La radiación es la transferencia de calor que se realiza a través de ondas electromagnéticas. Se podría catalogar como transporte molecular, ya que la energía es producida por el cambio en las configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas constitutivo y transportado por las ondas electromagnéticas o fotones. No existe contacto directo entre los dos medios y el intermedio o interfase no participa en las funciones de intercambio – en la mayoría de ocasiones es el aire, aunque también hay transferencia de calor a través del vacío -.
La radiación del cuerpo negro representa la cantidad máxima de radiación que puede ser emitida desde una superficie a una temperatura específica.
El calor que recibe la Tierra desde el Sol, se transmite por radiación a través del espacio vacío. El calor que se siente al estar frente a una fogata también es transferido por radiación.
El físico alemán Max Planck en 1900, empleó la teoría cuántica y el formalismo matemático de la mecánica estadística para formular la ley fundamental de la radiación. La expresión matemática de esta ley, relaciona la intensidad de la energía radiante que emite un cuerpo en una longitud de onda determinada, con la temperatura del cuerpo. Para cada temperatura y cada longitud de onda existe un máximo de energía radiante. Sólo un cuerpo ideal – cuerpo negro – emite radiación ajustándose exactamente a la ley de Planck. Los cuerpos reales emiten con una intensidad algo menor.
las superficies que la circundan.
La contribución de todas las longitudes de onda a la energía radiante emitida se denomina poder emisor del cuerpo, y corresponde a la cantidad de energía emitida por unidad de superficie del cuerpo y por unidad de tiempo. A partir de la ley de Planck, dos físicos austriacos, Joseph Stefan y Ludwig Boltzmann que, en 1879 y 1884 respectivamente, descubrieron que el poder emisor de una superficie es proporcional a la cuarta potencia de su temperatura absoluta. El factor de esa proporcionalidad se denomina constante de Stefan−Boltzmann en su honor:
- Donde:
- Ts es la temperatura de la superficie del cuerpo.
- ε es el coeficiente de emisividad, propiedad del material que relaciona su capacidad de radiación térmica con la del cuerpo negro ideal.
- σ es la constante de Stefan-Boltzmann,= 5.67 x 10-8 W/m2 ºK4
- A es la superficie de emisión
Si tenemos presente que todas las sustancias emiten energía radiante sólo por tener una temperatura superior al cero absoluto, la expresión (3) se convierte en
Donde F1-2;es un módulo que pondera la relación geométrica de los dos cuerpos y sus coeficientes de emisividad.
En el proceso productivo del que hacíamos referencia al inicio de este escrito tendremos absolutamente implicados todos los procesos de transferencia de calor. El calor se transmitirá básicamente por convección en los intercambiadores, reactores y baterías de nuestra instalación, entre los fluidos caloportadores – fluido térmico, vapor, agua caliente – y los fluidos contenidos en dichos equipos.
El calor se generará a partir del combustible en una caldera con transferencia básicamente por radiación en su cámara de combustión y por convección en serpentines o tubos de humos. Finalmente en el cálculo para evitar pérdidas a través de las tuberías o de los equipos, deberemos considerar las características y espesor del aislamiento térmico, ya que la transferencia de calor entre la pared metálica de tubos o de intercambiadores y nuestro aislamiento se realiza por medio de conducción.
Hasta aquí una visión rápida de los procesos de transferencia de calor. La gran cantidad de aplicaciones y su complejidad y diversidad, hacen que las cuatro fórmulas mencionadas en este documento se deriven en centenares, para poder considerar cada particularidad y permiten para cada aplicación concreta disponer de criterios específicos y adecuados de diseño.