Il presente rapporto illustra i primi risultati di un’attività, intrapresa nell’ambito del 2° Periodo della Ricerca di Sistema, il cui specifico obiettivo è valutare le prospettive di sviluppo di sensori innovativi per la caratterizzazione, per via non distruttiva, dell’integrità e dell’idoneità all’esercizio dei ricoprimenti, conduttori e non conduttori, delle palette mobili e fisse di 1° e 2° stadio delle turbine a gas di nuova generazione, ricoprimenti che attualmente condizionano le strategie e i costi di manutenzione di tali macchine. Ai componenti in questione, realizzati con materiali conduttori e ricoperti da coatings simili al metallo base, sono applicate barriere termiche, per incrementare le temperature dei gas all’ingresso della turbina e migliorare l’efficienza complessiva del processo. L’interesse per la diagnostica di tali componenti soddisfa alla necessità di rilevare precocemente e per via non distruttiva – in particolare attraverso la misura dell’evoluzione delle proprietà dielettriche del ricoprimento non conduttore con l’esercizio – eventuali processi di degrado della barriera termica, conseguenti alle critiche condizioni di esercizio, prima che tali alterazioni possano compromettere il coating metallico sottostante e quindi il corpo della paletta. L’attività in oggetto ricade nel progetto mirato SENNA (“Sensoristica innovativa e nanomateriali per il sistema elettrico”), Sottoprogetto “SIN” (“Sensoristica innovativa per una maggiore affidabilità e sicurezza del sistema elettrico”), ed è identificata come Work Package 1.1. I risultati descritti nel presente documento, al completamento della prima fase di attività (Milestone 1.1.1), riguardano uno studio di fattibilità per valutare, mediante un modello di previsione, le potenzialità diagnostiche di un sensore elettromagnetico, utilizzato con una metodologia a correnti indotte a scansione di frequenza, con un valore elevato della frequenza massima di lavoro (10 MHz), per quanto riguarda l’accertamento delle condizioni attuali e dell’ulteriore esercibilità della barriera termica. Attraverso tale sensore operante ad alta frequenza e la misura d’impedenza normalizzata, effettuata secondo un’opportuna estensione della metodologia già provata con successo nell’ambito del primo periodo della RdS per la caratterizzazione del coating metallico, si intende ricavare informazioni sulle caratteristiche dielettriche della barriera termica e, attraverso queste, sulle sue condizioni attuali di integrità e di idoneità all’ulteriore esercizio. L’obiettivo finale è disporre di una metodologia e di sensori in grado di consentire simultaneamente la caratterizzazione e la diagnosi di integrità e di idoneità all’esercizio sia del “bondcoat” conduttore, sia della barriera termica isolante. Il modello messo a punto, nella geometria cilindrica, considera un sensore a correnti indotte costituito da due bobine, primario (eccitatore) e secondario (ricevitore) affacciate ad un materiale stratificato nel quale lo strato più esterno, non conduttore, descrive la barriera termica e gli strati più interni, conduttori, descrivono il sistema bond-coat / substrato. L’effetto della costante dielettrica dello strato esterno sulla risposta del sensore è contenuto nella capacità distribuita che si realizza tra le bobine del sensore e la superficie metallica del bond-coat. Tramite simulazioni numeriche si è ottenuta una buona sensibilità della risposta del sensore al variare della costante dielettrica della barriera termica quando siano soddisfatte le due condizioni seguenti: • il sensore sia utilizzato in risonanza, condizione ottenibile ponendo una capacità in parallelo alla bobina di eccitazione del sensore, • il substrato metallico sia posto a massa.

Applicando inoltre uno schema di analisi dei dati di simulazione basato sul calcolo dell’impedenza normalizzata del sensore, si è verificato che le variazioni dell’ampiezza del picco di risonanza, che dipendono sensibilmente dal valore della costante dielettrica, sono solo marginalmente influenzate dagli altri parametri di misura, quali lo spessore della barriera termica o i valori di conducibilità elettrica del bond-coat e del substrato. Questi risultati, significativamente positivi, costituiscono la base per affrontare la verifica sperimentale della tecnica di misura, che richiederà lo sviluppo e la realizzazione di un sensore ottimizzato, la messa a punto della strumentazione e delle procedure di misura (mantenendo per quanto possibile la compatibilità / integrabilità con la tecnica a correnti indotte a scansione di frequenza – FSECT – già sviluppata e collaudata con successo per la caratterizzazione di rivestimenti metallici) e la valutazione degli effetti di disturbo in condizioni reali di prova, come previsto dalla seconda fase di attività (Milestone 1.1.2).