Determinación experimental y predicción del coeficiente de transferencia de calor alrededor del bulbo de un termómetro de vidrio

Abstract

A partir de la descripción fenomenológica sobre el funcionamiento del termómetro de vidrio se generó un modelo que permite determinar experimentalmente el coeficiente de transferencia de calor por convección alrededor de un cilindro (bulbo del termómetro). En la aplicación de este modelo se usó el termómetro ASTM 56C-86 (de una bomba calorimétrica) para tomar las mediciones del estado transitorio durante el enfriamiento del bulbo por convección libre en aire estancado, orientándolo tanto vertical como horizontalmente. Para cada ensayo, los datos obtenidos de temperatura contra tiempo son procesados mediante análisis numérico usando regresión lineal o mediante diferenciación e integración numérica para determinar el coeficiente de transferencia de calor. Se encontró una buena convergencia en la comparación de los resultados obtenidos respecto a los valores de la literatura y a los esperados por una expresión deducida teóricamente (desde las ecuaciones de conservación) para cilindros verticales; de la misma forma se desarrollaron modelos para convección libre alrededor de cilindros (vertical como horizontal en flujo cuasiestacionario y solo vertical en flujo transitorio), en los que el número de Nusselt está en términos del espesor de la capa límite térmica. Con base en las pruebas cualitativas elaboradas y en los ensayos efectuados se diseñó una práctica de laboratorio para determinar coeficientes de transferencia de calor alrededor del bulbo de un termómetro de vidrio. Finalmente, se proponen unos lineamientos generales para que a futuro se desarrolle un instrumento que mida coeficientes locales de transferencia de calor por convección. / Abstract. From the phenomenological description on the operation of glass thermometer was built a model to experimentally determine the coefficient of convection heat transfer around a cylinder (bulb thermometer). In applying this model used the thermometer ASTM 56C-86 (for a bomb calorimeter) to take measurements of the transient state during the cooling of the bulb for free convection in stagnant air, oriented both vertically and horizontally. For each essay, the data of temperature versus time are processed by numerical analysis using linear regression or by numerical differentiation and integration to determine the coefficient of heat transfer. It had settled a good convergence in the comparison of findings in the literature values and those expected by an expression deduced theoretically (from the conservation equations) for vertical cylinders, in the same way models were developed for free convection around cylinders (vertical and horizontal in quasisteady flow and vertical flow only in transient flow), in which the Nusselt number is in terms of the thickness of the thermal boundary layer. Based on tests developed and qualitative trials shall be designed a laboratory guide to determine heat transfer coefficients around the bulb of a glass thermometer. Finally, proposed general guidelines to that future development of an instrument to measure local coefficients of heat transfer by convection.