Radiación

12 de abril 2010

Los bomberos, son provistos con una explicación simplificada de los conceptos fundamentales científicos relacionados con el comportamiento del fuego. Esto se hace con la intención de hacer manuales de capacitación o textos comprensibles y que se centren en la información que los bomberos "deben conocer".

Sin embargo, una tremenda oportunidad para desarrollar la habilidad de dar sentido a la dinámica del fuego y el impacto de las operaciones tácticas se pierde en el proceso. Esta serie de publicaciones sigue estudiando la forma de construir un soporte para permitir que los Bomberos desarrollen una comprensión más profunda de lucha contra incendios como ciencia.

Radiación Electromagnética

El término Radiación se utiliza para describir muchas cosas diferentes que van desde la luz visible, luz infrarroja y la radiación ionizante, como X o rayos gamma. Cada uno de estos es un ejemplo de la radiación como una onda electromagnética producida por el movimiento de partículas cargadas eléctricamente. La radiación también puede penetrar a través de otros materiales en función de las características del material y la energía de la radiación. Parte de la radiación ionizante en forma de partículas (en lugar de ondas), pero que está fuera del alcance de nuestro examen de la radiación como mecanismo de transferencia de calor.

Como se ilustra en la Figura 1, las ondas electromagnéticas se pueden describir en términos de su longitud de onda, amplitud, frecuencia y energía.

La mayor parte del espectro electromagnético no puede ser detectada por el ojo humano. Si bien el espectro electromagnético incluye radiación en una amplia gama de longitudes de onda, los de mayor interés en el estudio del comportamiento del fuego se clasifican como de infrarrojos

. Figura 1. Ondas electromagnéticas



De mayor a menor longitud de onda, el espectro se divide en las siguientes secciones: radio, microondas, infrarrojo, visible, ultravioleta, rayos X y la radiación de rayos gamma. Los seres humanos sólo pueden ver una estrecha banda de luz visible, que es una pequeña fracción del espectro electromagnético. Nosotros percibimos esta radiación como los colores del arco iris que van del rojo al violeta, con longitudes de onda mayores que los rojos y violeta con longitudes de onda más corta

La radiación térmica es la radiación electromagnética emitida desde la superficie de un objeto que es debido a la temperatura del objeto. Todo el material que está por encima del cero absoluto emite algo de energía radiante. La radiación térmica se genera cuando el calor del movimiento de partículas cargadas dentro de los átomos se convierte en radiación electromagnética.

Figura 2. Espectro Electromagnético



Figura 3. Curva de Planck



La radiación térmica se produce en una amplia gama de frecuencias. Sin embargo, como se ilustra en la Figura 2, la potencia emitida en cada longitud de onda depende de la temperatura, con la frecuencia principal y la potencia de la radiación emitida aumenta a medida que aumenta la temperatura. Esto se puede observar cuando cambia de color desde el rojo, al amarillo y luego blanco cuando un objeto se calienta. Si bien el cambio de color es visible, la mayor parte de la energía radiante se encuentra todavía en el espectro infrarrojo.

Las ondas electromagnéticas de cualquier frecuencia calentará las superficies que los absorben. Sin embargo, las temperaturas de las superficies calientes, los gases y las llamas en el resultado ambiente de los incendios en la emisión de ondas electromagnéticas sobre todo en la porción infrarroja y visible del espectro.

Ley de Stefan-Boltzmann: La cantidad de energía por metro cuadrado por segundo que se emite por un cuerpo negro se relaciona con la cuarta potencia de su temperatura Kelvin. A medida que aumenta la temperatura, la emisión de energía radiante aumenta de manera exponencial.

Un cuerpo negro es un objeto teórico que absorbe completamente toda la energía radiante de entrada y es también un emisor perfecto de la energía radiante. Materiales encontrados en el ambiente de los incendios no tienen por completo las características de un cuerpo negro y pueden ser clasificados como órgano gris. Un cuerpo gris absorbe o emite una porción del flujo de radiación en función de la emisividad (?).

La emisividad es la capacidad relativa de la superficie de un material para emitir energía radiante. Es la relación entre la energía radiada por un material en particular a la energía radiada por un cuerpo negro a la misma temperatura. La emisividad de un cuerpo negro sería 1.0 con la emisividad de materiales reales que van desde aproximadamente 0,1 para materiales altamente reflectantes (por ejemplo, la plata pulida) .

La emisión de energía radiante se mide como el flujo de calor (transferencia de energía por unidad de tiempo sobre una superficie dada). La unidad SI de medida es julios / segundo / metro cuadrado o (desde un vatio es un J / s) vatios / metro cuadrado (W / m 2).

Figura 4. Ley de Stefan Boltzmann

La radiación electromagnética se extiende mientras se aleja de su fuente. Como resultado, la intensidad de la radiación disminuye a medida que la distancia de la fuente se hace mayor (como se ilustra en la Figura 5). El ejemplo más simple consiste en una fuente puntual de radiación (la distancia de la fuente es mucho mayor que el tamaño (por ejemplo, superficie) del emisor). Con una fuente puntual, la reducción en la intensidad de la radiación sigue la ley del cuadrado inverso.

Figura 5. La radiación disminuye intensidad con la distancia



Ley del cuadrado inverso: Para las fuentes puntuales, la intensidad de la radiación varía inversamente con el cuadrado de la distancia de la fuente. La duplicación de la distancia se reduce la intensidad de la radiación en un factor de cuatro (1 / 4 de su valor original).

Cuando la radiación se emite desde distintos punto de origen (como es en caso de un incendio), la variación de la intensidad de la radiación con la distancia es más compleja. Si el área de la fuente es grande comparada con las distancias, disminuye la intensidad con la distancia, pero no sigue una ley simple. Como regla general, si la distancia de la fuente es mayor que aproximadamente 5 veces las dimensiones de la fuente, la ley del cuadrado inverso se puede aplicar.



Ed Hartin

Fuente: CFBT-US