Aprimoramento da Técnica de Diferentes Intensidades de Fluxo de Calor para Estimação de Propriedades Térmicas.

Abstract

Neste trabalho apresenta-se o aprimoramento de um método para estimar simultaneamente a condutividade térmica, λ, e a capacidade de calor volumétrica, ρcp, de uma amostra de Aço AISI 304. O modelo térmico utilizado é baseado na equação da difusão unidimensional transiente considerando propriedades térmicas constantes. Para garantir a unidimensionalidade, a amostra foi completamente isolada, a espessura da amostra considerada é muito menor do que as dimensões laterais e o tempo de experimento é pequeno. Duas intensidades de fluxo de calor foram utilizadas no mesmo experimento com o propósito de incrementar significativamente a sensibilidade para as propriedades termofísicas a serem estimadas. A maior intensidade foi aplicada no começo do experimento para aumentar a sensibilidade para estimar λ, e a menor intensidade no restante do experimento para garantir sensibilidade para a estimação do ρcp. Para determinar as propriedades, uma função objetivo, definida pela diferença ao quadrado das temperaturas experimental e numérica, é minimizada pela aplicação da técnica de otimização BFGS (Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno). A temperatura numérica é obtida pela solução da equação para o modelo proposto utilizando-se o Método das Diferenças Finitas com formulação implícita. Assim, a análise é feita em um experimento unidimensional em uma montagem simétrica. Um programa em Matlab foi desenvolvido para realizar toda a análise necessária para a estimação de λ e ρcp. A amostra está localizada entre um aquecedor resistivo e o isolamento. Resultados satisfatórios foram obtidos por esta análise, porque estas influências resultam numa diferença de temperatura de cerca de 0,1 °C, que é igual a incerteza do termopar.