Elementi di Trasmissione del calore
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Elementi di Trasmissione del calore
Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Elementi di Trasmissione del calore Prof.Ing. Luigi Maffei Versione 2000-2001 Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica T2 CALORE Se tra due sistemi sussiste una differenza di temperatura, dell'energia come calore verrà trasferita dal sistema a temperatura maggiore verso quello a temperatura minore. T1 Questo è un fenomeno fra i più generali del mondo fisico ed interessa i vari settori della tecnica; lo studio della trasmissione del calore è finalizzata alla determinazione dell'energia trasferita al netto tra i sistemi ed anche, in qualche caso, alla valutazione del campo di temperatura presente nel sistema. Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Si distinguono tre meccanismi per il trasferimento di energia in modalità calore: Conduzione Calore Irraggiamento Convezione Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Conduzione • Nella conduzione il trasferimento di energia avviene all'interno di corpi solidi, liquidi, gassosi senza un apparente movimento di materia. • Il trasferimento avviene con la cessione di energia cinetica da parte di molecole poste nella zona a più alta temperatura ad altre molecole in zona adiacente a più bassa temperatura. • Questo meccanismo è l'unico possibile per trasferire energia come calore in un solido opaco. Conduzione Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica T n T+dT Osservazioni sperimentali indussero il fisico-matematico Joseph Fourier a ritenere che, in condizioni di regime stazionario: • la potenza termica trasmessa per conduzione in una direzione (Qk) è direttamente proporzionale all’area ortogonale alla direzione del flusso (A) e al gradiente della temperatura in quella direzione. • La costante di proporzionalità è una caratteristica del mezzo detta conducibilità termica. dT & k = − Aλ n Q dn & Q q& k = k A Flusso termico [W/m2] Conduzione Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Conducibilità termica La conducibilità termica è la potenza termica che si trasmette attraverso uno spessore unitario di materiale per unità di superficie e per differenza di temperatura unitaria. La conducibilità termica dei materiali varia moltissimo: metalli puri come il rame hanno un valore circa 104 volte maggiore di quello di sostanze isolanti come la fibra di vetro. La conducibilità termica varia anche con la temperatura. Conduzione Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Materiale Schiuma uretanica Aria Fibra di vetro Amianto Legno(quercia) Gomma Teflon Pelle umana Mattone Vetro Calcestruzzo Acciaio Ferro Alluminio Oro Rame Argento k [W/mK] 0,026 0,027 0,04 0,05 0,18 0,15 0,35 0,37 0,72 1,0 1,4 15 80 236 317 399 428 Conducibilità termica Conduzione Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Flusso monodimensionale Si consideri una parete piana di materiale omogeneo le cui facce sono superfici isoterme alle temperature T1 e T2. T1 A . Q L’energia che a regime stazionario attraversa la parete nell’unità di tempo è descritta dalla legge: T2 s λ − A ( T T ) 1 2 &k = Q s λ è la conducibilità del materiale [W/mK] A è l’area della sezione normale al flusso [m2] s è lo spessore della parete [m] T1 e T2 sono le temperature delle facce [K] Conduzione Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica λ A ( T1 − T2 ) & Qk = s − ( T T ) 1 2 &k = Q Rk con Rk = s/Aλ= resistenza termica conduttiva della parete [K/W] λ A ( T1 − T2 ) & Qk = s & k = K k ( T1 − T2 ) Q con Kk = Aλ/s= conduttanza termica conduttiva della parete [W/K] Conduzione Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Una parete di dimensioni 5,00 x 3,00 m è stata realizzata con 20,0 cm di calcestruzzo. La faccia interna della parete si trova a 19,0°C, quella esterna a 2°C. Valutare la potenza termica dispersa ed il flusso termico. T1 T2 s s 0 , 20 −2 K Rk = = = 1,10 ⋅ 10 W λ A 1, 21 ⋅ 15 T1 − T2 19 − 2 & Q= = = 1543 W Rk 0,0110 & 1543 Q W q& = = = 103 2 A 15 m Esempio Conduzione Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica parete piana ( T − T ) 1 2 &k = Q Rk T1 -T2 = 50 °C T1 legno A . Q λ = 0,18 W/mK mattoni T2 s λ =0,72 W/mK ferro λ = 80 W/mK s Rk = λA A = 1 m2 s =1 cm . Q = 900 W . Q = 3600 W . Q = 400000 W Conduzione Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica parete piana composta ( T1 − Ti ) & Q1 = R1 ( Ti − T2 ) & Q2 = R2 s1 R1 = λ 1A s2 R2 = λ 2A T1 . A Q Il bilancio di energia, eseguito sul volume di controllo a cavallo della superficie di separazione dei due strati, si ha: &1 =Q &2 =Q & Q ( T1 − T2 ) & Q = Rc Ti s1 & Q 1 R c = R1 + R 2 T2 s2 & Q 2 & ⋅ R1 Ti = T1 − Q Conduzione Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Una parete di dimensioni 5,00 x 3,00 m è stata realizzata con 3 strati: 1) 10 cm di calcestruzzo;2) 4 cm di lana di roccia; 3) 10 cm di calcestruzzo. La parete interna si trova a 19,0°C, quella esterna a 2°C. Valutare la potenza termica dispersa e le temperature all’interno della parete. T1 Ta Tb T2 s1 s2 s3 R2 = R1 = s1 0 ,10 K = = 5 ,51 ⋅ 10 − 3 λ 1A 1, 21 ⋅ 15 W s2 0 , 04 K = = 9 ,19 ⋅ 10 − 2 λ 2 A 0 , 029 ⋅ 15 W R3 = s3 0 ,10 K = = 5 ,51 ⋅ 10 − 3 λ 3 A 1, 21 ⋅ 15 W ∆T T1 − T2 19 − 2 & Q= = = = 165 W R c R1 + R 2 + R 3 0,00551 + 0,0919 + 0,00551 & = T1 − Ta = T1 − Tb Q R1 R1 + R 2 Esempio & ⋅ R = 19 − 165 ⋅ 0,00551 = 18,0°C Ta = T1 − Q 1 & ⋅ (R + R ) = 19 − 165 ⋅ (0,00551 + 0,0919) = 3,0°C Tb = T1 − Q 1 2 Conduzione Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica T1 − T2 & parete piana composta Q1 = R1 s1 R1 = T1 λ1A1 A1 λ1 . Q λ2 s & =Q &1 +Q &2 Q T2 A2 − T T 1 2 & Q2 = R2 s2 R2 = λ 2A2 ( T1 − T2 ) & Qk = Rc R1 ⋅ R 2 Rc = R1 + R 2 Conduzione Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica parete cilindrica ( T1 − T2 ) & Qk = Rk r1 l r2 . T1 ln(r2 / r1 ) Rk = 2πλl Q T2 Conduzione Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Per isolare un tubo che trasporta vapor d’acqua è possibile scegliere tra la schiuma uretanica, la fibra di vetro e la gomma. Il raggio esterno del tubo è di 6 cm, lo spessore di isolante è di 2 cm, la temperatura della faccia interna dell’isolante è di 430 °C mentre di quella esterna è 30 °C. Quanta potenza termica si disperde per ogni metro di tubo nei vari casi? ( T T ) − 1 2 &k = Q Rk ln(r2 / r1 ) Rk = 2πλl λ [W/mK] R [K/W] Qk [W] schiuma uretanica 0,016 1,75 229 fibra di vetro 0,04 1,14 352 gomma 0,15 0,303 1320 materiale Esempio Conduzione Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Conduzione Calore Irraggiamento Convezione Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Convezione La convezione è il trasferimento di energia tra una superficie solida e un liquido o gas adiacente in moto. La convezione implica trasferimento di energia per conduzione e trasporto di massa. L’energia trasferita per convezione aumenta con la velocità del fluido; se la velocità è nulla si torna alla conduzione. Aria calda & Q c Ts>Tf Aria fredda Convezione Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Naturale Forzata Convezione Se il moto del fluido è provocato da forze ascensionali indotte dalle differenze di densità dovute a variazioni di temperatura del fluido in un campo gravitazionale. Se il moto del fluido è provocato da agenti esterni quali un ventilatore, una pompa o il vento. Convezione Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Regime di moto Laminare Turbolento Il moto ha un carattere ordinato: gli strati di fluido scorrono parallelamente senza mescolarsi. Il moto ha un carattere disordinato: le particelle di fluido si muovono in maniera irregolare con intenso mescolamento. Convezione Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica & c = Aα c (Ts − Tf ) Q Ts= temperatura della superficie, [K] Tf = temperatura del fluido , [K] αc= conduttanza termica unitaria convettiva, [W/m2K] funzione del tipo di convezione, forma e geometria della superficie solida, proprietà del fluido, temperature, velocità) Convezione Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Ordine di grandezza della conduttanaza unitaria convettiva Convezione Sostanza αc (W/m2K) Naturale Aeriformi 0-25 Forzata Aeriformi 25-250 Forzata Liquidi 50-10000 Naturale/forzata Vapore saturo 2500-100000 Convezione Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Relazioni per la convezione forzata Pareti piane lambite da aria (ad es. pareti esterne) Indicando con L la dimensione della parete nella direzione della velocità dell’aria w, per superfici sia orizzontali che verticali: 2 w Per wL < 8 m / s ⇒ Per wL > 8 m 2 / s ⇒ L w α c = 3,8 L w 0,80 19 α c = 5,7 0, 20 − L L Convezione Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Relazioni per la convezione naturale Superfici orizzontali a contatto con aria (ad es. soffitti o pavimenti) Ts Ta & Q c Ts Ta Ts >Ta -3 Ts < Ta 3 10 < L Ts − Ta < 0,20 ⇒ 3 0,20< L Ts − Ta Nei casi opposti si può assumere le relazioni precedenti & Q c ⇒ L= media aritmetica dei lati Ts − Ta αc =1,3⋅ L αc =1,6 ⋅ Ts − Ta 0,25 0,33 αc pari alla metà di quello calcolato con Convezione Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Relazioni per la convezione naturale Superfici verticali a contatto con aria Ta Ts L -4 3 10 < L Ts − Ta <10 ⇒ 3 10< L Ts − Ta ⇒ Ts − Ta αc =1,5⋅ L αc =1,2 ⋅ Ts − Ta 0,25 0,33 Convezione Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Altre configurazioni: Intercapedini orizzontali b Intercapedini verticali Convezione Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica La parete esterna di un edificio (lunghezza 20 m, altezza 12 m) si trova alla temperatura di 10,0°C mentre l’aria esterna è a 2,00 °C. Il vento spira a 3,00 m/s nella direzione parallela all’edificio. Valutare a) la conduttanza unitaria convettiva b) la potenza termica dispersa dall’edificio w L = 3,00 x 20,0= 60 m2/s w L Esempio w 0,80 19 30,80 19 α c = 5,7 0, 20 − = 5,7 0, 20 − = 6,59 W/m 2 K L 20 L 20 & = Aα (T − T ) = 12 ⋅ 20 ⋅ 6,59 ⋅ (10 − 2) = 12,6 kW Q c c s a Convezione Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Il pavimento di una stanza (5,00x6,00 m) si trova alla temperatura superficiale di 25,0°C mentre l’aria interna alla stanza è a 20,0°C. Valutare: a) la conduttanza unitaria convettiva b) la potenza termica dispersa dall’edificio Ta Ts 3 L Ts − Ta = 832 & Q c Ts >Ta αc = 1,6 ⋅ Ts − Ta 0,33 = 1,6 ⋅ 50,33 = 2,72 W/m2K & = Aα (T − T ) = 5 ⋅ 6 ⋅ 2,72 ⋅ (25 − 20) = 408 W Q c c s a Esempio Convezione Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Conduzione Calore Irraggiamento Convezione Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Irraggiamento L’irraggiamento è il trasferimento di energia che avviene attraverso le onde elettromagnetiche. Le cariche elettriche microscopiche, di cui ogni corpo è costituito, in virtù dell’agitazione termica emettono radiazione elettromagnetiche. Le onde elettromagnetiche si propagano nel vuoto senza attenuarsi alla velocità di 300000 km/s. Irraggiamento Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Raggi X 10-9 10-7 10-8 10-5 10-6 Raggi γ microonde 10-3 10-4 10-2 103 10 10-1 1 102 visibile ultravioletto infrarosso 105 104 107 106 109 108 λ µm 1010 onde radio radiazione termica Irraggiamento Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica radiazione termica solare 10-2 10-1 1 10 102 103 λ µm ultravioletto 0,40 0,44 0,49 0,54 0,60 0,63 infrarosso visibile 0,44 0,49 0,54 0,60 0,63 0,76 Irraggiamento Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica G = irraggiamento [W/m2] G E = potere emissivo [W/m2] E rG aG tG Irraggiamento Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Coefficiente di riflessione, r = Coefficiente di trasmissione, t = Coefficiente di assorbimento, a = radiazione riflessa da un corpo radiazione incidente sul corpo radiazione trasmessa da un corpo radiazione incidente sul corpo radiazione assorbita da un corpo radiazione incidente sul corpo r+t+a=1 Irraggiamento Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Superficie o corpo nero • Emettitore perfetto • Assorbitore perfetto (a =1) Irraggiamento Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Potere emissivo spettrale di un corpo nero Legge di Plank E nλ = C1 λ5 [exp(C 2 λ T ) − 1] W ⋅ µm 4 C1 = 3,742 m2 C 2 = 1,439 ⋅ 104 µm ⋅ K T1 Enλ T1 >T2 > T3 T2 T3 λ Irraggiamento Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Valore massimo del potere emissivo spettrale di un corpo nero Legge di Wien λ max ⋅ T = C 3 Enλ C 3 = 2897,8 µm ⋅ K T1 T1 >T2 > T3 T2 T3 Campo del visibile λ Irraggiamento Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Potere emissivo totale di un corpo nero Legge di Stefan-Boltzmann En = σ T4 Enλ σ = 5,67 ⋅ 10 − 8 W m 2K 4 T λ Irraggiamento Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Potere emissivo spettrale e totale di un corpo reale corpo nero Eλ corpo reale λ Emittenza, ελ = radiazione emessa da un corpo reale, Eλ radiazione emessa da un corpo nero alla stessa temperatura, Enλ αλ = ελ legge di Kirchhoff Irraggiamento Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Corpo grigio Eλ emittenza indipendente da λ corpo nero ελ=cost corpo grigio corpo reale λ E = ε En = ε σ T4 α=ε Irraggiamento Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica materiale emittenza oro lucidato rame lucidato acciaio lucidato rame tubo legno carta pittura bianca mattone rosso pelle umana acqua pittura bianca 0,02 0,03 0,17 0,30 0,85 0,90 0,90 0,93 0,95 0,96 0,98 Irraggiamento Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica G rG aG tG Solo per materiali trasparenti Irraggiamento Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica superfici selettive tλ 0,9 0,5 0,1 1 2 3 λ (µm) Irraggiamento Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Fattori di vista Aj Ai FiÂj = radiazione che lascia la superficie Ai ed incide direttamente sulla superficie Aj radiazione che lascia la superficie Ai Irraggiamento Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Proprietà dei fattori di vista reciprocità Ai FiÂj=Aj FjÂj additiva Aj =Ak + Al FiÂj= FjÂk+ FjÂl ∑F j= 1 i→ j A2 =1 Ak Ai cavità n Al Aj A1 Ai An Irraggiamento Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Superfici piane parallele entrambi nere ε1=ε2=1=a1=a2 A1 T1 A2 T2 & = A E = A σT 4 Q 1 1 n1 1 1 4 & Q = F A E = F A σ T 1⇒ 2 1− 2 1 n1 1− 2 1 1 & = A E = A σT 4 Q 2 2 n2 2 2 4 & Q = F A E = F A σ T 2⇒1 2 −1 2 n 2 2 −1 2 2 4 4 & Q = F A σ T − F A σ T 1⇔ 2 1− 2 1 1 2 −1 2 2 Se A1=A2=A e la distanza è molto piccola rispetto alle altre due dimensioni F1-2=F2-1=1 ( 4 4 & Q = A σ T − T 1⇔ 2 1 2 ) Irraggiamento Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Superfici piane parallele una nera (ε1=1)e una grigia (ε2 ) A1 T1 A2 T2 ε2 & = A E = A σT 4 Q 1 1 n1 1 1 4 & Q = a F A σ T 1⇒ 2 2 1− 2 1 1 & = A ε E = A ε σT 4 Q 2 2 2 n2 2 2 2 4 & Q = F A ε σ T 2⇒1 2 −1 2 2 2 4 4 & Q = a F A σ T − F A ε σ T 1⇔ 2 2 1− 2 1 1 2 −1 2 2 2 Se A1=A2=A, la distanza è molto piccola rispetto alle altre due dimensioni F1-2=F2-1=1 e a2=ε2 ( 4 4 & Q = A σε T − T 1⇔ 2 2 1 2 ) Irraggiamento Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Superfici piane parallele entrambi grigie A1 A2 Se A =A =A, la distanza è molto piccola 1 2 T1 T2 rispetto alle altre due dimensioni F1-2=F2-1=1 & Q 1⇔ 2 ε1 ε2 ( σ T14 − T24 =A 1 1 −1+ ε1 ε2 Se ε1 = ε2 = ) ε ( σ T14 − T24 & Q 1⇔ 2 = A 2 −1 ε ) Irraggiamento Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Valutare il flusso termico netto trasmesso per irraggiamento tra due superfici piane indefinite che si trovano rispettivamente alla temperatura di 40,0°C e 30,0°C. Entrambe le superfici hanno un emittenza ε pari a 0,50. A1 A2 T1 T2 ( σ T14 − T24 & Q 1⇔ 2 = A 2 −1 ε ) ( ε ε 4 4 & σ T − T Q 1 2 &q1⇔ 2 = 1⇔ 2 = 2 A −1 ε ( ) ) 5,67 ⋅10 −8 3134 − 3034 W q& 1⇔ 2 = = 22,1 2 2 m −1 0,50 Esempio Irraggiamento Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Se A1 A2 ε1 A1 << A2 F1-2=1; F2-1=0 La superficie 2 si comporta come un corpo nero nei confronti della superficie 1 ( 4 4 & Qi = A1ε1σ T1 − T2 ) Irraggiamento Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Un corpo di superficie 2,00 m2 ed emittenza 0,30 si trova alla temperatura di 37,0°C in un vasto ambiente con pareti alla temperatura di 20,0°C. Valutare la potenza termica netta trasferita per irraggiamento. F1-2=1; F2-1=0 A1 ε1 La superficie 2 si comporta come un corpo nero nei confronti della superficie 1 ( A2 4 4 & Q = A ε σ T − T 1⇔2 11 1 2 ( )( ) ) −8 4 4 & Q = 2 , 00 ⋅ 0 , 30 ⋅ 5 , 67 ⋅ 10 ⋅ 310 − 293 = 63,4 W 1⇔ 2 Esempio Irraggiamento Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Schermi radiativi A T1 ε1 T2 εs schermo ε2 ( ) σ T14 − T24 & Q 1⇔ 2 = A 1 2 1 + + −2 ε1 εs ε 2 Se ε1 = ε2 Qi si dimezza & Q 1⇔ 2 ( σ T14 − T24 =A 2 2 − 1 ε Ts4 (T = 4 1 + T24 2 ) ) Irraggiamento Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica ( ) ( ) & = Q & & & & & Q conv + Qirrag i = Q k = Q conv + Qirrag e Q& T2 T1 & Q irr T∞i T∞e & Q k k = ( T1 − T 2 ) R k R k = s λA )i = A α i (T∞ i − T1 ) = (T∞Ri − T1 ) (Q& conv + Q& irrag (Q& conv (T − T∞ e ) + Q& irrag = A α e (T 2 − T∞ e ) = 2 e Re i ) & Q conv αi=conduttanza termica unitaria superficiale interna W/m2K αe=conduttanza termica unitaria superficiale esterna W/m2K Q& (T∞ i − T∞ e ) = = R totale (T∞ i − T∞ e ) 1 s 1 + + Aαi λA Aαe Meccanismi combinati Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica & ⋅R T1 = T∞i − Q i T∞i A T1 & ⋅ (R + R ) T2 = T∞i − Q i k & ⋅R T2 = T∞e + Q e T2 T∞e s Meccanismi combinati Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Una finestra, di area 1,5 m2, è costituita da due lastre di vetro spesse 6 mm separate da uno strato d’aria stagnante dello spessore di 6 mm. La temperatura interna è 22,0°C, quella esterna è 2,0 °C ; le conduttanze superficiali unitarie valgono 10 W/m2 K (interna) e 60 W/m2 K (esterna). Quanta potenza termica è dispersa? Quale sarà la temperatura interna del vetro? Qual è il risparmio conseguito rispetto ad una finestra costituita da un singolo vetro da 6 mm? Quale sarà la temperatura del vetro all’interno? ∆ T & = Q R tot K 6 ⋅ 10 −3 = 4 ⋅ 10 − 3 Rv = 1 ⋅ 1,5 W Ri = 1 K = 6,7 ⋅ 10 − 2 10 ⋅ 1,5 W 6 ⋅ 10 −3 K = 0,15 Ra = 0,027 ⋅ 1,5 W Re = 1 K = 1,1 ⋅ 10 − 2 60 ⋅ 1,5 W Esempio Meccanismi combinati Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica doppio vetro R tot = 0,067+ 0,004+ 0,15 + 0,004+ 0,011= 0,234 [K W] 20 & Q= = 85 [W] 0,234 & ⋅ R = 22 − 85 ⋅ 0,067 = 16,3°C T1 = T∞i − Q i vetro singolo R tot = 0 , 067 + 0 , 004 + 0 , 011 = 0 , 082 20 & Q= = 243 [W ] 0,082 [K W] & ⋅ R = 22 − 243⋅ 0,067 = 5,7°C T1 = T∞i − Q i Il risparmio conseguito è del 65% Esempio Meccanismi combinati Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica rG ε σ T4 αc(T − T∞) G T qk G = r G + ε σ T + α c (T − T∞ ) + q& k 4 Esempio Meccanismi combinati Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Per una strada asfaltata si può assumere un comportamento da corpo grigio con ε = α = 0,9. Il flusso solare incidente è di 600 W/m2; la temperatura dell’aria è 27 °C e la conduttanza convettiva è 6 W/m2K. A quale temperatura si trova la strada se si ignora la conduzione verso il terreno? rG ε σ T4 αc(T − T∞) G qk=0 Esempio Meccanismi combinati Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica G = r G + ε σ T 4 + α c (T − T∞ ) 0,9 ⋅ 600 = 0,9 5,67 ⋅ 10 −8 T 4 + 6 (T − 300 ) T 4 + 1,18 ⋅ 108 T = 4,59 ⋅ 1010 T Esempio f(T) 310 4,57·1010 320 4,81·1010 315 4,69·1010 312 4,62·1010 311 4,59·1010 T=311 K = 38 °C Meccanismi combinati Facoltà di Architettura- Corso di Fisica Tecnica Un sottile strato di acqua di notte scambia calore per convezione con l’aria a 5 °C (hc = 5 W/m2K) e per irraggiamento con il cielo considerabile un corpo nero a 255 K (per l’acqua ε = α =0,95). Che temperatura raggiunge l’acqua ? & =Q & Q i c ( & = A ε σ T4 − T4 Q i a a a c ) & = A α (T − T ) Q c a c ∞ a ( ) ε a σ Ta4 − Tc4 = α c (T∞ − Ta ) ( ) 0,95 5,67 ⋅ 10 −8 Ta4 − 255 4 = 5 (278 − Ta ) Ta = 268 K Esempio l’acqua ghiaccia Meccanismi combinati