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SII&DT 16779 RformBplates

Compete 2020/FEDER


Código da Operação: POCI-01-0145-FEDER-016779

Referência: SII&DT 16779 RformBplates

Objetivo principal: Reforçar a investigação, o desenvolvimento tecnológico e a inovação

Acrónimo: RformBplates

Título: Melhorar o fabrico de placas bipolares metálicas para células de combustível através do processo de conformação com borracha

Área Científica: Engenharia Mecânica e Sistemas de Engenharia Tecnologia Mecânica

Síntese do Projeto: As pilhas de combustível são dispositivos eletroquímicos que transformam diretamente a energia da molécula de hidrogénio em eletricidade. Elas estão a receber muita atenção ultimamente devido às suas características amigas do ambiente, alta eficiência, alta densidade de potência, arranque rápido e baixo nível de ruído. Na verdade, elas são uma das fontes de energia mais promissoras para a indústria dos transportes. No entanto, fatores como o alto custo e baixa durabilidade continuam a ser as maiores barreiras para a sua comercialização e utilização generalizada por parte das empresas do sector automóvel. De fato, a potência da célula de combustível é atualmente cerca de duas vezes mais cara do que os motores de combustão interna. As placas bipolares são um dos componentes críticos das células de combustível PEM, abrangendo a maior parte do seu peso, volume e custo. Portanto, a sua durabilidade o custo de produção devem ser otimizados de forma a introduzir as células de combustível no mercado e competir com outras fontes de energia. Entre os vários métodos de produção atualmente utilizados para as placas bipolares, o processo de conformação com borracha apresenta várias vantagens para placas bipolares metálicas finas. A grande qualidade da superfície e a precisão dimensional das peças são as principais características deste processo tecnológico, as quais são indispensáveis para a aplicação considerada. Além disso, os processos de conformação plástica são conhecidos pelos seus altos índices de produtividade, portanto adequados à produção em massa. No entanto, a complexidade da geometria das placas bipolares (vários canais de fluxo na superfície) requer uma otimização cuidada das condições de processo, sendo uma tarefa demorada e dispendiosa usado o método tentativa e erro.
Hoje em dia o método dos elementos finitos é uma ferramenta indispensável para compreender os mecanismos de deformação envolvidos no processo de conformação, permitindo melhorar a formabilidade dos metais. A simulação numérica permite prever a ocorrência de defeitos, otimizar a forma das ferramentas e parâmetros de processo em fase de projeto. No entanto, o desempenho destas ferramentas computacionais é muito dependente dos modelos numéricos adotados para descrever o comportamento mecânico (elásticoplástico para chapas metálicas e hiperviscoelástico para borrachas) e condições de contato com atrito. A equipa de investigação tem uma grande experiência em processos de estampagem convencionais, tanto do ponto de vista numérico como experimental. Em relação à simulação numérica, o código de elementos finitos académico DD3IMP tem sido desenvolvimento e otimizado pela equipa para simular processos de estampagem de chapas metálicas. A precisão dos resultados numéricos obtidos pela equipa tem sido reconhecida em vários testes internacionais de referência. O objetivo deste projeto é desenvolver um modelo numérico capaz de simular o processo de conformação com borracha de placas bipolares metálicas. Serão utilizadas vários resultados experimentais para validar o modelo numérico desenvolvido. A formabilidade da chapa vai ser estudada através de vários ensaios de conformação simples (placa bipolar com um único canal) utilizando ferramentas com geometrias diferentes. A comparação entre resultados experimentais e numéricos será utilizada para melhorar os modelos numéricos, nomeadamente os parâmetros dos modelos constitutivos dos materiais e a lei de atrito. Além disso, esperase definir algumas diretrizes para selecionar os parâmetros de processo e a geometria dos canais de escoamento mais adequados para a produção de placas bipolares metálicas sem defeitos. A otimização do processo de conformação com borracha para produzir placas bipolares metálicas vai ser realizada com o código de elementos finitos desenvolvido no âmbito do projeto. Esta abordagem irá contribuir para reduzir o custo global das placas bipolares e consequentemente das pilhas de combustível. Assim, são esperadas contribuições a três níveis:
Desenvolvimento de ferramentas numéricas capazes de simular com precisão a produção de placas bipolares utilizando o processo de conformação com borracha. O programa de elementos finitos deve incluir uma vasta base de dados de modelos constitutivos para descrever com precisão o comportamento mecânico da chapa metálica e da borracha, assim como a lei de atrito;
Análise experimental da formabilidade de duas chapas metálicas (alumínio e aço) durante o processo de conformação com borracha. Comparação de várias geometrias de ferramentas e parâmetros de processo;
Otimizar o fabrico de placas bipolares metálicas através do processo de conformação com borracha utilizando simulação numérica. Estudar a influência de cada parâmetro na formabilidade da placa bipolar, de forma a otimizar as condições de processo e geometria da ferramenta.

Investigador Responsável: Doutor Diogo Mariano Simões Neto

Programa de Financiamento: PT2020-SII&DT – Copromoção

Instituição Financiadora: Agência Nacional de Inovação, S.A.

Data de início: 01-05-2016

Data de conclusão: 01-05-2019

Instituições participantes no Projeto: Universidade de Coimbra (proponente); Universidade do Minho

Custo total elegível (EUR): 141.456,00€

Apoio financeiro da UE: 120.237,60€

Técnico do Projeto: Telmo Leandro

Contacto: 239 247 024