Uma breve análise das futuras direcções de investigação dos radiadores de tubo e barbatana na gestão térmica automotiva

Com a crescente densidade de potência dos motores e a crescente diversidade de demandas de refrigeração em veículos de nova energia (NEVs), a obtenção de dissipação de calor de alta eficiência permanece o objetivo principal para o design moderno de radiadores.

• Domínio Contínuo de Ligas de Alumínio: Ligas de alumínio continuarão a ser o material principal para radiadores de alto desempenho, evoluindo para variantes de alta resistência e resistentes à corrosão.
• Reexploração de Materiais de Cobre: Embora o cobre seja mais pesado e mais caro que o alumínio, sua condutividade térmica excede em muito a das ligas de alumínio. Em aplicações com requisitos extremos de eficiência de dissipação de calor — como computação de alto desempenho eveículos de nova energia (NEVs) de ponta — tubos e aletas de liga de cobre mais finos podem alcançar maior eficiência de dissipação de calor em um volume menor. Como resultado, o cobre está recuperando atenção em pesquisas avançadas de trocadores de calor.

• Tecnologia de Aletas para Transferência de Calor Aprimorada: A evolução de aletas planas convencionais para aletas mais complexas, como aletas de persiana, aletas onduladas e outras configurações, aumenta substancialmente a eficiência da transferência de calor ao aumentar a turbulência do fluxo de ar e a área de superfície de troca de calor.
• Tecnologia de Tubo Plano (Tubo Multi-Porta) com Design de Microcanal: As estruturas de aletas internas (nervuras internas) tornaram-se mais intrincadas e densas, levando ao desenvolvimento de tubos planos de microcanal. Isso aumenta significativamente a área de contato entre o líquido de arrefecimento e a parede do tubo, aprimorando assim a transferência de calor dentro do tubo para radiadores compactos.
• Design de Passo de Aleta Variável para Desempenho Otimizado: A aplicação de diferentes densidades de aletas em diferentes zonas do radiador acomoda distribuições não uniformes do campo de temperatura, otimizando o desempenho geral da dissipação de calor.

O alívio de peso é fundamental para melhorar a economia de combustível de veículos convencionais e estender a autonomia de veículos elétricos (VEs).

• Afinamento de Materiais via Manufatura Avançada: Através de processos de fabricação avançados, a espessura de tubos planos e aletas está sendo reduzida — da faixa tradicional de 0,1 mm+ para 0,05 mm ou até mais fina, permitindo núcleos de radiador ultraleves.
• Otimização Estrutural Usando CAE: A otimização de topologia usando engenharia auxiliada por computador (CAE) remove material em excesso, mantendo a resistência e o desempenho da dissipação de calor, alcançando núcleos de radiador leves sem comprometer a durabilidade.
• Aplicação de Materiais Leves: Plásticos de engenharia ou materiais compósitos estão sendo usados para tanques de água e placas laterais como substitutos para componentes metálicos tradicionais, reduzindo significativamente o peso total do conjunto do radiador.

O radiador não é mais um componente autônomo, mas uma parte integrante do sistema geral de gerenciamento térmico (TMS) do veículo.

• Módulos de Refrigeração Frontal Multi-em-Um: Particularmente evidente em veículos de nova energia (NEVs). Radiadores são frequentemente integrados com intercoolers, condensadores de ar condicionado, resfriadores de chip, etc., em um único módulo — o módulo de refrigeração frontal. Isso economiza espaço, simplifica a montagem e otimiza o layout do veículo para melhor integração térmica.
• Integração Funcional para Refrigeração Multi-Fonte: Por exemplo, a integração das funções de refrigeração da bateria, motor elétrico ou eletrônica de potência com o radiador do motor em um único núcleo permite o gerenciamento abrangente de múltiplas fontes de calor, melhorando a eficiência geral do sistema.

O sistema de refrigeração está mudando de resposta passiva para previsão ativa e controle de precisão.

• Coordenação do Obturador Ativo da Grade (AGS): O radiador opera em conjunto com o AGS. Quando a demanda de refrigeração é baixa, o AGS fecha para reduzir o arrasto aerodinâmico e melhorar a eficiência energética; quando surge alta demanda de refrigeração, o AGS abre para fluxo de ar máximo.
• Ventoinhas Inteligentes e Bombas de Velocidade Variável para Refrigeração Sob Demanda: A velocidade da ventoinha e a taxa de fluxo da bomba são ajustadas em tempo real com base na carga térmica, permitindo refrigeração sob demanda e reduzindo o consumo de energia desnecessário.
• Integração do Sistema de Gerenciamento Térmico: Como ponto final de atuação do TMS do veículo, o radiador recebe sinais de múltiplos sensores de temperatura, com tomada de decisão unificada pela unidade de controle (ECU/VCU), alcançando regulação precisa de temperatura sob várias condições de operação (por exemplo, partida a frio, cruzeiro em rodovia, aceleração rápida, carregamento rápido).

Processos de fabricação avançados sustentam as tendências descritas acima.

• Tecnologia de Brasagem Fluxless Nocolok: A tecnologia de brasagem fluxless Nocolok está amadurecendo e se tornando generalizada, garantindo alta resistência à temperatura e resistência à corrosão do núcleo do radiador — facilitadores chave de estruturas complexas, leves e de paredes finas.
• Produção Automatizada e Inteligente: Visão computacional e montagem robótica são empregadas para melhorar a eficiência de produção e a consistência do produto, ao mesmo tempo em que reduzem as taxas de defeito na fabricação de radiadores de alto volume.
• Resistência à Corrosão Aprimorada: Através de formulações de materiais otimizadas, revestimentos de alto desempenho e processos de brasagem aprimorados, a vida útil dos radiadores em ambientes hostis (por exemplo, alta salinidade, alta umidade) é estendida, garantindo confiabilidade para aplicações de veículos pesados e elétricos.

Veículos de nova energia (NEVs), incluindo veículos elétricos a bateria (BEVs) e veículos a célula de combustível, impõem novos requisitos ao design de radiadores.

• Refrigeração a Baixa Temperatura para VEs e Células de Combustível: Radiadores para veículos elétricos e veículos a célula de combustível servem principalmente a bateria, motor elétrico e eletrônica de potência, operando em temperaturas tipicamente abaixo de 65 °C — muito mais baixas que motores de combustão interna (~90 °C) — mas com maiores demandas por estabilidade e uniformidade de temperatura.
• Diversificação de Líquidos de Arrefecimento para Segurança de Alta Tensão: Líquidos de arrefecimento de baixa condutividade podem ser necessários para atender aos requisitos de segurança de sistemas de alta tensão em VEs modernos.
• Design Compacto e Adaptável à Forma: Sem um grande tanque de líquido de arrefecimento do motor, mas com um número maior de componentes que requerem refrigeração, o layout espacial e a adaptabilidade de forma dos radiadores enfrentam demandas mais altas, impulsionando a inovação em trocadores de calor compactos e de forma personalizada.