Radiación. Transferencia de Calor
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Objetivos.

La transferencia de calor por radiación.
Ecuaciones principales de trabajo.
Procesador de cálculo. Formulario Registro de datos
Bloque que capta y comprueba la información registrada.
Reporte - Panel de salida

La transferencia de calor por radiación. Flujo térmico

Los cuerpos calientes emiten energía radiante a una cierta velocidad, dependiendo principalmente de las características del cuerpo. A temperaturas inferiores a 540 ºC la radiación no es percibida por el ojo humano pero si puede sentirse la sensación de calor al acercarnos a un cuerpo más caliente. Cada sustancia material emite diferentes longitudes de ondas calóricas cuándo se excitan.. La expresión radiación térmica se refiere a la energía radiante emitida como consecuencia de la temperatura de un cuerpo.

En los procesos térmicos el fenómeno de transporte de calor por radiación tiene su importancia ya que es energía que se pierde o se gana en los sistemas, de no ponerle obstáculos para reducir su velocidad y cantidad de flujo.

Este fenómeno de transferencia además de ser complejo, pues depende de muchos factores, se hace difícil de atenuar o eliminar. Por ejemplo, una corriente convectiva de aire caliente puede ser extraída del área de trabajo con medios mecánicos;, por ejemplo, con extractores, y a la vez forzando un flujo de aire fresco que se inyecte desde el exterior. Pero un flujo radiante, procedente de equipos que operan a elevadas temperaturas y se encuentran mal aislados, o procedente de cubiertas metálicas que al estar en contacto con el sol radian el calor al interior de las áreas de trabajo, sólo puede ser reducida con apantallamiento de superficies reflectivas o con una buena capa de material aislante que separe las cubiertas o placas radiantes del espacio de trabajo.

La explicación anterior, que puede parecer muy teórica, es de suma importancia ya que tiene grandes implicaciones y consecuencias de todo tipo. Al diseñar las naves o edificaciones donde se instalarán líneas de producción continuas cuyos equipos energéticos transfieren y radian calor al ambiente interior, hay que ser muy cuidadoso en la disposición del equipamiento, en la selección de las soluciones constructivas y de los materiales que se integrarán, en los tipos de cubiertas a utilizar y todo esto, asociado a la ubicación geográfica y a la posición de la edificación en ella.

He sido agraciado con una buena experiencia durante mis trabajos de ingeniería energética. He tenido que lidiar con proyectos para buscar soluciones que reduzcan los niveles de radiación calorífica al interior de los espacios de trabajo cuándo ya el mal de la radiación térmica interno ya estaba presente. Por experiencia propia, no son nada fáciles de encontrar estas soluciones y a la vez, son costosísimas.

Otro fenómeno muy común y que convive alrededor nuestro, es el reflejo de las cubiertas acristaladas de los edificios sobre los objetos colindantes, otros locales, los espacios de estar o de circulación peatonal. Estas superficies acristaladas reflectivas tienen un objetivo energético, reducir la transferencia de calor radiante hacia el interior de los locales y reflejar al exterior una buena parte de ella.

Si la posición de estas superficies refleja la luz solar sobre áreas cercanas, el nivel de radiación se incrementa sobre ellas, habiendo ejemplos en que se hacen insostenible, en aquellas construcciones u objetivos más cercanos.

Entonces hay que saber reducir el consumo energético, hay que saber para hacer las cosas bien desde un inicio, desde la etapa de la concepción técnica del proyecto.

Así que esta teoría es de esas que los que tenemos que ver con proyectos y soluciones energéticas para espacios de estar, de trabajo o de distracción, necesitamos afianzar y comprender.

Las soluciones posteriores a la puesta en marcha son muy costosas, de no tomarse en cuenta desde la etapa de proyecto.

Ecuaciones de trabajo.

Las expresiones de trabajo se resumen a continuación:

Ecuación de Stefan Boltzmann:

Qr =	4.84 * E-08 * e *{antiln [4 * ln(Ts+273)] -antiln [4 * ln(Ta+273)] } * S

S= superficies planas = largo * alto, m2
S=superficies circulares o tuberías = π * diámetro exterior (do), m2
e= la emisividad del cuerpo, adim.
Ta=es la temperatura ambiente, grado Kelvin
Ts= es la temperatura de la superficie (aislada o no aislada), grado Kelvin
Qr=Calor transferido por unidad de área superficial, en kcal/h-m2

Constante de Stefan Boltzmann = 4.84 * E-08 kcal/h-m2-grado-k

El coerficiente de transferencia de calor por radiación puede calcularse por:

	4.84 * E-08 * e
hr =	------------------- {antiln [4 * ln(Ts+273)] -antiln [4 * ln(Ta+273)] } * S
	Ts-Ta

Procesador de cálculo. Formulario Registro de datos.

Calcularemos el coeficiente de radiación calorífica y el flujo calorífico transferido al exterior por unidad de área, de una  superficie plana y otra cilíndrica  y su relación con las diferencias de temperatura respecto a la ambiente. Este procedimiento es muy utilizado para cálculos estimados de pérdidas o infiltraciones de calor por superficies, sectorizando las áreas de los equipos que generan calor o producen frío.

El calculador reporta el coeficiente de radiación térmico en Kcal/h-m2-ºk y el flujo calorífico perdido al ambiente debido a la radiación. El procesador que se ha diseñado considera que el flujo calórico se produce desde la superficie sólida de una placa o una tubería al exterior o ambiente, por lo que la temperatura de la pared exterior es mayor que la temperatura ambiente. Por eso de registrarse valores de temperaturas inversas, se muestra en el Panel de salida un aviso, ya que el flujo calórico sería en forma de ganancia de calor, desde el exterior al interior de la superficie.

Para conocer el resultado del coeficiente y el flujo calorífico transferido hay que registrar la información que se muestra en el siguiente formulario:

emisividad de diversas superficies Ref: Transmisión del Calor, McAdams
Materiales	temperatura, ºC	emisividad
Aceros inoxidables, aleaciones.
301	24	0.21 - 0.27
304 (8,18)	215-490	0.44 - 0.36
316	24	0.28
cromoniquel
Aluminio, aleaciones.	24	0.08 - 0.11
Cubiertas de aluminio	38	0.216
Chapa comercial y pulido	100	0.09
Cobre	80	0.018 - 0.019
Acero	24	0.10 - 0.15
Acero pulido	100	0.066
Hiero pulido	427 - 1030	0.14 - 0.38
Cinc comercial pulido	227- 327	0.045 - 0.053
Cinc, chapa galvanizada	100	0.21
Plancha hierro galvanizada	28	0.23 - 0.28
Amianto, cartón	23	0.96
Carbón grafitado	100 - 320	0.75
Negro de humo	50-1000	0.96
Esmalte blanco	19	0.90
Ladrillos rojos	21	0.93