Comparação de Técnicas de Problemas Inversos em Transferência de Calor.

Abstract

Em transferência de calor, o uso de problemas inversos permite a estimação do fluxo de calor na superfície de uma amostra utilizando as temperaturas experimentais obtidas em diferentes posições da mesma. Neste trabalho o objetivo foi estudar e comparar o processo de estimação do fluxo de calor em problemas tridimensionais e unidimensionais para as amostras de aço inox AISI 304 usando diferentes técnicas de problemas inversos. Para isso, a equação da difusão de calor tridimensional foi resolvida numericamente em coordenadas cartesianas utilizando o método diferenças finitas para o espaço e o método implícito de Euler para a discretização no tempo. Também foram implementadas as seguintes técnicas: Seção Áurea, Brent, Função Especificada, Regularização de Tikhonov e Métrica Variável. Estas técnicas foram comparadas com relação à análise de precisão e o tempo de processamento gasto para a estimação do fluxo de calor. A metodologia foi validada com experimentos controlados em laboratório. Nestes experimentos as amostras foram sujeitas a um fluxo de calor em uma das superfícies, sendo as demais isoladas. Os sensores de temperatura foram fixados por descarga capacitiva na mesma superfície próxima a região de aquecimento e no lado oposto ao aquecimento. Um aquecedor resistivo foi usado para gerar um fluxo de calor constante e uniforme em uma montagem simétrica. Os fluxos estimados foram comparados com os fluxos experimentais apresentando uma boa concordância. Os resultados de temperatura obtidos foram satisfatórios quando comparados com os experimentais, como mostrado pelos baixos valores dos resíduos de temperatura encontrados.