Estimação simultânea de propriedades termofísicas de materiais metálicos.

Abstract

Apresenta-se neste trabalho um método para a estimativa simultânea da condutividade térmica, λ, e da capacidade de calor volumétrica, pcp, das amostras de Aço Inox AISI 304, Titânio ASTM B265 Grau 2 e Aço Inox AISI 316. O modelo térmico utilizado é baseado na equação da difusão unidimensional transiente considerando a condição de fluxo de calor constante e uniforme na superfície superior da amostra e condição de isolamento na superfície oposta, onde é medida a temperatura através de um termopar. Para garantir a unidimensionalidade, as amostras foram totalmente isoladas, a espessura da amostra é muito menor que suas dimensões laterais e o tempo total do experimento foi pequeno. Assim, a estimativa das propriedades foi baseada na análise dos coeficientes de sensibilidade definidos pela primeira derivada parcial da temperatura com relação ao parâmetro a ser analisado. Com base nessa análise decidiu-se utilizar duas intensidades de fluxo de calor. Desta forma consegue-se aumentar de forma significativa a sensibilidade para a estimativa do λ utilizando a maior intensidade no início do experimento e garante-se sensibilidade suficiente para estimar o ρcp aplicando-se a menor intensidade no fim do experimento. Então, estima-se as propriedades simultaneamente, baseando-se nesses coeficientes que devem apresentar um valor mínimo global para cada propriedade, além de serem linearmente independentes. Para determinar as propriedades minimiza-se uma função erro, definida pelo quadrado da diferença entre a temperatura experimental e a numérica, usando a 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. As propriedades térmicas estimadas estão de acordo com a literatura e apresentaram diferenças menores que 3 %. Além disso, uma análise de incertezas foi realizada para comprovar a qualidade dos resultados encontrados.