Exemplos De Condutores Térmicos

Condutores térmicos na prática

Quando você trabalha com gestão térmica em eletrônicos ou processos industriais, a escolha do material condutor certa pode significar a diferença entre um equipamento que dura anos e um que queima em semanas. Vou listar os exemplos mais relevantes e, mais importante, o que realmente acontece quando você os aplica no campo.

Exemplos de condutores térmicos mais usados no dia a dia

O cobre é o primeiro que vem à mente e, por um motivo simples: sua condutividade térmica gira em torno de 400 W/(m·K). Isso significa que ele transfere calor quatro vezes mais rápido que o alumínio. Usei cobre em um projeto de dissipação para um inversor de frequência de 15 kW. O problema não era a condutividade em si, mas a soldabilidade em juntas expostas a ciclos térmicos frequentes. O cobre expande e contrai de forma diferente do alumínio dos fins de caminho, e a junta soldada trincava em cerca de 8 meses. A solução foi trocar por uma liga de alumínio 6063 com tratamento anódico, que despite ter metade da condutividade (cerca de 200 W/(m·K)), sofreu menos fadiga térmica e o MTBF dobrou. Outro exemplo clássico é a prata. Ela tem a maior condutividade térmica entre os metais comuns, algo em torno de 430 W/(m·K), mas seu uso é restrito a aplicações específicas devido ao custo. Encontrei pastas térmicas à base de prata em bancos de potência de alta frequência, e o desempenho era superior às opções de óxido de zinco. No entanto, a migração eletromigratória da prata sob campos elétricos intensos causava curtos em trilhas adjacentes após dois anos de operação contínua. Substituímos por uma pasta de óxido de alumínio com carga de nitreto de boro, que mantinha 90% da performance sem o risco de corrosão.

O alumínio merece atenção separada. Sua leveza e custo baixo o tornam onipresente em dissipadores de calor. Mas a condutividade varia drasticamente com a liga. O alumínio puro (1050) chega a 237 W/(m·K), enquanto ligas estruturais como a 6061 caem para cerca de 167 W/(m·K). Em um projeto de invólucro para equipamento de telecomunicações, eu medi uma variação de 4°C na temperatura do semicondutor entre dissipadores fabricados com ligas diferentes, ambos com a mesma geometria. O tamanho da peça é menor que o da liga, mas o custo por unidade térmica removida é significativamente menor.

Armazenamento de informações sobre condutividade térmica

Para organizar os dados, costumo manter uma planilha com coluna para material, condutividade térmica, densidade, custo por kg, faixa de temperatura de operação e disponibilidade no mercado brasileiro. A tabela abaixo resume os principais pontos de referência.

Material	Condutividade (W/m·K)	Custo relativo	Aplicação típica
Prata	430	Muito alto	Pastas térmicas de alta performance
Cobre	400	Alto	Dissipadores,heat pipes
Alumínio 1050	237	Baixo	Dissipadores econômicos
Alumínio 6063	201	Baixo	Perfis extrudados
Aço inox 304	16	Moderado	Estruturas que também precisam ser isolantes
Diamante sintético	900 a 2200	Extremo	Substratos para alta densidade de potência

Esses números são de laboratório. Na prática, a interface entre dois materiais adiciona resistência térmica de contato que pode representar de 30% a 60% da resistência total do caminho térmico. Usei um termopar tipo K fixado com cola de silicone e medi a queda de temperatura em uma junta cobre-alumínio. A resistência de contato era equivalente a adicionar 2 mm de aço inoxidável no caminho. O fixador mecânico com pressão adequada reduziu essa resistência em 70%, mas exigia torque controlado para não deformar o dissipador.

Onde encontrar dados e especificações técnicas

Não confie apenas em catálogos de fabricantes. As fichas técnicas dão valores nominais, mas a condutividade real varia com a temperatura, a pureza do material e o processo de fabricação. Quando precisei validar um lote de dissipadores de alumínio para um lotes de 500 unidades, medi a condutividade com o método de fluxo unidimensional em cada lote. Dois fornecedores entregaram produtos com 15% de diferença na condutividade real, embora ambas as folhas de dados afirmassem o mesmo valor. Um deles usava sucata reciclada com impurezas de silício que reduziam a mobilidade dos elétrons. Para dados confiáveis, recomendo consultar a tabela do handbook docrciêmpsis de engenharia térmica, o banco de dados matweb.com e as publicações da ASM International. A NBR 13583 também traz referências para materiais de construção, mas o escopo é limitado a isolantes, então os valores de condutores precisam ser buscados em fontes internacionais.

Pegadinhas que ninguém conta

A primeira é a anisotropia. Materiais compósitos, como cerâmicas preenchidas com partículas orientadas ou grafite pirolítico, têm condutividade diferente conforme a direção. Usei uma folha de grafite pirolítico em um módulo LED e achei que a condutividade de 1800 W/(m·K) se aplicava em todas as direções. Na verdade, na direção plana era esse valor, mas na espessura caía para cerca de 30 W/(m·K). A montagem precisa alinhar a direção de alta condutividade com o caminho do calor, senão você gasta dinheiro e não resolve o problema. A segunda pegadinha é a dependência térmica. A condutividade do cobre diminui levemente com o aumento da temperatura, mas a do diamante sintético aumenta. Em um projeto de laser de alta potência que operava entre 20°C e 80°C, a diferença era de cerca de 8%. Pequeno, mas suficiente para alterar a simulação térmica se você usar um valor fixo. Configure seu software de simulação para usar curvas de condutividade versus temperatura, não um número único.

Quando condutores não são a resposta

Há casos em que o pior conductor é a escolha certa. Se o objetivo é proteger um componente sensível contra variações bruscas de temperatura, um material com baixa condutividade age como amortecedor térmico. Já vi engenheiros tentarem melhorar a resposta térmica de um sensor de pressão instalando um bloco de cobre entre o processo e o sensor. O resultado foi o oposto: o sensor passava a seguir cada flutuação de temperatura do ambiente, tornando as medições inúteis. A solução foi uma camada de Policloreto de vinila (PVC) expandido, que isola mas ainda permite dissipação gradual. Também é comum confundir condutividade térmica com capacidade de transferência de calor por convecção. Um dissipador de cobre bem desenhado com aletas pode transferir mais calor que um bloco maciço de alumínio simplesmente porque a superfície de convecção é maior. O fator de mérito aqui não é só a condutividade, mas a relação entre área exposta e volume do material. Em ventilação natural, isso pode representar uma diferença de 3x na capacidade de rejeição térmica.

Resumo prático

Para escolher condutores térmicos, considere primeiro o caminho do calor, depois a interface, e só então o material em si. Cobre para máxima condutividade quando o custo não é proibitivo. Alumínio para a maioria das aplicações de dissipação. Prata para pastas e contato de alta performance, mas com cautela quanto à eletromigração. Diamante sintético quando o espaço é crítico e o orçamento permite. E sempre valide com medição real antes de confiar em especificação de catálogo.