Estudo de sensor de fluxo de calor em regime transiente

Abstract

O trabalho que aqui se apresenta consiste no estudo da viabilidade técnica de um novo método de medição de fluxo de calor baseado na resposta transiente de um radiómetro com transpiração. A generalidade dos sensores de fluxo de calor, e em particular dos radiómetros, trabalham com base na resposta estacionária dos mesmos, o que significa que é necessário que a resposta do instrumento esteja estabilizada para que seja possível a determinação do fluxo de calor e consequentemente o tempo de resposta tende a ser longo. A determinação do fluxo de calor neste trabalho é baseada na análise da resposta transiente de um radiómetro, esperando-se desta forma uma redução do tempo de resposta do sensor. É realizado um estudo teórico centrado no desenvolvimento de um modelo matemático do sensor assim como trabalho experimental visando quer a validação dos modelos matemáticos propostos quer a verificação experimental do desempenho do instrumento. São também apresentadas funções de projecto relacionando restrições das características funcionais e condições de operação do sensor com base numa análise de sensibilidade e de precisão, assim como um procedimento de calibração.

The work here presented consists in a study of a new method to measure heat flux based on the transient response of a transpiration radiometer. In general, heat flux sensors, and particularly radiometers, are operated taking in account their steady-state output, which is usually associated with long time response constants as the instruments have to be stabilised in order to obtain the desired signal. In this work the heat flux measurement is performed based on the analysis of the early transient response of a transpiration radiometer, resulting in a reduction of time response of the sensor. A theoretical study is made along with the development of a mathematical model. Experimental tests to validate the proposed mathematical model and to test the radiometer performance were also done. Finally, instrument design rules and calibrations procedures were established.