INFLUÊNCIA DO PARÂMETRO RUGOSIDADE NA TRANSFERÊNCIA DE CALOR EM JUNTAS COLADAS
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CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA CELSO SUCKOW DA FONSECA
Resumo
Thermal contact resistance (TCR) is formed by mechanical contact of rough surfaces and is highly applicable in plenty of heat transport chains, such as thermal management of electronic devices. High TCR is an important factor of causing heat accumulation and high temperature rise (especially for the cases of high heat flux) in electronic devices, which is unbeneficial to the operational performance of devices. Therefore, it is crucial to investigate approaches of reducing the TCR at interface. In the specific case of bonded joints, the adhesive tends to fill the space between the substrates, but not completely. This process obviously depends on the viscosity of the adhesive used, also the roughness of the joined surfaces. This dissertation presents an experimental method for evaluating the thermal contact resistance in bonded joints. This study evaluated the TCR in joints prepared with for three different degrees of superficial treatment, producing three degrees of roughness. Each joint was heated and the heat transfer through the joint was observed by thermocouples and infrared thermography (IRT). An analytical model and finite element model (FEM) was adjusted by the experimental data that produced results to evaluate the influence of the roughness in heat transfer through bonded joints. After the analysis, it was concluded that, for a rougher surface finish, the thermal contact resistance at the bonded interface of the material presents a higher value; followed by the finish with intermediate roughness and last of very low roughness. That is, a smoother surface can dissipate more heat when placed in contact with another than a more rugged surface. Concludingthat thesuperficial treatment in fact influences in the transfer of heat through the joints whentwo surfaces are joined by the bonding process.
A resistência térmica de contato (RTC) é formada através do contato mecânico de superfícies rugosas e é bastante aplicável quando se trata de transporte de calor, tal como no gerenciamento térmico de dispositivos eletrônicos. Uma elevada RTC é um fator importante para a causa do acúmulo de calor e aumento de temperatura (especialmente para os casos de alto fluxo de calor) em dispositivos eletrônicos, o que não é benéfico para o desempenho operacional dos dispositivos. Portanto, é crucial estudar maneiras de se reduzir a RTC na interface dos materiais. No caso específico de juntas coladas, o adesivo tende a preencher os vazios entre os substratos, mas não completamente. Este processo depende, evidentemente, da viscosidade do adesivo utilizado, assim como da rugosidade das superfícies unidas. Este trabalho apresenta um método experimental para avaliar a resistência térmica de contato em juntas coladas. Foi avaliada a RTC nas juntas preparadas com três diferentes graus de tratamento superficial, produzindo assim três graus de rugosidade. Cada conjunto foi aquecido e a transferência de calor através das juntas foi observada por termopares e termografia infravermelha (TIV). Um modelo analítico e um modelo de elementos finitos (FEM) foram ajustados com base nos dados experimentais, produzindo resultados suficientes para a avaliação da influência da rugosidade na transferência de calor através das juntas coladas. Após as análises, ficou concluído que, para um acabamento superficial mais rugoso, a resistência térmica de contato na interface colada do material apresenta um valor maior; seguida do acabamento com rugosidade intermediária e por último de rugosidade bem baixa. Ou seja, uma superfície mais lisa consegue dissipar mais calor quando colocada em contato com outra do que uma superfície mais rugosa. Concluindo assim que o acabamento superficial de fato influencia na transferência de calor através das juntas, quando duas superfícies são unidas pelo processo de colagem.
A resistência térmica de contato (RTC) é formada através do contato mecânico de superfícies rugosas e é bastante aplicável quando se trata de transporte de calor, tal como no gerenciamento térmico de dispositivos eletrônicos. Uma elevada RTC é um fator importante para a causa do acúmulo de calor e aumento de temperatura (especialmente para os casos de alto fluxo de calor) em dispositivos eletrônicos, o que não é benéfico para o desempenho operacional dos dispositivos. Portanto, é crucial estudar maneiras de se reduzir a RTC na interface dos materiais. No caso específico de juntas coladas, o adesivo tende a preencher os vazios entre os substratos, mas não completamente. Este processo depende, evidentemente, da viscosidade do adesivo utilizado, assim como da rugosidade das superfícies unidas. Este trabalho apresenta um método experimental para avaliar a resistência térmica de contato em juntas coladas. Foi avaliada a RTC nas juntas preparadas com três diferentes graus de tratamento superficial, produzindo assim três graus de rugosidade. Cada conjunto foi aquecido e a transferência de calor através das juntas foi observada por termopares e termografia infravermelha (TIV). Um modelo analítico e um modelo de elementos finitos (FEM) foram ajustados com base nos dados experimentais, produzindo resultados suficientes para a avaliação da influência da rugosidade na transferência de calor através das juntas coladas. Após as análises, ficou concluído que, para um acabamento superficial mais rugoso, a resistência térmica de contato na interface colada do material apresenta um valor maior; seguida do acabamento com rugosidade intermediária e por último de rugosidade bem baixa. Ou seja, uma superfície mais lisa consegue dissipar mais calor quando colocada em contato com outra do que uma superfície mais rugosa. Concluindo assim que o acabamento superficial de fato influencia na transferência de calor através das juntas, quando duas superfícies são unidas pelo processo de colagem.