Resistência térmica de contato

A utilidade da analogia entre o fluxo de corrente elétrica e o fluxo de calor se torna aparente quando uma descrição satisfatória da transferência de calor na interface entre dois meios condutores é necessária. Devido a limitações de usinagem, nunca duas superfícies terão contato perfeito ao serem pressionadas entre si. Pequenos espaçamentos sempre existirão entre as duas superfície de contato, graças à rigidez.

Através da interface de duas faces em contato, há dois modos de transferência de calor. O primeiro é a condução através de pontos de contato sólido para sólido (Qcondução), que é bastante eficaz. Em segundo lugar, a condução pelos espaçamentos com ar (Qespaçamento) que, devido à baixa condutividade térmica, pode ser bem pequena. Para lidar com a resistência térmica de contato, uma condutância entre as faces, hc, é colocada em série com o meio condutor em ambos os lados, conforme mostrado na próxima figura.

A condutância hc é similar ao coeficiente de transferência de calor por convecção e possui as mesmas unidades (W/m2 oK). Se DT é a diferença de temperatura em uma interface de área A, então a taxa de transferência Q é dada por Q = A hc DT. Usando a analogia elétrico-térmica, pode-se escrever Q = DT/Rt, onde Rt é a resistência térmica de contato, dada por Rt = 1/(A hc).

A condutância entre faces, hc, depende dos seguintes fatores:

• O acabamento da superfície das faces em contato.

• O material de cada face.

• A pressão com a qual as superfícies são unidas.

• A substância nos espaçamentos entre as faces em contato.

A tabela a seguir mostra alguns valores típicos da condutância entre faces para acabamentos normais de superfície e pressões de contato moderadas (1 a 10 atm). Os espaçamentos de ar não são esvaziados, salvo indicação:

A tabela a seguir lista a resistência térmica de contato para interfaces metálicas sob condições de vácuo:

Um exemplo de modelagem de resistência térmica de contato