ESTUDO COMPUTACIONAL DA INJEÇÃO NORMALIZADA DO FILME
RESFRIAMENTO ATRAVÉS DE UM PLENUM EM PÁS DE TURBINAS A GÁS
DE
EIRIZ D. C.; FERNANDES L. M. Instituto Federal de Educação do Espírito Santo, Campus Cachoeiro de
Itapemirim, [email protected].
Técnicas de resfriamento são aplicadas com o intuito de diminuir o gradiente de temperatura na
superfície das pás de turbinas a gás, que por sua vez, devido a demanda de elevadas potências, operam em um
ambiente hostil de altas temperaturas. Uma vez que tais temperaturas possam superar o ponto de fusão de
alguns componentes da turbina, um tratamento térmico se faz necessário, a fim de garantir o ideal
funcionamento dos componentes envolvidos. As técnicas de resfriamento que utilizam o ar como fluido de
arrefecimento, podem ser divididas em duas categorias: resfriamento interno e externo. O resfriamento interno
utiliza-se do mecanismo de troca de calor por convecção, onde o fluido refrigerante passa por uma série de
canais extraindo o calor. Já no resfriamento externo, nosso objeto de estudo, o fluido refrigerante interno é
ejetado para fora das pás através de pequenos furos estrategicamente posicionados, não só retirando o calor da
superfície, mas criando uma película térmica protetora na superfície externa das pás. A técnica de resfriamento
externo referida na presente pesquisa é de Resfriamento por Filme. Em nosso trabalho tratamos do plenum,
uma câmara que atua inferior aos canais de injeção, tendo por principal objetivo normalizar o escoamento do
fluido de resfriamento, assegurando um melhor lançamento sobre a camada externa das pás a serem resfriadas,
independendo com comprimento do duto de injeção. As analises dimensionais foram consideradas em relação
a uma parcela do domínio de simulação que apresenta devidas proporções entre a câmara, o canal de injeção
e a área de desenvolvimento do fluido na superfície. Para tais processamentos e análises, fez-se
desenvolvimento de um estudo numérico em Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD), utilizando do
sistema operacional Linux, e de softwares livres como: o gMsh, utilizado na geração da geometria do sólido e
respectiva malha; o OpenFOAM, utilizado na obtenção da solução numérica das equações governantes e o
paraView para visualização dos resultados; entre outras ferramentas. O problema físico foi modelado seguindo
as condições para um escoamento de um fluido viscoso, 3D, compressível, em regime permanente. Para a
modelagem numérica foram utilizadas as equações de Navier-Stokes com média de Reynolds (RANS) e o
modelo de turbulência k-ω SST. Com a implementação do plenum, investigou-se uma possível independência
do comprimento do canal de injeção, comparando os resultados obtidos variando o canal de injeção em 3D,
4D e 5D (onde D representa um comprimento característico de 1,27mm), com os resultados para o domínio
sem a presença do plenum e um comprimento de 5D para o duto. Em trabalhos futuros, pretende-se investigar
as devidas dimensões do plenum, para que o comprimento do canal de injeção não seja o parâmetro
determinante, para assim poder, posteriormente, contribuir com uma possível melhoria no processo de
Resfriamento por Filme.
Palavras-chave: Resfriamento por filme, plenum, OpenFOAM, CFD.