La calor és la forma de l’energia que es pot transferir d’un sistema a un altre com a
resultat de la diferència de temperatures, aquesta es pot transmetre en tres formes:
convecció, conducció i radiació. En un entorn de buit només es donen la conducció i la
radiació ja que la convecció necessita la interacció entre un sòlid i un fluid (normalment
l’aire), la conducció és la transferència entre dues superfícies en contacte i la radiació
és la transferència a través d’ones electromagnètiques emeses pels cossos. Per avaluar
la conducció hi ha una propietat dels materials que la condiciona en gran mesura; la
conductivitat tèrmica, que és la capacitat de qualsevol material d’oposar-se a la
transferència de calor per conducció.
Una cambra de simulació de l’espai és un equipament principalment utilitzat per a la
simulació de les condicions de l’espai. Aquestes cambres estan formades principalment
per tres components; shroud, placa base i sistema bescanviador de calor. A dins
d’aquesta cambra es col·loca un dummy per fer-li les simulacions corresponents.
Normalment són cicles tèrmics ràpids que acostumen a ser canvis de temperatura des
de +180[ºC] a -180[ºC],segons el fluid utilitzat. Per aquests canvis tan bruscs, es busca
la homogeneïtat de temperatures al dummy on el rang serà més estret degut a la
resistència tèrmica entre el dummy i la placa base i això s’aconsegueix mitjançant la
utilització del shroud i la placa base alhora. La transferència de calor de la placa base al
dummy és a primera vista superficial i seria per conducció, a la realitat, aquest contacte
és puntual degut a la rugositat i la transferència és per conducció i una part per radiació.
Amb la introducció de materials d’interfície tèrmica (TIM) es pot millorar la transferència
entre la placa base i la dummy disminuint la resistència tèrmica entre els dos. Aquests
materials poden ser adquirits en diferents tipus de formes i estats (líquids o sòlids). Per
el treball requerit s’han escollit les anomenades mantes tèrmiques o thermal pads degut
a la seva versatilitat alhora de fer els canvis de dummy ja que les pastes són per treballs
de llarga durada i poca mobilitat. Mitjançant programes com l’ANSYS, es poden utilitzar
diferents mètodes com el MEF o el CFD per poder obtenir un rang de temperatures a la
dummy durant la simulació i veure com afecta la introducció dels materials TIM al rang.
Degut a la dificultat de calcular analíticament el rang de temperatures, es proposa una
metodologia segons la qualitat del contacte entre el dummy i la placa base. Aquesta
metodologia utilitzarà la resistència tèrmica donada pels fabricants. Es realitzaran dos
tipus de simulacions; estacionària i transitòria. En la simulació transitòria s’obtindrà el
temps en arribar al estat estacionari i el rang de temperatures a cada moment.
Heat is a type of energy which is transferable from one system to another as a result of
their temperature difference. This can manifest in three ways: convection, conduction
and radiation. In a vacuum environment the only result we will get is conduction and
radiation, convection needs solid and fluid elements to interact with each other (usually
air), conduction is the transference between two surfaces in mutual contact, and radiation
is the transference of electromagnetic waves through bodies. When it comes to
conduction. There’s a trait that conditions them greatly: thermal conductivity, the ability
of a material to resist heat transfer by conduction.
A thermal vacuum chamber is equipment mostly used to simulate outer space. These
chambers are made with three components: shroud, plate and a heat exchanger system.
A dummy is placed inside the chamber to run simulations on it. Usually quick thermal
cycles that emulate space conditions which are usually changes in temperature that
range from +150[ºC] to -70[ºC]. Because of these drastic temperature changes, shroud
and plate are used at the same time in order to obtain temperature homogeneity. The
heat transfer from the platen to the dummy at first seems superficial and it would be
achieved through conduction. In reality, this contact is only temporal because its
roughness, while the transfer is made mostly through conduction and some radiation.
Thermal Interface Materials (TIM) allow us to improve the transference between the plate
and the dummy, reducing the thermal resistance between the two. These materials can
be acquired in two different shapes and states (liquid or solid). In this case, thermal pads
have been chosen given their high versatility when it comes to changing dummy since
the pastes are for long duration and slow mobility work. With programs such as ANSYS
we can use different approaches (such as FEM or CFD) to obtain a wide range of
temperatures in the dummy during the simulation and see the effects of introducing
Thermal Interface Materials.
Due to the difficulty of analytically calculating the temperature range, a methodology is
proposed according to the quality of the contact between the dummy and the plate. This
methodology will use the thermal resistance given by the manufacturers. Two types of
simulations will be performed; stationary and transient. In the transient simulation, the
time to reach the steady state and the temperature range at each time will be obtained.
