Ingeniería de Software - Clase 6

Editorial label ECORFAN: 607-8695

BCONIMI Control Number: 2020-05BCONIMI Classification (2020): 120320-0005

Pages: 19

RNA: 03-2010-032610115700-14

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RENIECYT - LATINDEX - Research Gate - DULCINEA - CLASE - Sudoc - HISPANA - SHERPA UNIVERSIA - Google Scholar DOI - REDIB - Mendeley - DIALNET - ROAD - ORCID

Authors: ACOSTA-PÉREZ, Emmanuel, SALAZAR-HERNÁNDEZ, Mercedes, MENDOZA-

MIRANDA, Juan Manuel y SALAZAR-HERNÁNDEZ, Carmen

International Multidisciplinary Engineering Congress

Booklets

Title: Efecto de la Densificación en Cerámicos sobre Propiedades como: Resistencia a

la Corrosión y Conductividad Térmica

Contenido

1) Introducción

2) Antecedentes

3) Objetivo del Proyecto

4) Metodología

5) Resultados

6) Conclusión

8) Agradecimientos

2

3

INTRODUCCIÓN

Las barreras térmicas son un sistema de capas que revisten una superficie con el propósito de aislarla térmicamente y que se encuentran operando a altas

temperaturas

Fuente Caliente

T1 T2

Fuente Caliente

Sin Barrera Térmica

SustratoCapa de Unión

Capa de óxidosCerámico

T1

T2 T3 T4 T5

Barrera Térmica: Aislante Térmico

1. BARRERA TÉRMICA

Mejorar la eficiencia térmica en motores, turbinas, compresor

Disminuir la pérdida de calor; QL

𝜂 =𝑊𝑛𝑒𝑡𝑜

𝑄𝐻

𝜂 = 1 −𝑄𝐿𝑄𝐻

Barrera Térmica

APLICACIÓN INDUSTRIAL DE BARRERA TÉRMICA

4

Material Cp

(J/kg K)

K

W/m k)

a

(1/ºC)X10-6

Metales

Aluminio 900 247 23.6

Cobre 386 398 16.5

AISI-1025 486 51.9 12.5

AISI-316 502 16.3 16.0

Cerámicos

Alumina (Al2O3) 775 30.1 8.8

Circonio estabilizado

con Iridio (YSZ)

2.5-1.5

Sílice vítrea (SiO2) 740 2-0.4 0.5

Vidrio de sosa y cal

((Na/Ca)x(SiO4)n

840 1.7 9.0

Cp: Capacidad calorífica

K: Conductividad térmica

a: Coeficiente de expansión térmica

2.1 BARRERAS TÉRMICAS DISEÑADAS EN BASE A CERÁMICOS

ANTECEDENTES

Alta conductividad térmicaElevado coeficiente de

expansión térmica

Sílice (SiO2) tiene una baja conductividad térmica ; k<1

Excelente aislante térmico

X.Z. Wang, Q.Y. Chen, Srikanth Pilla, G.Y. Liang , Investigation of thermal transport behavior in YSZ and LZ/YSZ coupled system between 1273 and 1473K using molecular dynamics simulation, Journal of Molecular Liquids (2017). doi: 10.1016/j.molliq.2017.09.001

Cerámicos: RE2SiO5

RE = Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Y

Ventajas

Excelente aislante térmico3< k < 1

Desventajas

Dopados con tierras raras que son elementos muy costosos

Fragilidad

5

Zhilin T, Liya Z, Jiemin W, Peng W, Jialin L, Jingyang W; Theoretical and experimental determination of the major thermo-mechanical properties of RE2SiO5 (RE = Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb,Lu, and Y) for environmental and thermal barrier coating applications; Journal of the European Ceramic Society

(2016) 36: 189-202

ANTECEDENTES

2.2 BARRERAS TÉRMICAS RE2SIO5

6

2.3 Cerámicos Modificados: ORMOCER

ANTECEDENTES

OBJETIVO

Evaluar los cerámicos modificados SiO2-PDMS modificando el porcentaje del

grupo organico en 10%, 20%, 30%, 40% y 100% para que actuen como barreras

térmicas sobre superficies de acero.

7

BT: Baja k BT: Baja k

Elastómero: Resistencia a Esfuerzo

Térmico

4.1 Elaboración de Recubrimientos Cerámicos

METODOLOGÍA

8C. Salazar-Hernández, M. Salazar-Hernández, R. Carrera-Cerritos, E. Elorza, J.M. Mendoza-Miranda, R. Navarro, DBTL as neutral catalyst

on TEOS/PDMS anticorrosive coating, J. Sol-Gel Sci and Technl (2017) 81: 405-412

Recubrimiento % en Peso

TEOS PDMS

SiO2/PDMS-A 90 10

SiO2/PDMS-B 80 20

SiO2/PDMS-C 70 30

SiO2/PDMS-D 60 40

SiO2/PDMS-E 100

Tabla 2. Composición de recubrimientos SiO2/PDMS

Tabla3. Condiciones de Tratamiento Térmico de Densificación

Temperatura, T (C)

30 50 80 200

Tiempo, t (min) 15 30 120 120

Formulación

Barrera TérmicaSiO2/PDMS

Aplicación del Recubrimiento

Lijado Lavado UltrasonidoEtanol/Acetona

Secado

Pretratamiento del Sustrato

Inmersión

Secado a 25C

Recubrimiento sin densificar

METODOLOGÍA

9

4.2 Caracterización Física

JOEL-6510 plus

Determinación de EspesorAdherencia: ASTM D4541

PosiTest AT-A

Micrómetro Microscopía electrónica

de barrido

4.3 Determinación de la Corrosión

𝑉𝑐 =∆𝑚

𝐴 ∗ 𝑡=

𝑘𝑔

𝑚2 ∙ 𝑠−−−−−−− −𝐸𝑐. 1

Solución de etanol al 5% y Na al 4% de acido clorhídrico

Banco de corrosión Peak Tech modelo DIT-105

10

4.4 Determinación de la Conductividad Térmica: k

Banco Mediciones de k

sección de prueba

placa de calentamiento

flujo de calor, Q

(a) Zona de Ensaye

(b) Controlador on/off(c) Medidor de

Voltaje y Corriente

METODOLOGÍA

METODOLOGÍA

11

4.5 Cálculo de Conductividad Térmica: k

𝐹𝐶𝑄 =𝑘∆𝑇𝐴

𝐿−−− −(1)

(a) Validación del Banco de Pruebas: Aluminio, Acero, Cobre

𝐹𝐶𝑄 =∆𝑇

𝐿𝐴𝑘𝐴𝐴𝐴

+𝐿𝐵

𝑘𝐵𝐴𝐵+

𝐿𝐴𝑘𝐴𝐴𝐴

−−−−(2)

(b) Determinación de k para BT: SiO2/PDMS

T1: Temperatura Foco CalienteT2: Temperatura Foco FríoFc: Factor de contactoQ: Calor suministrado; Q=VIA: Área de Transferencia de CalorL: Longitud de transferencia

RESULTADOS

5.1 Composición deTBC de SiO2/PDMS sin Densificar

12

13

5.2 Efecto de la Densificación Composición de TBC de

SiO2/PDMS

RESULTADOS

14

5.2 Efecto de la Densificación Composición de TBC de SiO2/PDMS RESULTADOS

15

5.3 Efecto de la Densificación en la

morfología de la TBC de SiO2/PDMS

RESULTADOS

RESULTADOS

5.4 Espesor de Recubrimientos SiO2/PDMS

16

116

118

120

122

124

126

128

130

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Esp

eso

r, t

(m

m)

% PDMS en el Cerámico

RC-ST

RC-TT

tp=109.34 mm

Mediciones Realizadas con Micrómetro Mediciones Realizadas por MEB

tp=1253.06 mm

tp=1223.17 mm

5.5 Adherencia de Recubrimientos SiO2/PDMS

Recubrimiento Desprendido 200

500

800

1100

1400

1700

2000

2300

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100A

dh

eren

cia,

FT

(N)

% PDMS en el Cerámico

RC-ST

RC-TT

17

5.6 Efecto de la Densificación en la Protección a la

Corrosión

RESULTADOS

RESULTADOS5.7 Validación del Banco de Pruebas para Determinar k

18

(a) Datos obtenidos del banco de pruebas

(b) Valores de k medidas para metales de referencia a diferentes temperaturas

(c)Error de medición del banco de pruebas

19

5.8 Conductividad Térmica de Recubrimientos SiO2/PDMS

RESULTADOS

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Co

nd

uct

ivid

ad T

érm

ica,

k (

W/K

m)

%PDMS en el Cerámico

Recubrimiento 50ºC ST

Recubrimiento 50ºC TT

Material K @ 25C(W/mK)

Aluminio 247

Alumina(Al2O3) 30.1

YSZ 2.5-1.5

SiO2 2-0.4

0

1

2

3

4

5

6

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Co

nd

uct

ivid

ad T

érm

ica,

k (

W/K

m)

%PDMS en el Cerámico

Recubrimiento 150ºC ST

Recubrimiento 150ºC TT

Antes de Densificación

Después de Densificar

Después de Densificación

CONCLUSIONES

20

Se agradece al IPN-Secretaría de Investigación y Posgrado por el apoyoeconómico a través del SIP-20201677 y SIP-20201910

AGRADECIMIENTOS

El banco de pruebas para medir la conductividad térmica es un equipo con pocaincertidumbre en los resultados arrojados ya que en los resultados de la validación seobservó un error estándar menor al 10%.

En los recubrimientos SiO2/PDMS prevalece el valor de conductividad de la matrizcerámica, sílice (2- 0.4 W/mK) ya que al adicionar el PDMS se integra un esqueletolineal de SiO2

El tratamiento de densificación mejora la adherencia de los recubrimientos; además deincrementar la capacidad de aislamiento térmico y resistencia al esfuerzo térmico.

Los recubrimientos SiO2/PDMS tienen un comportamiento como excelentes aislantestérmicos con valores de conductividad de 0.375 W/Km @ 50C hasta 3.57 W/Km @150C.

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