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 (Q
condução), que é muito eficaz. O segundo é a condução pelos espaçamentos preenchidos com o ar (Q
espaçamento) que, devido à baixa condutividade térmica, pode ser muito fraca. Para lidar com a thermal contact resistance (resistência térmica de contato), uma condutância entre as faces, h
c, 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 ΔT for a diferença de temperatura ao longo de uma interface de área A, a taxa de transferÊncia de calor Q será dada por Q = A hc ΔT. Usando a analogia termoelétrica, é possível escrever Q = ΔT/Rt, em que Rt é a resistência ao contato térmico e é dado por Rt = 1/(A hc).
A condutância entre faces, h
c, 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:
| Faces em contato
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Condutância (hc) (W/m2 ºK)
|
|---|
| Ferro/alumínio
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45,000
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| Cobre/cobre
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10,000 - 25,000
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| Alumínio/alumínio
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2200 - 12000
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| Aço inoxidável/aço inoxidável
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2000 - 3700
|
| Aço inoxidável/aço inoxidável
(espaçamentos esvaziados)
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200 - 1100
|
| Cerâmica/cerâmica
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500 - 3000
|
A tabela a seguir lista a thermal contact resistance (resistência térmica de contato) para interfaces metálicas sob condições de vácuo:
| Resistência térmica, RtérmicaX10-4 (m2.K/W)
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|---|
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Pressão de contato
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100 kN/m2
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10.000 kN/m2
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| Aço inoxidável
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6-25
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0.7-4.0
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| Cobre
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1-10
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0.1-0.5
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| Magnésio
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1.5-3.5
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0.2-0.4
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| Alumínio
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1.5-5.0
|
0.2-0.4
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