Diseño optimo de una forma no tradicional de almacenamiento de gas para vehiculos basado en material compuesto

Zusammenfassung

Esta tesis, plantea la hipótesis de que se puede obtener el diseño óptimo de un recipiente a presión de forma toroidal, para obtener unas prestaciones superiores a otras formas de almacenamiento tradicionales, como es el caso de los recipientes cilíndricos. Hay dos aplicaciones clave en el planteamiento de este objetivo. a) Almacenamiento para los nuevos usos con gas natural (GNC) b) Almacenamiento para la utilización del Hidrogeno como combustible. El diseño del recipiente se realizará por medio de simulaciones numéricas o ensayos virtuales y se empleará el Método de Elementos Finitos (MEF) como método matemático que permita modelar, calcular los movimientos, y a partir de ellos, las tensiones y deformación que se pueda presentar en el modelo toroidal seleccionado. Se usará como herramienta disponible para este fin el programa Mechanical ANSYS y utilizaremos su lenguaje de programación Parametric Desing Language (Mechanical APDL). La carga considerada será la presión interior del gas almacenado. Se usará un material compuesto (Composite) para la construcción del recipiente. Por último, el diseño del recipiente será optimizado para obtener una cantidad mínima de material, y por lo tanto un coste menor, mediante un nuevo algoritmo de optimización combinado Metaheurístico-Hilado conectado a un método de Gradiente para tener una mejor aproximación en la etapa final. Además, se estudian varios tipos de materiales compuestos (fibra + matriz), para seleccionar el que mayor prestación ofrezca, determinándose que el compuesto fibra de carbono y matriz epoxi es el que mejor prestación ofrece. El desarrollo del optimizador se ha realizado en el lenguaje de alto nivel, JAVA. Su condicionante principal es el criterio de fallo establecido. Se han aprovechado los atributos del lenguaje de programación como la multitarea para poder asegurar rapidez en los procesos de cálculos a realizarse. Por último, se realiza la integración de Java con Ansys mediante el lenguaje APDL, funcionando ANSYS como un motor de cálculo de matemático utilizando el MEF, dando lugar a un sistema muy eficiente de diseño optimizado de este tipo de recipientes.