Otimização Topológica de Placas Terminais de Células a Combustível Considerando Restrições de Tensão, Temperatura e Distribuição de Pressão

Este trabalho é parte do projeto São Paulo Excellence Chair (SPEC) e foca no desenvolvimento de modelos computacionais para células a combustível, com ênfase na otimização estrutural de placas terminais em pilhas de células a combustível PEM. As placas terminais são responsáveis por distribuir as cargas de fixação e manter uma pressão de contato uniforme entre as células, afetando diretamente o desempenho, a durabilidade e a massa da pilha. Na prática atual, a otimização topológica de placas terminais de célula a combustível abordou, no máximo, combinações de peso com rigidez ou uniformidade da pressão de contato, sem considerar simultaneamente limites locais de tensão, comportamento térmico e controle da temperatura da interface. Em contraste, esta pesquisa tem como objetivo desenvolver uma estrutura de otimização topológica tridimensional e multi-física para placas terminais, que minimize a massa sujeita a restrições de compliance mecânico, compliance térmico, distribuição de pressão, tensão local e temperatura da interface. A formulação será implementada utilizando o método dos elementos finitos e otimização baseada em gradientes, permitindo o tratamento do problema termo-mecânico acoplado sob condições operacionais realistas. Espera-se que os projetos otimizados resultantes forneçam placas terminais leves que satisfaçam os requisitos de desempenho mecânico e térmico, contribuindo para melhorias na eficiência do sistema, na densidade de potência gravimétrica e na viabilidade de aplicações de células a combustível PEM em sistemas automotivos, aeroespaciais e estacionários.