sobre
una superficie opaca de absorbancia a.
Recinto
grande
ε, A, T s
Cuerpo
pequeño
.
Q rad
T exterior
FIGURA 2-76
Transferencia de calor por radiación
entre un cuerpo y las superficies internas
de un recinto mucho más grande que lo
rodea por completo.