Já abordei anteriormente várias razões pelas quais as considerações térmicas num dispositivo não podem ser tratadas como algo secundário.Existem vários métodos para gerir as necessidades térmicas de um dispositivo antes que estas se tornem um problema. Um dos meus colegas mais conhecidos, Ross Wilcoxon, engenheiro mecânico principal na Rockwell Collins, é um grande especialista neste assunto. O seu artigo, «Uma solução matricial baseada em folha de cálculo para uma rede de resistência térmica: parte 1», foi destacado na revista Electronics Cooling, edição de outono de 2010, e nele ele aborda um método que utiliza o Excel para realizar a modelação da resistência térmica.
A minha natureza curiosa não me permitiu deixar o artigo assim como estava. Tive de acrescentar mais algumas perguntas. O Ross foi bastante prestável e ajudou-me.
[Amanda Hartnett] Por que razão é importante caracterizar a resistência térmica de cada material utilizado num dispositivo?
[Ross Wilcoxon] Pode não ser assim — por vezes, a melhor lição que se retira de uma análise de redes de resistência (ou de qualquer esforço de modelação, aliás) é determinar quais os aspetos que são realmente importantes para os resultados finais (temperaturas dos componentes, fiabilidade, etc.) e quais os que não o são. Por exemplo, se o chassis de alumínio de um sistema desempenhar um papel crítico na resistência térmica global e apresentar um grande gradiente de temperatura, então é bastante importante saber de que liga se trata, para que se possa estimar melhor a sua condutividade térmica. Por outro lado, se o chassis tiver uma temperatura praticamente uniforme, então saber exatamente qual é a sua condutividade térmica provavelmente não terá grande importância.
[Amanda Hartnett] Que informações são necessárias por parte dos fornecedores de materiais para realizar uma análise de redes de resistência?
[Ross Wilcoxon] Obviamente, a condutividade térmica é um bom ponto de partida e, se estiver a realizar uma análise transiente (tenho intenção de abordar esse tema na parte 3 da série que gostaria de elaborar para a «Electronics Cooling»), as informações sobre o calor específico e a densidade são bastante importantes. No caso dos materiais de interface, a resistência total da interface é mais importante do que a condutividade térmica. Em muitos casos, seria realmente útil dispor de dados não só para os valores nominais, mas também de alguma indicação da incerteza. As resistências numa rede térmica podem ser calculadas utilizando valores do melhor ou do pior cenário com a mesma facilidade com que se faz com as propriedades nominais dos materiais. É bastante fácil alternar entre estes valores na folha de cálculo e é uma boa forma de perceber o quão importante é realmente conhecer o valor preciso, observando como a variação entre os valores do melhor e do pior cenário afeta as temperaturas globais. Além disso, realizei algumas simulações de Monte Carlo com base em folhas de cálculo para compreender os efeitos cumulativos da incerteza em aspetos como os preenchimentos de lacunas térmicas e um banco de ensaio térmico. Para esse tipo de análise, é necessário ter alguma compreensão da incerteza, bem como dos valores nominais.
[Amanda Hartnett] Será que um modelo como este poderia ser utilizado para caracterizar o efeito da degradação numa única camada?
[Ross Wilcoxon] Acho que não percebo bem o que queres dizer com isto. Se o efeito da camada única (presumo que te refiras a um material de interface térmica) for tido em conta no cálculo da resistência térmica, claro – basta aplicar um fator na equação para ter em conta algo como a presença de vazios, para dizer que a condutividade térmica efetiva do material de interface diminui em X%, de modo a avaliar o impacto que isso tem no efeito global. Suponho que tudo se resuma ao grau de complexidade que se atribui à conversão dos parâmetros do material e da geometria em resistência térmica.
[Amanda Hartnett] Numa solução de arrefecimento atípica, constatou que algum limite era mais crítico do que outro?
[Ross Wilcoxon] Em muitos casos, a batalha térmica perde-se no primeiro milímetro do percurso térmico (a interface entre um componente e aquilo a que está ligado – aposto que gostaste dessa resposta, não é?!) mas, em muitos dos nossos sistemas, o ponto de estrangulamento situa-se no último milímetro (a transferência do calor do sistema para o ambiente). Uma das grandes vantagens da análise de resistência em rede é o facto de se poder ajustar muito facilmente as resistências, incluindo estas condições de contorno, bastando para isso alterar apenas algumas células na folha de cálculo. Isto permite ter uma boa noção de quais são os parâmetros mais críticos e o que é necessário compreender melhor. Por exemplo, no próximo artigo para a Electronics Cooling (assumindo que consiga escrevê-lo), pretendo falar um pouco sobre uma análise que realizei para alguns dos nossos equipamentos a serem integrados num compartimento de mísseis, juntamente com equipamentos de vários outros fornecedores. Na altura da análise, não conhecíamos certos detalhes sobre aspetos como o acabamento da superfície à qual íamos fixar o nosso módulo, as ligas específicas do compartimento de mísseis, etc. Dispor de uma ferramenta de análise rápida ajudou-nos a determinar quais as incógnitas que eram realmente críticas para a análise térmica, permitindo-nos concentrar-nos na procura dessas informações.
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Ross – Obrigado pelo teu tempo e por partilhares os teus conhecimentos e a tua experiência!
