Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Incropera - Fundamentos de Transferência de Calor e Massa- Ed: 7º - Capítulo 3.Problemas - Ex. 30
O desempenho de motores de turbina a gás pode ser melhorado pelo aumento da tolerância das pás da turbina aos gases quentes que emergem do combustor. Um procedimento que permite atingir altas temperaturas de operação envolve a aplicação de um revestimento de barreira térmica (RBT) sobre a superfície externa da pá, enquanto se passa ar de resfriamento pelo seu interior. Tipicamente, a pá é feita com uma superliga resistente a altas temperaturas, como o Inconel enquanto uma cerâmica, como a zircônia, é usada como RBT.
Sejam condições para as quais os gases quentes estão a e o ar de resfriamento a fornecendo coeficientes convectivos nas superfícies externa e interna de e respectivamente. Se um RBT de zircônia, com de espessura, for fixado sobre uma parede de uma pá de Inconel com de espessura, usando-se um agente adesivo metálico que fornece uma resistência térmica interfacial de , pode o Inconel ser mantido a uma temperatura inferior ao seu valor máximo permissível de ? Os efeitos da radiação podem ser desprezados e a pá da turbina pode ser aproximada por uma parede plana. Represente graficamente a distribuição de temperaturas com e sem o RBT. Há algum limite para a espessura do RBT?
Passo 1
Beleza galerinha, vamos lá! Primeiro, temos esse esquemático:
Para uma área unitária, a resistência térmica total com o TBC é:
Com um fluxo de calor de:
Passo 2
As temperaturas interna e externa da superfície do Inconel são:
Sem o TBC, as temperaturas interna e externa da superfície do Inconel são:
Passo 3
Falando isso graficamente, temos:
