Desafio Smart Factory: Novos materiais, aço
Projeta-se no âmbito do desafio de Smart factory uma linha de investigação sobre os novos materiais que deverão ser integrados no desafio proposto. O objetivo desta linha será o estudo e a investigação de novos materiais de fabrico não utilizados atualmente neste tipo de estruturas metálicas, com focagem nos mais relevantes no que respeita a quantidade e custo como o aço e a tinta. O objetivo é muito ambicioso, dado que pretende introduzir novos materiais no setor como, por exemplo, aços com maior limite elástico, aço termomecânico.
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Análise estrutural de novos materiais aços (encurvadura e comportamento face à fadiga)
Agentes agregados
Resumo da proposta
Efetuar-se-á um estudo e investigação quanto aos materiais com os quais se fabricam as torres e particularmente com os aços usados atualmente. Levar-se-á a cabo um estudo e uma série de ensaios, tendo em vista a consecução de um novo tipo de aço baseado numa estrutura de grão fino. Graças a isto, pretende-se aumentar os parâmetros de soldadura; melhorar certos parâmetros dos aços utilizados como a tenacidade, estudo das variáveis críticas dos materiais, assim como uma redução da espessura das paredes das torres eólicas. Tudo isto tem associado um melhoramento na produtividade e uma redução de custos. Nas próximas secções de metodologia e resultados esperados especificar-se-ão as ações levadas a cabo e os objetivos concretos.
A primeira linha principal trata do estudo e da evolução das metodologias atuais de conceção aplicadas ao cálculo da encurvadura, principalmente da encurvadura local, recolhidas a nível normativo no âmbito do Eurocódigo 3, parte 1-6. O estudo deste fenómeno de instabilidade crítico na componente torre de um aerogerador apresenta mais do que uma linha de otimização, entendendo-se por otimização o melhoramento em custos derivado da diminuição drástica da espessura da parede da torre eólica. Tal redução não só permite a poupança em matérias-primas, mas também melhora os tempos do processo de soldagem.
A segunda linha principal de estudo, e mantendo o mesmo espírito da primeira, é o estudo de uniões soldadas e a sua definição geométrica. Projeta-se o estudo e o desenvolvimento do comportamento e melhoramento das uniões soldadas vinculadas aos produtos de eólica. A introdução dos aços termomecânicos e a modificação dos processos de soldadura abrem a necessidade de uma nova revisão da geração de curvas próprias que determinem o comportamento face à fadiga real de tais uniões. Sendo a definição geométrica o parâmetro crítico determinado nos aços existentes na indústria eólica, o controlo produtivo dos parâmetros geométricos deve ser testado, controlado e serializado, para se poder combiná-lo com as três linhas anteriores de investigação de uma solução ótima em custos.
Objetivo do projeto
O fim consiste em levar a cabo a introdução de novos aços termomecânicos que nos permitam o uso de parâmetros de soldadura mais altos, aumentando a produtividade das áreas de soldadura e mantendo o nível de qualidade adequado já existente. Para a execução deste estudo é necessário um processo de ensaio e erro, reajustando intensidades, voltagens e velocidades de soldagem, chegando-se a determinar a entrada de calor máxima que tais aços podem chegar a assumir.
Resultados esperados e indicadores
Graças à investigação e ao desenvolvimento de novos materiais pretende-se:
1. Analisar processos de soldadura de aços termomecânicos, objetivo S420M/S460M.
2. Aplicação do aumento de tal limite elástico no cálculo em encurvadura.
3. Melhoramento das metodologias de encurvadura vinculadas ao estudo das deficiências reais das peças a estudar.
4. Estudo e geração das curvas face à fadiga e definição das variáveis críticas para o processo.
5. Modelagem do dano face à fadiga relativamente a corrosão em ambientes offshore.
Embora se projete o estudo do comportamento mecânico e dinâmico de novos materiais, é fundamental para o setor que se veja a sua afetação quanto ao processo de pintura e corrosão associada.
Justificação do potencial impacto tecnológico do projeto (TRL)
O projeto avançará a partir de uma TRL inicial TRL2 até um final esperado de TRL5, de acordo com as fases seguintes:
1. TRL2: Conceito ou Tecnologia Formulados. Parte-se de linhas de investigação definidas.
2. TRL3: Teste de Conceito. De acordo com essas linhas, e após uma análise pormenorizada do estado da arte, começar-se-á a estruturar um teste de conceito, cujos resultados iniciais poderiam fazer variar as linhas de investigação fundamentais inicialmente previstas.
3. TRL4: Validação a Nível de Componente de Laboratório. Pretende-se levar a cabo uma campanha completa de ensaios que permita a análise dos comportamentos estruturais de novos materiais de aço aplicados à indústria eólica.
4. TRL5: Validação de um ambiente relevante a Nível de Componente. A prototipagem prévia de laboratório será testada no Centro I+D mediante o desenvolvimento e a validação de uma estrutura dummy.
