¿Qué tan caliente puede estar el metal a la luz del sol? [cerrado]

Haré unas letras de acero ennegrecido de 5 mm para un edificio. Ahora, a la luz del sol en verano, ¿cuánto calor pueden hacer?

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Quiero colocar algunos LED en la parte posterior de las letras. ahora la duda es si debo tener cuidado con las altas temperaturas o si debo usar un pegamento especial. Hay algunas personas que dicen que las letras pueden calentarse hasta 90°C en verano, mientras que otras dicen que las letras solo se calentarán a la temperatura del aire o un poco más.

Entonces, estoy en Europa, no en el desierto, pero solo quería aclarar quién está más cerca de la respuesta. 90°C o unos 30°C... Dependiendo de la respuesta adjuntaré la iluminación.

Qué calor hace en tu zona durante el día. Se trata de qué tan caliente se pondrá el metal.
La transferencia radiativa contiene algunas pistas. ( tenga en cuenta que el hierro -> 7870 kg/m3 , 420 J /Kg.°K , 5 horas de sol a 1 kW/m² ) ... y la velocidad del viento ? difícil obtener un orden de magnitud creíble con todos estos parámetros. Lo mejor sería hacer algunas medidas :)
@ Jimmy360 Eso está mal: mida la temperatura del aire y compárela con la temperatura de la superficie de un estacionamiento pavimentado.
@CarlWitthoft Es por eso que dije sobre.
hola, edité la pregunta con más detalles de por qué estoy preguntando. tal vez eso ayude Perdón por la pregunta poco clara
@dichterDichter: ¿obtuviste algunas medidas en los últimos años? ¿Compartirías con nosotros?
@bukwyrm: todo el proyecto me llevó un poco más de tiempo adjuntando LED y demás, pero haré una medición este año. Estoy a punto de configurar algunos sensores y registrar diferentes materiales, tal vez incluso haga algún tipo de transmisión en vivo, ¿qué tal eso?

Respuestas (2)

Si bien la respuesta para su caso particular depende de muchos factores, puede estimar qué tan caliente se vuelve un objeto que está frente al sol (y cuya parte posterior está aislada) utilizando la ley de Stefan-Boltzmann. Supongamos que el material es perfectamente negro (emisividad de 1,0) y está orientado hacia el sol, que proporciona aproximadamente 1 kW de potencia por metro cuadrado en la superficie de la Tierra (un poco más en la parte superior de la atmósfera).

La superficie negra se calentará hasta perder ese kW tan rápido como entra. Lo hará por una combinación de radiación y convección.

Todos sabemos que las cosas dentro de un automóvil pueden calentarse mucho, esto se debe a que las ventanas reflejan más radiación en longitudes de onda largas (el efecto "invernadero"). Pero para este cálculo ignoraré inicialmente este efecto aunque juega un papel.

Stefan Boltzmann:

j = σ T 4

Para perder 1 kW en 1 m 2 se requiere una temperatura de

T = 1000 5.67 ⋅ 10 − 8 4 ≈ 364   k

Esto supone que solo la superficie que mira al sol pierde calor por radiación: en otras palabras, esto solo es válido para una superficie negra montada sobre un buen aislante. Es un límite superior cuando ignoramos la convección y el efecto invernadero (que son opuestos: la convección hará que el material se enfríe y el efecto invernadero lo calentará). Claramente no es suficiente para derretir sus letras.

Por cierto, hay algunos enlaces interesantes sobre la temperatura de los objetos en el sol. Me gustó bastante este [archivado] que describe las medidas en los automóviles. Muestra que las cosas que se dejan al sol pueden calentarse significativamente más que el aire circundante (aunque hay algunos problemas con el método utilizado, las conclusiones son en su mayoría válidas),

Una nota final: lo calientes que están las cosas no es lo mismo que lo calientes que parecen estar. Tocar un buen conductor (metal) exagerará la temperatura aparente (lo caliente se siente más caliente y lo frío más frío) en comparación con tocar materiales aislantes térmicos; y el uso de termómetros sin contacto puede generar errores al comparar superficies de diferentes colores (emisividad), pero no lo suficiente como para explicar la lectura de 160 °F mencionada en el artículo anterior.

gracias. Entonces, como muestran las medidas del techo negro, hay temperaturas máximas. 150°F que es alrededor de 65°C. Esto mostraría que las letras no pueden alcanzar los 90 °, sino solo alrededor de 60 durante un caluroso día de verano o enfriarse por la noche a la temperatura del aire, que no debería ser inferior a -30 ° en Europa :-)
Eso suena bien. Mucho depende del ángulo de las letras al sol; parte depende de la temperatura ambiente y la velocidad del viento. Pero sí, es poco probable que puedan llegar a 90C.
eso es un gran hecho para mí. tal vez adjunte un termómetro a una de las letras y haga un gráfico durante un año. podría ser un estudio interesante para ver qué tan caliente se pone una letra y qué tan cálido/frío está afuera.
@dichterDichter sí, eso sería interesante. Apuesto a que depende mucho del ángulo del sol, por lo que debería hacer un gráfico interesante (tanto la variación diaria como en el transcurso de un año).
@Floris: ¿la fórmula de Stefan-Boltzmann que está empleando no implica que el radiador esté frente a un entorno de 0K (una aproximación bastante buena si estamos frente a un cielo azul, pero en realidad, gran parte del campo de visión de la las letras señalarán el suelo y los edificios)?
@bukwyrm, la parte de emisión de la ecuación no depende de la temperatura de "todo lo que enfrenta la superficie", eso solo afecta la potencia total recibida . Al decir que es "aproximadamente 1 kW por metro cuadrado", asumí implícitamente que la radiación recibida del resto de la atmósfera puede despreciarse. Cuando usa un solo dígito significativo ("1 kW"), esa aproximación está justificada. Señalo que el "efecto invernadero" juega un papel. Y eso es básicamente "radiación de todo lo demás".
Aquí hay un error fundamental. Los autos no se calientan porque las ventanas "reflejan" los infrarrojos hacia el auto. De hecho, esa afirmación no es ni el "efecto invernadero" (que no tiene nada que ver con la reflexión), ni es el efecto que en realidad calienta los invernaderos. (Que no se calientan a través del "efecto invernadero"... y sé que eso es confuso. No es mi culpa). Lo que calienta los autos, y los invernaderos reales, es que el sol calienta los objetos en el interior, que luego se convectan y conducen ese calor. al aire interior. (1/2)
(2/2) Tu error es comprensible, y solía hacerlo yo mismo antes de aprender la física de cómo funciona realmente. Y es también el error fundamental que cometió Fourier cuando estudiaba este fenómeno. Pero la verdad es que enfrías tu auto abriendo las ventanas. Porque las ventanas cerradas evitan la convección que de otro modo enfriaría el aire interior. Y lo mismo ocurre con los invernaderos. Los invernaderos se enfrían abriendo rejillas de ventilación en la parte superior y permitiendo que el aire caliente se convecte hacia arriba.
PERO... y aquí está el truco... Si los invernaderos (y los automóviles) funcionaran porque el vidrio "reflejaba infrarrojos" en el interior, entonces los invernaderos hechos de polietileno (que es transparente a los IR) en lugar de vidrio, no funcionarían. Pero lo hacen. Igual de bien. Se ha demostrado que el "reflejo de IR" en el interior no tiene ningún efecto medible. Y si realmente funcionó al "atrapar la radiación", permitir que escape el aire caliente no tendría un efecto significativo en la temperatura interior.

Si el edificio está ubicado en Hammerfest, Noruega, el metal puede calentarse al tacto. Si está en el lado que da al sol en Las Vegas, es posible que se caliente lo suficiente como para causar quemaduras. Una respuesta definitiva no es posible.

Si las personas pueden tocarlo fácilmente, la temperatura es una preocupación. Si está fuera de tu alcance, no te preocupes. El hierro no se va a derretir.

"acero ennegrecido" no es muy descriptivo. ¿Qué tipo de acero y qué tipo de revestimiento? El acero dulce con un tratamiento químico se oxidará en meses. Más rápido si el lugar está en el océano. El acero inoxidable es difícil de tratar. La pintura funciona bien (siempre que sea la pintura correcta) y el recubrimiento en polvo es particularmente duradero. Lo mejor es llamar a un taller de letreros para exteriores en el área de la instalación y preguntarles qué funciona mejor en ese clima.

El aluminio es muy popular para la señalización exterior, considere cambiar materiales si aún no ha terminado. El aluminio anodizado es muy duradero y está disponible en una amplia selección de colores. Sin embargo, tenga cuidado con los sujetadores: no puede usar tornillos de acero (ni siquiera los de acero inoxidable) en una placa de aluminio.

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