Made available in DSpace on 2015-05-08T15:00:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1
arquivototal.pdf: 2421362 bytes, checksum: 6162f260770d9ee1bedb3c6f159b9e2a (MD5)
Previous issue date: 2010-07-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Two methods for solving a direct heat diffusion problem inside a cylindrical
enclosure are proposed, each one is applied with a linear and plus a non-linear solution.
Besides, a experimental apparatus was developed for theoretical models validation
purpose. Furthermore, as an application of the proposed system the inverse analysis
(inverse problem) is used to determine the thermal diffusivity of a liquid (water). The
physical experimental system consists of a hollow cylinder, made from metal material
(aluminum), which is filled with a liquid fluid whose thermal diffusivity we want to
estimate. A sensor element (PT 1000) should measure the temperature at the points that it
must be acquired and controlled. The controller has to compare the actual temperature
value with the desired one and send command to actuator (Peltier module), which is
physically in contact with the metallic cylinder, responding by heating or cooling system.
The temperature inside the liquid is measured by thermocouples and saved in a file through
software. Temperature control must ensure the thermal conditions during the actual
experimental procedure, what is also object of this study. Regarding the direct problem,
heat conduction model, one-dimensional and cylindrical radial symmetry for the transient
response of temperature measured at the center of a cylindrical cavity. Following the
formal proceedings, the Generalized Integral Transform Technique is one of the methods
used to solve the direct problem and thus determine the theoretical temperature field,
yielding results of the standard type. Initially, considering the thermal diffusivity constant
(linear problem) and, after, another approach considering a linear dependence of the
parameter with temperature. A proposal for alternative solution is done using the Network
Simulation Method (NSM), first in the classical version of linear solution, and afterward as
an innovative version through the use of an element whose electrical resistance varies
linearly with the voltage. In addition, the liquid medium is considered stationary, thus, any
convective and radiative exchanges inside the medium are neglected. The feasibility of
determining the unknown thermal diffusivity, through the proposed device is inferred by
analyzing the mathematical representation of this system by comparing it with the
experimental results. A MATLAB software was developed to enable the solution of the
parameter estimation, which was solved using the norm minimization of the least-squares
by Levenberg-Marquardt algorithm. The results show the feasibility of the proposed
system. / São propostos dois métodos de resolução para um problema (direto) de difusão de
calor no interior de uma cavidade cilíndrica, cada um dos métodos é aplicado com solução
linear e outra não linear. Conjuntamente, é desenvolvido um aparato experimental para
validação dos modelos teóricos. E, como uma aplicação do sistema proposto a análise
inversa (problema inverso) é usada para determinar a difusividade térmica de um líquido
(água). O sistema físico experimental consiste de uma cavidade cilíndrica de material
metálico (alumínio) vazada, a ser preenchida com o material líquido do qual se quer
estimar a difusividade térmica. Um elemento sensor (PT 1000) deve medir a temperatura
no(s) ponto(s) em que a temperatura precisa ser medida e controlada. O controlador deve
comparar a temperatura real com o valor desejado e enviar sinal de comando ao atuador
(pastilha Peltier), o qual está fisicamente em contato com o cilindro metálico, respondendo
pelo aquecimento ou resfriamento do sistema. A temperatura no interior do líquido é
medida por termopares e salva em arquivo através de softwares. O controle de temperatura
precisa manter as condições térmicas durante o procedimento experimental real, o que,
também, é objeto deste estudo. No que concerne ao problema direto, modelo de condução
de calor unidimensional e com simetria cilíndrica radial para obter a resposta transiente da
temperatura medida no centro de uma célula cilíndrica. Seguindo os procedimentos
formais, a Técnica da Transformada Integral Generalizada é um dos métodos utilizados
para resolver o problema direto e, por conseguinte, determinar o campo de temperatura
teórico, gerando resultados do tipo padrão. Inicialmente considerando-se a difusividade
térmica constante, problema linear, e, em outra abordagem considerando-se uma
dependência linear desta com a temperatura. Uma proposta para solução alternativa é feita
utilizando-se o Método de Simulação de Rede (NSM), tanto na versão clássica de solução
linear, quanto numa versão inovadora através do uso de um elemento cuja resistência
elétrica varia linearmente com o potencial elétrico. Além disso, o meio líquido é
considerado estacionário, assim, eventuais trocas convectivas e radiativas no interior do
meio são negligenciadas. A viabilidade em se determinar a difusividade térmica
desconhecida, através do dispositivo proposto, é inferida analisando a representação
matemática deste sistema comparando-a com os resultados experimentais. Um software em
MATLAB foi desenvolvido para viabilizar a solução do problema de estimativa de
parâmetro para a difusividade térmica, o qual foi resolvido por meio da minimização da
norma dos mínimos quadrados pelo algoritmo de Levenberg-Marquardt. Os resultados
obtidos mostram a viabilidade do sistema proposto.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede.biblioteca.ufpb.br:tede/5401 |
| Date | 26 July 2010 |
| Creators | Oliveira, Andréa Samara Santos de |
| Contributors | Silva, Zaqueu Ernesto da, Belo, Francisco Antônio |
| Publisher | Universidade Federal da Paraíba, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, UFPB, BR, Engenharia Mecânica |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB, instname:Universidade Federal da Paraíba, instacron:UFPB |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 3562149281793654633, 600, 600, 600, 600, 5792267035407506340, -6956026795191561793, 3590462550136975366 |
Page generated in 0.0036 seconds