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Calor (Energia solar, radiación, microondas)

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mayela mayte

on 4 November 2012

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Transcript of Calor (Energia solar, radiación, microondas)

Gracias por su
atención Radiación, Microondas y Energía Solar La energía solar térmica es una fuente de energía renovable, inagotable, limpia y se puede aprovechar en el mismo lugar en que se produce Calentamiento por microondas Interacción dipolar APLICACIONES La radiación electromagnética es de interés no sólo térmico, sino para la visión animal (y toda la ingeniería de la iluminación), biológico (fotosíntesis, preservación de alimentos, radioterapia) APLICACIONES Químico (análisis espectroscópico, fotografía), industrial (óptica, telecomunicaciones, control de procesos, reactores nucleares, criogenia), espacial (control térmico de naves espaciales, vuelo hipertónico), militar (visión infrarroja, generadores isotópicos, armamento nuclear), etc. Radiación Energía Solar Microondas Mecánismos "Se llama RADIACIÓN TÉRMICA a la emisión de energía producida por la temperatura de los cuerpos." Factores de los que depende la generación de calor a partir de microondas
Un cuerpo cualquiera emite constantemente energía en forma de ondas electromagnéticas de diversas longitud d de onda, la experiencia demuestra que esta radiación aumenta con la temperatura. Esta energía se produce a expensas de la energía interna del cuerpo emisor o a costa de la energía exterior que recibe este último.



En consecuencia la energía emitida por un cuerpo puede ser absorbida por otro, pudiendo transformarse en calor



Este intercambio depende de las temperaturas y si se encuentran aislados, sabemos que llegan al equilibrio térmico. El equilibrio térmico no implica que un cuerpo deje de emitir radiación si no que la energía emitida es igual a la energía absorbida (Equilibrio dinámico) A bajas temperaturas, las frecuencias de ondas electromagnéticas producidas por los cuerpos se sitúan normalmente en el espectro infrarrojo (razón por la que no brillan los objetos a temperatura ambiente) Aumentando la temperatura de los cuerpos, llega un momento en que comenzarán a brillar con tendencia a rojo, y a temperaturas lo suficientemente altas la emisión se desplaza al blanco, si se aumenta lo suficiente la temperatura la emisión se desplaza al ultravioleta del espectro La radiación las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino que pueden estar separadas por un vacío. La radiación es un término que se aplica genéricamente a toda clase de fenómenos relacionados con ondas electromagnéticas. Las radiaciones que dan lugar a efectos térmicos en su interacción con la materia están en la banda de 10-7< A <lo-4 m (ultravioleta, visible e infrarrojo) En la práctica se distingue la radiación térmica de las demás radiaciones en que su intensidad y frecuencia varían con la temperatura de forma similar a como lo hace un cuerpo negro. Las fuentes de radiación térmica son pues cuerpos calientes. El sol tiene una temperatura
aparente de unos 5800 K y su máxima intensidad es a &,,=0,5 um (donde más sensibilidad tiene el ojo humano). El filamento de una bombilla incandescente está a unos 3000 K y da el máximo a 1 um, por lo que el rendimiento luminoso es muy pequeño. Un cuerpo negro es un objeto teórico o ideal que absorbe toda la luz y toda la energía radiante que incide sobre él. Nada de la radiación incidente se refleja o pasa a través del cuerpo negro. La emisividad es la proporción de radiación térmica emitida por una superficie u objeto debida a una diferencia de temperatura determinada. Para una superficie real Lo potencia radiante total emitida por unidad de superficie se denomina EMITANCIA RADIANTE (R) del cuerpo. Las longitudes de onda que es absorbida depende de la temperatura y de la naturaleza de la superficie del cuerpo absorbente. Esta fracciónse denomina PODER ABSORBENTE ( alfa). Ley de Kirchhoff: Si un cuerpo (o superficie) está en equilibrio termodinámico con su entorno, su emisividad es igual a su absorbancia. •Esta ley puede resumirse como: un mal reflector es un buen emisor, y un buen reflector es un mal emisor. La diferencia entre las velocidades de radiación emitida por la superficie y radiación absorbida por la misma es la transferencia neta de calor por radiación. La potencia máxima de radiacíón que puede ser emitida desde una superficie a una temperatura Ts se modela mediante la Ley de Stefan-Boltzmann cuya expresión es: As es el área de la superficie emisora.
Ts es la temperatura de la superficie emisora. INTERCAMBIO DE RADIACIÓN ENTRE SUPERFICIES El intercambio de radiación entre superficies depende en gran medida de las formas y orientaciones de las superficies, así como de sus propiedades radiativas y temperaturas. El sol es una estrella que se encuentra a una temparatura media de 5800 K en cuyo interior se llevan acabo reacciones termonucleares que producen una perdida de masa que se transforma en energía denominada "Radiación solar" El sol es la fuente de energía del planeta. Se recibe en forma de radiación que retiene la atmosfera y permite que la Tierra se mantenga a una temperatura mas o menos constante posibilitando que haya vida. Energía solar Directa Transmisión de Calor Energía termica pasiva Transformación en electricidadad La radiación solar es 63450720 W/m^2. (cc) photo by medhead on Flickr Cuando se supone existe un valor de emisividad constante para todas las longitudes de onda, siempre menor que 1 esta aproximación se denomina aproximación de cuerpo gris. Aplicaciones y Ventajas de la Energía Solar Térmica Una de las formas de aprovechar la energía solar es convertir su energía en calor, que despues se utilizara para obtener agua caliente, obtener calefacción, climatizar piscinas o cualquier operacion en la que se requiere elevar la temperatura de un fluido. SISTEMA TÉRMICO SOLAR Es el conjunto de componentes mecánicos, eléctricos y eléctronicos que permiten captar energía solar disponible que se pueda transformar en calor para satisfacer diferentes necesidades. Las instalaciones solares se diseñan de modo que produzcan la energía neceszaria en los meses de verano. Los elementos que componen un sistema solar térmico básicamente. Sistema de capacitación Intercambiador de calor Sistema de acumulación Sistema de control Sistema de hidraulico Sistema de energía convencional Los colectores solares térmicos son dispositivos capaces de captar la radiación solar y transmitírsela a un fluido, para su posterior aprovechamiento. Los colectores solares se pueden clasificar en base a varios parámetros.

Una de ellas puede ser en función del fluido térmico que utiliza para transferir el calor.  

Líquido (agua, una disolución anticongelante o un aceite térmico ).

Gas (aire). Otra clasificación es por el rango de temperatura de trabajo


Colectores de baja temperatura de trabajo (alcanza un máximo de 50ºC).


Colectores de media temperatura (alcanza un máximo de 90 ºC).

Colector de alta temperatura (hasta 150 ºC como máximo). Colector de placa plana

Actúa como un receptor que recoge la energía procedente del Sol y calienta una placa, esta energía es transferida al fluido.

Usualmente, estos colectores poseen una cubierta transparente de vidrio o plástico que aprovecha el efecto invernadero, formado por una serie de tubos de cobre, los cuales expuestos al sol absorben la radiación solar y se la transmiten al fluido que atraviesa su interior. Colectores de baja y media temperatura Son colectores de tipo plano. No tienen una temperatura máxima límite, trabajan mejor en condiciones de circulación normal, pero en contraposición poseen una baja capacidad calorífica su aplicación principal es la calefacción Colectores de Aire: Van dotados de una doble cubierta envolvente, herméticamente cerrada, aislada del interior y del exterior, y en la cual se ha hecho el vacío.

Su aplicación principal es la producción de agua calienta sanitaria y climatización de piscinas. Colectores de Vacío: Esta formado por dos tubos concéntricos; uno exterior de vidrio y uno interior pintado de negro o con pintura selectiva. El fluido circula por el tubo del interno.
Su aplicación principal es la calefacción. Tubos de Calor Su superficie de captación es cónica o esférica con una cubierta de vidrio de la misma geometría. Con estas geometrías se consigue que la superficie iluminada a lo largo del día, en ausencia de sombra, sea constante.

Su aplicación principal es la producción de agua caliente sanitaria. Colectores Cónicos o esféricos: Usan sistemas especiales con el fin de aumentar la intensidad de la radiación sobre la superficie absorbente

La principal complicación que presentan es la necesidad de un sistema de seguimiento para conseguir que el colector esté permanentemente orientado en dirección al Sol. Colectores Solares de Concentración: Su superficie reflectora es la mitad de un cilindro. Su aplicación principal es la producción de vapor en una central térmica Concentradores cilíndricos Su superficie reflectora presenta una geometría de paraboloide de revolución. Su aplicación principal es la producción de vapor en una central térmica. Concentradores paraboloides: En el espectro electromagnético, la radiación microonda esta situada en un área de transición entre la radiación infrarroja y las ondas de radiofrecuencia.
Su longitud de onda esta comprendida las frecuencias de 30Ghz y 300Mhz. Microondas Las microondas tienen muchas aplicaciones: por mencionar algunas radio y televisión, radares, meteorología, comunicaciones vía satélite, medición de distancias, investigación de las propiedades de la materia o cocinado de alimentos. Aplicaciones de microondas El calentamiento por microondas o calentamiento dieléctrico, es una alternativa al calentamiento por conducción /convección convencional, que permite aprovechar las propiedades de algunos compuestos (líquidos o sólidos) de transformar la energía electromagnética en calor. Interacción de onda-materia Estudios hechos con seres vivos revelan que las ondas de determinadas longitudes pueden penetrar profundamente en los tejidos vivos y provocar un calentamiento, Este calentamiento es peligroso, pues puede destruir estos tejidos vivos, motivo por el cual la exposición de personas o animales a radiaciones de gran intensidad es muy peligrosa. Por otra parte, si se trata de tejidos muertos, el efecto de calentamiento provocado por las ondas de radio de longitud muy pequeña pueden hasta tener utilidad en el campo doméstico. Aplicando una buena potencia de radiación de alta frecuencia en los alimentos, podemos cocinarlos con mucha facilidad y eficiencia. En un cuerpo cualquiera en estado neutro, normalmente la electricidad no se manifiesta porque sus moléculas, que son polarizadas, tienen una distribución que, en el todo, neutraliza las cargas Mientras tanto, tales moléculas polarizadas pueden fácilmente ser orientadas por la acción de campos eléctricos externos. Si invertimos la polaridad del campo eléctrico, la tendencia de las moléculas es modificar su posición de modo de orientarse conforme a la nueva acción del campo si el campo estuviera cambiando constantemente de polaridad las moléculas cambiarían de posición rápidamente, intentando acompañar las modificaciones del campo y, en consecuencia, habría producción de calor. Se produce en presencia de moléculas polares. La rotación dipolar es una interacción que induce a las moléculas polares a alinearse con el campo eléctrico rápidamente cambiante de las microondas. Conducción iónica El calor se genera a través de perdidas por fricción, que resultan de la migración de iones disueltos cuando sobre ellos actúa un campo electromagnético
Longitud de onda de radiación

Propiedades físicas del material
constante dieléctrica
polaridad
temperatura
viscosidad
capacidad térmica

Características del ión
Tamaño
Carga ion
Concentración
Movilidad


Donde:

epsilon ε´´=perdida dieléctrica
epsilon ε´=constante dieléctrica
deltaδ=factor de disipación

epsilonε´´ da la medida en que un material puede absorber la energía electromagnética y mide la eficacia con la que el calor es generado por la radiación microonda;

epsilonε´ permite estimar lo fácil o difícil que resultara polarizar un material Factor de disipación Relaciona la emisividad y la absortividad Aguilar Franco Mayela Mayte Marceleño Nieto José Luis Valencia Ramos Vianney Dávila Hernández Ricardo Otniel Bibliografía: Javier María Mendez Muñiz, "Energía solar térmica"
Marcelo Romero Tous "Energía solar Térmica"
Internet (http://www.biodisol.com/energia-solar/que-es-un-colector-solar-o-captador-solar-tipos-de-colectores-solares-energia-solar-termica/)
http://energiadoblecero.com/energias-renovables/energia-termosolar/tipos-de-colectores-solares-y-componentes-basicos
http://www.coppergroupint.com/admin/descargas/60.pdf
http://www.slideshare.net/Tenoch117/presentacin-energia-solar
Frank P. Incropera, David P. DeWitt "Fundamentos de Transferencia de Calor"
Michael J. Morán, Howard N. Shapiro "Fundamentos de termodinámica Técnica
Internet:
http://www.ecured.cu/index.php/Radiaci%C3%B3n_t%C3%A9rmica
http://www.fceia.unr.edu.ar/fisica2ecen/pdffiles/rediacion.pdf
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/negro/radiacion/radiacion.htm
http://docs.kde.org/stable/es/kdeedu/kstars/ai-blackbody.html
http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Stefan-Boltzmann
http://www-istp.gsfc.nasa.gov/Education/Memwaves.htmlhttp://www.asifunciona.com/fisica/af_espectro/af_espectro_1.htm
http://www.espectrometria.com/espectro_electromagnticohttp://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0504-01/tipos-ondas.htmlhttp://tipos.com.mx/tipos-de-ondas-electromagneticas
http://especptroelectromagnetico.blogspot.mx/2007/04/las-microondas.htmlsisntesis asistida por microondas de compuestos de interes biologico e industrialhaloarenos,fulvenos tricloropirrolidonas, azoles y flavonoides. modelado de espectros de absorcion lectromagnetica de flavonoides escrito por carballido reboredo Ma raquel
http://books.google.com.mx/books?id=9__NAdE-XCwC&printsec=frontcover&dq=microondas&hl=es&sa=X&ei=RuyMUO69D8TOqAHKxoCYCQ&ved=0CFgQ6AEwBwhttp://fisica2013.blogspot.mx/p/ondas-electromagneticas.html http://www.slideshare.net/latiatuca/espectro-electromagnetico

Se coloca un cuerpo colocado dentro de un recipiente cerrado negro
Tiene una temperatura uniforme (T)
Se deja que el sistema alcance el equilibrio
Se realiza mediante consideraciones termodinámicas Sea:
I  La intensidad de radiación incidente del cuerpo
E1  potencia total emisiva

Podemos decir que la energía emitida por el cuerpo de superficie total A1 es igual a la recibida.

Por lo tanto:
E1A1=Iα1A1 Si remplazamos el cuerpo por otro y dejamos que alcance el equilibrio
E2=I2
si introducimos un tercer cuerpo esta vez negro.
Eb=Ib
sabemos que la absorbencia de un cuerpo negro es igual a 1 E1/1 =E2/2 =Eb
O en equilibrio térmico la razón de potencia emisiva total a la absorbencia para todos los cuerpo es la misma. Esto es conocido como la Ley de Kirchhoff
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