Estudo do escoamento dos produtos da combustão no interior de uma conduta de evacuação de turbinas a gás utilizadas para propulsão naval

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

No sistema de evacuação dos produtos da combustão de turbinas a gás, utilizadas na propulsão naval de alguns navios, tem-se verificado a ocorrência de nucleação e propagação de fissuras através da parede da conduta, as quais têm origem na zona do pé dos cordões de soldadura existentes junto ao anel de suporte inferior da estrutura. A conduta do sistema em estudo é construída em chapa de um aço inoxidável austenítico, AISI 316L, com uma espessura de aproximadamente 3.7 mm, e encontra-se revestida exteriormente por um isolamento térmico com aproximadamente 200 mm de espessura. O trabalho descrito na tese foi desenvolvido na fase intermédia de um projecto em curso, refª PTDC/EME-PME/67071/2006, com o objectivo de se estimarem quais os campos de temperatura e pressão actuantes nas paredes do sistema de evacuação, a fim de se estabelecer qual o par de pressão e temperatura actuante nas zonas críticas que apresentam fissuras. Conhecendo os valores das variáveis indicadas, estes podem utilizar-se na definição dos parâmetros de carga mecânica e temperatura aplicados nos ensaios à fadiga a alta temperatura, a realizar num novo aço austenítico, de alta resistência, com o intuito de se avaliar a possibilidade de substituição localizada do material actualmente constituinte da conduta pelo novo. Para alcançar os objectivos enunciados anteriormente, foram realizadas várias simulações numéricas do escoamento, no interior da conduta, de modo a representar o mais fielmente possível o sistema físico estudado. As simulações foram feitas utilizando um programa freeware (Fire Dynamics Simulator), que tem implementado o modelo de turbulência LES. Para validar o trabalho numérico desenvolvido com valores obtidos por via experimental, em serviço, foram montados, na zona crítica da conduta, vários termopares e um extensómetro para alta temperatura, assim como um tubo de pitot, o qual foi instalado na secção de saída da conduta de evacuação dos gases resultantes da combustão. A resistência à corrosão dos aços em estudo foi avaliada.