¿Los hornos convencionales calientan por conducción térmica o por radiación?

Supongamos que las paredes del horno irradian como radiadores de cuerpo negro perfectos y que el aire dentro del horno es uniforme en todas partes (ignore la capa delgada cerca de la carne más fría). Supongamos que quiero cocinar una costilla de primera calidad (elegida porque se puede comprar en un corte que tiene forma cilíndrica), que es solo carne de res y grasa. Puedo buscar la emisividad térmica y la conductividad térmica de la carne de res para encontrar:

• $\epsilon$~ 0,74–0,78, según el contenido de grasa; y
• $\kappa$~ 0.504–0.561 W m ^-1 K ^-1 , dependiendo del contenido de grasa.

Sabemos que la tasa de transferencia de calor para el calentamiento por radiación se puede aproximar mediante:

$$\dot{Q}_{rad} \approx \sigma \ \epsilon \ A \ \left( T_{oven}^{4} - T_{beef}^{4} \right) \tag{1}$$ dónde $\sigma$es la constante de Stefan-Boltzmann , $\epsilon$es la emisividad radiativa, $A$es el área superficial del absorbedor, y $T_{j}$es la temperatura del j- ^ésimo objeto.

De manera similar, sabemos que la tasa de transferencia de calor para el calentamiento conductivo se puede aproximar mediante:

$$\dot{Q}_{con} \approx \frac{ \kappa \ A \left( T_{oven} - T_{beef} \right) }{ L } \tag{2}$$ dónde $\kappa$es la conductividad térmica, $A$es el área superficial del absorbedor, $L$es el espesor del absorbedor, y de nuevo $T_{j}$es la temperatura del j- ^ésimo objeto.

Supongamos que compramos una costilla principal de ~1,5 pies (~0,46 m) de largo y ~5 pulgadas (~0,13 m) de diámetro y lo aproximamos a un cilindro. Entonces el área de la superficie absorbente y el espesor serían$A$~ 0,42 m ² y$L$~ 0,13 m. Si la carne comienza a 32 ^o F (273,15 K) y el horno está a 350 ^o F (449,82 K), las tasas de las Ecuaciones 1 y 2 cuando la carne ingresa por primera vez al horno son:

• $\dot{Q}_{rad}$~ 630–664 W; y
• $\dot{Q}_{con}$~ 297–331 Oeste.

Obviamente esto es una función del tiempo ya que el$\Delta T$cambiará con el tiempo. Los factores constantes para cada uno son$\sim 1.8 \times 10^{-8}$WK ^-4 para$\dot{Q}_{rad}$y$\sim 1.8$WK ^-1 para$\dot{Q}_{con}$. Uno puede continuar y trazar las tasas de transferencia (ver la figura a continuación) y encontrar que la transferencia radiativa siempre domina.

Si estas suposiciones son correctas, ¿qué mecanismo de transferencia de calor dominará y por qué?

Entonces, si realmente podemos ignorar la convección, entonces parece que la radiación domina sobre la conducción.