Publicação: Determinação simultânea de propriedades térmicas usando apenas uma superfície de acesso: estimação nos domínios do tempo e da freqüência
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Apresenta-se neste trabalho um novo método para a determinação simultânea da condutividade térmica, k, e da difusividade térmica, a, de materiais não metálicos, usando-se somente dados experimentais provenientes de uma face de acesso. A estimação de a baseia-se na adoção de um modelo térmico unidimensional de um meio submetido a um fluxo de calor transiente na superfície frontal e isolado na superfície oposta. Os mesmos dados experimentais das evoluções de fluxo de calor e temperatura na superfície frontal são usados para a obtenção de k.
Nesse caso, o modelo térmico usado é o de um meio semi-infinito submetido a uma história de fluxo de calor em sua superfície de acesso.
Para isso, estima-se também, um parâmetro definido como efusividade térmica (b = yfã/kY Observa-se que a técnica proposta usa, como método de cálculo das propriedades térmicas, a técnica de estimação de parâmetros nos domínios do tempo a e da freqüência b. No domínio do tempo, minimiza-se as diferenças das temperaturas experimentais e teóricas na superfície do meio para a estimação de a. No domínio da freqüência, estima-se b a partir da minimização dos valores experimentais e teóricos de uma função, definida como a razão entre as evoluções do fluxo de calor e das temperaturas superficiais, denominada impedância de entrada, Salienta-se que os dados experimentais foram simulados numericamente. As evoluções de temperatura na superfície frontal foram calculadas a partir de soluções analíticas dos modelos térmicos e da adição de erros aleatórios. Esses erros estão situados na faixa de incerteza de medição de temperatura usando-se termopares. Apresenta-se também uma análise das fontes de erro e das incertezas da técnica experimental.
Abstract
A new method for simultaneous determination of thermal conductivity, k, and diffusivity, a of the non-metalic materiais is presented. The use of experimental data from only one surface access is the main novelty of the technique. For the thermal diffusivity estimation an one-dimensional thermal model is used. A heat flux history is imposed at the frontal surface of a sample while the other surface is isolated. The same experimental data are used to thermal conductivity determination. However, at this case, the heat flux and temperature evolution at the frontal surface are used in a semi-infinite thermal model. In this sense, the thermal effusivity is also estimated. It can be observed that the thecnique proposed uses the parameter estimation thecnique in the time and the frequency domain.
In the time domain, the minimum square is used at the experimental and theoretical temperatures to the thermal diffusivity estimation. In the frequency, the input impedance, Z/,e, a ratio of heat flux and temperature evolution is, then, defined. The difference between experimental and theoretical values of is minimized for the thermal effusivity estimation. It should be observed that the experimental data have been numerically simulated. The temperature evolution are calculated from the analytical thermal model solution and from the random error summation. These random errors are located at a range of uncertainty of temperature measurements error using thermocouples. At the end, is also presented an error and uncertainty analyses of the technique.
Palavras-chave
Estimação de parâmetros, Medição de propriedades térmicas, Condução de calor, Técnicas experimentais, Parameter estimation, Heat conduction, Experimental techniques, Thermal properties measurements
Citação
SILVA, Sandro Metrevelle Marcondes de Lima e. Determinação simultânea de propriedades térmicas usando apenas uma superfície de acesso: estimação nos domínios do tempo e da freqüência. 1995. 104 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2019. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.1995.8
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