Publicação: Desenvolvimento de métodos experimentais para a determinação da difusividade térmica e condutividade térmica de materiais não metálicos usando somente uma superfície de acesso
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::TRANSFERENCIA DE CALOR
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Resumo
Nesse trabalho descrevem-se três métodos experimentais para a determinação
simultânea da difusividade térmica e da condutividade térmica de materiais não metálicos
Nesses métodos tanto a imposição quanto a medição de fluxo de calor e temperatura são
provenientes de somente uma face de acesso. O primeiro método desenvolvido, baseia-se no
uso de técnicas seqüenciais de otimização sem restrições em uma função objetivo de mínimos
quadrados. No outro método são usadas as técnicas de estimação de parâmetros juntamente
com a seção Áurea na minimização de duas funções objetivos distintas. Uma função objetivo
de correlação variando somente com a difusividade é usada para sua estimação, enquanto a
função mínimos quadrados é usada para a obtenção da condutividade. Tanto a função de
mínimos quadrados quanto a função de correlação são definidas a partir de temperaturas
experimentais e calculadas por um modelo teórico. Uma característica comum desses dois
métodos é a baixa sensibilidade das funções objetivos propostas em relação à difusividade. O
terceiro método proposto minimiza esse problema e obtém as propriedades difusividade e
condutividade com um grande nível de confiança. Nesse método, uma função de fase no
domínio da freqüência é usada para a determinação da difusividade e a mesma função de
mínimos quadrados definida pelos métodos anteriores é usada para a determinação da
condutividade. Uma comparação dos resultados para esse método é feita a partir do uso dos
métodos flash e da placa quente compensada para uma amostra de Polychloroethylene (PVC),
obtendo-se uma dispersão de 2,97 % e 0,63 %, respectivamente, para a difusividade e
condutividade. Apresenta-se ainda nesse trabalho uma análise de incerteza na obtenção das
propriedades térmicas, bem como o desenvolvimento das bancadas experimentais relativas às
técnicas usadas para a comparação. Uma investigação do potencial de aplicação do método
em materiais condutores é também apresentada.
Abstract
This work describes three experimental techniques for determining simultaneously the
properties, thermal diffusivity and thermal conductivity of non-metallic materials. All techniques
use experimental data from one of the same sample surfaces. It means that the imposing heat
flux and the temperature response are measured at the same surface of the sample. The first
technique determines the properties by using sequential unconstrained optimization methods,
which minimizes a least square error function. In the second, two different objective functions
are used. In this case, the thermal diffusivity is estimated from a correlation function while the
thermal conductivity is estimated from the square error function. Both correlation and error
function are defined from experimental temperature and calculated temperature using a
theoretical model. These first two techniques have presented low sensitivity in the thermal
diffusivity estimation. To avoid this problem, a third method is proposed. This method works in
the frequency domain for the estimation of thermal diffusivity. In this case, an objective function
representing the eigenvalue phase angle is used to determine the thermal diffusivity while the
square error function is used for the thermal conductivity estimation. A comparison with the
flash method and the guarded hot plate method gives a deviation of 2,97 % and 0,63 % for
thermal diffusivity and thermal conductivity, respectively, for a Polychloroethylene (PVC)
sample. At the end of this work an uncertainty analysis and an investigation for conductive
materials application are also presented.
Palavras-chave
Estimação de parâmetros, Medição de propriedades térmicas, Condução de calor, Problemas inversos, Otimização, Parameter estimation, Thermal properties measurements, Heat conduction, Inverse problem, Optimization.
Citação
LIMA E SILVA, Sandro Metrevelle Marcondes de. Desenvolvimento de métodos experimentais para a determinação da difusividade térmica e condutividade térmica de materiais não metálicos usando somente uma superfície de acesso. 2000. 132 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, 2000.