Revestimento cerâmico aplicado como barreira térmica em componentes automotivos

Abstract

Componentes automotivos estão sempre em desenvolvimento, seja objetivando a melhoria de performance e qualidade, seja pela redução de custos, necessidade de mercado, aumento de vendas e produtividade ou alguma nova legislação ambiental ou de segurança. Nos últimos anos o tema ambiental ganhou corpo e passou a ser central para os veículos que utilizam combustíveis fósseis, em especial o óleo Diesel, devendo atender a novas legislações de emissão. Para isso, novos motores e sistemas de exaustão e filtragem dos gases foram desenvolvidos, como os conversores catalíticos. A próxima legislação que entrará em vigor, chamada de PROCONVE P8 restringe os valores de óxidos nitrosos (NOx) e material particulado a valores muito baixos. Para que esses valores sejam atingidos foi desenvolvido o sistema de pós-tratamento de gases chamado de ATS (After Treatment System). Para que o processo de redução dos agentes poluidores seja feito dentro do ATS, os gases de escapamento queimados no processo de combustão dentro do motor devem estar a temperatura entre 450 e 550ºC. Os gases queimados, ou gases de exaustão, são conduzidos por tubulação metálica até o catalisador. Neste trabalho foi proposta a utilização de revestimento cerâmico de óxido de Zircônia estabilizado com Ítria a 8% em peso (ZrO2-Y2O3), conhecido como YSZ (Ytria Stabilized Zirconia), ou ainda 8YSZ, conhecido como TBC (Thermal Barrier Coating). Foi estudado o TBC como revestimento de tubulação de escapamento, por meio de cálculo analítico e por CFD (Computer Fluid Dynamics). Os resultados mostraram que o YSZ é um material de potencial para a aplicação estudada, bem como para aplicações onde o tema barreira térmica seja relevante.

Automotive components are always in development, aiming to improve performance and quality, either by reducing costs, market need, increased sales and productivity or some new environmental or safety legislation. In the last years the environmental theme has gained interest and has become central to vehicles that use fossil fuels, especially Diesel oil, and must comply with new emission laws. For this, new engines and exhaust systems and gas filtration have been developed, such as catalytic converters. The upcoming legislation, called PROCONVE P8, restricts the values of nitrous oxides (NOx) and particulate matter to very low values. In order to achieve these values, the post-treatment system called the ATS (After Treatment System) was developed. In order for the process to reduce pollutants to be made within the ATS, the exhaust gases burned in the combustion process inside the engine must be between 450 and 550 ºC. The burned gases, or exhaust gases, are piped to the catalyst by metal tubing. In this work was proposed the use of 8% by weight (ZrO2-Y2O3) stabilized Zirconia oxide ceramic, known as YSZ (Ytria Stabilized Zirconia), or 8YSZ, known as TBC (Thermal Barrier Coating). The TBC was studied as a coating of exhaust pipe, through analytical calculation and CFD (Computer Fluid Dynamics). The results showed that the YSZ is a potential material for the studied application, as well as for applications where the thermal barrier theme is relevant.