Problemas materiais de turbinas
Rastejar
A fluência, também conhecida como fluxo frio, é a deformação permanente que aumenta com o tempo sob carga ou tensão constante . Ocorre devido à longa exposição a grandes tensões mecânicas externas com limite de escoamento e é mais severa em materiais que são submetidos ao calor por longo tempo. A taxa de deformação é uma função das propriedades do material, tempo de exposição, temperatura de exposição e carga estrutural aplicada. A fluência é um fenômeno muito importante se estivermos usando materiais em alta temperatura. A fluência é muito importante na indústria de energia e é da maior importância no projeto de motores a jato. Para muitas situações de fluência de vida relativamente curta (por exemplo, pás de turbina em aeronaves militares), o tempo de ruptura é a consideração de projeto dominante. Obviamente, para sua determinação, testes de fluência devem ser conduzidos até o ponto de falha; estes são denominados testes de ruptura por fluência.
Erosão Corrosão
A corrosão por erosão é o dano cumulativo induzido por reações eletroquímicas de corrosão e efeitos mecânicos do movimento relativo entre o eletrólito e a superfície corroída. A erosão também pode ocorrer em combinação com outras formas de degradação, como a corrosão. Isso é conhecido como erosão-corrosão. A corrosão por erosão é um processo de degradação do material devido ao efeito combinado de corrosão e desgaste. Quase todos os meios corrosivos fluidos ou turbulentos podem causar corrosão por erosão. O mecanismo pode ser descrito da seguinte forma:
- erosão mecânica do material, ou camada protetora (ou passiva) de óxido em sua superfície,
- corrosão aumentada do material, se a taxa de corrosão do material depender da espessura da camada de óxido.
A corrosão por erosão é encontrada em sistemas como tubulações, válvulas, bombas, bicos, trocadores de calor e turbinas. O desgaste é um processo mecânico de degradação do material que ocorre em superfícies de fricção ou impacto, enquanto a corrosão envolve reações químicas ou eletroquímicas do material. A corrosão pode acelerar o desgaste e o desgaste pode acelerar a corrosão.
Oxidação a Vapor
O comportamento da oxidação do vapor está diretamente ligado à implementação da geração de energia de vapor ultra-supercrítico para melhorar a eficiência e reduzir as emissões de CO2. Temperatura mais alta significa maior eficiência; no entanto, taxas de corrosão mais altas ocorrem em uma atmosfera de vapor quando são usados aços ferríticos, ferríticos-martensíticos ou de médio Cr-Ni.
Os materiais que foram desenvolvidos há mais de 50-60 anos não são mais adequados para regimes ultra-supercríticos devido à baixa resistência à corrosão e propriedades inadequadas de resistência e fluência em alta temperatura. Essas tecnologias exigem aços austeníticos avançados e ligas à base de níquel (Ni) com resistência superior à oxidação por vapor.
Fadiga
Na ciência dos materiais, a fadiga é o enfraquecimento de um material causado por carregamento cíclico que resulta em danos estruturais progressivos, quebradiços e localizados. Uma vez iniciada a trinca, cada ciclo de carregamento aumentará a trinca em uma pequena quantidade, mesmo quando repetidas tensões alternadas ou cíclicas são de intensidade consideravelmente abaixo da resistência normal. As tensões podem ser devidas a vibração ou ciclagem térmica. O dano por fadiga é causado por:
- ação simultânea do estresse cíclico,
- tensão de tração (seja aplicada diretamente ou residual),
- tensão plástica.
Se qualquer um desses três não estiver presente, uma trinca de fadiga não será iniciada e propagada. A maioria das falhas de engenharia são causadas por fadiga.
Embora a fratura seja do tipo frágil, pode levar algum tempo para se propagar, dependendo tanto da intensidade quanto da frequência dos ciclos de tensão. No entanto, há muito pouco, se houver, aviso antes da falha se a rachadura não for notada. O número de ciclos necessários para causar falha por fadiga em um determinado pico de tensão é geralmente muito grande, mas diminui à medida que a tensão aumenta. Para alguns aços macios, as tensões cíclicas podem continuar indefinidamente, desde que o pico de tensão (às vezes chamado de resistência à fadiga) esteja abaixo do valor limite de resistência. O tipo de fadiga mais preocupante em usinas nucleares é a fadiga térmica. A fadiga térmica pode surgir de tensões térmicas produzidas por mudanças cíclicas de temperatura. Grandes componentes como o pressurizador, o vaso do reator e a tubulação do sistema do reator estão sujeitos a tensões cíclicas causadas por variações de temperatura durante a inicialização do reator, mudança no nível de potência e desligamento.
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