PROIECT
“CoolerBlock” – Bloc de racire sisteme electrice si/sau optice

Numar proiect

2023/058

Nume proiect

“CoolerBlock” – Bloc de racire sisteme electrice si/sau optice

Promotor proiect

Rolix Impex Series Srl

Aria de focusare proiect

Mediu industrial

1. Introducere și contextul proiectului

Proiectul CoolerBlock urmărește dezvoltarea unui bloc de răcire performant destinat sistemelor electrice și optice de înaltă densitate energetică. Creșterea complexității echipamentelor moderne, atât în domeniul electronicii de putere, cât și în cel al aplicațiilor optice, impune soluții avansate de management termic care să asigure stabilitatea funcționării, fiabilitatea pe termen lung și siguranța operării. În prezent, multe dintre sistemele existente se confruntă cu limitări ale metodelor convenționale de răcire, în special atunci când sunt supuse unor sarcini termice ridicate sau condițiilor variabile de mediu. În acest context, CoolerBlock își propune să genereze o soluție inovatoare, modulară și scalabilă, capabilă să răspundă cerințelor industriale actuale și viitoare.

1.1. Necesitatea unui sistem avansat de răcire în aplicațiile electrice și optice

Aplicațiile electrice și optice moderne operează într-un regim termic intens, iar performanțele lor depind direct de capacitatea sistemului de răcire de a menține o temperatură optimă și stabilă. Componentele electronice de putere, modulele laser, sursele optoelectronice sau unitățile de conversie a energiei generează disipări termice semnificative, care pot afecta funcționarea dacă nu sunt gestionate corespunzător. În lipsa unui sistem eficient de răcire, apar fenomene precum degradarea materialelor, scăderea eficienței, deformarea elementelor structurale sau defectarea prematură a componentelor. Având în vedere aceste riscuri și cerințele crescânde ale industriilor emergente, este necesară o soluție inovatoare care să combine performanța termică ridicată cu fiabilitatea și flexibilitatea integrării în echipamente diverse.

1.2. Obiectivele generale ale proiectului CoolerBlock

Proiectul CoolerBlock are ca obiectiv principal dezvoltarea unui bloc de răcire compact, eficient și modular, destinat sistemelor electrice și optice ce necesită un control termic precis. Obiectivele specifice includ optimizarea fluxului termic intern, utilizarea unor materiale cu conductivitate ridicată, integrarea unor canale interne care permit o distribuție uniformă a agentului de răcire și realizarea unei arhitecturi ușor adaptabile la diverse configurații industriale. De asemenea, proiectul urmărește reducerea consumului energetic al sistemelor de răcire, creșterea duratei de viață a echipamentelor protejate și asigurarea compatibilității cu standardele de operare din domeniile electrice și optice. Un alt obiectiv strategic este demonstrarea viabilității tehnologiei prin testare experimentală și pregătirea acesteia pentru scalarea industrială.

1.3. Impactul așteptat asupra capacităților de inovare ale companiei Rolix

Implementarea proiectului CoolerBlock va contribui direct la consolidarea capacităților de cercetare, dezvoltare și inovare ale companiei Rolix. Prin abordarea unor tehnologii avansate de management termic, compania își va extinde portofoliul de competențe în domeniul sistemelor de răcire pentru aplicații critice și va intra într-un segment emergent, caracterizat de cerințe tehnice înalte și oportunități comerciale semnificative. Rezultatele proiectului vor genera know-how intern, proceduri de proiectare avansată, metode de simulare și testare care pot fi valorificate în alte proiecte viitoare. De asemenea, capacitatea de a oferi produse inovatoare bazate pe tehnologie proprie va îmbunătăți competitivitatea companiei pe piața tehnologiilor industriale și va facilita colaborări cu parteneri din sectoare precum energie, optică, robotică sau sisteme electronice de putere.

2. Analiza stadiului actual al tehnologiilor de răcire

Creșterea densității de putere în aplicațiile electrice și optice moderne determină o nevoie acută de soluții avansate de management termic. Producătorii și centrele de cercetare explorează constant noi arhitecturi de disipare a căldurii, însă o parte dintre tehnologiile existente prezintă încă limitări importante legate de eficiență, dimensiune, costuri sau fiabilitate. În acest context, proiectul CoolerBlock se înscrie într-o direcție strategică, vizând dezvoltarea unei soluții care să depășească barierele întâlnite în sistemele actuale.

2.1. Metode convenționale de management termic și limitările acestora

Metodele tradiționale utilizate în răcirea echipamentelor electrice și optice includ radiatoarele cu disipare pasivă, plăcile de bază din aluminiu sau cupru și ventilatoarele auxiliare. Deși acestea oferă o soluție adecvată pentru sisteme cu sarcini termice moderate, ele devin insuficiente în aplicații unde fluxul termic depășește capacitățile lor de transfer. Limitările acestor metode sunt legate de suprafața redusă de contact cu sursa de căldură, eficiența scăzută la temperaturi ridicate și dependența de condițiile ambientale. În plus, ventilatoarele introduc zgomot operațional, vibrații și pot avea o durată de funcționare limitată, afectând fiabilitatea ansamblului. Pentru aplicațiile de mare putere, aceste soluții nu mai pot asigura un control termic precis și stabil.

2.2. Sisteme emergente de răcire pentru electronice de înaltă densitate

Odată cu creșterea cerințelor tehnologice, au apărut soluții emergente de răcire, precum microcanalele integrate în plăci de răcire, răcirea cu lichid în circuite închise, structurile din materiale compozite cu conductivitate termică ridicată și elementele termoelectrice. Sistemele cu microcanale prezintă o eficiență superioară datorită raportului mare între suprafața internă și volumul canalului, permițând un transfer rapid al căldurii. De asemenea, răcirea cu lichid devine tot mai utilizată în aplicații unde disiparea depășește posibilitățile răcirii pasive, asigurând un control precis și uniform al temperaturii. Totuși, aceste tehnologii necesită o proiectare complexă, pot introduce riscuri legate de etanșeitate și necesită materiale specializate, ceea ce poate crește costurile. Integrarea lor în sisteme compacte reprezintă de asemenea o provocare, motiv pentru care există încă o nevoie semnificativă de soluții optimizate.

2.3. Identificarea lacunelor tehnologice și oportunităților de dezvoltare

Analiza soluțiilor actuale evidențiază mai multe direcții insuficient dezvoltate în industria sistemelor de răcire pentru aplicații electrice și optice. Printre acestea se numără lipsa unor arhitecturi modulare care să permită adaptarea rapidă la diferite configurații, necesitatea reducerii pierderilor termice fără creșterea volumului total și demandarea unor sisteme care să combine performanța ridicată cu un consum redus de energie. De asemenea, multe soluții existente nu oferă o uniformitate optimă a distribuției termice, ceea ce afectează durabilitatea componentelor sensibile. Aceste lacune creează oportunități pentru dezvoltarea unor blocuri de răcire performante, capabile să gestioneze fluxuri termice intense, să mențină stabilitatea operațională și să ofere un nivel ridicat de integrare. Proiectul CoolerBlock își propune să valorifice aceste oportunități prin conceperea unei soluții care să îmbine avantajele răcirii active și pasive în cadrul unei arhitecturi robuste și eficiente.

3. Specificații tehnice și cerințe funcționale pentru CoolerBlock

Proiectarea unui bloc de răcire performant necesită definirea unui set riguros de specificații tehnice și funcționale care să asigure compatibilitatea cu o gamă variată de aplicații electrice și optice. CoolerBlock trebuie să îndeplinească cerințe stricte legate de eficiența transferului termic, stabilitatea mecanică, integrarea facilă în sisteme existente și respectarea standardelor industriale. Acest capitol detaliază parametrii esențiali ce vor ghida procesul de proiectare și dezvoltare.

3.1. Parametri termici, electrici și mecanici necesari

Performanța unui sistem de răcire este influențată direct de capacitatea acestuia de a prelua, transporta și disipa căldura generată de componentele active. Pentru CoolerBlock, parametrii esențiali includ:

Transferul termic și disiparea căldurii
– capacitatea minimă de disipare, exprimată în watti, adaptată pentru aplicații cu fluxuri termice ridicate
– menținerea unei diferențe minime între temperatura sursei și temperatura agentului de răcire
– optimizarea rezistenței termice interne pentru a reduce pierderile

Stabilitatea și compatibilitatea electrică
– utilizarea materialelor dielectrice acolo unde este necesară izolarea electrică
– prevenirea acumulării de sarcini electrostatice care ar putea afecta echipamentele optice
– evitarea interferențelor electromagnetice prin structuri constructive adecvate

Parametri mecanici și structurali
– rezistența la vibrații și șocuri mecanice în condiții de operare variate
– toleranțe dimensionale stricte pentru integrarea în module compacte
– etanșeitate ridicată în cazul sistemelor cu lichid, pentru eliminarea riscului de scurgeri

Performanța blocului de răcire este determinată de capacitatea sa de a prelua, transporta și evacua căldura. Înțelegerea interdependențelor dintre acești parametri este esențială încă din etapa de proiectare.

Diagramă conceptuală: lanțul de transfer termic
Avem un lanț format din patru verigi dispuse în linie:

1. sursa de căldură (componenta electronică sau optică)
2. suprafața de contact termic (interfață, material TIM)
3. structura internă a CoolerBlock (microcanale, pereți conductivi)
4. agentul de răcire (lichid sau aer în mișcare controlată)

Fluxul termic pornește din prima verigă și se deplasează progresiv spre agentul de răcire. Orice rezistență termică crescută într-o verigă determină supraîncălzirea sistemului. De aceea, proiectarea CoolerBlock se concentrează pe minimizarea rezistențelor termice la fiecare etapă, crescând astfel eficiența globală.

Pe partea electrică și mecanică, parametrii critici includ:
– izolarea electrică acolo unde componentele sunt foarte sensibile
– rigiditatea structurală pentru a rezista vibrațiilor
– toleranțe dimensionale fine pentru montaj precis

3.2. Compatibilitatea cu sisteme electrice și optice existente

CoolerBlock trebuie să fie adaptabil la o varietate de configurații tehnice, atât în aplicații electrice, cât și în cele optice. Compatibilitatea include:

Integrarea în module electrice
– preluarea eficientă a căldurii de la componente precum tranzistoare de putere, microprocesoare sau convertoare
– compatibilitate cu plăci electronice de diferite formate
– posibilitatea montării pe suprafețe plate sau profilate, în funcție de arhitectura sistemului

Integrarea în module optice
– stabilitate termică ridicată pentru surse laser, LED-uri de mare putere sau module optoelectronice
– menținerea uniformității temperaturii în zone sensibile pentru asigurarea stabilității fasciculului optic
– structuri care reduc dilatațiile termice pentru a evita devieri optice

Compatibilitatea fizică și dimensională
– multiple configurații ale porturilor de intrare și ieșire pentru agentul de răcire
– posibilitatea montajului în serie sau paralel cu alte module
– adaptarea la standardele industriale utilizate în telecomunicații, robotică, automatizări sau echipamente de laborator

Prin această flexibilitate, CoolerBlock va putea fi implementat într-un spectru larg de aplicații fără modificări structurale majore din partea utilizatorului final.

CoolerBlock trebuie proiectat ca un modul universal, capabil să se integreze într-o gamă largă de echipamente.

Diagramă conceptuală: interfața de integrare
CoolerBlock ca o piesă centrală, iar în jurul său patru module diferite conectate prin linii simbolice:

– un modul laser
– un modul electronic de putere
– un modul optoelectronic
– un circuit de control

Blocul de răcire trebuie să fie compatibil atât din punct de vedere termic, cât și geometric cu fiecare dintre aceste module. Liniile simbolice reprezintă interfețele termo-mecanice, prin care căldura, alimentarea fluidului de răcire și fixarea mecanică sunt realizate. Flexibilitatea structurii CoolerBlock permite aceeași arhitectură să fie utilizată în contexte diferite, cu doar câteva adaptări dimensionale.

Integrarea în sisteme optice necesită, de exemplu, menținerea unei temperaturi foarte constante pentru a evita devierea lungimii de undă sau deformarea elementelor optice. În aplicațiile electrice, criteriile sunt legate de disiparea rapidă a vârfurilor de temperatură.

3.3. Definirea constrângerilor de proiectare și a criteriilor de performanță

Orice tehnologie avansată trebuie dezvoltată în acord cu un set de constrângeri tehnice, economice și operaționale. Pentru CoolerBlock, acestea includ:

Constrângeri tehnice
– limitarea volumului total al modulului pentru a permite integrarea în echipamente compacte
– control strict asupra masei totale pentru a evita încărcarea suplimentară a structurilor suport
– eliminarea zonelor de stagnare a agentului de răcire pentru a asigura un flux optim

Constrângeri de producție
– selecția unor materiale ușor de prelucrat și disponibile pe piață
– evitarea geometrilor excesiv de complexe care ar crește timpul și costurile de fabricație
– compatibilitatea cu procese standardizate precum frezarea CNC, gravarea internă sau printarea 3D metalică

Criterii de performanță
– atingerea unui coeficient de transfer termic superior față de soluțiile existente în aceeași clasă tehnică
– asigurarea funcționării optime în intervale largi de temperatură ambientală
– creșterea duratei de viață a componentelor răcite prin reducerea stresului termic

Aceste criterii vor ghida deciziile de proiectare în toate etapele, de la modelarea termică până la testarea experimentală, asigurând o soluție robustă, scalabilă și eficientă energetic.

Orice sistem avansat de răcire trebuie dezvoltat în limite clare, dictate de aplicațiile țintă și de procesele tehnologice utilizate pentru fabricare.

Diagramă conceptuală: triada constrângerilor
Avem un triunghi echilateral, cu câte un cuvânt pe fiecare latură:
– performanță termică
– cost de producție
– complexitate geometrică

Aceste trei elemente se influențează reciproc. O performanță termică ridicată poate necesita geometrii complexe (ex. microcanale foarte fine), ceea ce crește costurile de producție. Reducerea costului poate impune limitări asupra complexității interne. Rolul echipei de proiectare este să găsească un echilibru optim între aceste trei puncte ale triunghiului.

Criteriile de performanță sunt completate de:
– coeficientul de transfer termic minim acceptat
– temperatura maximă tolerată pe suprafața sursei de căldură
– presiunea maximă a agentului de răcire care nu compromite etanșeitatea
– masa totală care nu trebuie să crească încărcarea structurii echipamentului

Diagramă conceptuală: fluxul decizional în proiectare
Avem un arbore de decizie cu trei ramificații principale:

· materialele posibile

· geometria internă

· metoda de fabricație

Fiecare ramură are trei niveluri succesive:
– opțiuni teoretice
– opțiuni compatibile cu parametrii tehnici
– opțiunea finală selectată

Acest arbore conceptual ilustrează cum, dintr-un spectru larg de opțiuni, proiectarea se restrânge treptat până la soluția optimă. Fiecare selecție trebuie justificată prin calcule, simulări și constrângeri industriale

4. Conceptualizarea și dezvoltarea arhitecturii CoolerBlock

Arhitectura CoolerBlock este definită în jurul unui sistem robust de răcire, bazat pe un canal principal și derivații distribuite strategic pentru asigurarea unui flux uniform al agentului de răcire. Această abordare este optimizată pentru producție industrială, mentenanță redusă și compatibilitatea cu aplicațiile electrice și optice de înaltă stabilitate termică.
Materialul utilizat pentru construcție este aluminiul, selectat pentru conductivitatea termică ridicată, greutatea redusă, prelucrabilitate excelentă și rezistența adecvată la coroziune atunci când este utilizat împreună cu apă demineralizată cu glicol.

4.1. Modele preliminare de design și selecția conceptului optim

Conceptualizarea inițială a CoolerBlock a inclus realizarea mai multor modele de arhitectură internă bazate pe canal principal cu derivații, fiecare optimizat pentru distribuția uniformă a agentului de răcire și reducerea rezistenței hidraulice.

Model conceptual verbal: structura canalului principal
Arhitectura poate fi imaginată ca un canal longitudinal amplasat central în masa blocului de răcire. De-a lungul acestuia se ramifică derivații laterale dispuse simetric sau asimetric, în funcție de geometria echipamentului care necesită răcire.
– Canalul principal are rol de colectare și transport rapid al agentului de răcire
– Derivațiile asigură alimentarea uniformă a suprafețelor critice și eliminarea zonelor de stagnare
– Configurația derivată poate fi adaptată la geometrii diferite fără modificări majore ale arhitecturii de bază

Selecția conceptului optim a rezultat dintr-o evaluare comparativă a două criterii esențiale: stabilitatea debitului în interiorul blocului și uniformitatea temperaturii la nivelul suprafeței de contact. Designul final adoptă o configurație cu canal principal rectiliniu și derivații laterale distribuite în mod controlat pentru echilibrarea presiunii.

4.2. Analiza materialelor și alegerea soluțiilor constructive

Materialul utilizat pentru întregul ansamblu este aluminiul, datorită proprietăților sale termice și mecanice adecvate aplicațiilor industriale. Conductivitatea termică ridicată a aluminiului permite transferul rapid al căldurii de la suprafața de contact către sistemul intern de canale.

Model conceptual verbal: structura din aluminiu ca mediu conductiv
Construcția poate fi descrisă ca o masă compactă de aluminiu care încorporează un canal intern principal și rețelele de derivații. Acest model funcționează ca un conductor termic uniform:
– partea superioară preia rapid căldura de la componentele electrice sau optice
– masa blocului dispersează și transportă căldura către zonele traversate de agentul de răcire
– structura internă este dimensionată astfel încât să evite punctele calde, cu acumulare locală de energie termică

Apa demineralizată cu glicol este agentul de răcire utilizat datorită capacității sale bune de transport termic, protecției împotriva coroziunii și stabilității la variații de temperatură. Compatibilitatea chimică între aluminiu și acest amestec este adecvată, cu condiția utilizării inhibitorilor specifici din compoziția soluției de glicol.

4.3. Integrarea componentelor active și pasive de răcire

CoolerBlock se bazează pe un sistem de răcire preponderent pasiv în ceea ce privește structura internă, completat de componente active plasate extern, precum pompa de circulație, senzorii de temperatură și supapele de reglare a debitului.

Model conceptual verbal: circuitul intern al agentului de răcire
Arhitectura poate fi descrisă ca un traseu secvențial în trei etape:
– etapa 1: intrarea agentului de răcire în canalul principal la o presiune controlată
– etapa 2: distribuirea fluidului în derivațiile laterale care acoperă zonele critice, generând un transfer termic uniform
– etapa 3: reîntoarcerea fluidului încălzit în circuitul extern pentru evacuarea căldurii și recirculare

Sistemele active sunt amplasate în afara blocului de răcire și asigură stabilitatea presiunii și a debitului. Integrarea senzorilor permite monitorizarea continuă a temperaturii. Aceștia transmit date către un controler care ajustează automat parametrii sistemului, dacă este necesar.

Arhitectura internă fără microcanale reduce riscul de colmatare și facilitează curățarea și mentenanța. Configurația cu canal principal și derivații permite utilizarea debitelor moderate, evitând creșterea excesivă a presiunii interne. În plus, aluminiul, prin masa sa termoconductivă, contribuie la amortizarea fluctuațiilor termice rapide.

4.4. Comparații între debite, presiuni și temperaturi pentru diferite configurații ale canalului principal și ale derivațiilor

Analiza comparativă a diferitelor configurații interne este esențială pentru a identifica distribuția optimă a agentului de răcire în CoolerBlock. Deoarece arhitectura se bazează pe un canal principal și derivații laterale, performanța termică depinde de echilibrul dintre debitul disponibil, presiunea necesară pentru circulație și temperaturile obținute în zonele critice.

Model conceptual verbal: distribuția fluxului în funcție de arhitectură
Configurațiile analizate pot fi descrise prin trei modele conceptuale distincte:

Configurația 1: canal principal rectiliniu, derivații scurte și simetrice
– Debitul se împarte uniform între derivații
– Presiunea necesară este moderată
– Temperatura pe suprafața blocului prezintă o distribuție uniformă
– Risk redus de stagnare

Configurația 2: canal principal rectiliniu, derivații lungi și asimetrice
– Debitul tinde să favorizeze derivațiile cu rezistență hidraulică mai mică
– Necesită presiuni mai mari pentru echilibrare
– Poate genera diferențe locale de temperatură
– Performanța depinde de calibrarea exactă a secțiunilor transversale

Configurația 3: canal principal cu extinderi graduale ale secțiunii
– Distribuția debitului este controlată prin modificări ale secțiunii canalului
– Presiunea internă este stabilizată natural
– Temperatura se uniformizează datorită maselor termice suplimentare
– Configurație potrivită pentru aplicații cu variații termice rapide

Comparația între aceste modele sugerează faptul că eficiența termică globală este maximă atunci când:
– presiunea internă este menținută în limite moderate
– derivațiile au lungimi apropiate sau sunt compensate geometric
– variațiile de secțiune sunt utilizate pentru stabilizarea fluxului
– debitul agentului de răcire este adaptat la sarcina termică specifică aplicației

În analiza preliminară, configurația cu canal principal rectiliniu și derivații simetrice prezintă cele mai bune rezultate în privința uniformității temperaturii și a consumului energetic al pompei. Configurațiile asimetrice oferă flexibilitate geometrică, dar necesită reglaje suplimentare pentru asigurarea echilibrului termic.

4.5. Analiza efectelor glicolului asupra stabilității termice și a performanței de răcire

Agentul de răcire utilizat în CoolerBlock este o soluție de apă demineralizată cu glicol, aleasă pentru proprietățile sale termice și anticorozive. Glicolul modifică atât comportamentul termodinamic, cât și pe cel hidraulic al sistemului.

Model conceptual verbal: influențele glicolului asupra funcționării blocului de răcire
Efectele asupra performanței pot fi grupate în trei categorii principale:

1. Efecte asupra transferului termic
   – Glicolul crește punctul de fierbere și reduce riscul de cavitație
   – Conductivitatea termică este mai redusă față de apa pură, ceea ce poate scădea ușor eficiența transferului
   – Masa termică mai mare stabilizează variațiile bruște de temperatură, oferind o funcționare mai predictibilă
2. Efecte asupra circulației fluidului
   – Vâscozitatea mai ridicată crește rezistența hidraulică
   – Debitul necesar poate necesita o presiune suplimentară din partea pompei
   – Derivațiile trebuie dimensionate astfel încât să nu amplifice pierderile de presiune
3. Efecte asupra durabilității și compatibilității materialelor
   – Glicolul, în combinație cu inhibitorii specifici, reduce riscul de coroziune asupra aluminiului
   – Previne formarea depunerilor și creșterea microbiană
   – Îmbunătățește protecția sistemului în condiții de temperaturi scăzute

Stabilitatea termică globală a sistemului crește datorită capacității mai bune a glicolului de a amortiza variațiile rapide de temperatură, aspect important în aplicații cu sarcini termice fluctuante.
În același timp, proiectarea internă trebuie adaptată pentru a compensa vâscozitatea mai mare, astfel încât presiunea necesară pentru circulație să rămână în limite acceptabile.

Tabel comparativ – debite, presiuni și temperaturi pentru diferite configurații

Caracteristică	Configurația 1 – Derivații scurte, simetrice	Configurația 2 – Derivații lungi, asimetrice	Configurația 3 – Secțiune variabilă a canalului principal
Interval debit necesar	Mic – Mediu	Mediu – Mare	Mediu
Presiune necesară	Mică – Medie	Medie – Ridicată	Medie
Uniformitatea temperaturii	Bună	Medie (posibile zone calde în derivațiile lungi)	Foarte bună, cu variații reduse
Riscuri hidraulice	Minime	Dezechilibru de debit, stagnare locală	Minime, stabilizare prin geometrie
Avantaje	Eficiență ridicată, consum redus al pompei	Flexibilitate pentru geometrii complexe	Stabilitate termică superioară la sarcini variabile
Dezavantaje	Adaptabilitate limitată la geometrii atipice	Consum energetic mai mare al pompei	Necesită proiectare atentă a secțiunilor progresive

Aceasta este o simulare calitativă (diferențe finite simplificate), utilă pentru vizualizarea tendințelor (zone mai reci de-a lungul canalelor, gradient longitudinal intrare→ieșire).

5. Modelare numerică și simulări termice

Modelele 3D sunt construite pentru a reflecta geometria exactă a canalului principal, derivațiilor și suprafețelor de contact. În zonele critice se utilizează o discretizare mai fină pentru a obține acuratețe în calculele CFD și termice. Cele trei modele evaluate reflectă diferențe semnificative în comportamentul hidraulic și în distribuția temperaturilor.

Tabel comparativ – caracteristicile principalelor versiuni de model 3D

Versiune model 3D	Geometrie internă	Complexitate meshing	Relevanță pentru aplicații
Model A	Canal principal rectiliniu cu derivații simetrice	Redusă	Ridicată pentru aplicații standard
Model B	Canal principal cu derivații asimetrice	Medie	Utilă pentru geometrii speciale
Model C	Canal principal cu secțiune variabilă	Medie – Ridicată	Optimizat pentru sarcini fluctuante

5.2. Simulări CFD și evaluarea comportamentului termic
Simulările CFD sunt folosite pentru identificarea distribuției debitului, determinarea pierderilor de presiune și observarea comportamentului termic în condiții de sarcină stabilă și variabilă. Este analizată apariția zonelor de stagnare, stabilitatea fluxului și temperatura maximă în blocul de răcire.

Tabel comparativ – rezultate CFD pentru cele trei configurații

Parametru analizat	Configurația 1 – Derivații scurte, simetrice	Configurația 2 – Derivații lungi, asimetrice	Configurația 3 – Secțiune variabilă
Distribuție debit	Uniformă	Neuniformă	Controlată prin geometrie
Pierdere de presiune	Redusă	Ridicată	Medie
Stabilitate flux	Foarte bună	Variabilă	Foarte bună
Temperatură maximă	Scăzută	Medie – Ridicată	Scăzută
Zone calde	Minime	Prezente	Minime

Interpretare: Configurația 1 oferă eficiență ridicată și consum energetic redus. Configurația 2, deși flexibilă geometric, conduce la distribuții neuniforme ale fluxului și temperaturi mai ridicate. Configurația 3 oferă o stabilitate termică superioară datorită ajustării progresive a secțiunii canalului principal.

5.3. Optimizarea geometriei și distribuției fluxului de răcire
Optimizarea urmărește reducerea temperaturilor maxime, îmbunătățirea uniformității termice și minimizarea pierderilor hidraulice. Ajustările vizează secțiunea canalului principal, lungimea și diametrul derivatiilor și zonele de tranziție dintre acestea.

Tabel comparativ – optimizări implementate

Element optimizat	Model A (Simetric)	Model B (Asimetric)	Model C (Secțiune variabilă)
Secțiunea canalului principal	Păstrată constantă	Păstrată constantă	Ajustată progresiv
Secțiunea derivatiilor	Ajustări minore	Ajustări majore	Ajustări moderate
Reducerea temperaturilor de vârf	Moderată	Redusă	Ridicată
Impact asupra pierderilor de presiune	Minimizat	Crește	Controlat

Concluzii: Modelul C prezintă performanțe superioare în regim dinamic. Modelul A rămâne optim pentru aplicații stabile și cu geometrie standard. Modelul B este util doar în aplicații care impun constrângeri de montaj, deoarece generează costuri energetice mai ridicate.

6. Prototipare și testare experimentală

Prototiparea CoolerBlock reprezintă etapa în care arhitectura modelată numeric este transpusă într-un ansamblu fizic cu dimensiuni reale. Având în vedere dimensiunile semnificative ale blocului (înălțime 55 mm, lățime 428 mm și adâncime 513 mm) și particularitatea constructivă a acestuia, procesul de prototipare implică un set complex de operații: decupare laser, asamblare stratificată, lipire structurală cu adezivi bicomponenți pentru aluminiu și verificări intermediare de planeitate, etanșeitate și rezistență mecanică. Testările efectuate ulterior au rolul de a valida comportamentul termic, hidraulic și structural în regim real de funcționare.

6.1. Fabricarea prototipului conform specificațiilor stabilite
Fabricarea CoolerBlock se realizează printr-o tehnologie hibridă: plăcile de aluminiu de 5 mm grosime sunt decupate la laser în funcție de conturul fiecărui strat, apoi ordonate și asamblate prin lipire structurală. Metoda nu doar înlocuiește frezarea dintr-un bloc masiv, ci permite realizarea unei geometrii interne complexe prin suprapunerea precisă a straturilor.

Pentru realizarea prototipului sunt parcurse următoarele etape:
– decuparea laser a fiecărei plăci de 5 mm conform geometriei interne proiectate;
– marcarea pozițiilor de aliniere pentru evitarea erorilor cumulative;
– șlefuirea ușoară a suprafețelor de contact pentru creșterea aderenței adezivului;
– aplicarea adezivului bicomponent special pentru aluminiu (formula utilizată în motoare termice pentru rezistență la temperatură ridicată și vibrații);
– presarea stratificată în dispozitive de fixare pentru menținerea paralelismului în timpul întăririi adezivului;
– verificarea etanșeității prin presurizare cu aer și imersie parțială;
– testarea rigidității ansamblului la solicitări mecanice;
– montarea racordurilor pentru agentul de răcire și a locașurilor pentru senzori.

Particularitatea acestei tehnologii de fabricație permite obținerea unor canale interne extrem de precise, mai dificil de realizat prin frezare clasică, și reduce semnificativ costurile pentru dimensiuni mari ale blocului.

Tabel – specificații constructive ale prototipului CoolerBlock

Parametru	Valoare	Observații
Material	Aluminiu 5 mm (plăci stratificate)	Decupare laser și lipire structurală
Înălțime bloc	55 mm	Obținută prin suprapunerea a 11 plăci
Lățime	428 mm	Toleranță ±0.2 mm
Adâncime	513 mm	Toleranță ±0.2 mm
Canal principal	3D definit prin straturi	Geometrie imposibilă prin frezare clasică
Adeziv utilizat	Bicomponent pentru motoare termice	Rezistență termică > 180°C
Agent de răcire	Apă demineralizată + glicol	Compatibilitate ridicată cu aluminiul

6.2. Testarea performanțelor termice, hidraulice și mecanice
Testarea experimentală include evaluări detaliate în trei domenii critice: termic, hidraulic și mecanic. Dimensiunile mari ale blocului și metoda de asamblare impun verificări suplimentare față de un bloc monolitic.

Testare termică
– măsurarea temperaturilor cu un grid dens de senzori (≥ 12 puncte pe suprafață);
– analiză în regim staționar și tranzitoriu în interval 20–85°C;
– validarea distribuției uniforme a temperaturii în zone cu densitate termică variabilă;
– verificarea eficienței transferului termic pe toată suprafața blocului stratificat.

Testare hidraulică
– măsurarea pierderilor de presiune pentru debite între 4 și 16 l/min;
– verificarea uniformității fluxului în canalul principal și în derivații;
– detecția zonelor cu stagnare sau acumulare turbulentă;
– compararea presiunilor reale cu cele simulate CFD.

Testare mecanică și de integritate structurală
– evaluarea rigidității ansamblului stratificat în regim de vibrații;
– măsurarea deplasărilor microstructurale între straturi sub șoc termic;
– verificarea rezistenței adezivului la temperaturi ridicate și cicluri termice repetate;
– testarea etanșeității la presiuni de până la 3 bari.

Tabel – comparație între rezultatele simulate și măsurătorile reale

Parametru	Simulare	Testare reală	Abatere	Observații
Temperatură maximă bloc	48°C	50–52°C	+2÷4°C	Influente legate de conductivitatea adezivului
Pierdere de presiune la 10 l/min	0.18 bar	0.22 bar	+0.04 bar	Rugozitate internă mai mare față de simulare
Uniformitate temperatură	±2°C	±3.5°C	+1.5°C	Neuniformități minore între straturi
Stabilitate flux	Ridicată	Ridicată	—	Fără stagnări observate
Etanșeitate	Perfectă (teoretic)	Fără pierderi	—	Adezivul a performat optim

6.3. Analiza rezultatelor și identificarea necesităților de îmbunătățire
Analiza finală a testelor relevă o performanță generală foarte bună a CoolerBlock, cu diferențe moderate față de simulările numerice, explicabile prin natura stratificată a construcției și prin prezența adezivului.

Aspecte identificate pentru optimizare:
– reducerea rugozității interne prin sablare fină sau vibrofinisare înainte de lipire;
– optimizarea unghiurilor derivațiilor pentru compensarea neuniformităților dintre straturi;
– utilizarea unei variante de adeziv cu conductivitate termică superioară;
– micșorarea toleranțelor la decuparea laser pentru minimizarea offset-urilor inter-strat;
– includerea unui strat suplimentar de ranforsare pentru reducerea micro-deformărilor la presiuni ridicate.

Tabel – direcții de optimizare propuse și impactul estimat

Direcție de optimizare	Impact termic	Impact hidraulic	Impact mecanic
Finisare internă suplimentară	Scade temp. cu 1–3°C	Reduce pierderea cu 5–12%	Nesemnificativ
Adeziv cu conductivitate superioară	Uniformitate mai bună	Neutru	Crește rigiditatea inter-strat
Ajustare geometrie derivații	Uniformitate +10–15%	Distribuție flux îmbunătățită	Stabilitate crescută
Reducerea toleranțelor laser	Scade variațiile locale	Stabilizează fluxul	Reduce riscul de delaminare
Strat de ranforsare	Neutru	Neutru	Crește rezistența la vibrații

6.4. Analiză comparativă – avantajele realizării CoolerBlock din plăci de aluminiu decupate laser față de bloc monolitic frezat
Realizarea CoolerBlock prin tehnica stratificată, utilizând plăci din aluminiu de 5 mm decupate la laser și lipite structural, generează avantaje semnificative față de metoda tradițională de frezare dintr-un bloc compact de aluminiu. În aplicațiile de mari dimensiuni, cum este cazul CoolerBlock (55 × 428 × 513 mm), frezarea clasică întâmpină limitări tehnice, costuri ridicate și restricții severe privind complexitatea internă a canalelor.

Avantajele metodei stratificate includ flexibilitate geometrică superioară, acces la forme interne imposibil de obținut prin frezare și costuri reduse în faza de prototipare. Mai mult, controlul precis al fiecărui strat permite ajustarea locală a geometriei fără reprocesarea întregului bloc.

Tabel comparativ – producție stratificată vs. bloc monolitic frezat

Criteriu	Plăci Aluminiu + Decupare Laser	Bloc Compact Frezat
Complexitatea internă	Foarte ridicată – forme 3D prin suprapunere	Limitată – doar canale accesibile sculei
Timp de producție	Redus (decupare rapidă + lipire)	Mare (frezări multiple, scule speciale)
Cost producție	Redus pentru dimensiuni mari	Foarte ridicat
Accesibilitatea canalelor interne	Excelentă – fiecare strat poate fi personalizat	Redusă – necesită frezare profundă
Precizie geometrică	Ridicată prin control strat cu strat	Dependă de rigiditatea blocului și sculei
Modificări la design	Simplu – se editează doar plăcile necesare	Costisitor – necesită refacerea completă
Risc defecte interne	Foarte redus	Ridicat la cavități adânci
Material irosit	Minim	Considerabil

6.5. Analiza impactului asupra performanțelor termice și hidraulice – metodă stratificată vs. bloc frezat
Metoda de realizare a CoolerBlock influențează nu doar costurile și producția, ci și performanțele termice și hidraulice. Geometria canalelor interne este un determinant major al stabilității fluxului și al uniformității temperaturii. Metoda stratificată permite optimizarea locală a fiecărei zone a canalului, ceea ce conduce la o gestionare superioră a fluxului și a transferului termic.

Un alt avantaj major este distribuția mai controlată a rugozității interne. În timp ce blocurile frezate prezintă limitări legate de scule și de accesul în zone adânci, plăcile decupate laser oferă o consistență crescută a profilului canalelor.

Tabel comparativ – impactul metodei de fabricație asupra performanțelor CoolerBlock

Parametru evaluat	Plăci decupate laser (stratificat)	Bloc frezat monolitic
Uniformitate temperatură	Foarte ridicată datorită geometriei precise	Medie – limitată de accesul sculei
Controlul fluxului	Excelent – derivatii optimizate strat cu strat	Moderat – forme limitate
Pierderi de presiune	Reduse, distribuție mai uniformă	Mai mari în canale adânci
Adaptabilitate la modele CFD	Ridicată – replicare fidelă a simulării	Limitată – compromisuri necesare
Risc de zone calde	Minim	Mediu
Stabilitate mecanică	Ridicată prin adeziv structural + aluminiu	Ridicată, dar sensibilă la tensiuni interne
Posibilitatea integrării senzorilor	Ușoară (decupari dedicate în straturi)	Dificilă, necesită post-prelucrări
Masa totală	Redusă	Mai mare

7.Dezvoltarea tehnologică și scalarea către producție

Scalarea CoolerBlock de la nivel de prototip la producție industrială implică standardizarea proceselor de fabricare, validarea repetitivă a performanțelor și adaptarea tehnologiilor de asamblare la ritmuri de producție ridicate. Având în vedere dimensiunile mari ale blocului, construcția stratificată și utilizarea adezivilor bicomponenți pentru aluminiu, scalarea necesită control riguros al variabilelor tehnologice, optimizarea logisticii materialelor și implementarea unor proceduri de verificare automatizate.

7.1. Adaptarea prototipului la cerințele de producție în serie
Procesul de fabricare stratificată trebuie transformat din etapă experimentală într-un flux industrial stabil. Aceasta presupune automatizarea decupării laser, standardizarea modului de aplicare a adezivului, integrarea sistemelor de presare controlată și introducerea instrumentelor de măsurare optică pentru verificarea aliniamentului dintre straturi.

Etapele adaptării la producție includ:
– definirea toleranțelor industriale pentru fiecare placă de 5 mm;
– automatizarea aliniamentului plăcilor prin pini de poziționare integrați în design;
– controlul automat al cantității de adeziv aplicat pe strat;
– introducerea unei prese cu distribuție uniformă a forței pe întreaga suprafață 428 × 513 mm;
– implementarea inspecției optice la rezoluție înaltă pentru verificarea fiecărui strat înainte și după lipire.

Tabel – cerințe de standardizare pentru producția în serie

Parametru	Cerință industrială	Instrument de control
Toleranță decupare laser	±0.05 mm	Sistem optic de măsurare
Aderență adeziv	≥ 22 MPa	Test de forfecare pe eșantion
Planeitate stratificată	≤ 0.15 mm deviație	Scanner 3D cu lumină structurată
Timp de întărire adeziv	12–24 ore	Cameră controlată temperatura
Etanșeitate bloc	0 pierderi la 3 bari	Banc test presurizare

7.2. Optimizarea procesării materialelor și influența adezivului asupra performanțelor
Materialele utilizate în construcția CoolerBlock trebuie procesate astfel încât să mențină geometria proiectată și să asigure proprietățile funcționale rezultate din modelare. Aluminiul este prelucrat în forma de plăci de 5 mm, iar adezivul bicomponent devine un element structural esențial.

7.2.1. Efectele adezivului asupra performanțelor termice
Adezivul bicomponent utilizat în structurile din aluminiu pentru motoare termice prezintă conductivitate termică redusă față de metal, dar distribuția acestuia în straturi foarte subțiri limitează pierderile. În structura CoolerBlock, adezivul acționează ca un strat intermediar cu rezistență termică controlată.

Avantaje termice:
– distribuție uniformă a fluxului termic între straturi;
– amortizare a fluctuațiilor rapide de temperatură;
– posibilitatea compensării geometrice prin ajustarea derivatiilor în model.

Limitări termice:
– creștere moderată a temperaturilor locale (1–3°C);
– variații dependente de grosimea filmului de adeziv;
– influență asupra uniformității termice dacă stratul nu este distribuit perfect.

7.2.2. Impactul adezivului asupra durabilității structurale
Utilizarea adezivilor structurali conferă blocului o rezistență ridicată la stres mecanic și vibrații. Adezivul absoarbe microdeformațiile dintre plăci și reduce riscul apariției fisurilor în aluminiu.

Avantaje privind durabilitatea:
– creșterea rezistenței la delaminare prin îmbinare elastică;
– disiparea eforturilor mecanice pe o suprafață mare;
– reducerea propagării fisurilor în caz de șoc mecanic;
– rezistență bună la medii umede și la glicol.

Limitări:
– îmbătrânirea naturală a adezivului necesită verificări periodice în aplicații critice;
– performanța depinde de calitatea procesului de lipire.

7.2.3. Comportamentul adezivului la vibrații
Adezivii speciali pentru motoare termice sunt concepuți pentru a suporta vibrații intense. În CoolerBlock, aceștia absorb microoscilațiile generate de pompe, echipamente sau variații ale debitului agentului de răcire.

Efecte pozitive:
– reducerea propagării vibrațiilor în masivul blocului;
– amortizarea diferențelor de rigiditate dintre plăci;
– creșterea duratei de viață a ansamblului.

Aspecte de monitorizat:
– stabilitatea modulului elastic după cicluri repetate de vibrație;
– posibile microdegradări la temperaturi foarte ridicate.

7.2.4. Efectele adezivului în cicluri termice repetate
Blocul CoolerBlock poate fi supus unor cicluri termice frecvente între 20°C și 85°C, în funcție de aplicație. Adezivul trebuie să reziste la expansiunea și contracția aluminiului pe durata acestora.

Avantaje în cicluri termice:
– adezivul acționează ca o zonă tampon între plăci;
– minimizează tensiunile inter-strat;
– reduce riscul de deformare permanentă.

Riscuri posibile:
– degradare lentă după mii de cicluri, în funcție de formulă;
– necesitatea testării accelerate pentru validarea duratei de viață.

7.3. Elaborarea fluxului de producție și a procedurilor standard
În producția CoolerBlock, fluxul tehnologic trebuie standardizat astfel încât fiecare unitate fabricată să reproducă fidel performanțele prototipului validat. Aceasta presupune integrarea unor stații de verificare intermediară, trasabilitate completă a materialelor și control automatizat al calității.

Exemple de proceduri standard necesare:
– protocol de decupare laser și verificare optică de strat;
– protocol de aplicare a adezivului și monitorizare a grosimii filmului;
– protocol de presare și întărire controlată a ansamblului;
– protocol de testare hidraulică și termică la finalul liniei.

Tabel – elemente cheie în scalarea procesului CoolerBlock

Domeniu industrial	Cerință critică	Beneficiu obținut
Prelucrare materiale	Repetabilitate strat cu strat	Stabilitate dimensională
Adezivi structurali	Control exact al filmului	Durabilitate și performanță
Control calitate	Scanare optică 3D obligatorie	Detectarea devierilor minore
Testare finală	Presurizare + termografie	Validare completă a unității

8. Validarea finală și demonstrarea funcționalității

Validarea finală a CoolerBlock are rolul de a confirma performanțele obținute în modelare și testare experimentală și de a demonstra că prototipul poate opera în condiții reale, replicând funcționarea sistemelor electrice și optice pentru care a fost proiectat. Această etapă reprezintă trecerea de la nivelul prototip funcțional la un sistem matur tehnologic (aproape de TRL 7–8), capabil să fie integrat în aplicații industriale fără riscuri majore.

8.1. Teste în medii operaționale reale
Testarea în medii reale presupune evaluarea CoolerBlock în sisteme electrice și optice în care încărcarea termică, dinamica agentului de răcire și condițiile externe sunt similare cu cele întâlnite în exploatare.

Scenariile de test includ:
– montarea CoolerBlock într-o aplicație electrică de putere (ex. invertor, modul IGBT, sursă de alimentare industrială);
– utilizarea în sisteme optice cu disipare termică ridicată (ex. module laser cu continuitate ridicată – CW, diode laser de putere, module optoelectronice);
– testare în camere climatice cu variații controlate de temperatură și umiditate;
– testarea la vibrații în regim sinusoidal și aleatoriu, pentru evaluarea comportamentului structural;
– evaluarea stabilității fluxului agentului de răcire în prezența variațiilor de presiune introduse de pompe externe.

Tabel – parametri evaluați în testele operaționale

Domeniu de testare	Parametri analizați	Obiectiv
Termic	Temperatură maximă, uniformitate, disipare	Confirmarea eficienței răcirii
Hidraulic	Presiune, debit, stabilitate flux	Validarea comportamentului fluidic
Mecanic	Vibrații, deformări, rezistență stratificată	Confirmarea integrității structurale
Mediu	Umiditate, temperaturi extreme	Testarea durabilității adezivului și aluminiului

Rezultatele preliminare indică o performanță stabilă în toate mediile testate, cu abateri termice moderate față de valorile simulate și o foarte bună rezistență mecanică a ansamblului stratificat.

8.2. Analiza durabilității și a ciclului de viață
Durabilitatea CoolerBlock este influențată de:

– calitatea stratificării plăcilor de aluminiu
– comportamentul adezivului în cicluri termice și vibrații
– stabilitatea chimică în prezența soluției de apă demineralizată cu glicol

Evaluarea ciclului de viață (LCA – Life Cycle Assessment) și a duratei estimate de funcționare se bazează pe testări accelerate și pe simulări termice în timp.

Componente analizate în durabilitate:
– rezistența adezivului la 10.000+ cicluri termice între 20°C și 85°C;
– pierderea de proprietăți mecanice după expunere la vibrații prelungite;
– coroziunea internă potențială a aluminiului la concentrații variabile de glicol;
– deformarea cumulativă a blocului stratificat sub solicitare hidraulică continuă.

Tabel – evaluare durabilitate și cicluri termice

Parametrul monitorizat	Rezultat testare accelerată	Impact estimat în utilizare
Rezistență adeziv la cicluri termice	Stabilitate 96–98% după 10.000 cicluri	Durată de viață excelentă
Pierderi presiune în timp	Creștere < 5%	Funcționare îndelungată fără degradare majoră
Deformare structurală cumulată	< 0.1 mm	Nesemnificativă pentru funcție
Coroziune internă	Inexistentă cu inhibitor glicol	Stabilitate pe termen lung

Aceste rezultate demonstrează o rezistență foarte ridicată a coolerului în aplicații industriale solicitante, performanțele depășind nivelul minim necesar pentru aplicații continue (24/7).

8.3. Confirmarea conformității cu standarde și reglementări aplicabile
Pentru a putea fi integrat în sisteme industriale, CoolerBlock trebuie să respecte standarde tehnice internaționale privind siguranța, performanța și compatibilitatea materialelor.

Principalele standarde relevante includ:
– standarde pentru componente industriale din aluminiu (ISO 209, ISO 6361)
– standarde pentru sisteme de răcire cu lichid (ISO 11890, ASTM D1384)
– standarde privind adezivii structurali (ISO 4587 – test forfecare, ISO 11339 – test peel)
– standarde pentru compatibilitatea cu medii termice extreme (IEC 60068)
– standarde privind vibrațiile mecanice (ISO 10816, IEC 60068-2-6, 2-64)

Validarea conformității presupune:
– audit intern al fluxului de fabricație stratificată;
– teste de etanșeitate și presiune conform specificațiilor europene pentru circuite hidraulice;
– analize de stabilitate dimensională în funcție de temperatură;
– verificarea calității adezivului și a parametrilor de întărire;
– monitorizare documentată a loturilor de materiale și a parametrilor de producție.

Tabel – stadiul conformității cu standardele tehnice

Standard / Reglementare	Status	Observații
ISO materiale aluminiu	Conform	Material certificat
ISO testare adezivi	Conform	Rezultate în limitele standardului
IEC vibrații	Conform	Rezistență ridicată la solicitări
ISO sisteme răcire lichid	Conform	Etanșeitate validată până la 3 bari
IEC cicluri termice	În curs finalizare	Teste 20.000 cicluri programate

Validarea tehnică confirmă că CoolerBlock îndeplinește criteriile necesare pentru producție pilot și integrare industrială. În urma testelor suplimentare, poate atinge nivelul TRL 8, apropiindu-se de maturitatea completă pentru fabricație în serie.

10. Managementul proiectului și monitorizarea progresului

Managementul proiectului CoolerBlock are rolul de a coordona activitățile de cercetare, dezvoltare, prototipare și validare, astfel încât obiectivele tehnice și de inovare ale companiei Rolix să fie atinse în termenele și bugetele stabilite. Structura de management include definirea rolurilor și responsabilităților, planificarea etapizată a activităților și implementarea unui sistem de monitorizare continuă a progresului, bazat pe indicatori de performanță.

9.1. Structura echipei de cercetare și responsabilități
Echipa proiectului este organizată în jurul unor roluri cheie, fiecare având atribuții bine definite pentru asigurarea unei coordonări eficiente între activitățile de proiectare, simulare, fabricație și testare.

Roluri principale:
– coordonator de proiect – responsabil de managementul global, relația cu conducerea companiei Rolix, aprobarea etapelor majore și gestionarea riscurilor;
– responsabil tehnic (lead inginer proiect) – coordonează proiectarea CoolerBlock, activitățile de modelare numerică, evaluarea rezultatelor și deciziile privind arhitectura finală;
– inginer de simulare – realizează modele CFD și termice, analizează scenarii alternative și furnizează rapoarte de optimizare;
– inginer de proces și fabricație – definește fluxurile tehnologice, parametrii de prelucrare, procedurile de lipire stratificată și controlul calității;
– inginer de testare și validare – dezvoltă planurile de test, organizează campaniile de măsurători termice, hidraulice și mecanice, analizează rezultatele;
– specialist materiale și adezivi – selectează materiile prime, definește condițiile de utilizare a adezivilor și monitorizează comportamentul acestora în teste;
– responsabil calitate – stabilește procedurile interne, criteriile de acceptanță și coordonează auditul tehnic al proiectului;
– responsabil documentare și raportare – centralizează datele, actualizează documentele tehnice și rapoartele de progres, pregătește materialele pentru evaluări interne și externe.

Tabel – roluri și responsabilități principale

Rol	Responsabilități esențiale
Coordonator de proiect	Management general, decizii strategice, raportare către conducerea Rolix
Responsabil tehnic	Coordonare tehnică, validare soluții de design, integrarea rezultatelor de simulare și testare
Inginer simulare	Modelare CFD/termică, analize comparative, propuneri de optimizare
Inginer proces și fabricație	Definirea fluxului de producție, parametri de prelucrare, control proces stratificat
Inginer testare și validare	Planuri de test, măsurători, interpretare date experimentale
Specialist materiale și adezivi	Alegere materiale, testare compatibilitate, monitorizare comportament în exploatare
Responsabil calitate	Proceduri de calitate, audit intern, criterii de acceptanță
Responsabil documentare	Actualizare documente, rapoarte, arhivare tehnică și administrativă

9.2. Calendarul activităților și etapele cheie
Derularea proiectului CoolerBlock este structurată pe etape clare, cu obiective intermediare măsurabile, pentru a asigura o evoluție controlată de la concept la produs validat. Calendarul este construit în corelare cu resursele disponibile și cu necesitatea iterării între fazele de simulare și prototipare.

Etape principale:
– faza 1: definirea cerințelor și specificațiilor (analiză tehnică, cerințe funcționale, obiective de performanță);
– faza 2: proiectare conceptuală și modele 3D (varianta cu canal principal și derivații, construcție stratificată);
– faza 3: modelare numerică și optimizare (CFD, termică, comparare configurații, optimizare geometrie și parametri de debit);
– faza 4: prototipare stratificată (decupare laser, lipire cu adeziv bicomponent, finisare și integrare senzori);
– faza 5: testare de laborator (termică, hidraulică, mecanică, validare cu simulările);
– faza 6: teste în medii operaționale reale (integrare în sisteme electrice/optice, analiză durabilitate, cicluri termice, vibrații);
– faza 7: scalare către producție (standardizare proces, proceduri de calitate, pregătirea liniilor pilot);
– faza 8: documentare finală și pregătire pentru transfer tehnologic.

Tabel – exemplu de structurare a calendarului pe etape

Fază	Denumire etapă	Durată estimată	Rezultat principal
Faza 1	Definire cerințe și specificații	1–2 luni	Document de specificații tehnice
Faza 2	Proiectare conceptuală și modele 3D	2–3 luni	Modele 3D și variante arhitecturale
Faza 3	Modelare numerică și optimizare	3–4 luni	Configurație optimă canal + derivații
Faza 4	Prototipare stratificată	2–3 luni	Prototip fizic CoolerBlock
Faza 5	Testare de laborator	2–3 luni	Validare internă performanțe
Faza 6	Teste în medii reale	3–4 luni	Validare operațională și durabilitate
Faza 7	Scalare către producție	3–6 luni	Flux tehnologic standardizat
Faza 8	Documentare și transfer	1–2 luni	Pachet documentație finală

9.3. Metode de evaluare și raportare a rezultatelor
Monitorizarea progresului în proiectul CoolerBlock se bazează pe indicatori tehnici și de management, pe revizuiri periodice ale stadiului și pe raportări structurate. Acest sistem permite detectarea timpurie a întârzierilor sau a problemelor tehnice și adoptarea unor măsuri corective rapide.

Indicatori principali de evaluare:
– indicatori tehnici: temperatură maximă, uniformitate termică, pierderi de presiune, integritate structurală, etanșeitate;
– indicatori de maturitate tehnologică: nivel TRL atins pe fiecare etapă, număr de iterații de design necesare, stabilitatea parametrilor între prototipuri succesive;
– indicatori de timp: respectarea termenelor intermediare, întârzieri față de plan, durata fazelor critice (simulări, testare, prototipare);
– indicatori de resurse: utilizarea bugetului, costurile per prototip, costurile de ajustare a proceselor.

Metode de evaluare utilizate:
– revizuiri tehnice lunare cu echipa de proiect și cu responsabilii de departamente;
– rapoarte de fază, însoțite de analize comparative între simulări și rezultate experimentale;
– audituri interne de calitate pentru verificarea respectării procedurilor;
– analize de risc actualizate periodic, cu identificarea și monitorizarea riscurilor tehnice și de calendar.

Tabel – structură tipică de raportare lunară

Secțiune raport	Conținut principal
Rezumat executiv	Stadiul general, rezultate majore, riscuri critice
Progres tehnic	Evoluția pe proiectare, simulare, prototipare, testare
Deviatii față de plan	Întârzieri, diferențe tehnice față de obiective
Plan de acțiune	Măsuri corective, modificări plan de lucru
Resurse și buget	Situație cheltuieli, necesar suplimentar dacă este cazul

Prin aceste mecanisme de management și monitorizare, proiectul CoolerBlock poate fi derulat într-un mod controlat, cu vizibilitate clară asupra evoluției tehnice și a utilizării resurselor, facilitând tranziția de la faza de cercetare la cea de producție industrială.

10. Concluzii și direcții viitoare de cercetare

Proiectul CoolerBlock a permis dezvoltarea unei soluții de răcire avansate, dedicată sistemelor electrice și optice, bazată pe o arhitectură cu canal principal și derivații și pe o construcție stratificată din plăci de aluminiu de 5 mm, decupate la laser și lipite cu adeziv bicomponent. Integrarea etapelor de analiză a stadiului tehnologic, specificații, modelare numerică, prototipare, testare experimentală și pregătire pentru scalare demonstrează atât fezabilitatea conceptului, cât și potențialul său de maturizare până la nivel industrial. CoolerBlock se poziționează ca o platformă tehnologică flexibilă, capabilă să fie adaptată la aplicații variate, cu cerințe ridicate de stabilitate termică și fiabilitate.

10.1. Sinteza contribuțiilor tehnologice ale proiectului
Principalele contribuții tehnologice pot fi grupate în patru direcții: arhitectură de răcire, metodă de fabricație, integrare funcțională și validare multi-scenariu.

Contribuții privind arhitectura de răcire
– definirea unei arhitecturi bazate pe canal principal cu derivații, optimizată prin simulări CFD și termice;
– identificarea configurațiilor eficiente (derivații simetrice, secțiune variabilă) pentru controlul presiunii și uniformitatea temperaturii;
– corelarea directă dintre geometria canalelor și stabilitatea termică în aplicații cu sarcini fluctuante.

Contribuții privind metoda de fabricație
– dezvoltarea unei soluții constructive stratificate, prin suprapunerea plăcilor de aluminiu decupate la laser;
– demonstrarea fezabilității unei geometrii interne complexe, dificil de realizat prin frezare clasică din bloc monolitic;
– utilizarea adezivului bicomponent special pentru motoare termice ca element structural, cu rol atât mecanic, cât și de amortizare a eforturilor și ciclurilor termice.

Contribuții privind integrarea funcțională
– compatibilitatea conceptului CoolerBlock cu aplicații electrice și optice cu densitate mare de putere;
– integrarea locașurilor pentru senzori, racorduri hidraulice și elemente de prindere în aceeași arhitectură stratificată;
– posibilitatea configurării blocului pentru mai multe scenarii de exploatare, prin schimbarea doar a unor subseturi de plăci.

Contribuții privind validarea multi-scenariu
– corelarea rezultatelor de simulare numerică cu măsurători reale, în regim termic, hidraulic și mecanic;
– testarea în medii operaționale reale, incluzând cicluri termice repetate, vibrații și variații de debit;
– demonstrarea conformității cu cerințe tehnice relevante pentru integrarea în aplicații industriale.

10.2. Posibile extinderi ale arhitecturii CoolerBlock
Arhitectura CoolerBlock, bazată pe conceptul de bloc stratificat de aluminiu cu canal principal și derivații, oferă premise solide pentru dezvoltări ulterioare în direcția modularității, scalabilității și adaptării la alte medii de lucru.

Direcții de extindere arhitecturală
– dezvoltarea unor variante modulare, în care mai multe blocuri CoolerBlock pot fi conectate în serie sau paralel pentru a deservi echipamente de putere mai mare;
– optimizarea specifică pentru aplicații laser de mare putere, cu zone de răcire diferențiate pentru regiuni cu flux termic extrem;
– realizarea unor configurații cu dublu canal principal (intrare/ieșire distribuită) pentru reducerea gradientelor de temperatură pe diagonala blocului;
– implementarea unor structuri interne hibride, în care anumite plăci includ rezervoare tampon sau camere de amestec pentru stabilizarea suplimentară a temperaturii agentului de răcire.

Extinderi funcționale
– integrarea directă a unor senzori de temperatură și presiune în plăcile intermediare, cu trasee pentru cablare și eventuală comunicare digitală;
– adaptarea conceptului pentru alte fluide de răcire (ex. amestecuri cu altă vâscozitate sau punct de îngheț diferit), cu recalibrarea geometriei canalelor;
– extinderea arhitecturii pentru zone cu medii agresive sau cu cerințe speciale de curățenie, prin adăugarea unor straturi interne de protecție sau acoperiri speciale.

Tabel – direcții de extindere și potențial tehnologic

Direcție de extindere	Descriere	Potențial tehnologic
Modularitate blocuri	Interconectarea mai multor unități CoolerBlock	Creștere capacitate și flexibilitate
Dublu canal principal	Două circuite principale cu alimentări separate	Control fin al zonelor termice diferite
Rezervoare interne	Camere tampon între derivații	Stabilitate superioară la șocuri termice
Senzori integrați	Măsurare direct în structura stratificată	Monitorizare inteligentă și control în timp real

10.3. Oportunități de transfer tehnologic și noi linii de inovare
Rezultatele obținute în proiectul CoolerBlock deschid o serie de oportunități de transfer tehnologic și de extindere a portofoliului de produse și competențe al companiei Rolix.

Oportunități de transfer tehnologic
– transferul conceptului de bloc de răcire stratificat către producători de echipamente electrice de putere (invertoare, convertoare, surse industriale);
– colaborări cu furnizori de sisteme optice și laser industrial (tăiere, sudură, marcaj), care necesită management termic avansat;
– adaptarea arhitecturii pentru aplicații în domeniul roboticii, al electronicii de precizie și al sistemelor de automatizare;
– posibilitatea licențierii metodei de construcție stratificată și a anumitor configurații interne ale canalelor de răcire.

Noi linii de inovare
– dezvoltarea unei familii de produse CoolerBlock, diferențiate pe clase de putere, dimensiuni și tipuri de aplicații;
– integrarea de funcții „inteligente” de monitorizare (temperatură, presiune, debit), conectate la sisteme de control și diagnoză predictive;
– explorarea adezivilor cu conductivitate termică ridicată și proprietăți îmbunătățite pentru cicluri termice extreme;
– extinderea conceptului către materiale hibride (aluminiu + inserții cu conductivitate termică foarte mare) pentru aplicații de vârf.

Tabel – oportunități de valorificare a rezultatelor proiectului

Domeniu țintă	Tip oportunitate	Beneficiu pentru Rolix
Echipamente electrice de putere	Integrare CoolerBlock ca modul standard de răcire	Extinderea pieței și a portofoliului
Sisteme laser industriale	Management termic dedicat pentru surse de mare putere	Poziționare pe segment de nișă cu valoare adăugată mare
Robotică și automatizare	Blocuri de răcire pentru actuatoare și controlere	Creșterea relevanței în industrii emergente
Servicii de proiectare termică	Consultanță și design personalizat	Capitalizare pe know-how-ul generat

Prin ansamblul acestor contribuții și oportunități, proiectul CoolerBlock consolidează capacitatea companiei Rolix de a dezvolta și exploata tehnologii avansate de răcire, furnizând o bază solidă pentru proiecte viitoare de cercetare, dezvoltare și inovare în domenii conexe.