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Title: Efeito da barreira térmica em uma palheta de aço AISI 316 utilizada para turbina a gás.
Authors: Souza, Leandro Augusto
metadata.dc.contributor.advisor: Costa, Adilson Rodrigues da
Leal, Elisângela Martins
Keywords: Aço inoxidável
Termodinâmica
Computação - dinâmica dos fluidos
Issue Date: 2017
metadata.dc.contributor.referee: Costa, Adilson Rodrigues da
Barros, José Eduardo Mautone
Coelho, Bruno Nazário
Leal, Elisângela Martins
Citation: SOUZA, Leandro Augusto. Efeito da barreira térmica em uma palheta de aço AISI 316 utilizada para turbina a gás. 2017. 141 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) – Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2017.
Abstract: O objetivo deste trabalho é analisar uma palheta de turbina a gás constituída de aço inoxidável austenítico (AISI 316), um sistema de resfriamento simples e um sistema de proteção térmica, este formado por uma camada de zircônia estabilizada com ítria e uma camada de ligação formada de níquel, cromo, alumínio e ítrio. Estes sistemas são incluídos no projeto da palheta a fim de aumentar sua vida útil e reduzir a temperatura do material base. Assim se pode aumentar a temperatura de entrada e o desempenho da turbina. Essa análise é executada de duas formas, a primeira numericamente através da aplicação da dinâmica dos fluidos computacional (computational fluid dynamics – CFD) e do método dos elementos finitos na análise estrutural e outra experimentalmente através da construção de uma palheta e investigação do comportamento da barreira térmica em um forno de fluxo. Desta forma, avalia-se o comportamento do sistema em um fluxo oxidante de alta temperatura. Verifica-se também a eficácia do revestimento no aço inoxidável austenítico, avaliando-se a temperatura interna da palheta, ou seja, a temperatura do metal. Assim, pode-se estimar a vida útil da palheta. Igualmente, pode-se avaliar a hipótese de que ligas menos nobres possuem uma vida útil próxima das superligas utilizadas atualmente. Desta maneira, o custo na manufatura deste tipo de peça será reduzido. O estudo indica que o revestimento térmico e o sistema de resfriamento foram eficiente e reduziram significantemente a temperatura do substrato metálico, redução da ordem de 300°C em relação a temperatura de entrada na turbina. Entretanto, o revestimento não suportou o fluxo oxidante, ocorrendo a geração de uma camada de óxido no aço inoxidável, assim deteriorando o revestimento.
metadata.dc.description.abstracten: The objective of this work is to analyze a gas turbine blade made of austenitic stainless steel (AISI 316), a simple cooling system and a thermal barrier coating, this formed by a yttriastabilized zirconia layer and a bonding layer formed of nickel, chromium, aluminum and yttrium. These systems are included in the design of the blade in order to increase its useful life and reduce the temperature of the stainless steel. This can increase the turbine inlet temperature and turbine performance. This analysis is performed in two ways, the first numerically through the application of computational fluid dynamics (CFD) and finite volume method and another through an experiment with the construction of a blade and investigation of the thermal barrier behavior in an oven. In this way, the system behavior in a high temperature oxidizing flow is evaluated. The coating effectiveness on the austenitic stainless steel is also checked, the blade internal temperature, i.e. the temperature of the metal, is evaluated. Then, the blade life can be estimated. Thus, the hypothesis that less noble alloys have a useful life close to the superalloys can be evaluated. In this way, the manufacturing cost will be reduced. The study indicated that the thermal barrier coating and the cooling system were efficient and significantly reduced the temperature of the metal substrate, reducing the order of 300 °C related to the turbine inlet temperature. However, the coating did not withstand the oxidizing flux, generating an oxide layer on the stainless steel surface, thus the coating was deteriorated.
Description: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Departamento de Engenharia Metalúrgica, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/9832
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo autor(a), 02/04/2018, com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0, que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que seja citado o autor e licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.
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