Réduire les itérations pour le développement d'une nouvelle vanne à hydrogène

OMB Saleri S.p.A. (OMB) a commencé à développer de petites pièces métalliques et des vannes pour les applications résidentielles de gaz et d'eau en 1980. L'expérience acquise dans les domaines de la sécurité des gaz et des applications à haute pression a permis à l'entreprise d'étendre sa gamme de production à d'autres segments de marché tels que l'automobile, les modules aéronautiques ou les projets de défense. Dans le segment de la sécurité du gaz, elle travaille sur des navires pour le stockage du gaz et la manutention des matériaux.

Depuis plus de 30 ans, d'abord avec le gaz naturel comprimé (GNC), puis avec les composants hydrogène (H2), OMB s'impose comme l'un des équipementiers les plus avancés et les plus innovants au monde.

Grâce à ses nombreuses applications possibles dans tous les secteurs d'activité, le H2 suscite un intérêt croissant dans le monde entier. Lors de son utilisation, il n'émet pas de dioxyde de carbone (CO2). Par conséquent, l'hydrogène produit une faible quantité de pollution atmosphérique. Cela offre une solution pour décarboniser les processus industriels et les secteurs économiques où la réduction des émissions de carbone est à la fois urgente et difficile à réaliser. Le H2 est une priorité essentielle pour la transition vers une énergie propre en Europe.

Dans ce contexte, le marché des piles à combustible pour l'automobile s'est développé grâce à l'utilisation du H2 au détriment des carburants conventionnels comme le pétrole et le gaz. Des entreprises comme OMB ont développé de nouvelles technologies pour répondre à ce besoin et fournir des composants fiables.

OMB dispose d'une gamme complète de produits qui peuvent prendre en charge la trajectoire du flux H2 depuis la station-service jusqu'aux réservoirs à haute pression, au régulateur de pression et enfin à la pile à combustible. Ses vannes sont couramment utilisées sur les véhicules légers et les camions. L'objectif d'OMB est de fournir des vannes fiables qui peuvent résister aux plus de 700 bars utilisés pour le stockage du H2.

L'équipe basse pression d'OMB est dirigée par Fatima Patricia Amores, chef de projet et ingénieur en matériaux. Marco Bosio, ingénieur produit chez OMB, a travaillé à la mise au point de vannes utilisées pour l'hydrogène, côté basse pression d'une pile à combustible. Les connaissances de l'entreprise sur l'anode de la pile à combustible lui permettent d'aider ses clients à construire également la cathode. Elle peut donc également fournir des vannes pour le côté cathode d'une pile à combustible.

OMB est prêt à relever les défis et a l'habitude de développer des vannes à partir de zéro. La plupart de ses produits sont des solutions innovantes qui comblent une lacune sur le marché de l'automobile. L'entreprise a donc besoin d'un logiciel fiable pour l'aider à comprendre comment une modification de la conception peut améliorer la fonctionnalité d'une vanne et s'assurer que la conception répond aux attentes de ses clients.

La simulation doit relever des défis tels que la réponse dynamique d'une vanne proportionnelle, l'étalonnage du débit dans une vanne de vidange d'anode et la prédiction du comportement de la vanne sur le réservoir dans les pires conditions de tolérance.

OMB a utilisé le logiciel Simcenter™ Amesim™ pour sa première simulation. Simcenter fait partie de la plateforme Siemens Xcelerator, qui comprend des logiciels, du matériel et des services. En se concentrant sur la vanne de régulation de pression, l'entreprise a simulé la déformation mécanique du tampon d'étanchéité, le débit et la force magnétique. La simulation a été réalisée dans des conditions stationnaires afin de mieux comprendre l'impact de la conception spécifique sur la vanne. À partir de cette première étude, OMB a créé un modèle Simcenter Amesim pour simuler la vanne et évaluer le temps nécessaire pour faire face à une variation de pression.

Elle a étudié comment une stratégie différente de contrôle des serpentins affecterait le contrôle de la pression et dans quelle mesure la pression de sortie peut être régulée.

Un plan d'essai a été discuté et approuvé afin d'établir une corrélation entre les sorties prévues par Simcenter Amesim et celles provenant de la vanne. "À l'heure actuelle, la conception a été validée et les vannes sont en cours de production", explique M. Bosio.

Lors de la conception d'un composant d'un système complexe, il n'est pas toujours possible de s'appuyer sur des tests et des simulations 3D. Par conséquent, la simulation d'un système devient essentielle pour ceux qui ont besoin de produire rapidement l'évolution dynamique d'un système.

Dans ce cas, l'utilisation de Simcenter Amesim a permis de réduire les itérations de conception et d'éviter les tests fastidieux.

"Nous pouvons dire qu'avec Simcenter Amesim, nous gagnons le temps d'une itération dans la phase de prototypage. Cela signifie qu'en moyenne, nous pouvons gagner six semaines sur un projet", explique M. Bosio.

"Aujourd'hui, lorsqu'un nouveau produit est développé, nous prévoyons au moins une simulation pour vérifier la validité de la nouvelle conception. Pour les vannes utilisées dans les applications de sécurité, nous simulons également certains modes de défaillance." Selon M. Bosio, trois éléments principaux ont contribué au succès de l'utilisation de l'outil de simulation par OMB.

Tout d'abord, Simcenter Amesim est un logiciel utilisé dans les grandes entreprises. En outre, l'interface utilisateur graphique est intuitive et contient des descriptions détaillées des éléments.

Mme Amores explique : "C'est un logiciel très répandu dans les grandes entreprises, il est donc possible de collaborer efficacement, de créer des réseaux et d'intégrer votre module dans un système plus large. En outre, il présente des graphiques intuitifs et une courbe d'apprentissage rapide." Renato Santulli, directeur technique chez OMB, ajoute : "Chaque élément simulé est accompagné d'une explication détaillée, avec des références claires à la théorie et à la littérature académique. De plus, les équations sous-jacentes à chaque élément sont clairement exposées en langage C, afin de satisfaire toute personne intéressée par une compréhension plus précise de ce qu'elle simule."

Sans simulation, OMB aurait besoin de séquences de tests plus perturbantes ou plus longues. En cas d'échec, la conception devrait faire l'objet d'un examen, ce qui aurait un impact sur les étapes du projet. M. Bosio déclare : "Simcenter Amesim nous aide vraiment à développer de nouveaux produits en un rien de temps. Avant la simulation, il nous aurait fallu plusieurs années pour réaliser une vanne".

OMB a également reçu l'aide d'un partenaire précieux, BSim, qui a formé le personnel à l'utilisation efficace de Simcenter Amesim et l'a aidé à étudier de nouvelles bibliothèques afin de trouver la solution la plus adaptée à l'utilisation spécifique.

"C'est un logiciel fiable qui est continuellement développé avec une excellente équipe d'assistance. Recevoir des réponses rapides et précises lors du développement d'un nouveau produit est extrêmement important, c'est pourquoi OMB apprécie la collaboration entre Siemens et BSim", conclut M. Bosio.

OMB et BSim étudient actuellement comment simuler le séparateur d'eau anodique, où un mélange d'eau (H2O), de H2 et d'azote (N2) atteint un volume, se condense et recircule. Dans ce cas, ils attendent de Simcenter Amesim qu'il soit un bon partenaire pour travailler avec le H2.

Aujourd'hui, l'économie récompense les produits innovants à haute valeur technologique. OMB souhaite donc coopérer avec des entreprises du monde entier afin de créer une chaîne de valeur solide pour le marché du H2 et d'atteindre les normes de qualité automobile.

Les simulations permettent de concevoir des produits qui répondent aux demandes des clients et sont plus proches des attentes du marché. En outre, la nature prédictive des simulations a un impact sur la manière dont le processus de développement est conçu : différentes conceptions peuvent être comparées sans attendre de longs essais, ce qui permet d'accroître le savoir-faire de l'entreprise.

La devise d'OMB, "À la pointe de l'innovation", démontre l'attitude de l'entreprise à accueillir de manière proactive les innovations technologiques. OMB se positionne comme un accélérateur d'idées : l'expérience des collaborateurs plus âgés se mêle aux innovations apportées par les jeunes ingénieurs. Ainsi, les connaissances acquises au fil des années d'expérience professionnelle sont optimisées par ceux qui affrontent les défis de l'ingénierie avec une nouvelle perspective.

À l'avenir, l'entreprise souhaite s'appuyer sur le contenu technologique intrinsèque de ses ingénieurs de la génération du millénaire. L'objectif est d'améliorer continuellement ses produits pour les rendre toujours plus innovants.