Connectivity in Human Visual Corte
4.3.2 Experimental Design
En transferencia de calor por radiación la tasa de flujo de calor depende de las temperaturas de las fuentes emisoras y receptoras y de ciertas cualidades de estas superficies: la emitancia y la absortancia.
La radiación que una superficie recibe puede absorberse en parte y en parte reflejarse, los cuerpos “negros” en radiación son aquellos que absorben todo lo que reciben. La proporción de estas componentes se expresa por los coeficientes α (o a, absortancia) y ρ (o r, reflectancia). La suma de estos coeficientes y en su caso el de transmitancia t si lo hubiera, sería 1.
La ecuación que expresa esto es:
a+r+t=1 y de forma menos general a+r =1
1 1 = + = + + ρ α τ ρ α
Las superficies de color claro, brillantes y pulimentadas, tienden a mostrar mayores reflectancias. La superficie blanca perfectamente reflectante (teórica), tendría de coeficientes r =1, a =0 .
Por el contrario el absorbente perfecto, el cuerpo “negro” teórico, presentaría de coeficientes r =0 , a = 1.
Diversos valores para estos coeficientes se ofrecen en tablas que adjuntamos.
A su vez, el coeficiente de emitancia (ε) e , expresa qué parte del calor disponible se emitirá (en relación con el cuerpo negro para el cual e =1).
La identidad de Kirchhoff nos dice que a = e pero sólo para la misma temperatura y longitud de onda de la radiación.
Los cuerpos normales no son “negros” sino que se definen como “grises”: aquellos que tienen una emisividad monocromática ελ independiente de la longitud de onda.
La energía total emitida por un cuerpo negro según la ecuación de Stefan-Boltzmann es:
4
*T
Eb =σ
Donde Eb está en W/m2 (energía radiada por unidad de área y en unidad de tiempo) y T en Kelvin (es decir, se cuenta desde –273).
σ
es la llamada constante de Stefan-Boltmann cuyo valor equivale a:σ
= 5.67*10-8 W/m2*K4La emitancia reduce en la práctica la emisión del cuerpo negro y la hace equivalente a la de los cuerpos reales.
En condiciones de aire seco, lo que emite la atmósfera se suele considerar como la mitad de la emisión del cuerpo negro, donde T es la temperatura ambiente en Kelvin.
4 * * 5 . 0 T E = σ
Como lo que emite un radiador depende de la variable e, si ésta es alta como 0.9, el poder aproximado de emisión de este radiador será de entonces de: 4 4 0.5* * * * 9 . 0 T T E = σ − σ
Considerando que la temperatura del radiador es igual que la del ambiente, por lo que interesa mantener el radiador a temperaturas más altas, además de conseguir la máxima emitancia. Faltaría también entonces un término convectivo de valor h*(Trad- Text) que en el caso
anterior era de valor nulo.
El coeficiente h se suele evaluar en 20 W/m2*K
La longitud de onda de la radiación que se emite, depende de la temperatura del emisor como nos aclara la ley de desplazamientos de Wien. El sol con su superficie a 5500-5800 K, es capaz de emitir en longitudes de onda muy corta (hacia 500 nanómetros) ultravioleta, luz y también radiación infrarroja, pero los objetos a las temperaturas normales en la corteza terrestre emiten solamente infrarrojo de onda larga (alrededor de 10.000 nanómetros o 10 micras). Por lo tanto, la absortancia para la radiación solar no será necesariamente la misma que la emitancia a las temperaturas de la corteza terrestre, ejemplo:
a (solar) e ( terrestre)
Pintura blanca 0.1 – 0.3 0.8 - 0.9 Metal brillante 0.1 - 0.3 0.05 – 0.2
En la práctica arquitectónica, el significado de esto es que ambas superficies están expuesta a la radiación solar, ambas reflejan y absorben el mismo calor, pero la superficie con pintura blanca re- emitirá mucha parte de la energía absorbida, mientras que la superficie brillante de metal no lo hará. Por lo tanto esta última adquirirá una temperatura mayor. Por eso las láminas de metal brillante como el aluminio, se suelen utilizar como aislamiento (en
ISOVER por ejemplo) en las situaciones donde la mayoría del calor se transmite por radiación. Una membrana aislada en una cámara reflejará gran parte del calor radiante que incida, pero si absorbe algo, volverá a irradiar una fracción muy pequeña de esa cantidad.
La distinción entre qué cuerpos son o no “negros” frente a la radiación térmica, presenta contradicciones aparentes en cuanto a las observaciones visuales. Una superficie recubierta con negro de humo aparece negra a la vista y también resulta ser “negra” en el espectro de la radiación térmica. Por otra parte la nieve, el hielo o el agua se muestran bastante brillantes a la visión pero son prácticamente negras para la radiación térmica a mayores longitudes de onda. Muchas pinturas blancas son también “negras” para la radiación a longitudes de onda grandes, y así sucesivamente.
Material Absortancia para radiación solar (λ=0.5 micras) Absortancia para radiación a baja temperatura (λ=10 micras) Aluminio pulido 0.15 0.04 Cobre pulido 0.18 0.03 Cobre mate 0.65 0.75 Fundición 0.94 0.21 Acero inoxidable (301) Muy pulido 0.37 0.60 Oro 0.12 0.018-0.035 Titanio tratado 0.6 0.20 Asfalto 0.90 0.90 Ladrillo rojo 0.75 0.93
Laca negra lisa 0.96 0.95
Mármol blanco 0.46 0.95
Grava 0.29 0.85
Pintura blanca varios tipos
0.12-0.16 0.90-0.95
Agua 0.20-0.60 0.95-0.96
Hielo/Nieve 0.10 0.85
Vidrio de Ventana Transparente 0.90-0.95
Comparación de las absortancias de varios materiales algunos usados en construcción o decoración, para la radiación solar y la radiación a baja temperatura.
Ejemplos, el vidrio y la necesidad de la baja emisividad. La nieve y su enfriamiento diurno y nocturno debido a la alta emisividad (pero luego tiene una conductividad relativamente baja 2.22 W/m ºC (Agua 0.56 a 0.60 W/m ºC). La Expo y los colores claros u oscuros (el oscuro no refleja pero se calienta más y el intercambio radiante puede llegar a ser mayor con zonas en sombra), que es lo que puede reflejar poco y no calentarse tanto: las plantas y quizá el agua si su profundidad y tratamientos son relevantes.
EL INTERCAMBIO ENERGÉTICO EN EDIFICIOS (Continuación).
Los intercambios se dan por radiación, convección y conducción, y también, en cierta medida por evaporación.
La primera y más importante lección que podemos y debemos aprender para el cálculo de intercambios energéticos, es que es preciso conocer tanto la temperatura exterior (datos climáticos) como la temperatura interior,y es esto ya es más difícil y sorprendente puesto que hay que estimarla. Nada nos permite saber con exactitud, dadas las condiciones exteriores, cuales serán las temperaturas del interior, por lo tanto hay que suponerlas basándose en intuiciones, experiencias previas y determinados algoritmos. Luego habrá que probar con varias condiciones interiores para saber cuál se ajusta más a las condiciones reales.
Por ejemplo, una superficie que recibe radiación incrementa su temperatura en razón de la ley de Stefan-Boltzmann, pero a qué temperatura estaba antes de recibir la radiación, hemos de suponer que a la temperatura ambiente, pero dentro de los edificios, la cuestión se complica.
Entonces hemos de empezar como siempre, respondiendo a algunas pequeñas cuestiones relativamente absurdas y de ahí intentar extraer alguna conclusión más general.
La porción visible, las radiaciones y la cuestión de las lamas