Transferencia de calor en ingeniería nuclear – Aplicación
La transferencia de calor se encuentra comúnmente en sistemas de ingeniería y otros aspectos de la vida, y no es necesario ir muy lejos para ver algunas áreas de aplicación de la transferencia de calor.
El conocimiento detallado de los mecanismos de transferencia de calor también es esencial para los ingenieros de reactores, así como para todos los demás ingenieros. Una planta de energía nuclear (estación de energía nuclear) se parece a una estación de energía térmica estándar con una excepción. La fuente de calor en la central nuclear es un reactor nuclear . Como es típico en todas las centrales térmicas convencionales, el calor se utiliza para generar vapor que impulsa una turbina de vapor conectada a un generador que produce electricidad. Pero en las centrales nucleares, los reactores producen una enorme cantidad de calor (energía) en un pequeño volumen. La densidad de la generación de energía es muy grande y esto exige mucho a su sistema de transferencia de calor (sistema de refrigeración del reactor). Por lo tanto, tenemos que comenzar por la generación de calor del reactor y la eliminación del reactor.
Para que un reactor funcione en un estado estable, todo el calor liberado en el sistema debe eliminarse tan rápido como se produce . Esto se logra haciendo pasar un líquido refrigerante gaseoso a través del núcleo y a través de otras regiones donde se genera calor. La transferencia de calor debe ser igual o mayor que la tasa de generación de calor o sobrecalentamiento y puede producirse un posible daño al combustible. La naturaleza y el funcionamiento de este sistema de refrigeración es una de las consideraciones más importantes en el diseño de un reactor nuclear.
Cabe señalar que desde un punto de vista estrictamente nuclear, en teoría no existe un límite superior para la potencia térmica del reactor, que puede ser alcanzado por cualquier reactor crítico que tenga un exceso de reactividad suficiente para superar sus retroalimentaciones de temperatura negativas. En cada reactor nuclear , existe una proporcionalidad directa entre el flujo de neutrones y la potencia térmica del reactor . El término energía térmica se usa generalmente, porque significa la velocidad a la que se produce calor en el núcleo del reactor como resultado de fisión en el combustible. Además, durante un período corto, un reactor crítico no necesita tener un alto exceso de reactividad como en el caso de excursiones de reactividad rápidas.
En resumen, casi cualquier reactor puede superar la capacidad de eliminación de calor de su sistema de refrigeración. Más allá de este punto, el combustible se calienta y puede alcanzar temperaturas muy altas. El operador del reactor y los sistemas de seguridad del reactor deben evitar esta situación. Es esencial que se mantenga el equilibrio entre la generación de calor y la tasa de eliminación de calor para evitar estas temperaturas que podrían provocar la falla del combustible u otros materiales estructurales. En la ingeniería de reactores, la hidráulica térmica de los reactores nucleares describe el esfuerzo que implica el acoplamiento de la transferencia de calor y la dinámica de fluidos para lograr la tasa de eliminación de calor deseada del núcleo en condiciones normales de operación y accidente.
