A fin de facilitar una excelente noche observando a través de un telescopio, Sabemos que este debe estar en perfectas condiciones de estabilidad, y la colimación y el equilibrio térmico. Este último tema será analizado en este post, para poner de relieve cuáles son los principales parámetros que influyen en el tiempo de la óptica de aclimatación, posibles medidas para mejorar el problema y las ventajas-desventajas de estos dispositivos.
Generalmente el telescopio se mantiene en una’ ambiente que en la gran mayoría de los casos se encuentra a una temperatura diferente del ambiente exterior a la que a continuación se encuentra el mismo durante la observación. Esto significa que usted tendrá que esperar algún tiempo para permitir que todos’ óptica para llevar en la temperatura con el aire, de lo contrario el ocular de visión no perfecta, debido a las corrientes de convección de aire que se establecen por encima del espejo y que inducen distorsiones en el haz óptico (esto es porque el índice de refracción del aire varía con la temperatura de la misma).
El tiempo requerido para la óptica de las llegadas de equilibrio térmico no es fácil estimar, ya que depende de muchos factores, tales como: espesor del vidrio, salto de temperatura, presencia de ventiladores o no, condiciones ambientales, presencia de viento, etcétera…Para tratar de determinar el tiempo aproximado que se, He desarrollado un pequeño ordenador en una hoja de Excel que trata de simular probablemente el proceso de enfriamiento. Esto fue posible, la calibración de algunos parámetros del software usando datos experimentales obtenidos de diferentes pruebas reales hecha especialmente.
El simulador se puede descargar desde los siguientes enlaces, en formato .xls o .xlsx:
Descargar archivo: simulador de refrigeración espejo (Sobresalir 2011 .xlsx)
Descargar archivo: simulador de refrigeración espejo (Sobresalir 97-2003 ,xls)
Para hacer frente a este problema hay que introducir primero algunos conceptos básicos sobre los métodos por los cuales el calor se puede propagar.
el intercambio de calor entre los cuerpos puede llevarse a cabo esencialmente de tres maneras diferentes, por conducción, por convección o radiación.
La conducción se produce en el nivel microscópico en forma de oscilación de las moléculas del material, que al interactuar entre sí para garantizar el transporte de calor. Esta oscilación aumenta con la energía térmica acumulada en el cuerpo es decir, aumento de la temperatura.
La convección es el proceso por el cual el calor se propaga dentro de los líquidos y gases, debido a gradientes de densidad que inducen movimientos convectivos en el fluido.
La’ en lugar de la irradiación es el proceso por el cual el calor (en forma de energía electromagnética), Se intercambió por dos superficies que tienen diferentes temperaturas.
Y estas son las fórmulas que definen estos modelos:
Paloma:
q: calor intercambiado
l: La conductividad térmica del material (coeficiente conductora)
UNA: área de la superficie de intercambio de calor
T: temperatura
una: coeficiente de convección (coeficiente de convección)
tp: Temperatura de la pared (o de la superficie del espejo)
T∞: Temperatura del aire o el líquido lejos de la superficie
e: material de emisividad (coeficiente de irradiación)
p: constante de Stefan-Boltzmann
F1.2= Factor de vista
tc= Temperatura de la atmósfera superior con la que se calientan los intercambios de espejo (aproximadamente igual a -80 ° C)
Como se puede ver por los tres métodos, el calor intercambiado depende esencialmente por encima del intercambio (Lo fijado por el tamaño de las réplicas) de la diferencia de temperatura y por un coeficiente que toman el nombre de coeficiente de conductor, convección o radiación dependiendo de qué proceso estamos hablando.
La conducción en el estado de un estudio de refrigeración espejo interesante para comprender la velocidad con la que el cristal es capaz de transportar el calor desde su centro hacia las superficies exteriores donde eficazmente el calor del espejo se transfiere al aire.
No podemos intervenir en este asunto para mejorarlo, ya que el coeficiente conductor depende sólo de las características del material y, a menos que se decida fabricar el espejo con un material distinto que el vidrio, la situación no puede mejorarse. mi’ También es cierto que diferentes tipos de vidrio pueden tener diferentes coeficientes de conducción, pero en general los tipos de uso óptico tienen valores comparables. Un material diferente, sin embargo, puede tener un calor específico diferente y este coeficiente indica la cantidad de calor que un cuerpo es capaz de almacenar por cada kilogramo de masa antes de elevar su temperatura 1 ° C. Un material con alto calor específico toma mucho más tiempo para ser enfriado en comparación con uno con un calor específico menor, siendo mayor que la cantidad de calor por tener que disponer de un salto de temperatura igual. Una vez decidido el material y la fabricación del espejo de estos valores permanecen fijos y vamos a tener que intervenir en otros aspectos para reducir el tiempo requerido para alcanzar el equilibrio térmico.
El hecho de que no es el coeficiente conductora (La conductividad térmica del material) Se indica la presencia de una resistencia térmica que tiende a frenar la propagación del calor y esto es responsable de la diferencia de temperatura durante el enfriamiento que se establece entre la superficie exterior y el corazón espejo.
La convección en vez afecta a las superficies externas y es precisamente por convección que el calor se transfiere desde el espejo al aire. En este caso, sin embargo, el coeficiente de convección depende también (no sólo por) por la velocidad con la que se mueve el aire cerca de la superficie y esta acción puede ser tomada, por ejemplo mediante la aplicación de los ventiladores.
A menudo se descuida la radiación, pero este proceso hace que los dispone de espejo de calor en forma de ondas electromagnéticas a alta atmósfera que se encuentra aproximadamente en -80 ° C. La consecuencia de esto es que la temperatura final del espejo puede caer por debajo de la temperatura ambiente que favorece la formación de condensación en la superficie. Incluso la radiación depende únicos parámetros que no se nos permite cambiar con dispositivos externos, porque sólo depende de las propiedades del material (en este caso la capa de aluminio depositado sobre la superficie superior para hacer que el espejo reflectante).
Maneras de enfriar
Por convección natural:
El método más sencillo, sino también el más largo para obtener la aclimatación, Es simplemente para dejar el espejo estacionario en su celda. Un intercambiador de calor de este tipo se dice que la convección natural, en el que las corrientes de aire que se mueve por encima del espejo sólo para la diferencia de temperatura y por lo tanto la densidad de, la creación de recirculación debido a la subida de’ aire caliente y el consiguiente descenso del aire frío. Desde el aire se mueve sólo por los gradientes de densidad en la velocidad del juego que son modestos y en consecuencia el coeficiente de convección es modesta, el orden de 5-20 W / m² K.
Esto explica por el tiempo extra que se requiere cuando se utiliza esta técnica.
A continuación se muestra un video en el que se puede ver muy bien cómo el aire se mueva arriba y abajo del espejo en este tipo de proceso y cómo se forma un área estacionaria de dimensiones modestas de aire caliente que rodea todo el espejo. Esta zona se llama la capa límite o de la capa límite y es el principal culpable que impide un buen intercambio de calor entre el espejo y el aire (imagen debajo de esta capa se ve muy bien).
También tenga en cuenta la forma en la disminución de la diferencia de temperatura entre el espejo y el medio ambiente, también la velocidad y la turbulencia del aire se reducen.
Por convección forzada:
Como he mencionado antes, a fin de reducir el tiempo requerido para alcanzar el equilibrio térmico, puede agregar ventiladores que soplan aire sobre la superficie del espejo, aumentando así la velocidad del fluido y ser capaz de romper la totalidad o parte de la capa límite y con lo que el coeficiente de convección a valores de 100-500 w / m²K.
Los ventiladores pueden ser posicionados tanto por debajo como por encima del espejo. Para espesores de menos de 30 mm uno puede adoptar la solución con un único ventilador colocado en la parte inferior del espejo, mientras que para espesores mayores sería apropiado para equipar al incluso de un telescopio que sopla sobre la superficie superior.
Como podrá observar más adelante aumentar cada vez más el tamaño del ventilador no es conveniente debido a que el intercambio de calor tiene una limitación debido a la resistencia térmica del vidrio que tiende a ralentizar el transporte de calor desde su centro hacia la superficie exterior.
Además, no tendría sentido también aumentar el tamaño del ventilador para mejorar el tiempo de aclimatación, debido contra el tamaño más grandes tienden a causar mayores vibraciones negando las mejoras obtenidas en la cara térmica.
Estos son los efectos que un ventilador inferior y superior crean en el aire en la corriente de espejo.
ventilador de abajo:
ventilador anteriormente:
Nótese cómo la acción del ventilador a continuación no sólo se limita a la zona inferior del espejo, pero también ir a modificar de manera significativa el campo de flujo de aire en la óptica cara superior aumentar el intercambio de calor. En la segunda parte del video “sotta ventilador” uno ve cómo el aire que sale radialmente desde la óptica cara inferior arrastre de distancia hasta el aire de la superficie superior. el mismo también sucede con el ventilador situado por encima.
OTROS MÉTODOS
métodos alternativos más exóticos se pueden emplear, como uno en el que una rejilla se posiciona encima del espejo sobre la que descansar el azulejo del congelador (para bolsas de hielo térmicas) para disminuir la temperatura del aire que entra en contacto con el espejo aumentando de este modo el gradiente térmico y por lo tanto la eficiencia del proceso de enfriamiento.
En este sentido se puede ver en el video como un azulejo de correo congelador por encima de los induce especulares descendente corrientes de aire frío que van a interactuar con la superficie del espejo.
Este tipo de solución no ha sido probado por el escritor ya que considero que las soluciones más viables con los aficionados, pero nunca si alguien ha tratado de la mano en esta técnica, y se prueban los beneficios desventajas pueden comunicarse incluso en los comentarios a continuación con el fin de hacer que la comunicación interactiva.
alternativamente, un método que parece prometedora es el que trata de succionar en la capa límite presentes en la cara superior del espejo, que rodea el estirado con una estructura particular conectado a un ventilador de aspiración que una vez encendido crea una depresión a lo largo de la circunferencia del espejo haciendo que el aire por encima de ella para evacuar radialmente.
Este método tiene como objetivo ser capaz de enfriar el espejo con los beneficios en términos de velocidad permitidos por los fans, tener éxito simultáneamente para crear un movimiento de aire laminar evacua tipo mientras que la superficie superior del espejo de manera que sea capaz de utilizar desde el principio de una buena visión ocular.
Corrí una prueba de este método, aunque no he tenido gran experiencia de la factura de caja que rodea al espejo para dejarse atrapar por lo, Si usted ha estudiado mejor, es posible obtener mejores resultados. Precisamente debido a la presencia del cuerpo alrededor del espejo, sin embargo, puede que no sea capaz de ver cómo se comporta el aire justo por encima de la superficie, pero un par de centímetros en adelante.
Aunque no se puede ver la capa de aire en contacto con el espejo (capa límite) Tengo razones para creer que este método no es capaz de romper la capa entera, porque a pesar de esto ser aspirado , Espejo de calor del renueva constantemente. E', sin embargo, muy claro que la columna de aire por encima de todo el espejo resulta mucho mejor que la observada en otros vídeos. Creo que esta es la razón por la que muchos sostienen que esta es la mejor solución de visualización inmediatamente ocular, no tanto por la ruptura real de la capa límite, pero para la mejora de toda la columna de aire por encima de ella(Es evidente en el vídeo de la diferencia entre la convección natural antes de energizar el ventilador y aspirado después de la ignición). Las soluciones con ventilador en su lugar podrían romper la capa límite sino que creó una gran cantidad de turbulencia en el aire.
RESUMEN:
Cada uno de estos métodos tiene por objeto aumentar la velocidad con la que el óptico traer a temperatura ambiente va a actuar en uno de los tres parámetros de las cuales se hizo referencia antes y que determinan la cantidad de calor que se puede quitar:
Aumentar el coeficiente de convección: Al aprovechar el uso de ventiladores.
El aumento de la diferencia de temperatura entre el espejo y el aire incide sobre la superficie: Para usar el congelador de baldosas.
Al aumentar la superficie de intercambio: Esto sólo puede hacerse a priori, cuando uno se da cuenta el cristal blanco y es una de las ventajas que prefissano para llegar a los espejos alveolares, que tienen una relación de superficie a volumen mucho mayor que un espejo clásico.
EVALUACIÓN DE VARIOS efecto de los parámetros con la aclimatación TIEMPO
Después de analizar los datos experimentales y las realizadas por las simulaciones se puede observar cómo los diferentes parámetros que influyen en el tiempo de enfriamiento:
(todos los casos se refiere a un enfriamiento por convección natural en, excepto en los casos en que se indica lo contrario)
diámetro del espejo con el mismo espesor:
Como puede verse en el diámetro del espejo no influye significativamente en el tiempo de aclimatación. Por lo que en gran medida espejos de diferentes dimensiones, pero que tienen el mismo espesor se enfriará con el tiempo similares.
Espesor del espejo con el mismo diámetro:
El espesor afectará en gran medida el tiempo de enfriamiento y a una duplicación del espesor se puede esperar que’ sobre una duplicación del tiempo requerido para alcanzar el equilibrio térmico, al menos con respecto a la convección natural.
El uso de ventiladores o no:
mi’ evidente que la mejora se consigue con la adición de ventiladores que aumentan la transferencia de calor por convección y es por esta razón que es útil para proporcionar para la instalación desde el principio de este dispositivo en su propio telescopio. siendo el aumento del tamaño del ventilador será visto que las curvas comienzan a ser compactada hacia una curva de límite debido a las limitaciones de transporte de calor en el interior del espejo, negando las ligeras mejoras puede obtenerse a expensas de mayores vibraciones.