Francisco José Entrena González - Eficiencia energética en las instalaciones de calefacción y acs en los edificios. ENAC0108

Radiación

El mecanismo de radiación permite transferir el calor de un cuerpo a otro, sin la necesidad de existir un contacto directo entre ambos. Ello es posible gracias al transporte de la energía mediante ondas electromagnéticas o cuantos.

El fenómeno de transmisión de calor mediante radiación podemos observarlo en el Sol, el cual se encuentra a millones de kilómetros de distancia de la Tierra y separados por el vacío.

El empleo de la radiación como medio de transferencia de energía está muy presente en nuestra vida cotidiana.

Actividades

4. Además del uso de ondas electromagnéticas para calentar un alimento en el microondas, ¿con qué otros fines se emplea la transmisión de energía mediante radiación en la actualidad? Recoja su investigación en una tabla.

La ecuación que permite cuantificar la cantidad de calor emitido por radiación en función del tiempo viene recogida en la Ley de Stefan-Boltzmann, mediante la cual se determinó la temperatura del Sol a partir de la densidad de flujo energética de este.

Donde:

“” es el flujo de calor medido en Watios (W).

“ε” es la emisividad de la superficie de estudio.

“σ” es la constante de Stefan-Boltzmann.

“A” es el área de emisión.

“T” es la temperatura del emisor medida en Kelvin.

Convección

El calentamiento o enfriamiento por convección se produce cuando la transmisión de calor se realiza entre un cuerpo fluido (gas o líquido) que se desplaza en contacto con una superficie sólida, existiendo una diferencia de temperatura entre ambos.

Ejemplo

Un ejemplo de convección se puede encontrar en verano cuando nos ponemos delante de un ventilador, enfocamos un chorro de aire (fluido) hacia nuestro cuerpo (sólido) para acelerar el proceso de intercambio térmico. Al ser la temperatura del aire menor que nuestra temperatura corporal, nos proporciona una sensación de frescura.

Es importante puntualizar que en el caso en el que el fluido se encuentre en reposo, el mecanismo de transferencia de calor se realiza por conducción, aunque los sistemas que entren en juego sean un sólido y un fluido.

El flujo de calor por convección fue establecido por Newton, mediante la ecuación:

Donde:

“h” es el coeficiente de transferencia en convección.

“Ts y Tf” = temperatura del sólido y del fluido respectivamente.

Actividades

5. En la siguiente lista se presenta una serie de situaciones. Clasifique los mecanismos de transferencia que se producen y razone su respuesta.

1 Taza con café.

2 Ventilador/radiador del coche.

3 Calentamiento de agua mediante un equipo solar térmico.

4 Chimenea.

5 Calentar una sartén en la vitrocerámica.

Aplicación práctica

En esta ocasión, sus compañeros de EcoClima S. L. le han pedido que seleccione los emisores/radiadores para cada estancia del hotel. Para saber el modelo que va a emplear, debe calcular el calor aportado por el radiador y compararlo con el calor necesario en la estancia. Con los datos que se aportan a continuación, calcule el calor generado por cada elemento.

Datos:

SOLUCIÓN

Dado que se trata de un radiador, se producen dos mecanismos de transferencia de calor: por una parte radiación y por otra convección.

El primer paso será convertir la temperatura a grados Kelvin.

Ahora procedemos al cálculo del calor aportado por radiación, cuya ecuación es:

Sustituyendo, obtenemos:

El calor aportado por convección se obtiene de la ecuación:

Que, sustituyendo, se obtiene:

Por tanto, el calor total aportado por el elemento/radiador es:

La conducción es un mecanismo de transferencia de calor por contacto directo entre dos sistemas con diferentes temperaturas. El sistema que se encuentra a mayor temperatura presenta una mayor agitación de sus átomos y moléculas que, mediante los rozamientos y las colisiones con los átomos y moléculas del sistema adyacente, transfieren parte de su energía térmica.

Sabía que...

En la mayoría de los metales que presentan una buena conductividad eléctrica la transmisión de calor por conducción entre dos extremos separados se realiza de forma más acelerada. Esto se debe a que el metal presenta electrones libres que pueden desplazarse más rápidamente a lo largo de él.