Análise de Temperatura Slide [Salvo Automaticamente]

7/24/2019 Anlise de Temperatura Slide [Salvo Automaticamente]

1/243

Adriana MagalhesAnderson SantosCarolina MagalhesMaza CristinaRayane de SousaSonia Maria Cristina

Vanderson Conceio

Anlise de Temperatura: o Reator uclearModelo !R"


2/243

S#M$R%&

'(%TR&)#*+&,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,','( &-./T%V&,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,0( M&)/1A2/M

34S%CA,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,0,'( /1/M/T& C&M-#ST4V/1 56areta e canalre7rigerante8,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,9()%STR%-#%*+& )/!&TC%A,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,9,'( C$1C#1& )& C&/3%C%/T/ )A TRAS3&RMA*+& )/ CA1&R !&RC&V/C*+&9,'0(;M/R& )/#SS/1T,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

9,'9( ;M/R& )/R/( C$1C#1& )& )%?M/TR& @%)R$#1%C&5)h8,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,9,0(TRATAM/T& )AS +&1%/AR%)A)/S,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,9,0' ( 31#&2RAMA C&M!1/& /

C&M!ACT&,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,=( C&RR/1A*+& )AS !R&!R%/)A/S )/T/M!/RAT#RAS,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,=,'( !R&C/)%M/T&S & !R&2RAMA2%),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,=,0 (!R&C/)%M/T& &!R&2RAM/C/11,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,>( R/S#1TA)&S #MBR%C&S52R$3%C&S8,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

>,'( TA-/1AS C&M !R&!R%/)A)/S /)%M/S/S,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

(


3/243

'( %TR&)#*+&

/ste traIalho re7ere(se a anlise da temperatura no interior de um reator nuclear modelo !"R eJistente na

usina nuclear de Angra dos Reis KR. especiLcamente nas 6aretas comIust6eis localizadas dentro do ncleo doreator,A produo de energia pela 6ia nuclear N considerada uma energia limpa porOue no emite OuantidadessigniLcati6as de gases causadores do e7eito estu7a, B importante tamINm considerar a necessria eJpanso damatriz energNtica com predominPncia de 7ontes limpasQ seguras e rent6eis, !ois o crescimento da populaoQ aIusca pela melhoria na Oualidade de 6idaQ o aumento da espectati6a de 6idaQ a uni6ersalizao do acesso aenergiaQ o aumento do consumo per capta acarretam uma maior demanda de energia, B preciso o uso deenergia limpa e rent6el, As distriIuies de temperaturas nos elementos comIust6eis e nas estruturas doreator so essenciais para o Iom desempenho no comportamento durante a 6ida destes componentes, & n6elde temperatura na super7cie sUlido re7rigeranteQ controla as reaes Oumicas e processos de di7uso,A taJa de trans7erncia de calor para o Wuido re7rigerante e gerao de energia so limitadas por consideraestNrmicas, @ limitaes dos materiais e sistemas do reatorQ Oue de6em operar dentro de limites especLcos desegurana, !ara tantoQ o uso de sensores de temperaturas associados a transmissores 7azem parte destesistema de segurana espalhados por toda a usina nuclear sendo dos mais simples aos mais compleJosmodelos digitais e computadorizados,

','( &-./T%V& )& TRA-A1@&

osso traIalho oIXeti6a mostrar a importPncia de uma representao precisa na distriIuio de temperaturapara uma usina nuclear, !ara issoQ o uso de controladores de temperaturas se 7az necessrio, A correlao depropriedades dependentes de temperatura como: Conduti6idadeQ Calor especLco Y presso constanteQ)ensidade da gua,,, torna a Ouesto no( linearQ e impossiIilita a resoluo de clculos por solues analticas,As imagens e opes grLcas mostram a distriIuio de temperaturas e a localizao do 6alor mJimo empontos di7erentesQ especiLcamente no comIust6el nuclearQ com n6el de segurana rendimento e economia,


4/243

0( M&)/1A2/M 34S%CA/lemento comIust6elQ 6areta e canalre7rigerante,


5/243

A Lgura aIaiJo ilustra adisposio dos componentes deuma seo genNrica de

interesse para a resoluo doproIlema de uma 6aretacomIust6el,

este traIalho N considerada aresoluo do proIlema dedistriIuio de temperaturas da6areta com maior n6el depotncia do elementocomIust6elQ pois esta 6aretaapresentar os maiores n6eisde temperatura durante aoperao em regimepermanente,

0,'( /lementoComIust6el


6/243

&s canais eOui6alentes especiaisQ representados na LguraaIaiJoQ possuem um tuIo guia ou um tuIo deinstrumentao na posio de uma 6areta comIust6el o

Oue diminui a gerao de calor em aproJimadamente 0>por cento 50>Z8 de6ido a suIstituio de uma 6areta, AlNmdistoQ este canal possui a rea trans6ersal para oescoamento do re7rigerante aproJimadamente igual Y reado canal eOui6alente internoQ o Oue melhora a trans7ernciade calor para o re7rigerante,


7/243

A rea trans6ersal do comIust6el N to

peOuena comparada com a do ncleoOue a 6ariao radial no WuJo NinsigniLcante, Como um elementocomIust6el tpico possui um arranXode 'D J 'D 6aretasQ nota se Oue a6ariao do WuJo neutr[nico em uma

6areta N peOuena,

9( )istriIuio de !otencia

, /ste perLl N uma Ioa

aproJimao para uma 6aretacomposta de pastilhascomIust6eis de mesmo n6elde enriOuecimento durante aoperao inicial e sem ainsero de Iarras de controle


8/243

9,'( C$1C#1& )& C&/3%C%/T/ )/ TRAS3/RC%A )/ CA1&R!&R C&V/C*+&

9,'0( mero de usselt& coeLciente de trans7erncia de calor por con6eco K hQnecessrio aos clculos de trans7erncia de calor para o WuidoQ NoItido atra6Ns do nmero de usseltQ Oue N adimensional,

!ara uma primeira 6alidao podem ser utilizadas propriedadesconstantes para oIteno do h, Mas para aumento da capacidade deresoluo do programa e aplicaes podem ser utilizadas correlaes demaior preciso para o clculo do numero de usselt e por conseO\nciado h, !ara o calculo de nu necessita(se do clculo no nmero de Reynoldse do nmero de !randtl,


9/243

9,'9( Clculo do nmero de Reynolds

& nmero de Reynolds N representado pela eOuao a seguir,

Atra6Ns da multiplicao e di6iso do nmero de Reynolds pelarea do canal re7rigeranteQ oItemos a eJpresso a seguir Oue estem 7uno de 6alores de entrada do proIlema,

9,'=( Clculo do nmero de !randtl& nmero de !randtl N a6aliado segundo a eOuao a seguir,

&nde:] ( 6iscosidade dinPmica

Cp K calor especLco Y pressoconstante


10/243

9,0(TRATAM/T& )AS +&(1%/AR%)A)/S

o caso mais genNrico resol6e(se proIlemas atra6Nsde um programa de computador em Oue aconduti6idade tNrmica dos materiais da 6aretaQ Iem

como as propriedades 7sicas da guaQ sodependentes da temperatura, A dependncia dasoluo do proIlema com a distriIuio detemperatura torna o proIlema no(linear, AIaiJoesto apresentados um algoritmo 7eito em programacomputadorizado Q com alta compleJidade,

9,0'( 3luJogramacompleJo

3ig,'9( 3luJograma de%terao,


11/243

=,'(!rocedimento no programa 2%)

&s arOui6os com eJtenso do tipo ,rayane,msh e ,rayane,res

de6em ser carregados Xuntos na opo &pen multiple no modo!ostprocess do 2%),!ode(se gerar grLcos do perLl de temperatura da 6areta,


12/243

& grLco tamINm pode ser gerado em linhas isotNrmicasQ Ouetorna(se til para analisar distores di6ido Y eJcentricidadeentre componentes da 6areta,


13/243

&Itendo o perLl radial na LguraaIaiJo


14/243

=,0( !rocedimento no programa /Jcel

As in7ormaes soIre as temperaturas dos pontos monitoradosQ Ouestoarmazenadas no arOui6o nomedoproXeto(monitor de6e ser carregadas

em um programa editor de grLcos e planilhas padro^comercial, &traIalho utiliza o programa eJcel da Microso7t para a gerao de grLcose planilhas_ sendo tamINm utilizado Qna 6alidaoQ para gerar grLcos dasoluo analtica da 6areta aJissimNtrica, /Jemplo de grLco 7eito noprograma /Jcel aIaiJo:


15/243

>,'0( Malha da Seo Trans6ersal

Malha utilizada na resoluo


16/243

!erLl da 6ariao de temperaturas na direo radial planos leste oeste deperLl monitorados


17/243

&s grLcos a seguir apresentam a e6oluo das temperaturas_mJima do comIust6elQda super7cie interna do re6estimentoQ dasuper7cie eJterna do re6estimentoQe a temperatura -ul`,otamos a

e6oluo das cur6as de temperatura com 6alores esperado,

/6oluo das temperaturas nore6estimento internoQ eJterno e Wudore7rigerante,


18/243

/6oluo da temperatura central da pastilha


19/243

/6oluo da temperatura usando propriedades 6ari6eis econstantes,


20/243

>,0( o6as distriIuies de temperaturas nos planos monitoradosperLl e radiais


21/243


22/243


23/243

D K Sistema de !roteo

& sistema de proteo do reator 5S!R8 monitora as condiesanormais da usina e alerta o operador a tomar as medidas

apropriadasQ alNm de pro6idenciar automaticamente os sinais dedesligamento do reator e de acionamento da proteo Ouando ascondies da usina atingirem os limites de segurana, & S!R monitoraas 6ari6eis de processo diretamente relacionadas Ys limitaesmecPnicas do eOuipamento 5como a presso e o n6el de guano pressurizadorQ Oue ser6em para pre6enir 6azamentos de guanas 6l6ulas de segurana e6itando um superaOuecimento8_ e as6ari6eis calculadas Oue a7etam diretamente a capacidade detrans7erncia de calor do reator 5como a 6azo de re7rigerante esua temperatura8, Sempre Oue uma 6ari6el eJcede umdeterminado 6alor de re7ernciaQ o reator ser desligado: parapre6enir danos na 6areta de comIust6el por um transiente pre6istoQpara limitar o dano no ncleo por 7alhas espordicas, & S!Remite um sinal de desligamento da turIina sempre Oueocorrer o desligamento do reator ,


24/243

D,'K Termopares

&s sistemas de proteo e controle operam com dados oItidos

por meio da instrumentao interna do reatorQ e a partir dasin7ormaes coletadas do ncleoQ ati6am os mecanismos necessriospara sua segurana, #m dos componentes de instrumentao internautilizadas na coleta destes dados so os termopares, & reator nuclearutilizado neste traIalho trata(se de um reator similar a Angra 'Qcomposto por 9G termoparesQ Oue medem as temperaturas do

re7rigerante nas sadas dos elementos comIust6eis em locais prN(selecionados do ncleoQ con7orme pode ser oIser6ado na Lgura0,>, esta mesma Lgura pode(se oIser6arQ destacado em azulQ asposies das Iarras de controle,


25/243

#m termopar consiste de dois condutores metlicosQ denaturezas distintasQ na 7orma de metais puros ou de ligashomogneas, &s Los so soldados em um eJtremo ao Oual se d onome de Xunta Ouente ou Xunta de medio, A outra eJtremidadedos Los N le6ada ao instrumento de medio de 7oraeletromotriz 57,e,m,8Q 7echando um circuito elNtrico por onde Wui acorrente elNtrica, & ponto onde os Los Oue 7ormam o termopar seconectam ao instrumento de medio N chamado de Xunta 7riaou de re7erncia 5!R/SS+& (T/M!/RAT#RAQ 0H'98, & esOuema de

7uncionamento de um termopar pode ser melhor oIser6adona Lgura 0,D,


26/243

&s termopares do tipo 5Chromel(Alumel8 so 7ormados por Losde ChromelQ como termoelemento positi6oQ e AlumelQ comotermoelemento negati6o, So adeOuados para medio contnua

desde (0HHbC atN '0DHC com preciso de 0Q0bC na 7aiJa deoperao, A caliIrao dos termopares N 7eita atra6Ns demedies realizadas por comparao com um sensor outerm[metro de re7ernciaQ utilizando meios tNrmicos 5Ianhos ou7ornos8 apropriadosQ nos Ouais possam ser oItidas estaIilizaotNrmica e pro7undidade de imerso adeOuadas 5AA12%CAQ

0H'98,&s 9G termopares so inseridos no ncleo atra6Ns deentradas eJistentes na caIea do 6aso do reator con7ormemostrado pela Lgura 0,E, &s termopares passam por dentro dostuIos guias e N 7eita uma selagem para Oue no haXa 6azamentosno espao entre o tuIo guia e os Los do termopar, &s Los dos

termopares no podem ter emendas atN atingirem as caiJas deXunes, As caiJas de Xunes de re7erncia de termopares so7ornecidas para permitir a transio do Lo de cromel(alumelpara Los de coIre, /stas unidades 7ornecem uma temperaturacontrolada de re7erncia de E'bC 5'DHb38 para os termoparesinternos do ncleo, Cada caiJa de Xuno de re7erncia contNm 9

detectores de temperatura de resistncia de platina 5RT)8,


27/243

&s eOuipamentos decontrole do sistemade termopareslocalizam(se em umgaIinete na Sala deControle dotado deum indicador depreciso OueQ atra6Nsde uma cha6eseletoraQ permite aleitura do termopar,


28/243

E,0( T%!&S )/ S/S&R/S

!odem ser de dois tipos:com contato e sem contato,Sensores de temperaturascom contato medem sua prUpria temperatura e pressupe Oue os dois corpos5sensor e oIXeto medido 8 esto em eOuilIrio tNrmico,!ode eJistir alguma

margem de erro principalmente Ouando so super7cies em mo6imento,fuando esse tipo de proIlema in6iaIiliza uma medio de OualidadeQ apela(separa o uso de sensores sem contato,

E,0'( S/S&R/S C&M C&TAT&

Termopares( /sto entre os mais usados com uma ampla gama de

aplicao,So Iaseados no e7eito !eltier(SeeIec`Q ou e7eito termoelNtricoQOueocorre Ouando dois metais di7erentes 7ormam uma Xuno,So classiLcadospor letras 5 - C . ,,,8 de acordo com o material da Xuno e com a 7aiJa detemperatura de uso,& tipo Q 7eito de Cromel 58 e Alumel 5( 8 opera em uma7aiJa de G> a '0DH graus C,


29/243

E,09( M/)%)AS )/ T/M!/RAT#RAS

Atualmente os modernos transmissores de temperaturas usados

na indstria so 6erdadeiros computadoresQ Oue permite aconeJo de 6rios tipos de sensores permitem traIalhar comdi6ersas escalas e possuem inmeras 7unes de diagnUsticos, Amedio de temperatura N a segunda grandeza mais usada emcontrole de processos,


30/243

E,00( S/S&R/S S/M C&TAT&

@ muitas utilizaes para os sensores de temperatura sem contatoQprincipalmente onde os sensores de contato no podem ser usados ouno so adeOuados, /ntretanto ainda h pouco conhecimento soIre seuprincpio de 7uncionamento e suas aplicaes,/ste tipo de sensor NIaseado na emisso espectral da energia dos corpos, otamos umcrescimento contnuo de aplicaes empregando tanto anlise deimagens tNrmicasQ Ouanto medio pontual de temperaturas,


31/243

!ir[metro Uptico (utilizados em aplicaes industriais ecomerciais e tem sido constantemente aper7eioados, B Iaseadona emisso de energia tNrmica pelos corpos, Mede a radiaoin7ra6ermelha Oue cuXa a intensidade N uma 7uno do corpomedido,


32/243


33/243

E,09( A#T&MA*+& %)#STR%A1 / AM/)%*+& )/ T/M!/RAT#RA

Atualmente h uma grande di6ersidade de eOuipamentos no

mercado, ormalmente os transmissores permitem a coneJo desensores de temperatura de 6rios tiposQ tais como termoparQ RT)Qsemicondutores dentre outros, &s trans7ormadores do tipo 1V)TtamINm esto sendo empregados em larga escala em a6iesQna6ios e suImarinos Q reatores nucleares e em mediesindustriais,


34/243

Controle de temperatura em tanOue

Controle de temperatura em tanOue usando 6apor, /ste tipo decontrole N Iastante comum em di6ersos segmentos da indstria,

& 6apor entra e N separado do condensado atra6Ns de umseparador especial, #ma 6l6ula de controle 6aria a Ouantidadede 6apor Oue N inXetada no tanOueQ de acordo com atemperatura lida pelo sensor imerso no produto, #ma malha !%)pode manter a temperatura do produto est6el para uma ampla7aiJa de temepraturas e 6azes do produto,


35/243

Reator


36/243

F( )%A2RAMA )/ -1&C&S )/ #M TRASM%SS&R %)#STR%A1 )/T/M!/RAT#RA

!odemos oIser6ar a coneJo Y esOuerdaQ permitindo a ligao de6rios sensores de 0 Los ou um sensor a 9 ou = Los, @ um estgio decondicionamento e Lltragem do sinalQ Iem como con6erso A^) de altaresoluo: 'D a 0= Iits, & sinal digital N ento isolado e tratado pelaC!#Q Oue pode calcular a temperatura em 6rias escalasQ compensarrudosQ 6eriLcar a Oualidade do sinal dentre outras caractersticas, &

6alor da temperatura en6iado ao sistema de controle e super6isoatra6Ns de um sinal analUgico 5=(0HmA8Q digital 53ieldIus8 ou 6ia rdio5ireless8,


37/243

F,'( M/)%*/S )/ T/M!/RAT#RA /M #MA #S%A #C1/AR

a usina nuclear as medies de temperaturasQ a super6iso e ocontrole esto por toda a parte, )i6ersos tipos de sensores com e semcontato so usadosQ dos mais simples term[metros de paredes atNuma cPmera ou scanner tNrmico para anlise mais soLsticadas dasimagens dos eOuipamentos,


38/243

G( C&C1#S+&

/ste traIalho 7oi Iaseado no estudo detrans7erncia de calor em 6aretas comIust6eise6idenciando sua importPncia nas medidas em Ouese pode predizer as temperaturas limites para umreator nuclear,

Chegamos a concluso Oue a 6ari6el maisimportante na usina nuclear N a temperaturaQ e Nmonitorada por toda a parte no somente dentroda usina mas nas suas proJimidades, & uso desensores est por toda a usinaQ dos mais simplesaos de mais alta compleJidade associados ou no

a transmissores, &s sensores apresentados so osmais conhecidos e usados em automaoindustrial entre os inmeros eJistentes, AimportPncia da temperatura em um reator nuclearesta diretamente ligado ao processo de LssoQ aperda do controle pode ele6ar a temperatura a um

6alor Oue le6e a 7uso do reator ou 6azamento deradiaes para o eJterior,


39/243

'H( -%-1%&2RA3%A

'(TermodinPmica ( !rincpios da trans7erncia de calor: 0 ed,0HHD_ SantosQelson oli6eira dos_ R.,0( %!/ K C/ K S! %nstituto de !esOuisas /nergNticas eucleares, S! -rasil,9( 3urnas Centrais /lNtricas K )epartamento de /ngenharia doComIust6el uclear(R.,

=( Sensores %ndustriais 3undamentos e Aplicaes K )anielThomaziniQ !edro #rIano_ F ed, Re6isada e atualizada,>( Anlise Computacional K %A/A uclear !oer 2loIalStatistics 5!R%S8""",iaea,org^programmers^a0indeJhtmlD K AcelNtrica Automao %ndustrial K .ardim AmNrica, R. -rasil,

""",aceletrica,com,Ir


40/243


41/243


42/243


43/243


44/243


45/243


46/243


47/243


48/243


49/243


50/243


51/243


52/243


53/243


54/243


55/243


56/243


57/243


58/243


59/243


60/243


61/243


62/243


63/243


64/243


65/243


66/243


67/243


68/243


69/243


70/243


71/243


72/243


73/243


74/243


75/243


76/243


77/243


78/243


79/243


80/243


81/243


82/243


83/243


84/243


85/243


86/243


87/243


88/243


89/243


90/243


91/243


92/243


93/243


94/243


95/243


96/243


97/243


98/243


99/243


100/243


101/243


102/243


103/243


104/243


105/243


106/243


107/243


108/243


109/243


110/243


111/243


112/243


113/243


114/243


115/243


116/243


117/243


118/243


119/243


120/243


121/243


122/243


123/243


124/243


125/243


126/243


127/243


128/243


129/243


130/243


131/243


132/243


133/243


134/243


135/243


136/243


137/243


138/243


139/243


140/243


141/243


142/243


143/243


144/243


145/243


146/243


147/243


148/243


149/243


150/243


151/243


152/243


153/243


154/243


155/243


156/243


157/243


158/243


159/243


160/243


161/243


162/243


163/243


164/243


165/243


166/243


167/243


168/243


169/243


170/243


171/243


172/243


173/243


174/243


175/243


176/243


177/243


178/243


179/243


180/243


181/243


182/243


183/243


184/243


185/243


186/243


187/243


188/243


189/243


190/243


191/243


192/243


193/243


194/243


195/243


196/243


197/243


198/243


199/243


200/243


201/243


202/243


203/243


204/243


205/243


206/243


207/243


208/243


209/243


210/243


211/243


212/243


213/243


214/243


215/243


216/243


217/243


218/243


219/243


220/243


221/243


222/243


223/243


224/243


225/243


226/243


227/243


228/243


229/243


230/243


231/243


232/243


233/243


234/243


235/243


236/243


237/243


238/243


239/243


240/243


241/243


242/243


243/243

Documents

Análise de Temperatura Slide [Salvo Automaticamente]