Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 IRRAGGIAMENTO T1 T2 VUOTO Emissione di energia termica e sua propagazione sotto forma di onde elettromagnetiche Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 La proprietà e gli effetti di tali radiazioni differiscono al variare della lunghezza d’onda vT T v 1 v f T Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Classificazione delle onde elettromagnetiche Lunghezza d’onda [m] Frequenza [kHz] Impiego 1011 - 1013 3·101 - 3·103 Industria e telefonia 1010 - 1011 3·103 - 3·104 Radionavigazione 109 - 1010 3·104 - 3·105 Radiodiffusione (o.l.) 108 - 109 3·105 - 3·106 Radiodiffusione (o.m.) 107 - 108 3·106 - 3·107 Radiodiffusione (o.c.) 106 - 107 3·107 - 3·108 Televisione Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Classificazione delle onde elettromagnetiche Lunghezza d’onda [m] Frequenza [kHz] Impiego 103 - 106 3·108 - 3·1011 Sistemi radar 100 – 103 3·1011 - 3·1014 Scambio termico radiativo 10-1 - 100 3·1014 - 3·1015 Radiazione visibile 10-2 – 10-1 3·1015 - 3·1016 Radiazione ultravioletta 10-5 – 10-2 3·1016 - 3·1019 Rontgenscopia 10-8 – 10-5 3·1019 - 3·1022 Gammascopia, Radioisotopi Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Classificazione delle onde elettromagnetiche UVC 0.230 m<<0.280 m Radiazione ultravioletta UVB 0.280 m<<0.315 m UVA 0.315 m<<0.380 m Radiazione visibile 0.380 m 0.760 m Radiazione infrarossa 0.760 m 100 m Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Grandezze Radiative 0 Potere emissivo totale E Energia termica emessa dalla superficie considerata nell’unità di tempo e per unità di area Irradiazione totale I Energia che incide sulla superficie considerata nell’unità di tempo e per unità di area Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Grandezze Radiative 0 Radiosità totale R Energia che lascia, per emissione e riflessione, la superficie considerata nell’unità di tempo e per unità di area Grandezze Radiative E I R monocromatiche o spettrali Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Grandezze Radiative E E d 0 R R d 0 I I d 0 Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Assorbimento, Riflessione e Trasmissione 2 1 aliquota dell’irradiazione riflessa aliquota dell’irradiazione trasmessa Ir Ia I It aliquota dell’irradiazione assorbita Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 1 Assorbimento, Riflessione e Trasmissione 0 Ia a 2 I Ir Ia I It Ir r I It t I I a I r It ar t I I I Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Assorbimento, Riflessione e Trasmissione I a I r It ar t I I I a r t 1 I coefficienti a, r e t sono grandezze totali e possono assumere valori compresi tra 0 e 1 Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Superficie con a=1 Assorbe completamente la radiazione incidente su di essa a r t 1 a=1 r=0 t=0 Superficie termicamente nera Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Superficie con a=1 Superficie termicamente nera Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Superficie con r=1 Riflette completamente la radiazione incidente su di essa a r t 1 a=0 r=1 t=0 Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Superficie con t=1 Trasmette completamente la radiazione incidente su di essa a r t 1 a=0 r=0 t=1 Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Assorbimento, Riflessione e Trasmissione Coefficienti monocromatici o spettrali a r t Alcuni materiali presentano caratteristiche di emissione, assorbimento e trasmissione variabili con Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 • 0.70m < < 2.0m t > 0.90 • > 2.7m o < 0.20m il vetro risulta praticamente opaco alla radiazione Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Superfici ideali Superficie termicamente nera Assorbitore ideale Mostra particolari caratteristiche anche in emissione Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 VC1 VC2 IPOTESI Regime stazionario VUOTO VUOTO I I rI Stessa irradiazione I rI E Supefici limite con identiche caratteristiche radiative E Materiale omogeneo e isotropo Superfici isoterme P Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 VC1 VC2 VUOTO VUOTO I I rI I = E+rI = R rI E E P Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 VC1 VC2 VUOTO VUOTO I I IPOTESI Regime stazionario Supefici limite con identiche caratteristiche radiative Stessa irradiazione I E E Materiale omogeneo e isotropo Superfici isoterme Pn Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 VC1 VC2 VUOTO VUOTO I = E n = Rn I I E E L’assorbitore ideale è anche un emettitore ideale Pn Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Per il corpo nero l’emissione di energia termica per irraggiamento è regolata da tre leggi fondamentali Legge di Stefan-Boltzmann En T 4 5.67 x 10-8 W/(m2K4) Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Legge di Planck En e 5 C1 3.741 x 108 Wm4/m2 C2 / T 1 1.439 x 104 mK Legge di Wien maxT C3 2898 mK Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Andamento di En in funzione di Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Superfici reali Emissività totale Emissività monocromatica E En E En E En T 4 E En C1 5 eC 2 / T 1 Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Superfici reali Legge di Kirchoff a AB AC Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Superfici grigie 0 costante Ia a I 0 a a T , superficie I (cavità)d 0 I (cavità)d a 0 T , superficie I (cavità)d 0 I (cavità)d Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Superfici grigie a 0 T , superficie I (cavità)d 0 I (cavità)d T , superficie I (cavità)d a I (cavità)d 0 0 Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Superfici grigie costante T , superficie I (cavità)d a I (cavità)d 0 0 a (T , superficie) 0 0 I (cavità)d I (cavità)d a (T , superficie) Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Superfici grigie Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Fattore di configurazione geometrica P’ S1 S2 S3 S2 P S1 S4 P’’ Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Fattore di configurazione geometrica Energia raggiante che lascia S1 e incide direttamente su S2 F1,2 Energia raggiante totale cha lascia S1 0 F1,2 1 Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Fattore di configurazione geometrica 1 1 2 2 F1,2=F2,1=1 F1,2=1 e F2,1<1 Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Proprietà dei fattori di configurazione geometrica Proprietà della reciprocità A1 F1,2= A2 F2,1 Se A2<<A1 F1,2=(A2/A1)F2,10 Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Proprietà dei fattori di configurazione geometrica Proprietà della cavità 2 3 1 4 n F j 1 A1 R1=A1 F1,1R1+A1 F1,2 R1+ +A1 F1,3 R1+ A1 F1,4 R1 i, j 1 F1,1 + F1,2 + F1,3 + F1,4= 1 Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Proprietà dei fattori di configurazione geometrica Proprietà additiva 1 b F1,2= F1,(a+b)= F1,a + F1,b a Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Scambio termico radiativo VC1 VC2 I1 IPOTESI Piastre piane parallele indefinite I2 Regime stazionario r1I1 q1 T1 > T2 r2I2 E1 E2 q2 F1,2=F2,1=1 1 2 Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Scambio termico radiativo VC1 VC2 I1 r1I1 q1 I2 E2 q1 q12 Bilancio di energia relativo a VC1 q1 I1 E1 r1I1 r2I2 E1 q2 q1 E1 r1I1 I1 1 2 q1 R1 I1 Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Scambio termico radiativo VC1 VC2 I1 r1I1 q1 I2 1 E2 2 q12 R1 I1 Bilancio di energia relativo a VC2 I 2 q2 r2 I 2 E2 r2I2 E1 q2 q2 R2 q2 R2 I 2 Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Scambio termico radiativo q2 R2 I 2 q21 R2 I1 I 2 R1 q12 R1 R2 q21 Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Scambio termico radiativo Superfici nere r1=r2=0 t1=t2=0 R1 En1 T14 R2 En 2 4 T2 q1 2 4 T1 4 T2 Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Scambio termico radiativo Superfici grigie a1 = 1 r1 = 1-a1 (corpo opaco) a2 = 2 r2 = 1-a2 R1 E1 r1 I1 R2 E2 r2 I 2 Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Scambio termico radiativo Superfici grigie a1 = 1 r1 = 1-a1 (corpo opaco) a2 = 2 r2 = 1-a2 R1 E1 r1 I1 R2 E2 r2 I 2 R1 4 1 T1 1 1 I1 R2 2 T24 1 2 I 2 Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Scambio termico radiativo Superfici grigie 1 1 I1 R1 4 1 T1 R2 2 4 T2 1 2 I 2 I 2 1 T14 1 1 I1 I1 2 4 T2 1 2 I 2 Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Scambio termico radiativo Superfici grigie I2 4 1 T1 I1 2 4 T2 1 1 I1 1 2 I 2 I2 4 1 T1 1 1 I1 I1 2 I2 1 2 4 T2 Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Scambio termico radiativo Superfici grigie I2 4 1 T1 1 1 I1 I1 2 I2 1 2 4 T2 I1 2 T24 4 1 T1 1 1 I1 1 2 Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Scambio termico radiativo Superfici grigie I1 2 T24 4 1 T1 1 1 I1 1 2 I1 2 4 T2 1 2 4 1 T1 1 1 1 2 I1 Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Scambio termico radiativo Superfici grigie I1 2 T24 1 2 1 T14 1 1 1 2 I1 I1 1 1 1 2 1 2 2 4 T2 1 2 4 1 T1 I1 2 4 T2 1 2 4 1 T1 1 2 1 2 Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Scambio termico radiativo Superfici grigie 1 T14 1 1 2 T24 R1 1 2 1 2 q1 2 1 T14 1 1 2 T24 2 T24 1 2 1 T14 1 2 1 2 1 2 1 2 = 1 2 T14 T24 1 2 1 2 Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 Scambio termico radiativo Superfici grigie q12 = 1 2 T14 T24 1 2 1 2 se 1= 2= 2 q1 2 = T14 T24 2 2 q1 2 = T14 T24 2 1 Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 EFFETTO SERRA • 0.2m < < 3m t 1 • > 3m oppure < 0.2m t 0.1 Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 EFFETTO SERRA Ts= 5500K max= 0.53m Energia solare incidente sulla superficie nera Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 EFFETTO SERRA T = 373K max = 7.8m Circa il 10% di En viene trasmesso Trasmissione del Calore Tecnica del Controllo Ambientale – A. A. 2004/05 OSSERVAZIONI • La piastra captante non ha un comportamento da corpo nero (r0) • Esiste una piccola aliquota di radiazione solare incidente riflessa dalla piastra captante • L’aliquota riflessa conserva la stessa lunghezza d’onda della radiazione incidente • Nell’intercapedine tra vetro e piastra non vi è il vuoto ma semplicemente aria • Bisogna tener conto dei fenomeni di trasporto convettivo Trasmissione del Calore
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