Desenvolvimento do reforço estrutural de vasos de pressão do tipo IV em fibra de carbono/epóxi

• Processo: 23/16872-9
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Programa Capacitação - Treinamento Técnico
• Data de Início da vigência: 01 de março de 2024
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2026
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Materiais Não-metálicos
• Pesquisador responsável: Sergio Luiz Nascimento Junior
• Beneficiário: Francisco Javier Goyo Brito
• CNAE: Fabricação de artefatos de material plástico não especificados anteriormente ; Testes e análises técnicas ; Pesquisa e desenvolvimento experimental em ciências físicas e naturais
• Vinculado ao auxílio: 23/05723-2 - Manufatura de vasos de pressão utilizando materiais compósitos por meio do processo Filament Winding, AP.PIPE
• Assunto(s): Biometano Eficiência energética Materiais compósitos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Biometano | Eficiência Energética | Filament Winding | Materiais compósitos | reforço estrutural | Vasos de Pressão Tipo IV | Materiais Compósitos

Resumo

O uso de energias de fontes renováveis associado às restrições de emissões que contribuem para o aquecimento global aumentam o apelo para utilização de vasos de pressão do IV. Este tipo de vaso de pressão, de forma básica e simplória, é constituído por um liner polimérico (atua como uma barreira a difusão do gás), um revestimento de compósito polimérico (confere resistência mecânica) e um sistema de válvulas. A combinação do liner polimérico com o compósito exibe elevada resistência e rigidez específicas, além da resistência a corrosão. Além disso, viabiliza o design de vasos de pressão que suportem elevada pressão interna e com baixa massa específica. O revestimento do vaso de pressão possui um papel fundamental, pois tem como objetivo conferir resistência mecânica. Portanto, o uso de compósitos poliméricos reforçados com fibras de carbono contínuas destaca-se, permitindo pressões elevadas ao contrário de materiais encontrados em outros tipos de vasos de pressão, como fibras de vidro e metais. As fibras de carbono possuem excelente desempenho à fadiga e elevada resistência à fluência e estabilidade química, resultando em um aumento da vida útil do produto reduzindo a necessidade de substituição de componentes, justificando seu uso. O processo de enrolamento filamentar (filament winding) é muito utilizado na obtenção de vasos, além de permitir o processo a partir do uso de fibras pré-impregnadas (towpregs) ou fibras secas que são "molhadas" durante o processo (wet winding). O uso de towpregs garante fração volumétrica de fibra e matriz adequada, possibilidade de se obter geometrias complexas e propriedades superiores. Por outro lado, o wet winding apesar dos custos envolvidos serem baixos, é difícil de se controlar a fração volumétrica dos constituintes do compósito, velocidade de deposição reduzidas e propriedades inferiores. Destaca-se também que o processo de enrolamento filamentar é um processo automatizado e de baixo custo que permite o uso eficiente de fibras de alta resistência para maior eficiência estrutural. Deste modo, o trabalho a ser desempenhado pelo bolsista engloba todas as etapas e atividades necessárias para a obtenção do revestimento em fibra de carbono/epóxi a partir do processo de enrolamento filamentar, bem como o auxílio na realização dos ensaios que garantam a correta seleção do material (towpreg ou wet winding), do processo de fabricação e da segurança do protótipo a ser desenvolvido e utilizado na fabricação do vaso de pressão; além de fornecer os inputs necessários para verificação e validação da simulação numérica do vaso de pressão a ser desenvolvido. Portanto, para atingir os objetivos mencionados o bolsista realizará as seguintes atividades: auxiliará na etapa de seleção e caracterização das matérias primas; definição dos parâmetros e melhor rota de processamento via filament winding; produção e caracterização de protótipos em escala laboratorial; demonstração de funções críticas em ambiente relevante; fornecer inputs para a simulação numérica; e acompanhar o desenvolvimento do liner polimérico.