{"id":37972,"date":"2026-09-07T02:46:59","date_gmt":"2026-09-07T02:46:59","guid":{"rendered":"https:\/\/trumonytechs.com\/?p=37972"},"modified":"2026-09-07T02:46:59","modified_gmt":"2026-09-07T02:46:59","slug":"liquid-cooling-plate-design","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.trumonytechs.com\/es\/liquid-cooling-plate-design\/","title":{"rendered":"Dise\u00f1o de placas de refrigeraci\u00f3n l\u00edquida: Estructuras y ventajas e inconvenientes"},"content":{"rendered":"

El dise\u00f1o de placas de refrigeraci\u00f3n l\u00edquida consiste en adaptar la estructura, el material y el flujo interno de la placa a tres objetivos fijos: la carga t\u00e9rmica del paquete de bater\u00edas, su requisito de uniformidad de temperatura y el margen de ca\u00edda de presi\u00f3n que la bomba y el sistema pueden soportar. Si se definen estos tres objetivos de antemano, las opciones de estructura y material posteriores se convierten en compensaciones justificables, no en decisiones predeterminadas heredadas accidentalmente. El alcance de este trabajo se centra en las placas de refrigeraci\u00f3n de paquetes de bater\u00edas y electr\u00f3nica de potencia: c\u00f3mo se construyen las estructuras comunes, c\u00f3mo la elecci\u00f3n de materiales y flujos influye en los par\u00e1metros t\u00e9rmicos e hidr\u00e1ulicos, y c\u00f3mo la placa se acopla a las celdas. No abarca el dimensionamiento de la bomba ni de la unidad de distribuci\u00f3n de refrigerante, ni la arquitectura t\u00e9rmica completa del paquete, que se sit\u00faan un nivel por encima de la placa.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Funci\u00f3n de una placa de refrigeraci\u00f3n l\u00edquida en la trayectoria del calor<\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n

En una placa de refrigeraci\u00f3n l\u00edquida indirecta, como la que se describe en este art\u00edculo, el calor nunca pasa directamente de la celda al refrigerante. La pared de la placa act\u00faa como puente de conducci\u00f3n entre ambos, y su funci\u00f3n est\u00e1 determinada por la interfaz en una de sus caras y el recorrido del flujo en su interior. El calor sale de la celda, atraviesa un material de interfaz t\u00e9rmica, se conduce a trav\u00e9s de la pared de la placa y es evacuado por el refrigerante que circula por canales internos entre una entrada y una salida. En esta configuraci\u00f3n indirecta, la placa no entra en contacto con la qu\u00edmica de la celda. Funciona a trav\u00e9s de esa pared intermedia, que mantiene el refrigerante separado de las celdas y ofrece a los integradores de bater\u00edas la flexibilidad de dise\u00f1o necesaria para el empaquetado. La cadena verificable que se debe seguir es: carcasa de la celda \u2192 material de interfaz t\u00e9rmica \u2192 pared de la placa \u2192 refrigerante.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

\"Diagrama<\/figure>\r\n\r\n\r\n\r\n

La distinci\u00f3n con un disipador de calor importa en la etapa de dise\u00f1o, porque ambos resuelven problemas diferentes. Un disipador de calor rechaza el calor al aire en movimiento a trav\u00e9s de una superficie de aletas extendida. Una placa fr\u00eda transfiere el calor a un circuito de l\u00edquido que transporta mucha m\u00e1s energ\u00eda por unidad de volumen, y la diferencia entre disipador de calor y placa fr\u00eda<\/a> Esto es lo que permite que los dise\u00f1os de refrigeraci\u00f3n l\u00edquida se mantengan compactos bajo las altas densidades de calor de los modernos veh\u00edculos el\u00e9ctricos y sistemas de almacenamiento de energ\u00eda. La elecci\u00f3n de la refrigeraci\u00f3n l\u00edquida suele depender de la densidad de calor y la uniformidad de la temperatura, no simplemente de la potencia total.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Estructuras de placas fr\u00edas y c\u00f3mo se fabrican.<\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n

Antes de optimizar cualquier canal, la ruta de fabricaci\u00f3n ya define la mayor parte del rendimiento, el peso y el coste, por lo que la familia de estructuras es la primera bifurcaci\u00f3n de dise\u00f1o real. Cada familia com\u00fan proviene de un m\u00e9todo de fabricaci\u00f3n diferente y se ubica en una parte distinta de ese rango:<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n
Estructura<\/th>\r\nC\u00f3mo se hace<\/th>\r\nTendencia t\u00e9rmica\/hidr\u00e1ulica<\/th>\r\nCoste y peso<\/th>\r\nAjuste \u00f3ptimo t\u00edpico<\/th>\r\n<\/tr>\r\n
Sellado<\/td>\r\nDos l\u00e1minas conformadas selladas en una cavidad de flujo<\/td>\r\nTransferencia de calor moderada, baja resistencia al flujo.<\/td>\r\nBajo costo, bajo peso<\/td>\r\nPaquetes de bater\u00edas de gran volumen<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Extruido<\/td>\r\nCanales rectos de secci\u00f3n constante formados en una sola extrusi\u00f3n de aluminio, generalmente con poco mecanizado adicional del canal.<\/td>\r\nSecci\u00f3n transversal fija, baja resistencia al flujo.<\/td>\r\nBajo costo, bajo peso<\/td>\r\nDise\u00f1os sencillos y repetibles<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Tubos<\/td>\r\nTubo de cobre o acero inoxidable prensado o soldado en una base acanalada.<\/td>\r\nTransferencia de calor moderada<\/td>\r\nRentable<\/td>\r\nCargas t\u00e9rmicas bajas a moderadas<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Canal mecanizado<\/td>\r\nPasajes fresados o perforados profundamente<\/td>\r\nTrayectorias de flujo personalizadas y no uniformes<\/td>\r\nMayor costo<\/td>\r\nRutas personalizadas que otras rutas no pueden formar<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Aleta interior soldada al vac\u00edo<\/td>\r\nDos placas unidas sobre aletas internas<\/td>\r\nGran superficie mojada, alto flujo de calor, mayor ca\u00edda de presi\u00f3n<\/td>\r\nMayor costo<\/td>\r\nObjetivos t\u00e9rmicos placas m\u00e1s simples fallan<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Aleta biselada<\/td>\r\nAletas densas cortadas y levantadas del metal base en una sola pieza, sin uni\u00f3n entre aleta y base.<\/td>\r\nAlta transferencia de calor, mayor ca\u00edda de presi\u00f3n<\/td>\r\nMayor costo<\/td>\r\nAlto flujo de calor donde una junta es un riesgo<\/td>\r\n<\/tr>\r\n<\/tbody>\r\n<\/table>\r\n<\/figure>\r\n\r\n\r\n\r\n

Si se lee la tabla, las familias se clasifican seg\u00fan unos pocos criterios de decisi\u00f3n, sin un \u00fanico plato "mejor". tipos de placas de refrigeraci\u00f3n<\/a> Se debe negociar la densidad de las aletas con la ca\u00edda de presi\u00f3n: los dise\u00f1os con aletas internas y biseladas aumentan la transferencia de calor a costa de una mayor ca\u00edda de presi\u00f3n, mientras que las placas tubulares y extruidas m\u00e1s simples reducen la resistencia al flujo y el costo cuando el rendimiento m\u00e1ximo no es la limitaci\u00f3n. placa fr\u00eda tubular<\/a> Suele ser el punto de partida pragm\u00e1tico cuando la carga t\u00e9rmica es moderada y el presupuesto es ajustado. Un dise\u00f1o soldado o biselado solo justifica su coste adicional cuando no es posible alcanzar el objetivo t\u00e9rmico de otra manera.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

\"Comparaci\u00f3n<\/figure>\r\n\r\n\r\n\r\n

Selecci\u00f3n de materiales: conductividad, peso y corrosi\u00f3n.<\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n

Para los paquetes de bater\u00edas, el aluminio es el metal predeterminado para la placa fr\u00eda porque equilibra la conductividad, el peso y el costo, mientras que el cobre se reserva para los puntos de mayor flujo de calor. La conductividad t\u00e9rmica global ronda los 200 W\/m\u00b7K para el aluminio y es aproximadamente el doble para el cobre. Las aleaciones de aluminio para bater\u00edas tienen valores m\u00e1s bajos, com\u00fanmente citados en el rango de 150 a 250 W\/m\u00b7K, dependiendo de la aleaci\u00f3n espec\u00edfica. Considere estos valores como rangos, no como una constante de dise\u00f1o \u00fanica: la aleaci\u00f3n y el temple determinan el valor real. El cobre ofrece una mayor conductancia a costa de un peso y un costo considerables, por lo que generalmente se utiliza como un inserto localizado o una zona espec\u00edfica, no como una placa completa.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

La corrosi\u00f3n y la compatibilidad del refrigerante determinan la fiabilidad a largo plazo tanto como la conductividad. Mezclar metales diferentes en el mismo circuito h\u00famedo propicia la corrosi\u00f3n galv\u00e1nica, y la qu\u00edmica del refrigerante debe coincidir con la del metal de la placa. La disciplina de evitar la corrosi\u00f3n en los sistemas de refrigeraci\u00f3n l\u00edquida<\/a> Por ello, los dise\u00f1os se estandarizan en torno a un conjunto de metales compatibles y un refrigerante controlado. La mezcla de agua y glicol es el fluido de trabajo m\u00e1s com\u00fan. La proporci\u00f3n de agua y glicol se determina en funci\u00f3n de la protecci\u00f3n contra la congelaci\u00f3n y la capacidad t\u00e9rmica que requiere la aplicaci\u00f3n, no mediante una f\u00f3rmula fija, y a menudo se a\u00f1ade un tratamiento superficial, como el anodizado, al aluminio para mejorar su resistencia a la corrosi\u00f3n.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Dise\u00f1o de la trayectoria del flujo: Ca\u00edda de presi\u00f3n frente a uniformidad de temperatura<\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n

Una vez fijada la estructura y el material, la trayectoria del flujo se convierte en la palanca principal, y establece la ca\u00edda de presi\u00f3n frente a la uniformidad de la temperatura, el principal dilema del dise\u00f1o de placas fr\u00edas. Los canales serpentinos dirigen el refrigerante por toda la superficie para uniformizar la temperatura superficial, pero la larga trayectoria mojada aumenta la ca\u00edda de presi\u00f3n. Los canales paralelos dividen el flujo para reducir la resistencia, con el riesgo de una distribuci\u00f3n desigual y ramas m\u00e1s calientes. placas fr\u00edas de microcanal<\/a> Al aumentar la superficie y alterar la capa l\u00edmite, se incrementa la transferencia de calor, y al mismo tiempo se eleva la ca\u00edda de presi\u00f3n, por lo que el objetivo es obtener el aumento de temperatura al menor coste energ\u00e9tico.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

\"Diagrama<\/figure>\r\n\r\n\r\n\r\n

La geometr\u00eda del canal determina c\u00f3mo se produce ese intercambio, por lo que debe verificarse en el caudal objetivo y en funci\u00f3n de la curva de la bomba, no como una regla fija. Cambiar el di\u00e1metro hidr\u00e1ulico, el per\u00edmetro mojado o la relaci\u00f3n de aspecto del canal implica modificar tres elementos a la vez: el coeficiente de transferencia de calor, la distribuci\u00f3n del flujo en la superficie de contacto y la ca\u00edda de presi\u00f3n. La direcci\u00f3n de la temperatura m\u00e1xima depende de lo que se mantenga constante, ya sea el caudal, la potencia de la bomba, el n\u00famero de canales o el \u00e1rea de la secci\u00f3n transversal. Confirme la direcci\u00f3n con CFD y pruebas de prototipos bajo el caudal objetivo y la curva de la bomba; no la derive de una \u00fanica relaci\u00f3n geom\u00e9trica. Las investigaciones publicadas sobre optimizaci\u00f3n topol\u00f3gica de placas fr\u00edas informan de reducciones del orden de una temperatura m\u00e1xima 16,9 K menor en comparaci\u00f3n con los dise\u00f1os convencionales, logradas a costa de una mayor ca\u00edda de presi\u00f3n. Esta cifra recuerda que ambos objetivos se contraponen y deben equilibrarse con la curva de la bomba. En el caso espec\u00edfico de los paquetes de bater\u00edas, la uniformidad de la temperatura entre las celdas suele ser m\u00e1s determinante que el punto m\u00e1s caliente, ya que la dispersi\u00f3n entre celdas provoca envejecimiento y desequilibrio, y lograr ese objetivo es fundamental para dise\u00f1o de sistemas de refrigeraci\u00f3n l\u00edquida<\/a> para paquetes de EV y ESS. En un m\u00f3dulo de bater\u00eda, ese flujo de trabajo se desarrolla en el aluminio. placas de refrigeraci\u00f3n por agua<\/a> que transportan el refrigerante de agua y glicol entre las celdas y el circuito. La disposici\u00f3n de los canales y la distribuci\u00f3n del refrigerante en ellos determinan el rango de temperatura alcanzable.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Adaptaci\u00f3n de la placa al formato de celda, espacio y tensi\u00f3n de ensamblaje<\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n

La placa debe ajustarse al formato de la celda y a la interfaz a la que se fija, por lo que la geometr\u00eda de la celda determina la estrategia de contacto antes del ajuste fino del flujo. Las celdas cil\u00edndricas presentan zonas de contacto curvas y discretas, y suelen utilizar refrigeraci\u00f3n entre celdas o por la parte inferior; las celdas prism\u00e1ticas y tipo bolsa presentan caras planas que se acoplan a una placa plana sobre una superficie mayor. El \u00e1rea de contacto que se puede lograr de forma realista, y no la conductancia ideal de la placa, determina la cantidad de calor que realmente sale de las celdas.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

\"Primer<\/figure>\r\n\r\n\r\n\r\n

La planitud de la superficie y el espacio de la interfaz determinan si ese contacto es adecuado. Las placas y celdas reales nunca son perfectamente planas, por lo que un material de interfaz t\u00e9rmica rellena el espacio y desplaza el aire. Su espesor, elasticidad y conductividad requeridos dependen del espacio medido, la tensi\u00f3n de ensamblaje que puede soportar el conjunto y el m\u00e9todo de automatizaci\u00f3n utilizado para dispensarlo o colocarlo. Un relleno de espacio demasiado r\u00edgido transfiere la tensi\u00f3n de ensamblaje a las celdas; uno demasiado delgado no puede absorber la acumulaci\u00f3n de tolerancias. En este punto, el dise\u00f1o de la placa fr\u00eda deja de ser un problema de placa y se convierte en un problema de integraci\u00f3n: el espacio, la tensi\u00f3n de ensamblaje y la conductividad de la interfaz est\u00e1n acoplados, por lo que es mejor especificarlos juntos en lugar de uno por uno. Trumonytechs suministra placas fr\u00edas l\u00edquidas junto con materiales de interfaz t\u00e9rmica compatibles, lo que permite obtener ambos lados de esa interfaz como una \u00fanica soluci\u00f3n t\u00e9rmica.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Validar el dise\u00f1o antes de comprometerse<\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n

Establezca criterios de aceptaci\u00f3n expl\u00edcitos antes de fabricar las herramientas, ya que un objetivo que nunca se defini\u00f3 es el que no se cumple en la placa terminada. La simulaci\u00f3n t\u00e9rmica y CFD desde la etapa de dise\u00f1o permite verificar la temperatura m\u00e1xima, la dispersi\u00f3n de temperatura entre celdas y la ca\u00edda de presi\u00f3n al caudal objetivo antes de que exista la placa. La optimizaci\u00f3n topol\u00f3gica o param\u00e9trica permite entonces ajustar la geometr\u00eda de las aletas y los canales en funci\u00f3n del presupuesto de la bomba mientras el dise\u00f1o a\u00fan es econ\u00f3mico de modificar. Defina primero el conjunto de criterios de aceptaci\u00f3n: temperatura m\u00e1xima de la celda, no uniformidad de temperatura admisible, ca\u00edda de presi\u00f3n al caudal nominal, planitud de la superficie y presi\u00f3n de fuga o rotura.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Las comprobaciones mec\u00e1nicas y de sellado deben realizarse en la misma etapa que las t\u00e9rmicas. Una placa fr\u00eda en un paquete de bater\u00edas debe soportar vibraciones, ciclos de presi\u00f3n y dilataci\u00f3n t\u00e9rmica sin fugas, por lo que es fundamental confirmar los requisitos mec\u00e1nicos, de vibraci\u00f3n y de sellado aplicables a su mercado objetivo y paquete antes de basarse en una \u00fanica especificaci\u00f3n. Las pruebas de fugas y de presi\u00f3n en la placa terminada completan el ciclo iniciado por la simulaci\u00f3n.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Conclusi\u00f3n<\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n

El dise\u00f1o de placas de refrigeraci\u00f3n l\u00edquida se resuelve de forma \u00f3ptima cuando se sigue un orden: primero, se define la carga t\u00e9rmica y el objetivo de uniformidad de temperatura; luego, se elige una estructura y un material que los cumplan; finalmente, se configura el flujo para ajustarse al presupuesto de ca\u00edda de presi\u00f3n; y solo entonces se valida seg\u00fan los criterios de aceptaci\u00f3n establecidos. El error com\u00fan consiste en tratar la ca\u00edda de presi\u00f3n y la uniformidad de temperatura como objetivos independientes, cuando en realidad son dos extremos de un mismo proceso, y considerar la placa como terminada antes de especificar su interfaz con las celdas. En un paquete de bater\u00edas, la placa y el material de la interfaz t\u00e9rmica act\u00faan como una \u00fanica v\u00eda de transferencia de calor entre la celda y el refrigerante. Combinar la placa fr\u00eda con un material de interfaz compatible, ambos suministrados por Trumonytechs, garantiza la consistencia del contacto, la trayectoria del refrigerante y la separaci\u00f3n, todo ello en una sola decisi\u00f3n.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

PREGUNTAS FRECUENTES<\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n

\u00bfCanales serpentinos o paralelos para una placa fr\u00eda de bater\u00eda, que sacrifican la ca\u00edda de presi\u00f3n a cambio de uniformidad de temperatura?<\/h3>\r\n\r\n\r\n\r\n

Los canales serpentinos favorecen la uniformidad de la temperatura, mientras que los canales paralelos favorecen una baja ca\u00edda de presi\u00f3n. Un \u00fanico recorrido serpentino distribuye el refrigerante por toda la superficie y uniformiza la temperatura, pero la gran longitud mojada aumenta la ca\u00edda de presi\u00f3n; los canales paralelos dividen el flujo en ramales m\u00e1s cortos para reducir la resistencia, con el riesgo de una distribuci\u00f3n desigual y ramales m\u00e1s calientes. La mayor\u00eda de los dise\u00f1os de bater\u00edas combinan ambos enfoques o a\u00f1aden un equilibrio de flujo, eligiendo la combinaci\u00f3n en funci\u00f3n de si la limitaci\u00f3n principal reside en el presupuesto de la bomba o en la diferencia entre celdas.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

\u00bfPlaca de refrigeraci\u00f3n de aluminio o cobre para un paquete de bater\u00edas de veh\u00edculos el\u00e9ctricos? \u00bfCu\u00e1ndo merece la pena el aumento de peso?<\/h3>\r\n\r\n\r\n\r\n

El aluminio es la opci\u00f3n por defecto; el cobre solo justifica su peso cuando no se puede satisfacer un flujo de calor localizado de otra manera. El aluminio equilibra la conductividad, el peso y el costo, lo cual es importante cuando la placa abarca todo un m\u00f3dulo. El cobre pr\u00e1cticamente duplica la conductividad total, pero aumenta considerablemente el peso y el costo, por lo que generalmente se utiliza como un inserto espec\u00edfico en una zona caliente, no como una placa completa. La decisi\u00f3n se basa en si el problema t\u00e9rmico afecta a toda la placa o es localizado.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

\u00bfQu\u00e9 m\u00e9todo de fabricaci\u00f3n de placas fr\u00edas se ajusta mejor a mis objetivos de caudal y ca\u00edda de presi\u00f3n?<\/h3>\r\n\r\n\r\n\r\n

Adapta el m\u00e9todo a la presi\u00f3n que el objetivo t\u00e9rmico impone al presupuesto de ca\u00edda de presi\u00f3n. Las placas tubulares y extruidas mantienen la resistencia al flujo y el costo bajos para cargas t\u00e9rmicas moderadas; las placas con canales mecanizados permiten trayectorias personalizadas y no uniformes; las placas con aletas internas soldadas al vac\u00edo y las placas con aletas biseladas aumentan la transferencia de calor para flujos t\u00e9rmicos elevados, pero conllevan una mayor ca\u00edda de presi\u00f3n. Comienza con la estructura m\u00e1s simple que cumpla con el objetivo y solo aumenta la complejidad cuando no sea posible.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

\u00bfC\u00f3mo puedo mantener un buen contacto entre la c\u00e9lula y la placa teniendo en cuenta la planitud de la superficie y la tensi\u00f3n de ensamblaje?<\/h3>\r\n\r\n\r\n\r\n

Especifique el material de interfaz t\u00e9rmica a partir de la separaci\u00f3n medida y la tensi\u00f3n de ensamblaje admisible, no solo de la placa. Las placas y celdas reales no son perfectamente planas, por lo que un material de interfaz que rellene la separaci\u00f3n desplaza el aire y compensa la acumulaci\u00f3n de tolerancias; su espesor, elasticidad y conductividad dependen de la separaci\u00f3n, la tensi\u00f3n que pueden soportar las celdas y el m\u00e9todo de dispensaci\u00f3n o colocaci\u00f3n. Un relleno demasiado r\u00edgido ejerce presi\u00f3n sobre las celdas, mientras que uno demasiado delgado no puede absorber la acumulaci\u00f3n; por lo tanto, la separaci\u00f3n y el material se especifican conjuntamente.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Lecturas adicionales<\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n