Medição de Condutividade Térmica: Métodos e Equipamentos
Medição da Condutividade Térmica em Sólidos
Para melhorar a qualidade da medição em materiais altamente condutores, considere as seguintes modificações no equipamento:
- Melhoria no isolamento: Reforçar o isolamento da tampa para minimizar perdas de calor para o ambiente.
- Redução da distância entre termopares: Diminuir o espaçamento para reduzir perdas por convecção e aumentar a precisão.
- Uso de câmara a vácuo: Realizar o experimento em ambiente de vácuo para eliminar perdas por convecção.
Análise de Incerteza: A incerteza combinada de k é influenciada principalmente pela fonte de calor Q. Como Q depende da vazão do rotâmetro, a maior fonte de erro reside na medição da vazão. Recomenda-se utilizar um rotâmetro de maior precisão ou estabilizar o fluxo de fluido.
Procedimento Experimental: Aparelho Cussons
Para mapear a condutividade térmica de metais utilizando o aparelho Cussons P 5687, siga o procedimento abaixo:
- Aplique pasta térmica nas superfícies de contato e nos furos do corpo de prova (CP).
- Posicione o CP entre a fonte e o sorvedor de calor.
- Instale quatro termopares nos furos do CP e posicione a tampa isolante.
- Estabeleça a vazão de água e a corrente elétrica.
- Monitore as temperaturas dos quatro termopares e as temperaturas de entrada e saída da água no sorvedor.
O valor de k deve ser calculado entre os termopares 3 e 4, pois estão mais próximos do sorvedor, apresentando menores perdas térmicas. Aplica-se a Lei de Fourier utilizando a área, a distância entre termopares e a diferença de temperatura.
Funcionamento do Medidor Sealer
O medidor Sealer utiliza um corpo de prova cilíndrico com dois furos para termopares, separados por uma distância X. A base é aquecida por vapor, enquanto a extremidade oposta é resfriada por uma serpentina de água.
Princípio de Operação: Em regime permanente, o calor fornecido pelo vapor é igual ao calor absorvido pela água. O valor de k é isolado a partir do balanço térmico. O estado permanente é atingido quando as temperaturas se estabilizam.
Limitações e Vantagens: A principal dificuldade é garantir a constância do fluxo de calor do vapor, visto que perdas por convecção podem aumentar a incerteza. Como vantagem, o equipamento não sofre interferência significativa da irradiação térmica.