UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA TRANSFERENCIA DE CALOR ASIGNACION: Aplicaciones de la radiación térmica en sus distintos espectros INSTRUCTOR: ing. Gustavo Salomón Torres Alumno: Rolin Menjívar Diego Alberto Carnet: RM16116 Ciudad universitaria, 28 de abril de 2022 Transmisión de calor por radiación Consiste en un transporte de energía calorífica que puede tener lugar tanto en presencia de materia como en ausencia de ésta es decir en el vacío. No exige. Este proceso tiene carácter de onda electromagnética térmica; es decir, cualitativamente es una onda electromagnética (que en el vacío se propaga a la velocidad de la luz), y de manera concreta de un determinado rango de frecuencias. La emisión tiene lugar en todas direcciones y al incidir en un cuerpo éste puede actuar reflejándola, absorbiéndola (con aumento de la energía interna, incremento de la temperatura) o transmitiéndola. La radiación térmica que corresponde a la emisión de energía en función de su temperatura se sitúa entre 0,1 y 100 𝜇𝑚, y, por tanto, incluye totalmente en su interior la parte visible del espectro electromagnético. ¿Cuáles son los diferentes tipos de radiación UV? La radiación UV se clasifica en tres tipos principales: ultravioleta A (UVA), ultravioleta B (UVB) y ultravioleta C (UVC). Estos grupos se basan en la medida de su longitud de onda Tanto la radiación UVA como la UVB pueden afectar la salud. Aunque la radiación UVA sea más débil que la UVB, penetra la piel más profundamente y es más constante a lo largo de todo el año. Debido a que la radiación UVC es absorbida por la capa de ozono de la Tierra, no presenta tanto riesgo. Beneficios Los efectos beneficiosos de la radiación UV incluyen la producción de vitamina D, que es esencial para la salud humana. La vitamina D ayuda al cuerpo a absorber el calcio y el fósforo de los alimentos y contribuye a la formación de los huesos. La Organización Mundial de la Salud (OMS) recomienda de 5 a 15 minutos de exposición al sol, 2 o 3 veces por semana. Riesgos Las quemaduras solares son un signo de sobrexposición por un corto periodo a la radiación UV, mientras que el envejecimiento prematuro y el cáncer de piel son los efectos secundarios de la exposición prolongada. Puede que algunos medicamentos orales y tópicos, como los antibióticos, las píldoras anticonceptivas y los productos que contienen peróxido de benzoílo, así como algunos cosméticos, aumenten la sensibilidad de la piel y los ojos a la radiación UV en todos los tipos de piel. La exposición a la radiación UV aumenta el riesgo de presentar enfermedades que podrían causar ceguera si no se usa protección para los ojos. La sobrexposición a la radiación UV puede causar graves problemas de salud, incluido el cáncer. El cáncer de piel es el tipo de cáncer más común en los Estados Unidos. Los dos tipos de cáncer de piel más comunes son el carcinoma de células basales y el carcinoma de células escamosas. Por lo general, se forman en la cabeza, la cara, el cuello, las manos y los brazos porque estas son las partes del cuerpo que más se exponen a la radiación UV. La mayoría de los casos de melanoma, el tipo de cáncer de piel más mortal, es causada por exposición a la radiación UV. Aplicaciones de la radiación térmica en el espectro ultravioleta Luz ultravioleta como germicida La luz ultravioleta (UV), se usa como germicida para acabar con virus y bacterias en agua, aire y en ciertos materiales, y que pueden ser causantes de enfermedades como cólera, polio, fiebre tifoidea, hepatitis, ébola y, acorde a nuestro tiempo, el coronavirus. En limpieza de sangre Para ayudar a que el cuerpo acepte transfusiones o trasplantes, sangre y médula ósea son sometidas a una irradiación con iones de luz UV que destruyen las células inmunitarias que son responsables de generar el rechazo en el receptor. Este tipo de terapia también se utiliza para limpiar de los patógenos causantes de infecciones sanguíneas. En tratamiento para piel en recién nacidos El tono amarillo en la piel de algunos recién nacidos se conoce como ictericia y suele desaparecer en los primeros días de vida. Si los bebés no mejoran sin ayuda son sometidos a tratamiento con luz UV no dañina mediante lámparas especiales que destruyen la bilirrubina causante del problema y que se encuentra en exceso en el cuerpo. Afecciones en la piel como psoriasis, dermatitis atópica y vitíligo, entre otras, también son tratadas mediante fototerapia con rayos UV-B, empleando lámparas especiales por una cantidad determinada de tiempo cada día. En terapia de depresión estacional La menor cantidad de luz solar durante los meses invernales afecta a ciertas personas que desarrollan el llamado trastorno afectivo estacional. Como tratamiento a este tipo de depresión, los pacientes son sometidos a pequeñas cantidades de luz UV a diario mediante lámparas especiales. Lo que se busca es hacer creer al cuerpo que se trata de luz del Sol y que estimule al cerebro a generar las hormonas que producen la sensación de bienestar. En la protección de arte La reacción que la luz UV tiene al hacer contacto con ciertos materiales puede brindar importante información, incluso para los coleccionistas de arte. Por ejemplo, puede detectar si el mármol, marfil, porcelana y textiles han sufrido reparaciones en pinturas, esculturas o muebles, entre muchas otras piezas. Lo que este tipo de luz haga evidente puede incidir en el valor de una obra. En inspección policiaca En las llamadas “escenas del crimen”, los médicos forenses emplean luz UV para identificar rastros de huellas digitales en armas de fuego, fluidos corporales, cabellos, restos de drogas y alteraciones de documentos. De igual manera se detectan licencias, pasaportes, tarjetas de crédito y otros documentos oficiales y que son susceptibles de falsificación, pues al someterse a luz UV se hacen visibles marcas fluorescentes que evidencian su adulteración. Mención especial recibe la fluorescencia a la que son sometidas gemas y piedras preciosas empleando la radiación UV y que hace evidente impurezas o defectos estructurales de las joyas. Como dato adicional, en el mercado internacional se vende a cualquier interesado lámparas de luz UV que al aplicarlas sobre billetes y monedas pueden demostrar su falsedad. En mejorar la calidad de la carne Empleando luz UV en la superficie de ciertos tipos de carne (pescado, pollo, carne bovina), antes de su refrigeración, científicos rusos y australianos han logrado reducir la presencia de microbios, lo que aumenta la calidad de la carne, así como su vida útil por varios días más de lo común. Otros estudios científicos aplican luz UV en harinas y cereales a fin de reducir la carga microbiana, especialmente de patógenos como Bacillus cereus, de enorme toxicidad. En pasteurización de bebidas Un equipo de científicos de la Universidad Autónoma de Chihuahua desarrolló un sistema continuo de luz ultravioleta de longitud de onda corta de 254 nanómetros, como parte de un nuevo proceso de pasteurización de bebidas. De acuerdo al portal de la propia Universidad, el método ha sido aprobado por la Food and Drug Administration (Agencia de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos) como una tecnología segura para la obtención de productos seguros, sin afectar características del producto, como el sabor. Identificación de plagas en áreas agrícolas para su control Se usa en aplicaciones como lámparas con un depósito como tramapa para algunas plagas que pueden dañar los cultivos. Por ejemplo en el control de la gallina ciega (Coleoptera: Melolonthidae) en maíz (Zea mays L.) Investigación de incendios Se usa la luz ultravioleta para la verificación de residuos de carbono de los combustibles químicos en paredes, pisos, muebles y alfombras. La presencia de hidrocarburos, en la tierra o en el agua Vale la pena señalar que actualmente la luz UV indica la presencia de hidrocarburos, en la tierra o en el agua, cuando se hacen investigaciones medioambientales en las que hay daños por derrames y/o fugas. La luz ultravioleta como herramienta para la horticultura Una manipulación precisa de la luz ultravioleta que llega a los cultivos permite mejorar diferentes aspectos de la producción: la forma y el color de las plantas, la precocidad de las cosechas y una mejora en el control de plagas y enfermedades. Las plantas son capaces de detectar la luz ultravioleta (LUV) y responder a ella. hace ya algunos años, nadie hubiera dicho que la LUV se podría convertir en una herramienta aplicable a la producción vegetal en ambientes controlados, sino que se consideraba más como una importante fuente potencial de daños. Sin embargo, en los últimos años hemos asistido a una profunda transformación del conocimiento básico y la percepción que se tiene sobre las respuestas de las plantas a la LUV. Estos hallazgos, junto con los avances tecnológicos en la manipulación de la LUV, están creando oportunidades nuevas e interesantes para la producción de cultivos protegidos. Además, Europa es líder en la integración de la investigación básica y aplicada en relación con la LUV, tanto por los proyectos nacionales que están en marcha como por la financiación por parte de la Unión Europea de la Acción Cost 'UV4growth', que está forjando nuevos vínculos entre los países participantes y también entre los investigadores y los productores relacionados con el manejo de la LUV. Los estudios aplicados que se han realizado hasta el momento destacan los beneficios potenciales de usar plásticos transparentes a la LUV y/o suplementar con UV-B en cultivos controlados. De este modo se pueden conseguir efectos como la regulación de algunos aspectos del crecimiento y desarrollo de los cultivos, mejoras en la calidad de las plántulas en cultivos de propagación, mejoras en el color y el contenido de ciertos pigmentos, cambios bioquimicos de la planta relacionados con el gusto y el aroma, mejoras en el contenido de aceites en plantas aromáticas y medicinales, y nuevas alternativas de control de plagas y enfermedades. Por ejemplo, la compañía inglesa 'Crystal Heart Salad' ha conseguido producir plántulas de lechuga más compactas y coloreadas utilizando plásticos transparentes a la LUV. El uso de este tipo de plásticos, en comparación con los estándar que bloquean una buena parte de la LUV, ha proporcionado otros hallazgos interesantes. Así, la empresa turca Fethiye Fide mejoró la calidad de plántulas de tomate, que eran más compactas y tenían mayor densidad de raíces y hojas más gruesas. Otra compañía turca (Imoz Tarim), trabajando también con tomate, consiguió aumentar el número de frutos comercializables, con coloración más temprana y mayor firmeza. La radiación térmica en el espectro de luz visible La energía solar La gran cantidad de energía que el Sol irradia se puede almacenar en dispositivos llamados colectores, para luego transformarla y utilizarla convenientemente como energía eléctrica. Los colectores absorben la energía del sol, con lo que interesa que su absortividad (y, por tanto, emisividad) sea máxima en la región del espectro electromagnético ocupado por la radiación solar. A su vez, el colector solar radía y pierde energía, con lo que interesa que su emisividad sea mínima en la región ocupada por su propio espectro. Mientras que el sol (a 5000K) emite en el visible y ultravioleta, el colector solar, con una temperatura de unos 200 � 300oC, emite en el infrarrojo. Por tanto, un material con una emisividad selectiva como la indicada abajo optimiza el aprovechamiento de la energía solar. Los materiales empleados para esto suelen ser compuestos multicapa con una estructura muy compleja. La investigación en este tipo de materiales es hoy día un campo muy activo, con ingentes cantidades de trabajo para optimizar cada vez más las propiedades de los colectores solares. La radiación térmica en el espectro ultravioleta Pirometría Pirometría es el proceso de medición de la temperatura de un objeto por medir su radiación infrarroja y se asume generalmente para referirse a las operaciones en condiciones de alta temperatura. Un instrumento llamado un pirómetro, que es un tipo de termómetro, se utiliza para este proceso, y existen varios tipos. Hay muchas aplicaciones para pirometría, que se encuentran tanto en la vida cotidiana y los procesos industriales. Pirómetros se utilizan con frecuencia en las fundiciones y otras fábricas para medir las temperaturas de varios materiales, incluyendo metales fundidos, gases y baños de sal. Pirómetros portátiles de bajo costo, también conocidos como los termómetros infrarrojos, son también de uso común. Cámaras infrarrojas Son cámaras que, como su nombre indica, operan en la región del infrarrojo en vez de hacerlo en la luz visible, como las cámaras comunes. Ellas aprovechan el hecho de que todos los cuerpos emiten radiación térmica en mayor o menor medida según su temperatura. Corrosión de materiales Las mediciones de emisividad de un material en contacto con el oxígeno u otros agentes corrosivos pueden servir para analizar el mecanismo de corrosión de ese material. Esto se debe a que se crea una capa de óxido, que actúa fundamentalmente como un dieléctrico entre el aire y el sustrato emisor. Como sabemos del electromagnetismo, en las interfaces entre materiales se producen reflexiones de las ondas incidentes. Si las ondas reflejadas en la frontera oxido-aire están en contrafase con las emitidas desde el sustrato, se anularan. Por el contrario, si están en fase se amplificaran. De esta forma, la introducción de un agente oxidante puede modificar sustancialmente la cantidad de energía que abandona la muestra, modificando así la emisividad. Como el parámetro fundamental que gobierna el mecanismo de interferencia es el grosor de la capa de óxido, midiendo la emisividad en función del tiempo podemos observar picos y valles que nos darán información sobre la velocidad de oxidación de la muestra. No existen imágenes de dominio público que ilustren este fenómeno, así que se remite a las personas interesadas a un artículo publicado por investigadores de la UPV/EHU sobre el tema: del Campo, L., Perez-Sáez, R.B., Tello, M.J. (2008), Iron oxidation kinetics study by using infrared spectral emissivity measurements below 570°C, Corrosion Science, 50 (1), 194-199 Referencias Zapata, Fanny. (14 de abril de 2020). Radiación térmica: propiedades, ejemplos, aplicaciones. Lifeder. Recuperado de https://www.lifeder.com/radiacion-termica/. Serrano, R. (2020, 14 septiembre). Siete usos de la luz UV que son poco conocidos. iluminet. Recuperado 27 de abril de 2022, de https://www.iluminet.com/siete-usos-de-la-luz-uv-que-son-poco-conocidos/ García, A. A., Trujillo, C. D. N., Morón, M. Á., & Olguín, J. F. L. (2008, marzo). Uso de trampas de luz fluorescente para el manejo de la gallina ciega (Coleoptera: Melolonthidae) en maíz (Zea mays L.). scielo. Recuperado 27 de abril de 2022, de http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S140531952008000200009 Centro para el control y prevencion de enfermedades. (2021, 28 junio). Radiación UV. CDC. 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