B. Engenharias - 1. Engenharia - 9. Engenharia Mecânica |
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DETERMINAÇÃO DE PROPRIEDADES TERMOFÍSICAS USANDO SOMENTE UMA SUPERFÍCIE DE ACESSO
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Adriel Matos Matsuoka 1 |
Solidônio Rodrigues de Carvalho 2 |
Sandro Metrevelle Marcondes de L. Silva 3 |
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(1. Universidade Federal de Uberlândia, UFU, Faculdade de Engenharia Mecânica, FEMEC; 2. Universidade Federal de Uberlândia, UFU, FEMEC,Dr. Co-Orientador; 3. Universidade Federal de Itajubá, UNIFEI, Professor Dr., Orientador) |
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INTRODUÇÃO: |
A determinação de propriedades térmicas como a efusividade, b, e a difusividade, α, é deveras importante quando se trata do uso de novos materiais, especialmente em materiais isolantes. A efusividade é uma propriedade térmica do material, obtida através da razão entre a raiz quadrada da difusividade térmica pela condutividade térmica. Já a difusividade térmica mede a capacidade do material de conduzir energia térmica em relação à sua capacidade de armazená-la. Em meios já construídos (determinação das propriedades térmicas in situ) a obtenção dessas propriedades apresenta alguns aspectos relevantes: a inserção de sensores deve ser evitada e normalmente existe somente uma superfície de acesso. O desenvolvimento de métodos de laboratório que possam ser aplicados em apenas uma superfície de acesso é o principal objetivo desse trabalho. Outro objetivo é a determinação da efusividade térmica de uma amostra de Policloreto de Vinila (PVC). |
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METODOLOGIA: |
A técnica da Efusividade Térmica foi investigada, buscando aproveitar o bom comportamento do módulo da função resposta em freqüência para a obtenção da efusividade térmica. Como o objetivo é a aplicação do método em grandes superfícies o modelo adequado é o de um meio semi-infinito. Esse modelo foi usado no domínio da freqüência para a obtenção da efusividade térmica. O problema da difusão de calor é criado pelo modelo experimental, com fluxo de calor imposto e temperatura medida na superfície frontal. No entanto para o obtenção do sinal de temperatura, lançou-se mão do método das diferenças finitas em sua forma explícita, acrescentando erros aleatórios para simular o sinal experimental de temperatura. Aplicando a Transformada Rápida de Fourier (FFT) nos sinais de temperatura e fluxo de entrada, foi possível obter o módulo da impedância de entrada experimental (|Zbe|). O problema é resolvido no domínio da freqüência devido a problemas de dependência linear no tempo. Para a obtenção do módulo da impedância de entrada teórico (|Zb|), resolve-se o problema térmico no plano transformada de Laplace. Como a efusividade térmica é função somente do módulo, determinou-se b a partir da minimização de uma função objetivo definida por:
Sb=ånf ( |Zbe| - |Zb| )²
A minimização foi realizada usando os métodos combinados da Seção Áurea com Aproximação Polinomial.
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RESULTADOS: |
Apresenta-se aqui uma análise dos resultados obtidos para estimação de b para uma amostra de PVC. Foi utilizado um sinal de entrada (fluxo de calor) transiente, obtendo um perfil de saída (temperatura) também transiente. A temperatura foi calculada para um corpo semi-infinito e adicionou-se erros aleatórios simulando o sinal experimental. Esse procedimento foi repetido dez vezes. Comparando os módulos experimentais e teóricos, percebe-se que eles apresentam uma pequena distorção. Conhecido os valores de a=1,3x10-7m²/s e l=0,16 W/mk , pode-se então com essa duas propriedades calcular o valor de b=2,25343x10-3 m².K / W.s-1/2. Já o valor de b médio estimado é 2,15x10-3 m².K / W.s-1/2. A dispersão entre o valor de b estimado e o valor calculado a partir do conhecimento de a e l, situa-se aproximadamente em 4,85 %. |
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CONCLUSÕES: |
A Técnica da Efusividade Térmica apresentou resultados satisfatórios para a determinação da efusividade térmica.
Com o conhecimento da efusividade térmica realizando um novo tratamento nos sinais da evolução do fluxo de calor e da temperatura, agora no domínio do tempo para um modelo finito é possível a estimação da difusividade térmica e consequentemente a determinação da condutividade térmica. Atualmente está se trabalhando em uma técnica para a obtenção da difusividade térmica no domínio do tempo a partir do conhecimento da efusividade .
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Instituição de fomento: PIBIC/CNPQ-UFU
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Trabalho de Iniciação Científica
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Palavras-chave: Determinação de Propriedades Térmicas; Condução de Calor ; Otimização. |
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Anais da 58ª Reunião Anual da SBPC - Florianópolis, SC - Julho/2006 |
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