Conduntância térmica de contato a baixas pressões de interface

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica.Este trabalho analisa teórica e experimentalmente a condutância/resistência térmica de contato em baixas pressões de contato. Vários pesquisadores da área apresentam estudos comparativos entre os modelos existentes e dados experimentais nos quais os modelos subestimam os experimentos em baixas pressões de contado. Esses pesquisadores têm proposto explicações qualitativas para este inesperado fenômeno como sendo devido a dilatações térmicas diferenciais das amostras testadas, no entanto nenhum modelo capaz de prever quantitativamente o fenômeno foi proposto. Neste trabalho, são apresentadas fortes evidências de que o inesperado fenômeno da condutância/resistência de contato a baixas pressões é devido ao truncamento das rugosidades que compõem as superfícies. Os modelos até então disponíveis assumem que as alturas das rugosidades das superfícies reais apresentam distribuição Gaussiana. Este trabalho propõe um novo modelo geométrico para a rugosidade da superfície, no qual a distribuição de alturas das rugosidades é na verdade Gaussiana Truncada. Segundo este modelo, as superfícies reais não apresentam rugosidades mais altas que um determinado valor, chamado de nível de truncamento da distribuição de alturas das rugosidades. Como decorrência de as rugosidades mais altas serem mais curtas que o previsto pela teoria atual, os modelos teóricos disponíveis subestimam a condutância térmica de contato a baixas pressões de contato. O novo modelo teórico de condutância térmica de contato desenvolvido neste trabalho é então comparado com dados experimentais coletados por outro pesquisador da área, bem como com novos dados experimentais coletados durante este estudo. A comparação entre o novo modelo, chamado Gaussiano Truncado e os dados experimentais é muito boa, com o novo modelo prevendo a condutância de contato muito bem em toda faixa de teste da pressão de contato. O modelo Gaussiano Truncado de condutância térmica de contato necessita de um parâmetro a mais de rugosidade que os outros modelos até então existentes, que é o nível de truncamento da distribuição de alturas. Infelizmente, os atuais padrões e equipamentos disponíveis para medição de rugosidade superficial não são capazes de medir este novo parâmetro com a precisão necessária. A maneira mais rápida e precisa de se obter informação a respeito deste novo aspecto da geometria superficial é por meio de experimentos de condutância térmica de contato em baixas pressões de contato. Neste trabalho, amostras de Aço Inox AISI 304 e Níquel 200 com superfícies planas e jateadas por esferas de vidro e com três níveis de rugosidade para cada metal foram testadas. Os níveis de truncamento para superfícies com essas características são medidos e apresentados. Os resultados mostram que o nível de truncamento em geral diminuiu com o aumento da rugosidade das amostras, e que o Ni 200 apresenta níveis de truncamento maiores que o Aço Inox AISI 304