Estudo sobre tempo ótimo e propriedades mecânicas de 4 resinas fotopoliméricas/ Desenvolvimento de protótipo de gerenciamento térmico de baterias de veículos elétricos

Abstract

A crescente demanda por fontes de energia renovável e tecnologias sustentáveis tem impulsionado o avanço dos veículos elétricos e híbridos, cuja eficiência depende diretamente do desempenho e da segurança das baterias. O gerenciamento térmico (BTMS) é essencial para manter as células na faixa operacional ideal (25–40 °C), prevenindo perdas de desempenho e redução da vida útil em condições de superaquecimento. Nesse contexto, este trabalho investigou o uso da manufatura aditiva por tecnologia LCD como alternativa para a fabricação de resfriadores compactos e de baixo custo, capazes de integrar-se a pacotes de baterias. Inicialmente, foi proposta uma metodologia para determinar o tempo ótimo de exposição em diferentes resinas fotossensíveis, incluindo testes mecânicos de tração em corpos de prova impressos e submetidos a pós-cura. Em seguida, foram desenvolvidos e fabricados dois protótipos de resfriadores: um modelo com geometria interna oca e outro baseado em estruturas TPMS do tipo gyroid, ambos produzidos em resina 8K. Ensaios experimentais foram realizados utilizando ar como fluido de resfriamento, de forma a avaliar a redução da temperatura e a temperatura média das células em diferentes potências dissipadas. Paralelamente, um modelo analítico baseado em conceitos de transferência de calor e escoamento foi implementado em Python e validado frente aos resultados experimentais. A comparação mostrou que o modelo é mais confiável em condições de maior vazão, quando os efeitos convectivos se tornam predominantes. Após a validação, o modelo foi utilizado para simular o desempenho dos protótipos em alumínio, material amplamente empregado em trocadores de calor devido à sua elevada condutividade térmica. Os resultados mostraram que, enquanto os protótipos em resina apresentam limitações por conta da baixa condutividade, a fabricação em alumínio permitiria reduções significativas na temperatura das células, em alguns casos superiores a 20 °C em relação ao ABS. No comparativo entre geometrias, verificou-se que, em resina, o modelo oco apresentou desempenho superior ao TPMS devido ao efeito de resistência térmica imposto pelo material. Entretanto, as simulações indicaram que, quando fabricados em alumínio, os resfriadores TPMS poderiam superar os modelos ocos, revelando seu potencial como solução avançada para sistemas de gerenciamento térmico em baterias. Assim, o estudo reforça a viabilidade do uso de impressão 3D LCD em aplicações de engenharia térmica e aponta para o desenvolvimento de soluções otimizadas quando associadas a materiais metálicos de alta condutividade.