Como calcular a resistência de contato entre dois blocos apertados

Escrito por richard gaughan Google | Traduzido por eduardo chagas
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Como calcular a resistência de contato entre dois blocos apertados
Você pode diminuir a resistência de contado desses blocos ao apertá-los juntos (Duncan Smith/Photodisc/Getty Images)

Os físicos estabeleceram as leis da termodinâmica; os engenheiros mecânicos sabem como desenhar e analisar estruturas; os engenheiros térmicos podem prever as temperaturas operacionais máximas com impressionante precisão. E mesmo assim, para tudo que é entendido, para todos os sucessos, existem problemas do mundo real que são muito difíceis de se resolver. Calcular a resistência de contato entre dois blocos apertados é um desses problemas. Mesmo assim, um quadro teórico está disponível que culmina na equação para calcular a resistência de contato.

Nível de dificuldade:
Moderadamente desafiante

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O que você precisa?

  • Perfilador de superfícies automático
  • Ferramenta de microdureza
  • Molas e grampos

Lista completaMinimizar

Instruções

  1. 1

    Calcule a média harmônica de condutividade térmica. Você vai precisar saber a condutividade térmica de cada um dos dois materiais, mas pode encontrar essa informação em materiais de referência. Os chame de "k1" e "k2". A média harmônica de condutividade térmica é dada por: km = k1*k2/(k1+k2).

  2. 2

    Usando um perfilador de superfície, determine a aspereza de cada superfície. "Aspereza" é só um nome chique para pequenos buracos. Cada superfície tem pequenos orifícios em si e você precisa fazer algumas medições sobre o quão fundos e íngremes esses orifícios são. A profundidade é colocada em uma medida chamada de rugosidade superficial, enquanto a declividade é chamada de inclinação de aspereza. O perfilador que você usar vai fazer esses cálculos automaticamente.

  3. 3

    Calcule a média da inclinação de aspereza e a rugosidade superficial efetiva. A média da inclinação de aspereza é dada pela raiz quadrada da soma dos quadrados das asperezas individuais; e a rugosidade superficial efetiva é dada pela raiz quadrada da soma dos quadrados das rugosidades superficiais individuais. Matematicamente, essas equações são: Média da aspereza = √ (aspereza1^2 + aspereza 2^2); Rugosidade efetiva = √ (rugosidade1^2 + rugosidade 2^2)

  4. 4

    Encontre a microdureza de cada uma das duas superfícies. Você pode encontrar essa informação em materiais de referências ou fazer uma medição de microdureza, seguindo as instruções da ferramenta de microdureza.

  5. 5

    Insira molas entre os grampos em um dos lados dos blocos. Meça a diferença entre o comprimento inicial e o comprimento comprimido das molas. Calcule a pressão de contato entre os dois blocos. A força é igual ao número de molas vezes a diferença de comprimento delas, vezes a constante das molas:

    Força = númerodiferença de comprimentoconstante de mola; e a força dividida pela área de contato é a pressão de contato.

  6. 6

    Calcule a resistência de contato. A condutância de contato é dada por condutância = 1,25 km * (média de aspereza/ rugosidade efetiva )(pressão de contato/microdureza). Essa é a condutância por área, então multiplique pela área de contato para conseguir a condutância. A resistência de contato é 1/ condutância de contato.

Dicas & Advertências

  • Na prática, as pessoas quase nunca medem a média de aspereza, a rugosidade e a microdureza, eles apenas colocam os blocos juntos e calculam a resistência. Você pode dobrar a quantidade de força e a mudança na resistência. É possível colocar esses dois números em uma equação que prediz qual vai ser a resistência para qualquer pressão de contato.
  • Por mais complicado que seja esse procedimento, não é a história completa: ele não leva em conta a contribuição térmica do ar que preenche o vazio. Essa é geralmente apenas uma pequena contribuição na condutância, então pode ser ignorada.
  • Esse é o calculo para resistência térmica. O calculo de resistência elétrica segue um processo parecido.
  • Geralmente, esse passo é usado apenas para montar um problema de homens palito, para mostrar que a resistência vai ser menor quando um material condutivo for colocado entre dois blocos. De fato, é muito raro que uma situação crítica na vida real dependa apenas do contato de pressão para prover uma conexão de baixa resistência e até em aplicações não críticas, como na conexão da bateria do carro, que vai funcionar melhor com uma pasta condutiva para fazer uma boa conexão.

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