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Clase Teórica: “Mecanismo de transferencia de calor por Radiación”
Material de clase: https://issuu.com/rosmeryfidel/docs/material_docente_5 Tema: “Mecanismo de transferencia de calor por Radiación”
Transferencia por Radiación
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La transmisión de calor por radiación se caracteriza porque la energía se transporta en forma de ondas electromagnéticas, que se propagan a la velocidad de la luz. El transporte de energía por radiación puede verificarse entre superficies separadas por el vacío.
La transferencia de Calor por radiación, es la transferencia de energía a través del espacio por medio de ondas electromagnéticas. El calor fluye desde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo de baja, cuando están separados por un espacio que puede ser el vacío (Hornos). Este mecanismo ocurre a altas temperaturas. No se requiere de un medio físico, para que exista radiación.
Intercambio neto de calor por radiación entre dos cuerpos a diferentes temperaturas:
Para calcular esta transferencia de calor se puede escribir
Radiación en alimentos
En un sistema cerrado los cuerpos intercambian energía por radiación hasta que su temperatura se iguale. El tipo de superficie de un cuerpo es importante en este intercambio. Como todo material, cuando un alimento es expuesto a ondas, parte de ellas se absorben y transforman en calor, otra parte se refleja y otra parte se transmite a través de él.
Los cuerpos reales reflejan radiación térmica en la misma forma en que la absorben y la transmiten.
Reflectividad (��): Es la fracción de calor incidente sobre el cuerpo que se refleja. Absortividad (��): Es la fracción que se absorbe. Transmisividad (��): Es la fracción de energía incidente transmitida a través del cuerpo. Emisividad (��): Es la efectividad del cuerpo como un radiador térmico a una temperatura. Es la relación de la emisión de calor a una temperatura dada a la emisión de calor desde un cuerpo negro a la misma temperatura.
Revisión Bibliográfica (Marco Teórico)
TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIÓN
Definición:
La radiación es la transferencia de calor por ondas electromagnéticas como la luz visible, el infrarrojo y la radiación ultravioleta. La radiación térmica es la energía emitida por la materia que se encuentra a una temperatura finita. Aunque centraremos nuestra atención en la radiación de superficies sólidas, ésta también puede provenir de líquidos y gases. (Criado & Gomez, 2011)
La radiación es un fenómeno de carácter volumétrico, es decir, que se manifiesta y es medible por unidad de volumen. Segun (Moral & Rogriguez, 2021) la velocidad máxima de radiación que puede ser emitida desde una superficie a una Temperatura T en escala absoluta Kelvin, se expresa por la Ley de Stefan-Boltzaman, como:
���������������������� =������ ���� ���� 4 (����������)
Donde �� =5,67∗10−8 ��/(��2 ∗��4) es la constante de Stefan-Boltzaman.
La energía del campo de radiación es transportada por ondas electromagnéticas que, como sabemos, no precisa ningún medio material para propagarse (a diferencia de la conducción y la convección).
La transferencia de Calor por radiación, es la transferencia de energía a través del espacio por medio de ondas electromagnéticas. El calor fluye desde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo de baja, cuando están separados por un espacio que puede ser el vacío (Hornos). Este mecanismo ocurre a altas temperaturas. No se requiere de un medio físico, para que exista radiación.
Ondas electromagnéticas:
Las ondas electromagnéticas nacen cuando un campo eléctrico entra en contacto con un campo magnético. De ahí que se conozcan como ondas electromagnéticas. El campo eléctrico y el campo magnético de una onda electromagnética son perpendiculares (en ángulo recto) entre sí. (Moreno, 2017)
Figura: Representación gráfica de una onda electromagnética
Una onda electromagnética puede viajar a través de cualquier elemento y objeto, ya sea aire, un material sólido o el vacío. No necesita un medio para propagarse o viajar de un lugar a otro.
Energía electromagnética en un alimento:
En un sistema cerrado los cuerpos intercambian energía por radiación hasta que su temperatura se iguale. El tipo de superficie de un cuerpo es importante en este intercambio. (Quispe, 2022)
Como todo material, cuando un alimento es expuesto a ondas, parte de ellas se absorben y transforman en calor, otra parte se refleja y otra parte se transmite a través de él:
Figura: Desdoblamiento de la energía electromagnética incidente en un alimento
La absorbancia de un alimento depende de su naturaleza química, color y estado de su superficie. Mientras más agua contenga, mejor absorbente es; otros constituyentes que absorben energía en los alimentos son las proteínas, los azúcares y los lípidos.
Espectro electromagnético:
Podemos clasificar y ordenar las ondas electromagnéticas de acuerdo a sus diferentes longitudes de onda y frecuencias; llamamos a esta clasificación "el espectro electromagnético". (Zumdahl, 2018)
Figura: Espectro electromagnético
Cuando un cuerpo produce ondas electromagnéticas lo hace generalmente emitiendo un amplio espectro que depende de lo "caliente" que se halle.
Glosario
TERMINO
Transferencia de calor por radiación
Ondas electromagnéticas
Emisividad
Espectro electromagnético DEFINICIÓN
La radiación es la emisión, propagación y transferencia de energía calorífica en cualquier medio en forma de ondas electromagnéticas (infrarrojas) y es muy diferente a la conducción y a la convección
Las ondas electromagnéticas se crean como resultado de las vibraciones entre un campo eléctrico y un campo magnético. Las ondas electromagnéticas nacen cuando un campo eléctrico entra en contacto con un campo magnético.
La emisividad es la medición de la capacidad de un objeto de emitir energía infrarroja. El valor de la emisividad se calcula por la proporción de radiación térmica emitida por una superficie u objeto debido a una diferencia de temperatura con su entorno. La energía emitida indica la temperatura del objeto.
El espectro electromagnético es el conjunto de longitudes de onda de todas las radiaciones electromagnéticas. Incluye: Los rayos gamma tienen las longitudes de onda más cortas y las frecuencias más altas conocidas.
Conclusión
La Transferencia de calor es la energía en tránsito debido a una diferencia de temperaturas en un cuerpo o entre cuerpos diferentes. De acuerdo con los conceptos de la termodinámica, la transmisión de calor por radiación se caracteriza porque la energía se transporta en forma de ondas electromagnéticas, que se propagan a la velocidad de la luz. En la industria de alimentos es aplicado a los alimentos, el cual se define como la cantidad de calor transferida por unidad de tiempo.
Referencias bibliográficas
Criado, J., & Gomez, M. (14 de Octubre de 2011). Tema 7: Fundamentos de transferencia de calor. Obtenido de Universidad de Malaga : https://ocw.uma.es/pluginfile.php/775/mod_resource/content/0/Tema%208. %20Apuntes_Transferencia_de_calor.pdf Moral, M., & Rogriguez, J. (2 de Septiembre de 2021). Ejemplo de Radiación. Obtenido de https://www.ejemplode.com/37-fisica/4522-ejemplo_de_radiacion.html Moreno, R. (3 de Marzo de 2017). ¿Ques es una onda electromagnetica? Obtenido de Pepeenergy: https://www.pepeenergy.com/blog/glosario/definicion-ondaelectromagnetica/ Quispe, A. (2022). Mecanismos de Radiación. Obtenido de Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo : http://campus.unasam.edu.pe/login/index.php
Zumdahl, S. (2018). La luz: ondas electromagnéticas, espectro electromagnético y fotones. Obtenido de Khanacademy: https://es.khanacademy.org/science/apchemistry/electronic-structure-of-atoms-ap/bohr-model-hydrogen-ap/a/lightand-the-electromagnetic-spectrum
