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Determinação da condutividade e difusividade térmica de materiais por análise de DSC

Authors: Sá, Helena Isabel Oliveira;

Determinação da condutividade e difusividade térmica de materiais por análise de DSC

Abstract

A compreensão e o conhecimento das propriedades termofísicas dos materiais, como condutividade e difusividade térmica ou capacidade calorífica específica (𝐶𝑝 ), possibilitam a determinação da capacidade de um material para armazenar e transferir calor e, como tal, uma escolha adequada dos mesmos para uma determinada função ou aplicação pretendida. Assim, o intuito desta dissertação é desenvolver e implementar um método que permita a determinação da condutividade e difusividade térmica de materiais (exemplo, Politetrafluoretileno e Nomex) através de calorimetria diferencial de varrimento (DSC) de compensação de potência. Para a determinação da condutividade térmica, o Índio, uma substância pura com conhecida temperatura de fusão, foi utilizado como referência interna e analisado por DSC sobre cada amostra. A análise consistiu num programa de varrimento cujo intervalo de temperaturas incluía a temperatura de fusão do Índio e para o qual foram utilizadas duas velocidades de varrimento: 5 e 10 °C/min. A condutividade térmica foi determinada através da medição da taxa do fluxo de calor observada durante a transição sólido-líquido do Índio. Por outro lado, para o cálculo da difusividade térmica, foi desenvolvida uma metodologia para determinação dos valores de 𝐶𝑝, através do estudo de dois métodos de análise: o método convencional e o método StepScan. As condições experimentais usadas possibilitaram a determinação, exata e com reduzidas incertezas, dos valores de condutividade térmica para amostras de espessura superior a 0,5 mm. Os resultados reprodutíveis, com menor erro relativo e incerteza associada foram obtidos utilizando a velocidade de varrimento de 10 °C/min. Por análise dos resultados obtidos, concluiu-se que a medição da condutividade térmica pode ser realizada para qualquer sólido isolante, numa gama de temperaturas em que este apresente estabilidade térmica. Além disso, concluiu-se que o método de DSC StepScan é uma alternativa viável ao uso do método convencional, dado que os resultados de 𝐶𝑝 foram determinados com menores incertezas e maior exatidão. Com os valores de 𝐶𝑝 e condutividade térmica foi possível aferir a difusividade térmica dos materiais analisados.

Country
Portugal
Related Organizations
Keywords

Thermal diffusivity, Condutividade térmica, Differential scanning calorimetry, Thermal conductivity, Capacidade calorífica específica, Calorimetria diferencial de varrimento, Materiais poliméricos, Difusividade térmica, Specific heat capacity, Polymeric materials

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