Estudo de um modelo térmico para análise de transferência de calor em pás usadas em turbinas de gás

Abstract

O ciclo de potência a gás é modelado pelo ciclo Brayton, sendo os principais componentes o compressor, a câmara de combustão e a turbina. A eficiência do ciclo aumenta com o crescimento da temperatura máxima na entrada da turbina, porém, devido a fatores metalúrgicos, deve-se resfriar as pás da turbina. Assim, temperaturas próximas 1700 K podem ser utilizadas. O ar de resfriamento é fornecido pelo compressor nos seus estágios intermediários, o qual deve ter pressão suficiente para passar pelas pás das turbinas. Com o intuito de estudar a influência das propriedades térmicas do ar do compressor, este trabalho levou como base um modelo de resistência térmica e analisou parâmetros como temperatura e vazão de ar do compressor, e também diâmetro do furo dos jatos de resfriamento interno. Os dados iniciais e as equações utilizadas foram retirados dos estudos de Bunker (2006). Os resultados mostraram que o aumento do diâmetro dos furos do jato de resfriamento, com e sem filme de resfriamento externo, reduz a temperatura da pá até o diâmetro de 0,992 mm, onde a mesma começa a aumentar. Ainda, o aumento da vazão do fluido de resfriamento com e sem filme de resfriamento externo reduz progressivamente a temperatura da pá, onde a temperatura da pá se estabilizou, ao longo da faixa de vazão do fluido de resfriamento, em 1000 K para o caso sem filme de resfriamento externo e 900 K para o caso com filme de resfriamento. Os resultados também mostraram que o aumento da temperatura do ar de resfriamento, com e sem filme de resfriamento externo, aumentam progressivamente a temperatura da pá, onde, na situação com filme de resfriamento externo, há um aumento da temperatura da pá, em comparação com a situação sem o filme, a partir da temperatura do ar de resfriamento de 1206,15 K.