An´alisis del ´ındice de refracci´on y perfiles de temperatura

Habi´endose obtenido la diferencial de la fase se procede a mostrar los resultados obtenidos para el ´ındice de refracci´on con respecto a la distancia radial del alambre. Para esto se us´o la transformada inversa de Abel para elementos de simetr´ıa axial (ecuaci´on (2.92)). La constante del ´ındice de refracci´on para el aire a 26o_{C (temperatura ambiente)}

es den0 = 1.000274obtenido por la ecuaci´on (2.93) correspondiente a la relaci´on de Glad-

stone Dale (se utiliz´o como temperatura de referencia 0o_{C = 273 K, a la cual el ´ındice de}

refracci´on es igual a 1.00029). La longitud de onda corresponde a la del l´aser He-Cd usado en el experimento, siendo este valor 442 nm. Las mediciones realizadas fueron efectuadas por medio de las t´ecnicas de interferometr´ıa digital e interferometr´ıa por moteado los cuales fueron graficados simult´aneamente en la figura 4.3.

FIGURA4.3. Indice de refracci´on para altura de 15 cm mediante Interferometr´ıa

Directa y ESPI.

Como se puede apreciar, no existe mayor diferencia entre ambos resultados a ex- cepci´on de los valores cercanos al alambre, pero no corresponde un gran cambio. Se apre- cia que el ´ındice de refracci´on tiende al valor del obtenido mediante Gladstone Dale para la temperatura ambiente.

Una vez conseguido el ´ındice de refracci´on para el aire en la capa l´ımite de temperatura se procede finalmente a la obtenci´on del perfil de temperatura del aire por medio de la ecuaci´on de Gladstone-Dale para gas ideal. El an´alisis se dividi´o en tres partes:

(i) Comparaci´on entre Interferometr´ıa Digital Directa y ESPI. (ii) Mediciones a distintas alturas dentro del mismo interferograma. (iii) Mediciones a distintas alturas del alambre.

En primer lugar se compararon los perfiles obtenidos por ambas t´ecnicas, las que a priori debieran ser muy similares porque a pesar que se mide de forma distinta, la diferencia de fase debiese ser la misma. Los resultados del los perfiles de temperatura se aprecian en la figura 4.4, donder corresponde a la distancia en mil´ımetros del centro del alambre, por lo que los datos comienzan enr= 0.25mm y el eje de temperatura comienza a 24o_{C para}

FIGURA4.4. Perfil de temperatura por Interferometr´ıa Electr´onica y por termopar

a 15 cm.

las distintas alturas) entregan los valores obtenidos mediante la utilizaci´on del termopar, ´estos datos se analizar´an m´as adelante.

Como an´alisis general se puede establecer que el perfil de temperatura muestra que la temperatura desciende, tomando una forma exponencial en todo el rango hasta alcanzar los 12.5 mm donde se estima la temperatura llega a la ambiente. Esta distancia corresponder´ıa a la longitud de la capa l´ımite local de temperatura. Los perfiles por ambas t´ecnicas son muy similares, lo cual corresponde a lo que se esperaba en un principio. Las diferencias se hallan con los datos cercanos al alambre. Esto puede deberse a que los cambios en los flujos convectivos (que eran leves) pod´ıan ser percibidos m´as sut´ılmente por la t´ecnica digital que por ESPI debido a la calidad de los interferogramas.

Posteriormente se analiz´o como se comporta el perfil de temperatura a distintas alturas dentro de un mismo interferograma, o sea, sin promediar todos los valores de las columnas de la imagen. Debido a que la longitud comprendida por un interferograma es de 2.73 cm y adem´as se realizaron entre 5 y 7 mediciones, cada perfil de temperatura correspond´ıa aproximadamente a 4 mm del interferograma.

FIGURA4.5. Perfil de temperatura para varias alturas cercanas a 15 cm por ESPI.

Como se aprecia en la gr´afica de la figuras 4.5 y 4.6, los perfiles son similares uno con respecto al otro y todos convergen a la misma distancia en cuanto a alcanzar la tempe- ratura ambiente. Las temperaturas iniciales o cercanas al alambre son distintas y fluct´uan con respecto al promedio, esto indicar´ıa que las temperaturas muy cercanas al alambre no se pueden estimar correctamente. Se puede observar tambi´en que esta fluctuaci´on es mayor para la t´ecnica ESPI debido a que los datos cercanos al alambre poseen mucho ruido, fen´omeno que se vi´o atenuado cuando se promediaron los valores.

Los an´alisis tambi´en se llevaron a cabo a lo largo de todo el alambre, captur´andose interferogramas a distintas alturas de ´este y procediendo de igual forma como se ha es- tablecido para los interferogramas capturados en la mitad del cilindro. Los gr´aficos se muestran en las figuras 4.7, 4.8 y 4.9 para alturas de 10, 5 y 1 cm de la base del alambre respectivamente. Estas alturas se midieron de la misma forma como se efectu´o para la altura de 15 cm.

Viendo los perfiles de temperatura, ´estos alcanzan la temperatura ambiente a una dis- tancia menor a la lograda en la mitad del cilindro y esta distancia va disminuyendo en

FIGURA4.6. Perfil de temperatura para varias alturas cercanas a 15 cm por Inter-

ferometra Directa.

la medida que nos acercamos m´as al extremo del alambre, seg´un la forma del perfil de capa l´ımite. Los perfiles de temperatura para distintas alturas tambi´en son similares en su forma. Otra particularidad que se logra apreciar es que las temperaturas cercanas al alam- bre tambi´en descienden en la medida en que nos acercamos al extremo del cilindro. La temperatura cercana al alambre a una distancia de 15 cm es de aproximadamente 240o_C,

mientras que a una altura de 1 cm la temperatura desciende a 150o_{C. Esto puede se˜nalar}

que el alambre no adquiere su car´acter isot´ermico a lo largo del ´este. Si se coloca atenci´on en las distancias a las que la temperatura alcanza la ambiente a distintas alturas, esto podr´ıa indicar un perfil de capa l´ımite a lo largo de el alambre como el que se esperaba obtener en la secci´on 2.1.3 y se muestra en la figura 2.2. Si adem´as observamos los interferogramas capturados en el extremo del alambre bajo la t´ecnica ESPI (anexo A, figura A.4), las franjas generadas siguen la forma del perfil de capa l´ımite de temperatura que se sugiere para dar paso a la soluci´on por similaridad ac´a presentada.

Si se observa la figura 4.9, resultar´ıa interesante entonces estimar la temperatura so- bre la base del alambre, con el fin de avalar los supuestos formulados por Lee et al.

FIGURA4.7. Perfil de temperatura por Interferometr´ıa Electr´onica y por termopar

a 10 cm.

y Minkowycz and Sparrow con respecto a las condiciones de borde en este punto. Sin embargo no se puede obtener un valor de la temperatura para z = 0experimentalmente, debido a que el alambre est´a siendo sujeto por una placa de cobre con el fin de poder conducir la corriente al alambre como se muestra en la figura 3.1. Esta placa se calienta tambi´en y genera calor cercano a la base del alambre, lo cual altera las condiciones de borde supuestas para esta posici´on.