Efeito da barreira térmica em uma palheta de aço AISI 316 utilizada para turbina a gás.

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.