Novos desenvolvimentos em fluídos de refrigeração
Tradução do Artigo de Pooja Sharma, Gerente de Projetos do Setor de Energia da Kline
O mercado de fluídos refrigerantes automotivos está vivenciando mudanças impulsionadas pela alteração da tecnologia do design automotivo, assim como pelo desejo por fluídos de maior vida útil e melhor desempenho. Os veículos modernos possuem motores menores e com maior densidade de potência quando comparados com os veículos convencionais, de modo que mesmo mais leves e mais compactos , podem ser igualmente ou mais potentes. Esses motores operam em temperaturas mais altas e devem ser acompanhados de fluídos refrigerantes com propriedades que garantam uma boa remoção de calor e proteção contra corrosão.
A tecnologia de fluídos refrigerantes automotivos está evoluindo continuamente para se acomodar aos novos requisitos da indústria automotiva. A indústria está cada vez mais se movendo em direção aos fluídos de resfriamento ajustados com aditivos e com inibidores que oferecem uma melhor proteção contra corrosão e maior vida útil. Fluídos refrigerantes verdes convencionais, que são baseados na tecnologia de aditivos inorgânicos (IAT, do inglês Inorganic Additive Technology) estão sendo eliminados gradualmente, ao passo que cresce a demanda por fluídos refrigerantes de Tecnologia de Ácidos Orgânicos (OAT, do inglês Organic Acid Technology) e de Tecnologia de Ácidos Orgânicos Híbridos (HOAT, do inglês Hybrid Organic Acid Technology).
Essa transição na tecnologia de fluídos refrigerantes está ocorrendo de forma diferente ao redor do mundo, indicando a importância do papel desempenhado pela posição econômica, idade da frota de veículos, comportamento dos usuários finais dos fluídos e práticas de manutenção seguidas em diferentes mercados. Por exemplo, os fluídos refrigerantes tradicionais IAT só possuem um mercado considerável em países em desenvolvimento, que possuem frotas mais antigas, como é o caso do México e da Índia. Os usuários finais de fluídos nesses países geralmente são mais sensíveis a preços e optam por usar esse tipo de tecnologia devido ao seu preço mais acessível, que está bem abaixo do preço dos fluídos de resfriamento orgânicos. Por outro lado, fluídos de resfriamento mais novos formulados com Tecnologias de Ácidos Orgânicos (OAT) e Tecnologias de Ácidos Orgânicos Híbridos (HOAT) prevalecem na maioria dos mercados de países desenvolvidos, como os Estados Unidos e o Reino Unido. Esses tipos de fluídos funcionam melhor em veículos modernos que possuem mais peças de alumínio. Atualmente, os principais fabricantes de equipamentos originais (OEMs, do inglês Original Equipment Manufacturers) automotivos nos Estados Unidos, como a General Motors e a Ford, recomendam fluídos refrigerantes de OAT para seus modelos de veículos existentes. Os fluídos refrigerantes OAT de maior vida útil contêm ácidos orgânicos, como ácido sebácico e o ácido 2-etilhexanóico (2-EHA), e geralmente não contêm silicatos ou fosfatos como os fluídos refrigerantes IAT convencionais. Os fluídos refrigerantes OAT de maior vida-útil geralmente perduram por 150.000 milhas ou cinco anos (o que ocorrer primeiro) em aplicações leves e até três anos ou 500.000 km (o que ocorrer primeiro) em aplicações pesadas. Esses fluídos refrigerantes fornecem proteção a longo prazo para peças de alumínio e de ferro fundido.
As fabricantes de equipamentos originais (OEMs) asiáticas tendem mais para o uso de fluídos refrigerantes HOAT, os quais contêm ácidos orgânicos e outros compostos, porém com concentrações mais baixas de silicato em comparação com os fluídos refrigerantes IAT tradicionais. Em aplicações leves, os fluídos refrigerantes HOAT possuem vida útil de 150.000 milhas ou cinco anos (o que ocorrer primeiro), enquanto em aplicações pesadas, a vida útil é de até três anos ou 500.000 km (o que ocorrer primeiro), com a ajuda de aditivos suplementares (SCAs, do inglês Supplemental Coolant Additives). Atualmente, a maioria dos principais fornecedores de fluídos refrigerantes na China, como a China Petrochemical Corporation (Grupo Sinopec) e a China National Petroleum Corporation (CNPC), está fornecendo produtos de fluídos refrigerantes de Tecnologia de Ácidos Orgânicos Híbridos (HOAT).
Diametralmente opostos aos mercados já citados, estão os mercados de países altamente avançados economicamente, como a Alemanha e o Japão, que são pioneiros no uso de fluídos refrigerantes de Tecnologia de Ácidos Orgânicos Silicatados (Si-OAT) e de Tecnologia de Ácidos Orgânicos Fosfato (PHOAT). Os fluídos refrigerantes Si-OAT, que são formulados com tecnologia de ácido orgânico e posteriormente inibidos com aditivos de silicato, são particularmente recomendados para motores de alta pressão feitos de alumínio, em que a proteção é de extrema importância. A formulação dos fluídos refrigerantes PHOAT é semelhante à formulação de HOATs, distinguindo-se no aditivo utilizado: no caso dos PHOAT, o fosfato é utilizado no lugar do silicato usado nos HOAT. Algumas das principais OEMs alemãs que usam formulações Si-OAT são a Volkswagen, a Mercedes-Benz e a Volvo. No caso do Japão, as principais OEMs que utilizam formulações PHOAT são a Honda, a Toyota e a Subaru.
Embora essas nações altamente avançadas tenham se afastado quase totalmente dos fluídos refrigerantes tradicionais IAT e se aproximado das novas formulações orgânicas, a mudança para essas formulações está chegando lentamente nas nações em desenvolvimento. A penetração dos fluídos refrigerantes Si-OAT e PHOAT permanece baixa nos países em desenvolvimento devido às exigências dos consumidores em relação aos preços: normalmente, os fluídos refrigerantes Si-OAT ou PHOAT avançados custam de 1,5 a 2 vezes o preço dos fluídos refrigerantes IAT, o que excede o limite de preço para os usuários desses países.
Em (a), a participação de fluídos refrigerantes Si-OAT está inclusa em fluídos refrigerantes OAT.
Em (b), a participação de fluídos refrigerantes PHOAT e NAP-Free está inclusa em fluídos refrigerantes NOAT.
Outro avanço importante na indústria automotiva, e que está impulsionando mudanças na formulação dos fluídos refrigerantes, é a proliferação dos veículos elétricos (EVs, do inglês Electric Vehicles). Nações ao redor do mundo estão adotando a mobilidade elétrica, e o mercado de veículos elétricos está crescendo de forma explosiva. Os sistemas de gerenciamento térmico em EVs são de extrema importância para garantir maior autonomia, maior vida útil da bateria e maior segurança nesses veículos. Portanto, os fabricantes de automóveis estão otimizando esses veículos com vários designs para gerenciamento térmico, como arrefecimento a ar, arrefecimento direto por líquido ou arrefecimento por imersão.
Atualmente, a maioria dos veículos elétricos utiliza tecnologia de resfriamento indireto, onde o fluído refrigerante não entra em contato direto com as baterias aquecidas. Esses fluídos são usados junto com água na proporção de 50:50, pois a água pura oferece uma boa condução térmica. Por outro lado, o método de resfriamento a ar prevalece em EVs de menor porte, como o Nissan LEAF e o Wuling Mini EV, assim como em alguns modelos de EV japoneses, pois esse método oferece resfriamento bom o suficiente para manter as baterias menores desses carros na faixa de temperatura ideal.
A terceira tecnologia é o resfriamento por imersão, em que a bateria do EV é completamente imersa em um fluido de resfriamento dielétrico, com condutividade elétrica bem abaixo de 10 micro siemens (10 µS). Essa nova tecnologia está atualmente em fase de pesquisa e desenvolvimento e em testes e ainda não foi aplicada em escala pelas OEMs de automóveis individuais. A tendência para o resfriamento por imersão parece ser fortemente impulsionada pelos avanços nos veículos elétricos e em células de combustível. Um exemplo convincente disso é um teste de julho de 2022, conduzido pela TotalEnergies, no qual a empresa incorporou uma bateria refrigerada por imersão em um carro híbrido plug-in da Volvo.
Além disso, é evidente que, nos tempos atuais, não há um monopólio de inovações nas tecnologias de resfriamento por imersão. Vários novos players entraram neste mercado para oferecer soluções de resfriamento por imersão para EVs. Um exemplo proeminente disso é a Xing Mobility, uma desenvolvedora de baterias de resfriamento por imersão com sede em Taiwan. A empresa é fornecedora de soluções para baterias de veículos elétricos e oferece sistemas de baterias modulares com tecnologia de resfriamento por imersão. Recentemente, a Xing Mobility fechou uma parceria com a Castrol para desenvolver ainda mais suas soluções para baterias modulares de imersão, as quais serão voltadas para aplicações em EVs.
Em uma era onde a mobilidade é definida pela busca pelo menor impacto ambiental possível, as mudanças na tecnologia de refrigeração tornaram-se a necessidade do momento. As normas de proteção ao meio ambiente estão cada vez mais rigorosas e estão impulsionando mudanças nos projetos de veículos, como a redução de seus pesos, o desenvolvimento de motores menores e de maior potência, a alteração da composição metalúrgica dos veículos, o aumento do número de componentes eletrônicos e, consequentemente, a crescente penetração de veículos elétricos. Essas mudanças no mundo automotivo exigem maior desempenho do sistema de gerenciamento térmico do veículo e, portanto, melhor performance dos fluídos de resfriamento.
Ao passo que os sistemas de gerenciamento térmico exercem um papel importante como facilitadores no aumento da eficiência dos automóveis, espera-se que os fluídos refrigerantes sofram mudanças significativas. Atualmente, a indústria de refrigeração tem se desenvolvido sobre tecnologias já existentes de produto indireto, que são voltadas para veículos com motor de combustão interna (ICE, do inglês Internal Combustion Engine), assim como para os EVs atuais, embora pareça uma solução de curto prazo para os últimos. Ao mesmo tempo, a indústria de fluídos refrigerantes está à beira de um avanço tecnológico voltado para o resfriamento por imersão, impulsionado por fortes tendências em direção ao desenvolvimento de veículos elétricos e com células de combustível. Tendo isso em vista, espera-se ver, nos próximos cinco a dez anos, mudanças marcantes nas tecnologias de fluídos refrigerantes – um mercado que certamente será interessante de se observar.
As conclusões deste artigo foram extraídas de estudo de mercado recentemente concluído da Kline sobre refrigerantes automotivos. O estudo cobre, em detalhes, as tendências deste mercado e avalia a demanda por fluídos de refrigeração por veículos ICE e elétricos nos mercados de 10 países, incluindo o Brasil, que possui um capítulo dedicado no estudo. Para mais informações sobre o mercado e o estudo, entre em contato com a Factor Kline.
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