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Tipo: TCC
Título : Desempenho e segurança de cilindros de pressão Tipo 4 para armazenamento de hidrogênio: uma abordagem de simulação computacional
Título en inglés: Performance and safety of Type 4 pressure cylinders for hydrogen storage: a computational simulation approach
Autor : Rodrigues, Milena Peixoto
Tutor: Deus, Enio Pontes de
Palabras clave en portugués brasileño: Cilindro Tipo 4;Armazenamento de hidrogênio;Simulação computacional;Análise de elementos finitos (MEF);Segurança estrutural
Palabras clave en inglés: Type 4 Cylinder;Hydrogen storage;Computational simulation;Finite element analysis (FEA);Structural safety
Áreas de Conocimiento - CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
Fecha de publicación : 2025
Citación : RODRIGUES, Milena Peixoto. Desempenho e segurança de cilindros de pressão Tipo 4 para armazenamento de hidrogênio: uma abordagem de simulação computacional. 2025. 84 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Metalúrgica) — Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
Resumen en portugués brasileño: No âmbito da segurança e desempenho de cilindros de pressão Tipo 4 para armazena-mento de hidrogênio verde, analisou-se a resposta estrutural, térmica, modal e de fratura utilizando simulação computacional via ANSYS Workbench, com base nos critérios da norma ASME Seção X, Apêndice 8. Foi modelado um cilindro composto por liner de PEAD, compósito T700/Epóxi e bocal de Alumínio 6061 T6 (raio externo 150 mm, comprimento 650 mm), utilizando 1/8 de simetria. As análises incluíram: simulação estrutural estática sob 70 MPa de pressão interna; análise térmica estacionária com 85°C internos e 28°C externos; análise modal para identificação das frequências naturais; e análise de fratura com introdução de uma trinca semi-elíptica de 1 mm x 3 mm no com-pósito. Os resultados da análise estrutural indicaram tensão máxima principal de 1630 MPa antes da trinca (excedendo o limite admissível estimado de ~991 MPa) e 1,397E4 MPa na ponta da trinca, com deflexão máxima de ~14 mm. A análise térmica confirmou operação no limite de 85°C no liner. A análise modal identificou as 6 primeiras frequên-cias naturais (entre ~1083 Hz e ~2570 Hz), com leves alterações devido à trinca. A aná-lise de fratura resultou em Fatores de Intensidade de Tensão máximos de KI ≈ 142 MPa√m, KII ≈ ±30 MPa√m e KIII ≈ -46 MPa√m (absoluto), indicando carregamento misto crítico na direção da profundidade. Dessa forma, verifica-se que a simulação computacional é ferramenta essencial para avaliar a segurança, identificando pontos críticos de tensão e temperatura próximos aos limites normativos e quantificando o im-pacto significativo de defeitos, indicando necessidade de otimização do projeto.
Abstract: Within the scope of the safety and performance of Type 4 pressure vessels for green hydrogen storage, the structural, thermal, modal, and fracture response was analyzed using computational simulation via ANSYS Workbench, based on the criteria of the ASME Section X, Appendix 8 standard. A cylinder composed of an HDPE liner, T700/Epoxy composite, and an Aluminum 6061 T6 boss (outer radius 150 mm, length 650 mm) was modeled using 1/8th symmetry. The analyses included: static structural simulation under 70 MPa internal pressure; steady-state thermal analysis with 85°C in-ternal and 28°C external temperatures; modal analysis for identifying natural frequenci-es; and fracture analysis involving the introduction of a 1 mm x 3 mm semi-elliptical crack in the composite. The structural analysis results indicated a maximum principal stress of 1630 MPa before the crack (exceeding the estimated allowable limit of ~991 MPa) and 1.397E4 MPa at the crack tip, with a maximum deformation of ~14 mm. The thermal analysis confirmed operation at the 85°C limit in the liner. The modal analysis identified the first 6 natural frequencies (between ~1083 Hz and ~2570 Hz), with slight alterations due to the crack. The fracture analysis resulted in maximum Stress Intensity Factors of KI ≈ 142 MPa√m, KII ≈ ±30 MPa√m, and KIII ≈ -46 MPa√m (absolute va-lue), indicating critical mixed-mode loading in the depth direction. Therefore, computa-tional simulation is demonstrated as an essential tool for assessing safety, identifying critical stress and temperature points near standard limits, and quantifying the signifi-cant impact of defects, highlighting the need for design optimization.
URI : http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/83134
ORCID del autor: https://orcid.org/0009-0005-2672-9873
Lattes del autor: http://lattes.cnpq.br/7006971031260899
Lattes del tutor: http://lattes.cnpq.br/4103000464634050
Derechos de acceso: Acesso Aberto
Aparece en las colecciones: ENGENHARIA METALÚRGICA - Monografias

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