> restart:#"m13_p12"

Calcular la temperatura de equilibrio de una esfera de aluminio hueca, recubierta de una capa de sílice fundida, expuesta al sol en el espacio extraterrestre, y suponiendo que la transmitancia del recubrimiento es 0,97 (el otro 3% se absorbe), su emisividad 0,8, y la reflectancia del aluminio 0,94 (el otro 6% se absorbe).

Datos:

> read`../therm_eq.m`:read`../therm_const.m`:read`../therm_proc.m`:with(therm_proc):

> dat:=[tau1=0.97,rho1=0,epsilon=0.8,rho2=0.94,tau2=0];

[tau1 = .97, rho1 = 0, epsilon = .8, rho2 = .94, tau2 = 0]

Image

> dat:=op(dat),Const,SI2,SI1:

a) Calcular la temperatura de equilibrio.

Como el aluminio es muy buen conductor, suponemos que todo está a la misma temperatura.

El balance energético global es:

> eqBE:=alpha[s]*C[s]*Pi*R^2=4*Pi*R^2*epsilon*sigma*T^4;

`*`(alpha[s], `*`(C[s], `*`(Pi, `*`(`^`(R, 2))))) = `+`(`*`(4, `*`(Pi, `*`(`^`(R, 2), `*`(epsilon, `*`(sigma, `*`(`^`(T, 4))))))))

La absortancia solar será la del recubrimiento más la del substrato.

> eqBEdet:=alpha+tau+rho=1;alpha[s]:=(1-tau1-rho1)+tau1*(1-tau2-rho2)+rho2*(1-tau1);alpha[s_]:=subs(dat,alpha[s]);

`+`(alpha, tau, rho) = 1
`+`(1, `-`(tau1), `-`(rho1), `*`(tau1, `*`(`+`(1, `-`(tau2), `-`(rho2)))), `*`(rho2, `*`(`+`(1, `-`(tau1)))))
.1164

i.e. globalmente se absorbe el 12%, luego la temperatura de equilibrio estacionario será:

> Teq:=solve(eqBE,T)[1];Teq_:=evalf(subs(dat,SI0,%))*K_;

`+`(`/`(`*`(`/`(1, 2), `*`(`^`(2, `/`(1, 2)), `*`(`^`(`+`(`-`(`*`(C[s], `*`(`+`(`-`(1), rho1, `*`(tau1, `*`(tau2)), `*`(2, `*`(tau1, `*`(rho2))), `-`(rho2)), `*`(`^`(epsilon, 3), `*`(`^`(sigma, 3)))))...
`+`(`*`(172.1809609, `*`(K_)))

i.e. -101 ºC. Estos espejos de segunda superficie son muy buenos radiadores, porque absorben poco y emiten mucho.

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