Influencia de los efectos térmicos en la medida de la masa : análisis de las corrientes de convección por termografía infrarroja

Abstract

Esta tesis se justifica por la necesidadde conseguir una mayor precisión en las medidas de masa, particularmente en la determinación de los patrones que constituyen los vértices de las pirámides de referencia a los diferentes nivels metrológicos. Esta necesidad se deriva del hecho de ser el "patrón de masa" el único patrón físico de las magnitudes fundamentales del SI, puesto que el resto de magnitudes están definidas en términos de constantes fundamentales, lo que facilita la disponibilidad de patrones en el espacio y su estabilidad en el tiempo. El objetivo concreto de la Tesis es avanzar en el conocimiento de las magnitudes de influencia debidas a los efectos de la variación de la temperatura que influyen en la determinación de la masa real de un cuerpo; concretamente la determinación de las fuerzas de arrastre que se crean en su entorno y que alteran el valor del peso aparente. En el análisis se han desarrollado por una parte el estudio teórico de las fuerzas de arrastre creadas por una variación térmica, y por otra, la medida experimental de los efectos gravimétricos derivados de la misma. Primeramente se ha realizado una revisión de los distintos modos de transferencia de calor y el estudio de corrientes de convección, tanto libres como forzadas, que se crean en las superficies del cuerpo, debido a los gradientes de temperatura existentes. Se ha verificado experimentalmente este efecto combinando medidas térmicas con sondas de temperatura junto con lecturas de la balanza. En una segunda etapa, para determinar experimentalmente las fuerzas de arrastre, se diseñó un nuevo sistema experimental basodo en termografía infrarroja, que por primera vez , ha permitido la visualización y cuantificación de las isotermas formadas en el entorno del cuerpo, y a partir de éstas, la función de temperatura para todos los puntos dentro de la capa límite, que ha permitido el cálculo de la velocidad del aire y las fuerzas de viscosidad mediante un modelo matemático desarrollado en la Tesis. Esta parte, es el núcleo principal de la Tesis, y ha permitido cuantificar las fuerzas de arrastre debido a corrientes de convección, estimando su contribución a las variaciones de la mas con la temperatura por primera vez y fijando su contribución en porcentajes inferiores al 10 %. Esto obliga a mofiicar los planteamientos actuales de factores de influencia en la medida de la masa con gradientes térmicos, puesto que se asumía como fundamental el de las fuerzas de arrastre, y hemos demostrado que aunque importante es minoritario. Se propone que el elemento más determinante ha de ser los efectos asosciados a la adsorción/desorción de vapor de agua.