Resistência térmica de contato

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

Pela interface entre duas faces em contato, há dois modos de transferência de calor. O primeiro é a condução através de pontos de contato sólido-sólido (Qcondução), que é muito eficaz. O segundo é a condução pelos espaçamentos preenchidos com o ar (Qespaçamento) que, devido à baixa condutividade térmica, pode ser muito fraca. 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, como mostra a figura a seguir.

A condutância hc é semelhante ao coeficiente de transferência de calor por convecção e usa as mesmas unidades (W/m2 oK). Se DT é a diferença de temperatura em uma interface de área A, então a taxa de transferência térmica Q é dada por Q = A hc DT. Usando a analogia elétrico-térmico, pode-se definir 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 que 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 de superfície normais e pressões de contato moderadas (1 a 10 atm). Os espaçamentos de ar não são esvaziados, exceto quando indicado:

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