Transferencia de calor por radiación.

1. 1
Introducción
En este trabajo estaremos hablado de la transferencia de calor por
radiación, que se refiere la transferencia por medios de ondas
electromagnéticas, de las diferentes leyes que nos explican los fenómenos de
transferencia de calor entre cualquier objeto y el ambiente que lo rodea, todos
los objetos emiten energía radiante, cualquiera sea su temperatura. Los objetos
ideales que absorben toda la radiación que llega a su superficie y su
emisividad es igual a uno llamados cuerpos negros y de otros que se asemejan
más a la realidad llamados cuerpos grises, así como de la propiedades que
estos cuerpos presentan como emisividad, absortividad, reflectividad y de
cómo se ve afectada la transferencia de calor de acuerdo con las superficies de
los cuerpos.
Autor: Davinson Maita

2. 2
Transferencia de calor por radiación
Es la transferencia de calor por medio de ondas electromagnéticas. No se
requiere de un medio para su propagación. La energía irradiada se mueve a la
velocidad de la luz. El calor irradiado por el Sol se puede intercambiar entre la
superficie solar y la superficie de la Tierra sin calentar el espacio de
transición.
La radiación térmica es energía emitida por la materia que se encuentra a
una temperatura dada, se produce directamente desde la fuente hacia afuera en
todas las direcciones.
A diferencia de la conducción y la convección, o de otros tipos de onda,
como el sonido, que necesitan un medio material para propagarse, la radiación
electromagnética es independiente de la materia para su propagación, de
hecho, la transferencia de energía por radiación es más efectiva en el vacío.
Sin embargo, la velocidad, intensidad y dirección de su flujo de energía se
ven influidos por la presencia de materia. Así, estas ondas pueden atravesar el
espacio interplanetario e interestelar y llegar a la Tierra desde el Sol y las
estrellas. La longitud de onda (λ) y la frecuencia (ν) de las ondas
electromagnéticas, relacionadas mediante la expresión λν = c, son importantes
para determinar su energía, su visibilidad, su poder de penetración y otras
características. Independientemente de su frecuencia y longitud de onda, todas
las ondas electromagnéticas se desplazan en el vacío con una rapidez
constante c = 299792 km/s.

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Espectro de radiación
Atendiendo a su longitud de onda, la radiación electromagnética recibe
diferentes nombres, y varía desde los energéticos rayos gamma, con una
longitud de onda muy corta del orden de picómetros (frecuencias muy altas)
hasta las ondas de radio con longitudes de onda muy largas del orden de
kilómetros (frecuencias muy bajas), pasando por la luz visible, cuya longitud
de onda está en el rango de las décimas de micrómetro. El rango completo de
longitudes de onda es lo que se denomina el espectro electromagnético, que se
muestra en la figura. Esta variación es porque las fuentes que producen las
ondas son completamente diferentes. El espectro electromagnético no tiene
definidos límites superior ni inferior. La luz, llamada también luz visible o luz
blanca, es uno de los componentes del espectro electromagnético, y se define
como aquella parte del espectro de radiación que puede percibir la sensibilidad

4. 4
del ojo humano. La luz visible es un minúsculo intervalo que va desde la
longitud de onda correspondiente al color violeta (aproximadamente 400 nm)
hasta la longitud de onda correspondiente al color rojo
(aproximadamente 700 nm).
La radiación del Sol es emitida en todas las longitudes de onda, pero
tiene un máximo en la región de luz visible. La luz visible está compuesta por
varios colores, que cuando se mezclan forman la luz blanca. Cada uno de los
colores tiene una longitud de onda específica, con límites entre 0.4 y 0.7 μm.
Considerando desde las longitudes de onda más cortas a las más largas, los
diferentes colores tienen los valores centrales de longitudes de onda que se
indican en la tabla. Estos colores están dentro de un rango de longitudes de
onda, por ejemplo el violeta esta en el rango entre 0.4 y 0.45 μm. Son los
colores que forman el arcoiris. En sus extremos se tienen el ultravioleta y el
infrarrojo. La mayor cantidad de energía radiante del Sol se concentra en el
rango de longitudes de onda del visible y visible cercano del espectro, con las

5. 5
siguientes proporciones: luz visible 43%, infrarrojo cercano 49%, ultravioleta
7%, y el 1% restante en otros rangos.
Colores del espectro visible y sus extremos.
Penetración de la radiación electromagnética.
Cuando la frecuencia es inferior a la frecuencia de la radiación
ultravioleta, los fotones no tienen suficiente energía para romper enlaces
atómicos. Se dice entonces que la radiación es radiación no ionizante. A partir
de los rayos ultravioleta, vienen los Rayos X y los Rayos gamma, muy
energéticos y capaces de romper moléculas, dicha radiación se denomina
radiación ionizante. La radiación electromagnética reacciona de manera
desigual en función de su frecuencia y del material con el que entra en
contacto. El nivel de penetración de la radiación electromagnética es
inversamente proporcional a su frecuencia. Cuando la radiación
electromagnética es de baja frecuencia, atraviesa limpiamente las barreras a su
paso. Cuando la radiación electromagnética es de alta frecuencia reacciona
más con los materiales que tiene a su paso. En función de la frecuencia, las
ondas electromagnéticas pueden no atravesar medios conductores. Esta es la
razón por la cual las transmisiones de radio no funcionan bajo el mar y los
teléfonos móviles se queden sin cobertura dentro de una caja de metal. Sin

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embargo, como la energía ni se crea ni se destruye, sino que se transforma,
cuando una onda electromagnética choca con un conductor pueden suceder
dos cosas. La primera es que se transformen en calor: este efecto tiene
aplicación en los hornos de microondas. La segunda es que se reflejen en la
superficie del conductor (como en un espejo).
Poder de penetración de la radiación.
La radiación de partículas también puede ser ionizante si tiene suficiente
energía. Algunos ejemplos de radiación de partículas son los rayos cósmicos,
los rayos alfa o los rayos beta. Los rayos cósmicos son chorros de núcleos
cargados positivamente, en su mayoría núcleos de hidrógeno (protones). Los
rayos cósmicos también pueden estar formados por electrones, rayos gamma,
piones y muones. Los rayos alfa son chorros de núcleos de helio
positivamente cargados, generalmente procedentes de materiales radiactivos.
Los rayos beta son corrientes de electrones, también procedentes de fuentes
radiactivas. La radiación ionizante tiene propiedades penetrantes, importantes

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en el estudio y utilización de materiales radiactivos. Los rayos alfa de origen
natural sonfrenados por un par de hojas de papel o unos guantes de goma. Los
rayos beta son detenidos por unos pocos centímetros de madera. Los rayos
gamma y los rayos X, según sus energías, exigen un blindaje grueso de
material pesado como hierro, plomo u hormigón, como se muestra en la
figura. También existe la radiación mecánica, que corresponde a ondas que
sólo se transmiten a través de la materia, como las ondas de sonido.
Leyes de radiación.
Ley de Stefan.
Todos los objetos emiten energía radiante, cualquiera sea su temperatura,
por ejemplo el Sol, la Tierra, la atmósfera, los Polos, las personas, etc. La
energía radiada por el Sol a diario afecta nuestra existencia en diferentes
formas. Esta influye en la temperatura promedio de la tierra, las corrientes
oceánicas, la agricultura, el comportamiento de la lluvia, etc. Considerar la
transferencia de radiación por una superficie de área A, que se encuentra a una
temperatura T. La radiación que emite la superficie, se produce a partir de la
energía térmica de la materia limitada por la superficie. La rapidez a la cual se
libera energía se llama potencia de radiación H, su valor es proporcional a la
cuarta potencia de la temperatura absoluta. Esto se conoce como la ley de
Stefan:
𝐇 = 𝛆𝛔𝐀𝐓 𝟒
(1)
Donde σ = 5.67x10−8
W/(m2
K4
) se llama constante de Stefan-
Boltzmann y ε es una propiedad radiactiva de la superficie llamada

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emisividad, sus valores varían en el rango 0 < ε < 1, es una medida de la
eficiencia con que la superficie emite energía radiante, depende del material.
Un cuerpo emite energía radiante con una rapidez dada por la ecuación 1,
pero al mismo tiempo absorbe radiación; si esto no ocurriera, el cuerpo en
algún momento irradiaría toda su energía y su temperatura llegaría al cero
absoluto. La energía que un cuerpo absorbe proviene de sus alrededores, los
cuales también emiten energía radiante. Si un cuerpo se encuentra a
temperatura T y el ambiente a una temperatura To, la energía neta ganada o
perdida por segundo como resultado de la radiación es:
𝐇 𝐧𝐞𝐭𝐚 = 𝛆𝛔𝐀(𝐓 𝟒
− 𝐓𝟎
𝟒
)
Cuando el cuerpo está en equilibrio con los alrededores, irradia y absorbe
la misma cantidad de energía, por lo tanto su temperatura permanece
constante. Cuando el cuerpo está más caliente que el ambiente, irradia más
energía de la que absorbe, y por lo tanto se enfría.
Un absorbedor perfecto se llama cuerpo negro (no significa que sea de
color negro), que se define como un objeto ideal que absorbe toda la radiación
que llega a su superficie y su emisividad es igual a uno. No se conoce ningún
objeto así, aunque una superficie de negro de carbono puede llegar a absorber
aproximadamente un 97% de la radiación incidente. El Sol, la Tierra, la nieve,
etc. bajo ciertas condiciones se comportan como un cuerpo negro. En teoría,
un cuerpo negro sería también un emisor perfecto de radiación, y emitiría a
cualquier temperatura la máxima cantidad de energía disponible. A una
temperatura dada, emitiría una cantidad definida de energía en cada longitud
de onda. En contraste, un cuerpo cuya emisividad sea igual a cero, no absorbe
la energía incidente sobre el, sino que la refleja toda, es un reflector perfecto.

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Los cuerpos con emisividades entre 0 y 1 se llaman cuerpos grises, son
los objetos reales. De esta forma, definimos un cuerpo gris como aquel cuya
emisividad es constante ante la longitud de onda. . A raíz del fracaso
de los intentos de calcular la radiación de un cuerpo negro ideal según la física
clásica, se desarrollaron por primera vez los conceptos básicos de la teoría
cuántica. Una buena aproximación de un cuerpo negro es el interior de un
objeto hueco, como se muestra en la figura. La naturaleza de la radiación
emitida por un cuerpo hueco a través de un pequeño agujero sólo depende de
la temperatura de las paredes de la cavidad.
Representación de un cuerpo negro.
Ejemplo: Una carretera de superficie ennegrecida a una temperatura de
320 K recibe energía radiante del Sol por un valor de 700 W/m2. Calcular la
radiación neta ganada por cada m2 de la superficie de la carretera.
Solución: la energía que emite la superficie de la carretera es:
H = εσAT4
H = 1*5.67x10-8
𝑊
𝑚2 𝑘4
𝐴(320𝑘) 4
⇒
𝐻
𝐴
= 594,5
𝑊
𝑚2
Como del Sol recibe 700 W/m2, la radiación neta es:
𝐻
𝐴
𝑛𝑒𝑡𝑎 = 700 − 594.5 = 105.5
𝑊
𝑚2

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Ley de Wien.
La figura muestra la curva típica de la intensidad de radiación de un
cuerpo negro en función de la longitud de onda de la radiación emitida, para
diferentes valores de temperatura indicados como frío, templado y cálido. De
acuerdo a la teoría cuántica, se encuentra que los cuerpos a una temperatura
determinada, emiten radiación con un valor máximo para una longitud de onda
λ dada. Al aumentar la temperatura de un cuerpo negro, la cantidad de energía
que emite se incrementa. También, al subir la temperatura, el máximo de la
distribución de energía se desplaza hacia las longitudes de onda más cortas. Se
encontró que este corrimiento obedece a la siguiente relación, llamada ley del
desplazamiento de Wien:
λmaxT = 2897
donde λmax es la longitud de onda que corresponde al máximo de la
curva de radiación, en μm, y T es la temperatura absoluta del objeto que emite
la radiación. La ley de Wien afirma que para la radiación de un cuerpo negro
la longitud de onda de máxima emisión es inversamente proporcional a la
temperatura absoluta. Con esta ley se demuestra que la emisión de radiación
de la superficie terrestre tiene un máximo en cerca de 9.9 μm, que corresponde
a la región infrarroja del espectro. También muestra que la temperatura del
Sol, si el máximo de emisión de radiación solar ocurre en 0.474 μm, es del
orden de 6110 K.

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Intensidad de radiación de un cuerpo negro
Ley de Planck.
Los objetos con mayor temperatura radian más energía total por unidad
de área que los objetos más fríos. Por ejemplo el Sol con una temperatura
media de 6000 K en su superficie, emite 1.6x105 (6000/300)4 veces más
energía que la Tierra con una temperatura media en superficie de 289 K = 16º
C. Por definición, un cuerpo negro es un absorbedor perfecto. Este también
emite la máxima cantidad de energía a una temperatura dada. La cantidad de
energía emitida por un cuerpo negro está únicamente determinada por su
temperatura y su valor lo da la Ley de Planck. En 1900, Max Planck,
descubrió una fórmula para la radiación de cuerpo negro en todas las
longitudes de onda. La función empírica propuesta por Planck afirma que la
intensidad de radiación I(λ,T), esto es, la energía por unidad de tiempo por
unidad de área emitida en un intervalo de longitud de onda, por un cuerpo
negro a la temperatura absoluta T, está dada por:
𝐈( 𝛌, 𝐓) =
𝟐𝛑𝐡𝐜 𝟐
𝛌−𝟓
𝐞𝐜𝐡/𝐤𝛌𝐓 − 𝟏

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donde I(λ,T) es la densidad de flujo de energía por unidad de longitud de
onda, en W/(m2μm), h es la constante de Planck, y k es la constante de
Boltzmann, de valor k = 1.38 x 10-23 J/K. El gráfico de la función I(λ,T) para
diferentes valores de temperatura absoluta, se muestra en la figura.
Gráfico de la función I(λ,T) de la ley de Planck.
Ley de Kirchhoff
La ley de Kirchhoff establece que: Si un cuerpo (o superficie) está en
equilibrio termodinámico con su entorno, su emisividad es igual a su
absorbencia (α = ε)
Existen los siguientes corolarios de la Ley de Kirchhoff:
 Esta ley puede resumirse como: un mal reflector es un buen
emisor, y un buen reflector es un mal emisor.
 La emisividad no puede ser mayor a uno (ε < = 1). pues esto es
imposible, por la conservación de la energía, por lo que no es
posible térmicamente irradiar más energía que un cuerpo negro, en
equilibrio.

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Cuerpo Negro
Si practicamos un pequeño orificio, como se muestra en la figura de
Representación de un cuerpo negro, la radiación que él penetre se absorberá
en parte y, en parte, se reflejará. La fracción reflejada incidirá sobre otra zona
de la superficie interna y también se absorberá y reflejará en parte, y así
sucesivamente.
Por consiguiente, nada o prácticamente nada, de la radiación incidente se
escapará por el orificio por el que penetró, por lo que el plano del orifico se
comporta como un cuerpo negro perfecto con respecto a la radiación que
incide sobre él.
Emite una cantidad de energía radiante de su superficie Qr, dada por la
ecuación:
𝐐𝐫 = 𝛔. 𝐀. 𝐓 𝟒
= 𝐀. 𝐄 𝐛
en la que Eb es el poder emisivo del radiador, viniendo expresado el
calor radiante Qr en W, la temperatura T de la superficie en °K, y la constante
dimensional s de Stefan-Boltzman.
La ecuación anterior dice que toda superficie negra irradia calor
proporcionalmente a la cuarta potenciade su temperatura absoluta. Aunque la
emisión es independiente de las condiciones de los alrededores, la evaluación
de una transferencia neta de energía radiante requiere una diferencia en la
temperatura superficial de dos o más cuerpos entre los cuales tiene lugar el
intercambio.

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Si un cuerpo negro a T1 (ºK) irradia calor a un recinto que le rodea
completamente y cuya superficie es también negra a T2 (ºK), es decir, absorbe
toda la energía radiante que incide sobre él, la transferencia de energía
radiante viene dada por:
𝐐𝐫 = 𝛔. 𝐀 𝟏.(𝐓𝟏
𝟒
− 𝐓𝟐
𝟒
)
Si los dos cuerpos negros tienen entre sí una determinada relación
geométrica, que se determina mediante un factor de forma F, el calor radiante
transferido entre ellos es:
𝐐𝐫 = 𝐐 𝟏↔𝟐 = 𝛔. 𝐀 𝟏. 𝐅𝟏 𝟐.(𝐓𝟏
𝟒
− 𝐓𝟐
𝟒
)
Los cuerpos reales no cumplen las especificaciones de un radiador ideal,
sino que emiten radiación con un ritmo inferior al de los cuerpos negros.
Si a una temperatura igual a la de un cuerpo negro emiten una fracción
constante de la energía que emitirían considerados como cuerpo negro para
cada longitud de onda, se llaman cuerpos grises.
Cuerpo Gris
Llamamos "cuerpo gris" a un tipo especial de superficie no negra en el
que el poder emisivo monocromático es independiente de la longitud de onda
de la radiación emitida, en el que Wl y Wn le dan el mismo cociente para
todas las longitudes de onda de las radiaciones emitidas a la misma
temperatura.
Esta definición de cuerpo gris no elimina la posibilidad de que el poder
emisivo dependa de la temperatura de la superficie emisora. Las
características de superficie gris la poseen en grado bastante elevado ciertos

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materiales, como la pizarra, etc. Además, empleando el valormedio del poder
emisivo tomado a lo largo de toda la banda de longitudes de onda es posible
representar una superficie no gris como si lo fuera.
Representaremos con el símbolo e sin subíndice el poder emisivo de una
superficie gris, y al considerar que depende sólo de la temperatura del emisor,
la emitancia de una superficie gris es la siguiente:
W = e Wn
W = esT4
El suponer que el poder es independiente de la longitud de onda de la
emisión determina que la curva de distribución de la emitancia monocromática
(Wl en función de l) para un cuerpo gris pueda ajustarse a la de una superficie
absolutamente negra a la misma temperatura, sin que se registre un
desplazamiento del máximo de la curva, tal como se indica en la figura.
Se incluye también en la figura mencionada una curva típica de la
emitancia de una superficie no gris. La variación del poder emisivo con la
longitud de onda es evidente en este caso.
Emite radiación según la expresión:
𝐐𝐫 = 𝛆. 𝐀. 𝐄 𝐁 = 𝛆. 𝛔. 𝐀. 𝐓 𝟒
El calor radiante neto transferido por un cuerpo gris a la temperatura Tl a
un cuerpo negro que le rodea a la temperatura T2 es:
𝐐𝐫 = 𝛆 𝟏. 𝐀 𝟏.( 𝐄 𝐛𝟏 − 𝐄 𝐛𝟐) = 𝛆 𝟏. 𝛔. 𝑨 𝟏(𝑻 𝟏
𝟒
− 𝑻 𝟐
𝟒
)

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La emitancia de la superficie gris, igual a la relación entre la . Siendo
emisión de la superficie gris y la emisión de un radiador perfecto a la misma
temperatura. El hecho de que la transferencia de calor dependa de T4 complica
los cálculos.
El Factor de Forma.
F12 fracción de la energía emitida por S1 que es interceptada por S2
F21 fracción de la energía emitida por S2 que es interceptada por S1
Balance radiante (superficies negras): el calor neto q12 que deja S1 hacia
S2 es:
𝑞1→2 = 𝐹12 𝐴1 𝐸 𝑏,1
𝑞2→1 = 𝐹21 𝐴1 𝐸 𝑏,2
𝑞12 ≡ 𝑞1→2 − 𝑞2→1 = 𝐹12 𝐴1 𝐸𝑏,1 − 𝐹21 𝐴1 𝐸𝑏,2
Si T1 = T2 debe ser q12 = 0 y por tanto, siempre F12A1 = F21A2
𝑞12 = 𝐴1 𝐹12 𝜎(𝑇1
4
− 𝑇2
4
)

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Emisividad.
La emisividad es la proporción de radiación térmica emitida por una
superficie u objeto debido a una diferencia de temperatura determinada. Es la
transferencia de calor debida a la emisión de ondas electromagnéticas entre
dos superficies y no necesita de un medio para llevarse a cabo. Todo cuerpo
por encima del cero absoluto emite radiación.
Es una propiedad de los materiales que informa sobre la capacidad o
eficiencia de este para emitir radiación comparada con un cuerpo negro
El coeficiente de emisividad (ε), es un número adimensional que
relaciona la habilidad de un objeto real para irradiar energía térmica, con la
habilidad de irradiar si éste fuera un cuerpo negro:
Un cuerpo negro, por consiguiente, tiene un coeficiente ε = 1, mientras
que en un objeto real, ε siempre se mantiene menor a 1.
Teniendo en cuenta la Ley de Stefan-Boltzmann, la radiación emitida por
una superficie real se expresa como una porción de la que emitiría el cuerpo
negro.

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Absortividad
Otra propiedad importante relativa a la radiación es la absortividad a que
representa la fracción de radiación incidente sobre una superficie que es
absorbida por ésta. Su valor está comprendido en el rango 0 < a< 1 . Un
cuerpo negro absorbe toda la radiación incidente sobre él, es un absorbente
perfecto (a = 1) .
En general , tanto la emisividad como la absortividad de una superficie
dependen de su temperatura y de la longitud de onda de la radiación. Según la
Ley de Kirchhoff de la radiación: "La emisividad y la absortividad de una
superficie a una temperatura y longitud de onda dadas son iguales".
- 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. Si la velocidad de absorción de radiación es mayor que la de

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emisión se dice que la superficie está ganando energía por radiación. De lo
contrario se dice que está perdiendo energía por radiación.
Cuando una superficie de emisividad e y área superficial As que se
encuentra a una temperatura absoluta Ts, está completamente encerrada por
una superficie mucho mayor (o negra) que se encuentra a la temperatura
absoluta Talred y separadas por un gas (como el aire) que no interviene en la
radiación la rapidez neta de transferencia de calor por radiación entre estas dos
superficies se expresa por:
𝐐𝐫𝐚𝐝𝐢𝐚𝐜𝐢𝐨𝐧 = 𝛆. 𝛔. 𝐀 𝐬(𝐓𝐬
𝟒
− 𝐓𝐚𝐥𝐫𝐞𝐝
𝟒
) (W)
En este caso especial la emisividad y el área de la supercie circundante
no influyen en la transferencia neta de calor por radiación.
Reflectividad
Es la fracción de radiación incidente reflejada por una superficie. En
general debe tratársela como una propiedad direccional, en función de la
dirección reflejada, de la dirección incidente, y de la longitud de onda
incidente. Sin embargo comúnmente es también promediada sobre el
hemisferio reflejado para dar la reflectividad espectral hemisférica:
donde Grefl(λ) y Gincid(λ) son las intensidades espectrales reflejadas e
incidentes (por longitud de onda) respectivamente.
Así se puede promediar con todas las longitudes de onda, dando las
reflectividades totales hemisféricas:

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Coeficiente de transferencia de calor combinado
La transferencia de calor por radiación hacia una superficie, o desde ésta,
rodeada por un gas como el aire, ocurre paralela a la convección ( o radiación
si no existe movimiento macroscópico del gas ) entre la superficie y el gas. La
transferencia total de calor se determina al sumar las contribuciones de los dos
mecanismos de transferencia. Con el objeto de hacer los cálculos más
sencillos en muchas ocasiones se define el llamado coeficiente combinado de
transferencia de calor donde se incluyen los efectos simultáneos de la
convección y la radiación. Entonces, la velocidad total de transferencia de
calor hacia una superficie o desde ésta, por convección y radiación, se expresa
como:
𝐐𝐭𝐨𝐭𝐚𝐥 = 𝐡 𝐜𝐨𝐦𝐛𝐢𝐧𝐚𝐝𝐨. 𝐀𝐬( 𝐓𝐬 − 𝐓𝐟) (𝐖)
Tf: temperatura del fluido lo suficientemente lejos de la superficie
Mecanismos combinados de transmisión del calor
Los procesos de transmisión del calor por medio de la conducción,
convección y radiación, junto con la eventual acumulación, se producen de
forma simultánea y concurrente, de manera que en situaciones reales, e
incluso en condiciones de laboratorio, es difícil discernir con exactitud la
contribución de cada mecanismo en la transmisión de calor entre los
ambientes y el cerramiento.

21. 21
En el intercambio de calor entre la superficie del cerramiento y el
ambiente se solapan los flujos debidos a la radiación y la convección,
debiéndose considerar en el primero la contribución de la absorción de onda
corta, ya sea procedente del sol o del alumbrado, y la de onda larga,
procedentes de las superficies del entorno e incluso, en el caso de recintos
cerrados, existirían radiaciones infrarrojas emitidas por el cerramiento y
reflejadas por el resto de los paramentos.
Simultáneamente a la radiación, los flujos de calor por convección
dependerán si el aire es movido por fuerzas gravitatorias o son impulsados por
agentes externos, o por una combinación de ambos. La complejidad del
cálculo riguroso de todos estos mecanismos ha llevado a la definición de un
Coeficiente de transferencia superficial de calor h, de fácil aplicación en el
estudio de casos simplificados, tales como los propuestos por normas oficiales
de aislamiento térmico, y en los que se integran la convección y la radiación
con valores típicos.
Q = h· D T = (+ h rad) · D T (W/m2)
En la transmisión de calor por conducción a través de los cerramientos
hay que considerar generalmente que éste está constituido por varias capas
con propiedades físicas diferentes, debiéndose calcular su resistencia total
como la suma de varias resistencias en serie, y que las temperaturas interiores
resultantes en régimen estacionario tendrán un gradiente diferente en cada
capa. En el caso de existir zonas adyacentes con diferentes conductividades,
tales como puentes térmicos, el coeficiente global de conductividad será la
media ponderara de las conductividades en paralelo. Por último, en el caso de
conducción en régimen transitorio, se generarán sumideros y fuentes de calor

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por acumulación en función de la variación temporal de las temperaturas en
cada punto de su interior.
Esquema de los flujos de calor entre el cerramiento y su entorno
Propiedades de la Radiación de acuerdo con las superficies
Cuando una superficie conserva constantes sus propiedades
direccionales, se denomina superficie difusa. Al igual que una radiación que
tenga igual intensidad en todas direcciones se denomina radiación difusa,
como las emitiría un cuerpo negro.
No obstante, es frecuente que superficies reales varían sus coeficientes en
función de la dirección. Así, por ejemplo, las superficies de materiales
metálicos conductores aumentan su emisividad para valores altos de q.

23. 23
Por el contrario las superficies no metálicas, como las normales en los
cerramientos, suelen tener una emisividad direccional bastante constante,
salvo para valores muy elevados de q en que se reduce.
No obstante hay que considerar en ambos casos que, si bien las
intensidades para ángulos rasantes se desvían del promedio, el flujo total
queda poco afectado porque la ley del coseno minimiza la radiaciones para
ángulos polares próximos a 90º, por lo que en la práctica se suelen considerar
dichas superficies como emisoras difusas.
Conviene que se mencionen los tipos de distribución de la intensidad de
la energía reflejada, que depende del tratamiento de la superficie. Un caso
límite son las superficies especulares, que reflejan la radiación con igual
inclinación que la radiación incidente, como ocurre con las superficies pulidas.
El otro caso límite son las superficies reflectoras difusas, que distribuyen de
forma homogénea la energía reflejada con independencia del ángulo de la
radiación incidente.
Los casos reales suelen ser una combinación o variación de estos casos
límites, siendo habitual en las superficies no metálicas que para valores
elevados de q , al disminuir la emisividad y por tanto la absortividad
direccional, aumente la reflectancia direccional y por ello también la energía
reflejada, si bien para este estudio se consideren en general todas las
superficies normales de los cerramientos como reflectoras difusas por analogía
y simplicidad.

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Efectos de la rugosidad superficial
Un efecto que altera sustancialmente las características radiantes de una
superficie es la relación entre la longitud de onda de la energía radiante
considerada y la magnitud de las imperfecciones superficiales. Una superficie
ópticamente lisa es aquella para la que las imperfecciones superficiales son
mucho menores que las longitudes de onda. Obviamente una superficie puede
ser ópticamente lisa para longitudes de ondas más larga del espectro y
bastante áspera para longitudes de onda más bajas.
La cuestión de los efectos de las ásperas superficial en la características
de radiación de las superficies es bastante compleja. No existen buenos
medios de definir la rugosidad superficial.
Efectos de las impurezas superficiales
Un superficie preparad cuidadosamente para comportarse en forma
ópticamente lisa se puede desviar del comportamiento por una multitud de
efectos superficiales. Algunos ejemplos de estos efectos son las capas de
oxido formado por algunos productos de reacción química en la superficie, y
la adsorción superficial, como en el caso de las gotitas de agua.
Las reacciones químicas superficiales son de interés en el caso de los
metales; obviamente, la mayoría de las superficies no metálicas. Tienen poca
o ninguna actividad superficial. La presencia de oxido, incluso si es muy
delgada, aumenta la emisividad por encima del valor para una superficie
metálica.

25. 25
Conclusión
La forma radiactiva de la transmisión del calor 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 se puede realizar
entre superficies separadas por el vacío; así por ejemplo, el Sol transmite
energía a la Tierra por radiación a través del espacio que, una vez interceptada
por la Tierra, se transforma en otras fuentes de energía.
La radiación presenta una diferencia fundamental respecto a la
conducción y la convección: 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.
Autor: Davinson Maita