Polímeros: Ciência e Tecnologia
https://revistapolimeros.org.br/article/doi/10.1590/S0104-14282012005000035
Polímeros: Ciência e Tecnologia
Scientific & Technical Article

Reduced Metallic Probe for the Thermal Characterization of Polymers

Sonda Metálica Reduzida para a Caracterização Térmica de Polímeros

Carollo, Luís F. dos S.; Gravena, Daniel A.; Silva, Sandro M. M. de L.

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Abstract

Several methods have been used to determine thermal conductivity and thermal diffusivity. Among these, the Hot Wire Method is widely used because it is a transient heat transfer method which allows the determination of these properties simultaneously and quickly. In this work, a reduced dimension metallic probe is used to obtain these properties for Polyvinyl Chloride (PVC) and Polyamide samples by using the Hot Wire Method. This method consists in passing a current through a resistance wire to generate heat, which increases the temperature of a probe inserted in a sample. From the heat dissipation it is possible to calculate the thermal conductivity. To determine the thermal diffusivity, optimization techniques are used to minimize an error function, defined by the square of the difference between the experimental and numerical temperatures. The numerical temperature is obtained by the solution of a one-dimensional diffusion equation in cylindrical coordinates, by using the Finite Difference Method with explicit formulation. The advantage of this study is the use of a small dimension probe allowing the use of samples with reduced dimensions. In addition it presents a new device to fasten the components into the probe. The estimated properties were in good agreement with the literature.

Keywords

Thermal conductivity, thermal diffusivity, simultaneous estimation, heat conduction and optimization

Resumo

Vários métodos têm sido utilizados na determinação da condutividade e difusividade térmica. Dentre esses, cita-se o Método do Fio Quente, que é muito utilizado por ser um método transiente de troca de calor que determina estas propriedades de forma simultânea e rápida. Neste trabalho o Método do Fio Quente com uma sonda de dimensões reduzidas é usado para obter a condutividade e difusividade térmica do Policloreto de Vinila (PVC) e da Poliamida. Este método se baseia na passagem de uma corrente contínua através de um fio de resistência, gerando calor que aquece uma sonda inserida na amostra. Da dissipação do calor é possível calcular a condutividade térmica. Para determinar a difusividade térmica minimiza-se uma função erro, definida pelo quadrado da diferença entre a temperatura experimental e a numérica. A temperatura numérica é obtida pela solução da equação da difusão unidimensional em coordenadas cilíndricas utilizando o Método de Diferenças Finitas com formulação explícita. O diferencial deste trabalho refere-se às pequenas dimensões da sonda, possibilitando a utilização de amostras menores, além de apresentar um novo dispositivo para fixar corretamente os componentes. Os resultados estimados apresentaram boa concordância com a literatura.

Palavras-chave

Condutividade térmica, difusividade térmica, estimativa simultânea, condução de calor e otimização

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