Otimização multiobjetivo de vaso de pressão tipo IV para armazenamento de hidrogênio usando método dos elementos finitos e metodologia de superfície de resposta

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: NEVES, Carlos Eustáquio dos Santos
• Orientador(a): ANCELOTTI JUNIOR, Antônio Carlos
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Itajubá
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia Elétrica
• Departamento: IESTI - Instituto de Engenharia de Sistemas e Tecnologia da Informação
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Vaso de pressão compósito; Método dos elementos finitos; Metodologia de superfície de resposta; Algoritmo genético multiobjetivo; Fibra de carbono; Armazenamento de hidrogênio
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA
• Link de acesso: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3952

As células de combustível de hidrogênio para veículos estão entrando no mercado automotivo e em muitos outros mercados, como sistemas de armazenamento estacionários e combustível aeroespacial para foguetes, oferecendo benefícios como a redução das emissões de gases nocivos, maior segurança energética e maior eficiência dos transportes. Um dos grandes desafios neste campo é o desenvolvimento de tecnologias para armazenar hidrogénio de uma forma que permita o transporte e armazenamento seguros desde o local de produção até ao consumidor final. O armazenamento de hidrogênio requer um recipiente sob pressão mais sofisticado em comparação com um tanque de combustível tradicional, por exemplo. O principal desafio do vaso de pressão para armazenamento de hidrogênio reside na sua construção e no projeto, particularmente na identificação de materiais alternativos e configurações de diferentes fibras que possam suportar a pressão interna nominal de trabalho. Neste estudo, simulações numéricas serão realizadas utilizando o Método dos Elementos Finitos (MEF) para avaliar diversas configurações de laminados, incluindo diferentes orientações e espessuras de fibra. O objetivo é avaliar a probabilidade mínima de falha. Para aumentar a eficiência computacional, a Metodologia de Superfície de Resposta (RSM) será utilizada para criar uma função objetivo, que será otimizada usando o Algoritmo Genético (AG). Os parâmetros ideais do vaso de pressão serão validados através do Método dos Elementos Finitos (MEF). Inicialmente, simulações numéricas serão realizadas utilizando FEM em um vaso de pressão composto tipo IV. Será considerado um liner de poliamida 6 (PA6) com trama de fibra de carbono, juntamente com diferentes orientações e espessura constante das camadas laminadas. O objetivo é minimizar o fator de segurança Tsai-Wu para cada combinação. Alguns dados obtidos do FEM serão usados para criar um modelo de superfície de resposta de fator inverso (IRF) personalizado. Este modelo será utilizado para determinar a resistência de reserva do material com base no Critério de Falha Tsai-Wu, que representa adequadamente a influência desses parâmetros na resposta mecânica do vaso de pressão. Posteriormente, será empregado o método de otimização multiobjetivo de algoritmos genéticos para encontrar os valores ótimos das variáveis de projeto que garantam o menor peso e a mínima probabilidade de falha. Os resultados demonstram a eficácia desta metodologia, que será então validada através do Método dos Elementos Finitos (MEF) para confirmar os parâmetros ideais do vaso de pressão.