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.

Investigador principal

Prof. Dr. D. Federico París Carballo

Investigador

Juan Antonio Cabrera González

Sede

Universidade de Sevilha - GRI TOWER Sevilla, S.L.

Tecnología

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.