RELAZIONE TECNICA

Molte applicazioni tecnologiche necessitano di smaltire il calore che generano al fine di garantire il loro funzionamento ottimale.

In altri impieghi al contrario la trasmissione del calore è importante per garantirne il suo accumulo, come la produzione di acqua calda a uso domestico e industriale.

Per ottimizzare lo smaltimento o l’accumulo del calore si impiegano nel primo caso dei dissipatori di calore, nel secondo caso superfici termo-assorbenti che trasmettono l’energia termica a serbatoi di accumulo.

Per facilitare la conduzione termica vengono impiegate paste termo-conduttive il cui scopo è quello eliminare il velo d’aria che si crea inevitabilmente fra il dissipatore e la fonte di calore, o fra la superficie che produce il calore e il serbatoio di accumulo.

La scelta di un’appropriata pasta termo-conduttiva è di fondamentale importanza; per una scelta ottimale è necessario conoscere alcune sue caratteristiche termo-fisiche.

È essenziale conoscere in anticipo se ad essa oltre a proprietà di conduttività termica siano richieste anche di conduttività elettrica, oppure se alla conduttività termica debba essere associato anche un elevato potere dielettrico.

É inoltre determinante conoscere le condizioni di lavoro della pasta (se sarà impiegata in applicazioni statiche o dinamiche), la composizione delle guarnizioni con cui essa per ragioni tecniche entrerà in contatto e il range termico di esercizio.

Le premesse determinano la scelta delle componenti chimiche e le caratteristiche fisiche del prodotto, necessarie a soddisfare al meglio le condizioni di esercizio richieste dall’applicazione.

Anche consistenza e stendibilità della pasta conduttiva termica fra le superfici, sono caratteristiche da prendere in considerazione, al fine di evitare che rimangano bolle d’aria fra le superfici stesse, che potrebbero abbassare di molto la sua efficacia.

 

Caratteristiche di una pasta conduttiva

Una buona pasta conduttiva oltre ad avere un’elevata conducibilità termica deve garantire anche un’elevata diffusività termica.

Di fatto nel fenomeno della trasmissione del calore la conducibilità termica e la diffusività termica non evidenziano le stesse caratteristiche del fenomeno.

La conducibilità termica è calcolata con la seguente formula:

λ=ρ Cp α

λ=conducibilità termica [W/(m·K)]

ρ= densità[kg/m³]

Cp= calore specifico [J/(K·kg)]

α= diffusività termica m²/so mm²s^-1

Come conseguenza avremo che la diffusività termica è calcolabile con la formula: α=λ/ρ C_p

La conducibilità termica, che si misura in W(m^-1K^-1), consente di calcolare il trasporto di calore attraverso le superfici di contatto fra due corpi quando fra essi esista un gradiente termico.

Dalla formula della conducibilità, intesa come facilità di farsi attraversare dal calore, si evidenzia che in un materiale isotropo essa dipende dal tipo di materiale impiegato (non dalla sua forma). Maggiore è il valore di λ migliore è la conduttività termica di un materiale, mentre un valore molto piccolo di λ evidenzia un elevato potere isolante.

La conducibilità termica a seconda delle sostanze ha una diversa dipendenza dalla temperatura. Nei metalli puri la conducibilità presenta sempre il massimo a bassa temperatura, valore che è due o tre volte maggiore di quello a temperatura ambiente. Questo conferma come sia molto utile conoscere in anticipo anche le condizioni termiche in cui la pasta conduttiva sarà impiegata.

Anche la diffusività termica, come già scritto per la conduttività, è una proprietà che dipende dai materiali. La diffusività termica si misura in m²s^-1(o mm²s^-1)e descrive la propagazione di un campo termico attraverso i corpi.

A differenza della conduttività termica (intesa come possibilità di un corpo di lasciarsi attraversare facilmente dal flusso termico quando esista un gradiente termico), per una diffusività termica ideale il materiale (come appare dalla formula), deve avere un basso peso specifico e un basso calore specifico. Il calore specifico è la quantita di energia necessaria per riscaldare un grammo di una sostanza di 1°K.

Queste caratteristiche consentono al calore assorbito di passare facilmente e rapidamente attraverso gli infiniti strati che compongono un corpo senza essere immagazzinato al loro interno. Ciò si verifica perché fra i vari strati si instaura rapidamente un gradiente termico che consente al calore di propagarsi velocemente (ossia di trasmettere la variazione di temperatura).

Il valore di α rappresenta un indice della velocità con la quale, in regime termico non stazionario, il calore si diffonde attraverso un corpo; la diffusività termica rappresenta dunque un indice dell’ inerzia termica di un corpo o di una sostanza.

In un corpo che abbia elevata conduttività, ma anche elevato peso specifico ed elevato calore specifico, il flusso termico nei primi istanti della sperimentazione e nei primi strati risulterà ingente; nel proseguo della sperimentazione i primi strati tenderanno a non cedere il calore assorbito, ostacolando il flusso termico.

Stabilire l’efficienza di una pasta termo conduttiva significa pertanto calcolare la sua diffusività termica.

 

Relazione del CNR sull’analisi dei nostri prodotti