Análisis Termomecánico de la Estructura TBC-TGO

PROYECTO: Análisis Termomecánico de la Estructura TBC-TGO.

1. ¿Cómo ha sido tratado el tema?

El principal objetivo del tema presentado, es estudiar como es el comportamiento de las barreras térmicas TBC que se encuentran presentes en las turbinas de gas de la central termoeléctrica Termosierra, con el fin de predecir la evolución y cambios presentes en dicho sistema, cuando se pone en operación la turbina. Sin embargo, el abordar este problema de una manera global, es decir, considerando la turbina completa, con todos sus componentes internos, no corresponde al enfoque del proyecto, ya que la mirada que se tiene, es la de analizar cambios a nivel de la barrera por efectos de temperatura y esfuerzos mecánicos, y como estos pueden afectar el sustrato donde se encuentra la TBC. Para considerar todo el sistema de la turbina, se deben considerar factores como el flujo del gas, la rotación, las fuerzas de cuerpo que actúan sobre esta, además de los mencionados anteriormente. De esta manera, y para fines del proyecto, se ha optado por analizar entonces, solo el cambio en el comportamiento de la estructura TBC-Sustrato, sin considerar cambios microestructurales presentes en la barrera o el sustrato, el flujo del gas que toca el recubrimiento o la anisotropía presente en el sistema.

Dentro de la literatura encontrada, se pueden apreciar trabajos realizados a varias escalas en los recubrimientos de barreras térmicas, para observar los efectos de las arquitecturas microestructurales en las TBC, en la distribución de esfuerzos a través de estas, cuando están sometidas a gradientes de temperatura. También, hay diversos trabajos que realizan análisis termomecánicos de diferentes especímenes, como materiales compuestos, solidos viscoelásticos, y otros materiales con formas específicas de algún tipo de problema. Sin embargo, todos estos trabajos e investigaciones encontradas, tienen una característica común, y es que todos se basan en modelos teóricos, los cuales parten desde la física del estado sólido, y la teoría de la Elasticidad. En base a esto, uno de los principales objetivos del proyecto, se basa en encontrar un modelo adecuado para resolver el problema planteado sobre la TBC, y adecuarlo a las características del problema particular a abordar. Sin embargo, hay una cantidad significativa de modelos usados en la literatura que funcionan para condiciones específicas, tanto de dimensionalidad del problema, como de su grado de dificultad, como el Modelo Generalizado de Hooke, el Método de Funciones de Esfuerzos Térmicos, el Método de Variable Compleja, el Método Potencial. Estos métodos, pueden aplicarse en su mayoría, a geometrías planas, cilíndricas y esféricas, en 2 o 3 dimensiones.

De esta manera, se cuenta con una base teórica fuerte, para buscar el modelo más adecuado para afrontar el problema propuesto sobre la TBC. No obstante, cuando se plantean estos modelos para resolver el sistema, se presenta un conjunto complejo de ecuaciones a resolver, sin contar aún las condiciones de frontera a los que puede estar sujeto el problema, lo que hace difícil la solución analítica del problema propuesto. Es por esto, que dentro de la literatura se plantea como alternativa la solución de este set de ecuaciones que representan el problema, a través de métodos numéricos, aproximando así las soluciones esperadas, con un alto grado de confiabilidad y precisión.

Dentro del conjunto de métodos estudiados, que pueden utilizarse para resolver el problema teórico planteado, se encuentran el Método de Elementos Finitos, el Método de Diferencias Finitas y el Método de Elementos de Frontera. Dentro de la literatura, estos métodos han sido utilizados para formulaciones sencillas, y por lo general, en Dos Dimensiones (2D). Es por esto, que dentro de la búsqueda de información acerca de métodos para resolver este tipo de problemas, se ha encontrado otro método muy utilizado en los estudios teóricos, el cual es el Método de Funciones

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