Development of the experimental thecnique to Estimation the thermal properties using only one surface "in situ"

This work presents a new experimental method developed for obtaining, simultaneously, the thermal conductivity and thermal di usivity of solid materials. The method is based on the use of a new surface probe that has one resistance heater, two termocouples, and one heat ux sensor. The sample is partially heated in a frontal surface. Two regions, heated and non-heated front surface are used to estimate the thermal properties. The technique relies on the minimization of two distinct functions. Both are de ned from the same frontal surface temperature measurements, but using di erent thermal concepts. The rst uses a gain ratio between two surface temperatures for the identi cation of the thermal di usivity. The second is de ned by the well-known square quadratic error function calculated between the experimental and theoretical values of the same surface temperatures. This second procedure allows the estimation of thermal conductivity. In addition, has a study about the behaviour of some parameters that in uence the a gain ratio temperatura concept. The properties were mensure in two di erent sample, PVC and coopper, non-condutor and conductor materials with the deviation less than 1% of the values found in literature. After mensurements, the original thermal models were reduced to others more simple. A new function to mensure the thermal di usivity was proposed using the simple thermal model wiht the same ideia of the gain ratio between two surface temperature measurements. The thermal conductivy is determinated with the same concept when use the original model, but a new position of mensurement of experimental temperatura under the center of the heat ux is necessary. Those reduced models use only one surface to estimate the thermal properties. The results of the properties estimation are the same using the original or the reduce models, but has a signi cant reduction in computacional estimation time using the reduce models because of the time to minimize the functions. So, this thecnique has all requirements to be applied in in situ measurements.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoFAPEMIG - Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas GeraisTese (Doutorado)Este trabalho apresenta um novo método experimental desenvolvido para a obtenção simult ânea da condutividade e difusividade térmica em materiais sólidos. O método se baseia na utilização de um novo aparato experimental na superfície que possui uma resistência elétrica para aquecimento, dois termopares e um sensor de medição de uxo de calor. A amostra é parcialmente aquecida em uma superfície frontal. Duas regiões da superfície frontal, aquecida e não aquecida, são usadas para estimar as propriedades térmicas. A técnica se baseia na minimização de duas funções distintas. Ambos são de nidos a partir das mesmas medições de temperatura na superfície frontal, mas usando diferentes conceitos térmicos. A primeira usa uma razão de ganho entre duas temperaturas medidas na superfície para a identi cação da difusividade térmica. A segunda é de nido pela conhecida função de erro quadrático calculada entre os valores experimentais e teóricos para as mesmas temperaturas super ciais. Este segundo procedimento permite a estimativa da condutividade térmica. Em adição, apresentase um estudo sobre o comportamento de alguns parâmetros que in uenciam o conceito de razão de ganho de temperatura. As propriedades foram mensuradas em duas amostras diferentes, PVC e cobre, materiais não condutor e condutor, com o desvio inferior a 2% dos valores encontrados na literatura. Após as estimativas experimentais, os modelos térmicos originais foram reduzidos a outros modelos simpli cados. Uma nova função para estimar a difusividade térmica foi proposta usando o modelo térmico simpli cado com a mesma ideia da razão de ganho entre duas temperaturas medidas na superfície. A condutividade térmica é determinada com o mesmo conceito quando se usa o modelo original, mas é necessária uma nova posição de medição de temperatura experimental sob o centro do uxo de calor. Esses modelos reduzidos usam apenas uma superfície para estimar as propriedades térmicas. Os resultados da estimativa de propriedades são os mesmos usando o modelo original ou os modelos reduzidos, mas tem uma diminuição signi cativa no tempo computacional usando os modelos reduzidos devido ao tempo para minimizar as funções. Dessa forma, esta técnica tem todos os requisitos para ser aplicada em medições "in situ"