Modelamiento de la transferencia de calor en barreras térmicas en función de la porosidad

Los recubrimientos de barrera térmica son ampliamente aplicados para proteger los elementos metálicos ubicados en la ruta de gases calientes de las turbinas a gas que se usan para la termogeneración eléctrica. Estos gases pueden alcanzar temperaturas superiores al punto de fusión de los componentes metálicos, por lo tanto, es necesario proteger térmicamente estas piezas con recubrimientos aislantes de tal manera que se conserve su forma y propiedades físicas. Los recubrimientos de barrera térmica (TBC) fueron diseñados para disminuir el gradiente de temperatura entre los sustratos y los gases calientes de la combustión. Los TBC son sistemas multicapa conformados por una capa intermetálica que es depositada sobre el metal base y además de servir como anclaje mecánico, protege al metal de la oxidación. La segunda capa es cerámica, su principal característica es proporcionar aislamiento térmico debido a su baja conductividad térmica. Este trabajo se enfocó en el estudio de la conductividad térmica en función de la porosidad, primero en sistemas asignados aleatorios con un simulador y posteriormente en porosidades reales obtenidas por técnicas de aplicación como APS y ASPS. Se implementó un modelo de transeferencia de calor que incluyó la porosidad en el tensor de conductividad térmica y de esta manera fue posible evaluar la influencia de parámetros como distribución, cantidad y orientación de la porosidad en la conductividad térmica y los campos de temperatura. La capa cerámica fue modelada como una suspensión de una fase porosa dentro de una fase sólida. En la fase porosa se omitió la transferencia de calor por convección y solo se consideró transferencia de calor por conducción, tanto para la fase sólida como para la fase porosa. Además se suposo que en la intercara de estas dos fases hay un contacto perfecto, por lo tanto no existe resistencia. Se desarrollaron varios experimentos para estudiar el comportamiento de la conductividad térmica en función de la distribución y cantidad de porosidad, de esto se pudo determinar cual distribución de porosidad era más aislante de calor en función de los parámetros establecidos. De imágenes reales de YSZ depositada por APS y ASPS se pudo evaluar y obtener valores de conductividad térmica y temperatura en función de la distribución y forma de la porosidad. Finalmente se estudió como puede influenciar en el aislamiento térmico un daño superficial en la TBC.

• Autores: Cano Marín, María Ximena
• Fecha de publicación: 2016
• Institución: Universidad Nacional de Colombia
• Repositorio: Universidad Nacional de Colombia
• Idioma: spa
• OAI Identifier: oai:repositorio.unal.edu.co:unal/62414
• Acceso en línea: https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/62414; http://bdigital.unal.edu.co/61552/
• Palabra clave: 62 Ingeniería y operaciones afines / Engineering; Tensor de conductividad efectiva; Transferencia de calor; Porosidad; Sistemas de barrera térmica; Efective conductivity tensor; Heat transfer; Thermal barrier systems,
• Rights: openAccess
• License: Atribución-NoComercial 4.0 Internacional