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¿Por qué es tan importante la presión de contacto? ¡Explora los factores clave en el proceso de transferencia de calor!
En física, la conductividad de contacto térmico es el estudio de la transferencia de calor entre sólidos o líquidos en contacto térmico. Cuando dos objetos sólidos como A y B están en contacto, el calor fluirá del objeto más caliente al más frío. Sin embargo, este proceso no es tan simple como se imagina porque existe una impedancia de contacto térmico entre las superficies de contacto.
La resistencia de contacto térmico se define como la relación entre esta caída de temperatura y el flujo de calor promedio a través de la interfaz.
Este fenómeno significa que la conductividad térmica entre ambos no es uniforme, e incluso cuando los dos sólidos están en perfecto contacto, existe resistencia térmica entre las superficies de contacto. Numerosos estudios han demostrado que la conductividad térmica por contacto no sólo es un factor importante en la industria de sólidos y la tecnología de la construcción, sino que también desempeña un papel vital en diversas aplicaciones, como la refrigeración de reactores nucleares, el envasado electrónico, los intercambiadores de calor, etc.
Factores que afectan la conductividad del contacto térmico
La conductividad de contacto térmico es un fenómeno complejo y múltiples factores pueden influir en su efecto. Según las investigaciones, estos son algunos de los factores más importantes:
Presión de contacto
La presión de contacto es uno de los factores más importantes que afectan la transferencia de calor entre dos objetos en contacto. Cuando aumenta la presión de contacto, aumenta el área de contacto real de la superficie de contacto, lo que resulta en un aumento de la conductividad térmica del contacto, es decir, una disminución de la impedancia del contacto térmico. Es por esto que la mayoría de los estudios miden y modelan la conductividad térmica de contacto y la presión de contacto como temas interrelacionados.
Materiales para espacios vacíos
No existe ninguna superficie completamente lisa. Cuando dos superficies entran en contacto, se forma una pequeña gama de puntos de contacto con espacios relativamente grandes entre ellos. El gas o líquido que llena estos espacios afecta la cantidad de flujo de calor. La conductividad térmica del material del espacio y su presión afectarán la conductividad térmica del contacto.
Rugosidad y ondulación de la superficie
Después de que una superficie ha sido sometida a ciertos procedimientos de procesamiento, sus propiedades pueden describirse mediante rugosidad, ondulación y dimensiones fractales. En particular, el efecto de la rugosidad de la superficie sobre la conductividad térmica puede compararse con el concepto de impedancia de contacto eléctrico.
Cuando dos objetos entran en contacto, las superficies pueden sufrir una deformación plástica o elástica, lo que aumenta el área de contacto real y, por lo tanto, reduce la impedancia de contacto.
Limpieza de superficies
La limpieza de la superficie también puede tener un impacto en la conductividad térmica del contacto. El polvo, el ácido u otras impurezas reducirán la eficiencia del contacto y afectarán la transferencia del flujo de calor.
Medición de la conductividad térmica por contactoEl cálculo de la conductividad del contacto térmico suele ser difícil porque medir el área de contacto A suele ser un desafío. Por lo tanto, esta propiedad generalmente se obtiene a través de experimentos, y hay informes y datos relevantes disponibles en mucha literatura de ingeniería.
Sin embargo, no existe una base de datos centralizada de conductividad térmica de contacto térmico, lo que significa que muchas empresas pueden estar utilizando datos obsoletos o irrelevantes. El proyecto CoCoE, iniciado en 2006, pretende abordar este problema mediante la creación de una base de datos centralizada de datos de conductividad térmica de contacto y el desarrollo de un programa informático correspondiente.
Conductividad térmica límite
Incluso cuando la superficie de contacto es ideal, todavía existe una cierta conductividad térmica límite debido a las diferentes propiedades electrónicas y vibracionales entre los materiales. Esta conductividad térmica suele ser especialmente importante en los sistemas de nanomateriales.En general, la conductividad de contacto térmico no sólo tiene aplicaciones importantes en experimentos científicos, sino que también tiene un profundo impacto en nuestra vida diaria y en los procesos industriales. ¿Alguna vez te has preguntado cómo la calidad de los contactos térmicos afecta el rendimiento y la vida útil de los dispositivos que usamos a diario?
