Estudo e simulação em OpenFOAM do processo de infusão vácuo

Abstract

A simulação computacional tem ganho uma importância crescente na indústria, sendo de grande utilidade no estudo de processos produtivos, permitindo a diminuição de tempo e da necessidade de utilização de materiais para a produção de protótipos ou para a obtenção de resultados experimentais. Com o desenvolvimento da tecnologia foram criados vários softwares que permitem a simulação de vários processos com resultados fidedignos, e já validados através de vários estudos. Os softwares de simulação computacional são, atualmente, mais completos em termos de conteúdo e de opções de simulação. Este maior desenvolvimento deve-se a uma maior percentagem de estudos realizados sobre eles e a uma maior comparação dos resultados dos mesmos com resultados experimentais. O OpenFOAM é um software livre que surgiu pelo trabalho de alguns investigadores, mas que foi aberto a uma comunidade maior após um desenvolvimento significativo. Atualmente recebe desenvolvimento proveniente do trabalho dessa mesma comunidade e de vários investigadores, tendo um crescimento gradual ao longo dos anos. O processo de infusão de resina com ajuda de vácuo, permite a produção de materiais que apresentam aplicações na indústria naval, automóvel e aeronáutica. O processo industrial centra-se na introdução de resina num molde com um fundo duro selado com um saco maleável. São colocadas as percentagens necessárias de fibras no fundo do molde, posteriormente estas são envolvidas pela resina produzindo o produto final que consiste num material compósito de matriz polimérica e de reforço com fibras metálicas/cerâmicas. O OpenFOAM será utilizado na simulação de um processo de infusão de resina com ajuda de vácuo (VARI), utilizado na produção de materiais compósitos de matriz polimérica, de grande dimensão e de alta-performance. Os resultados finais foram comparados com os de um software comercial, o PAM-Composites de forma a perceber-se a diferença de resultados. Para além disso foram utilizados, nas simulações, resultados experimentais obtidos no PIEP em que foi analisado o avanço da resina através de um molde de vidro, com o objetivo de calcular a velocidade de escoamento e a partir disso a permeabilidade das fibras consideradas. Concluindo, os resultados finais até demostraram que os resultados obtidos em simulação são muito próximos aos resultados experimentais e que são um bom método de estudo de processos experimentais.

Computacional simulation has been increasing in importance being of great utility in the study of production processes. Allowing the decrease in time and materials for the experimental results. With the technology development several softwares were created to allow process simulation. The simulation software’s usually have more complete content and simulation options due to better percentage of studies using this type of softwares. OpenFOAM is an Open-source software created by the work of investigators whose free access was given to a larger community. Currently the software development has been done by the researchers using the software. The software will be used in the simulation of a polymeric matrix composite materials production process named Vacuum Infusion aided process. The process is used in the production of high-performance products with applications in marine industry, automotive and aeronautics. The process focus is the resin introduction in a mold with a hard bottom covered by a malleable bag. The right percentage of fibers is introduced in the mold and is later involved by the resin that in the end passes by a cure process. The final product is a composite material with a polymeric matrix and a metallic/ceramic reinforcement. Whit the main goal of understand the potentialities of an Open-Source software in vacuum infusion process simulation, some simulations were performed. The results were compared with commercial software’s results like PAN-Composites. Beyond that the results were also compared with experimental results obtained in PIEP with the analyses of the resin flow in a glass mold. This experiment allows resin flow velocity and fiber permeability calculation. In conclusion the results were good, showing that the simulation results are near the experimental results. The simulation software are a good way to learn and understand the industrial process.