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Eficiência térmica de usinas nucleares

A eficiência térmica da conversão de energia térmica em trabalho é determinada principalmente pela diferença entre os reservatórios de temperatura quente e fria. A eficiência térmica é melhorada se a entrada de calor do vapor na turbina a vapor estiver na temperatura mais alta possível e a rejeição de calor no condensador estiver na temperatura mais baixa possível. A alta temperatura em um reator de água leve é ​​geralmente limitada por considerações de materiais e pressão e a temperatura da pia é limitada pelo ambiente.

Normalmente, a maioria das usinas nucleares opera turbinas a vapor de condensação de vários estágios . Nessas turbinas, o estágio de alta pressão recebe vapor (esse vapor é quase o vapor saturado – x = 0,995 – ponto C na figura; 6 MPa ; 275,6 ° C) de um gerador de vapor e o esgota no separador-reaquecedor de umidade (ponto D ) O vapor deve ser reaquecido para evitar danos que possam ser causados ​​às pás da turbina a vapor por vapor de baixa qualidade . O reaquecedor aquece o vapor (ponto D) e, em seguida, o vapor é direcionado para o estágio de baixa pressão da turbina a vapor, onde se expande (pontos E a F). O vapor exaurido condensa no condensador e está a uma pressão bem abaixo da atmosférica (pressão absoluta de0,008 MPa ) e está em um estado parcialmente condensado (ponto F), tipicamente com uma qualidade próxima a 90%.

Nesse caso, geradores de vapor, turbinas a vapor, condensadores e bombas de água de alimentação constituem um motor térmico, sujeito às limitações de eficiência impostas pela segunda lei da termodinâmica . No caso ideal (sem atrito, processos reversíveis, design perfeito), este motor térmico teria uma eficiência de Carnot de

η = 1 – T _frio / T _quente = 1 – 315/549 = 42,6%

onde a temperatura do reservatório quente é de 275,6 ° C (548,7 K), a temperatura do reservatório frio é de 41,5 ° C (314,7 K). Mas a usina nuclear é o verdadeiro motor térmico , no qual os processos termodinâmicos são de alguma forma irreversíveis. Eles não são feitos infinitamente devagar. Em dispositivos reais (como turbinas, bombas e compressores), um atrito mecânico e perdas de calor causam mais perdas de eficiência.

Portanto, usinas nucleares geralmente têm eficiência em torno de 33%. Nas modernas usinas nucleares, a eficiência termodinâmica geral é de cerca de um terço (33%); portanto, são necessários 3000 MWth de energia térmica da reação de fissão para gerar 1000 MWe de energia elétrica.

Pressão da caldeira

De acordo com o princípio de Carnot, é possível obter maiores eficiências aumentando a temperatura do vapor. Mas isso requer um aumento nas pressões dentro de caldeiras ou geradores de vapor. No entanto, considerações metalúrgicas impõem limites superiores a essas pressões. Para impedir a ebulição do líquido de arrefecimento primário e fornecer uma margem de sub-resfriamento (a diferença entre a temperatura do pressurizador e a temperatura mais alta no núcleo do reator), pressões em torno de 16 MPa são típicas para PWRs . O vaso de pressão do reator é o componente principal, que limita a eficiência térmica de cada usina nuclear, uma vez que o vaso do reator deve suportar altas pressões.

Deste ponto de vista, os reatores supercríticos de água são considerados um avanço promissor para as usinas nucleares devido à sua alta eficiência térmica (~ 45% vs. ~ 33% para as LWRs atuais). Os SCWRs são operados sob pressão supercrítica (ou seja, maior que 22,1 MPa).

Pressão do condensador

O caso da diminuição da temperatura média na qual a energia é rejeitada exige uma diminuição da pressão no interior do condensador (isto é, a diminuição da temperatura de saturação ). A menor pressão viável do condensador é a pressão de saturação correspondente à temperatura ambiente (ou seja, pressão absoluta de 0,008 MPa, que corresponde a 41,5 ° C). O objetivo de manter a menor pressão prática de exaustão da turbina é a principal razão para incluir o condensador em uma usina termelétrica. O condensador fornece um vácuo que maximiza a energia extraída do vapor, resultando em um aumento significativo no trabalho líquido e na eficiência térmica. Mas também este parâmetro (pressão do condensador) tem seus limites de engenharia:

• Diminuir a pressão de exaustão da turbina diminui a qualidade do vapor (ou fração de secura). Em algum momento, a expansão deve ser encerrada para evitar danos que podem ser causados ​​às pás da turbina a vapor por vapor de baixa qualidade .
• Diminuir a pressão de exaustão da turbina aumenta significativamente o volume específico de vapor exaurido, o que requer grandes lâminas nas últimas fileiras do estágio de baixa pressão da turbina a vapor.

Em turbinas a vapor úmidas típicas, o vapor exaurido condensa no condensador e está a uma pressão bem abaixo da atmosférica (pressão absoluta de 0,008 MPa, que corresponde a 41,5 ° C). Este vapor está em um estado parcialmente condensado (ponto F), normalmente com uma qualidade próxima a 90%. Observe que sempre há uma diferença de temperatura entre (em torno de ΔT = 14 ° C) a temperatura do condensador e a temperatura ambiente, que se origina do tamanho finito e da eficiência dos condensadores.

Termodinâmica e Transferência de Calor

Termodinâmica é a ciência que lida com produção, armazenamento, transferência e conversão de energia. Ele estuda os efeitos do trabalho , calor e energia em um sistema, enquanto um sistema passa por um processo de um estado de equilíbrio para outro e não faz referência a quanto tempo o processo levará. Mas, em engenharia, estamos frequentemente interessados ​​na taxa de transferência de calor, que é o tópico da ciência da transferência de calor. Podemos lembrar da termodinâmica que a energia existe de várias formas.

A transferência de calor está principalmente interessada no calor, que é a forma de energia que pode ser transferida de um sistema para outro como resultado da diferença de temperatura . A termodinâmica de engenharia pode ser melhor denominada termostática, porque descreve principalmente os estados de equilíbrio em ambos os lados de processos irreversíveis.

Na engenharia, o termo transferência de calor por convecção é usado para descrever os efeitos combinados de condução e fluxo de fluido. Nesse ponto, precisamos adicionar um novo mecanismo, conhecido como advecção (o transporte de uma substância por movimento a granel). Do ponto de vista termodinâmico, o calor flui para um fluido por difusão para aumentar sua energia, o fluido transfere (avisa) esse aumento da energia interna (não calor) de um local para outro, e isso é seguido por uma segunda interação térmica que transfere calor para um segundo corpo ou sistema, novamente por difusão.

Transferência de calor

A transferência de calor é uma disciplina de engenharia que diz respeito à geração, uso, conversão e troca de calor (energia térmica) entre sistemas físicos. Na engenharia de energia, ele determina os principais parâmetros e materiais dos trocadores de calor. A transferência de calor é geralmente classificada em vários mecanismos, como:

• Condução de calor. A condução de calor, também chamada difusão, ocorre dentro de um corpo ou entre dois corpos em contato. É a troca microscópica direta da energia cinética das partículas através da fronteira entre dois sistemas. Quando um objeto está a uma temperatura diferente de outro corpo ou de seus arredores
• Convecção por Calor. A convecção de calor depende do movimento de massa de uma região do espaço para outra. A convecção de calor ocorre quando o fluxo a granel de um fluido (gás ou líquido) transporta calor junto com o fluxo de matéria no fluido.
• Radiação térmica. A radiação é a transferência de calor por radiação eletromagnética, como a luz do sol, sem a necessidade de que a matéria esteja presente no espaço entre os corpos.

Transferência de Calor em Engenharia Nuclear – Aplicação

A transferência de calor é comumente encontrada em sistemas de engenharia e outros aspectos da vida, e não é preciso ir muito longe para ver algumas áreas de aplicação da transferência de calor.

O conhecimento detalhado dos mecanismos de transferência de calor também é essencial para os engenheiros do reator, bem como para todos os outros engenheiros. Uma usina nuclear ( usina nuclear) se parece com uma usina termelétrica padrão, com uma exceção. A fonte de calor na usina nuclear é um reator nuclear . Como é típico em todas as centrais térmicas convencionais, o calor é usado para gerar vapor que aciona uma turbina a vapor conectada a um gerador que produz eletricidade. Mas, em usinas nucleares, os reatores produzem uma quantidade enorme de calor (energia) em um pequeno volume. A densidade da geração de energia é muito grande e isso exige muito do seu sistema de transferência de calor (sistema de refrigeração do reator). Portanto, temos que começar pela geração e remoção de calor do reator.

Para que um reator opere em estado estacionário, todo o calor liberado no sistema deve ser removido tão rápido quanto produzido . Isso é feito passando um líquido refrigerante líquido ou gasoso pelo núcleo e por outras regiões onde o calor é gerado. A transferência de calor deve ser igual ou superior à taxa de geração de calor ou superaquecimento, podendo ocorrer danos ao combustível. A natureza e operação deste sistema de refrigeração é uma das considerações mais importantes no projeto de um reator nuclear.

Deve-se notar que, do ponto de vista estritamente nuclear, teoricamente não há limite superior para a energia térmica do reator, que pode ser atingida por qualquer reator crítico com excesso de reatividade suficiente para superar seus feedbacks negativos de temperatura. Em cada reator nuclear , há uma proporcionalidade direta entre o fluxo de nêutrons e a energia térmica do reator . O termo energia térmica é geralmente usado, porque significa a taxa na qual o calor é produzido no núcleo do reator como resultado de fissões no combustível. Além disso, por um curto período, um reator crítico não precisa ter alto excesso de reatividade, como no caso de excursões rápidas de reatividade.

Em resumo, quase todo reator é capaz de exceder a capacidade de remoção de calor de seu sistema de refrigeração. Além deste ponto, o combustível aqueceria e poderá atingir temperaturas muito altas. Essa situação deve ser evitada pelo operador do reator e pelos sistemas de segurança do reator. É essencial que o equilíbrio da taxa de geração de calor e remoção de calor seja mantido para evitar essas temperaturas que podem resultar em falha de combustível ou outros materiais estruturais. Na engenharia de reatores, o termo-hidráulico dos reatores nucleares descreve o esforço que envolve o acoplamento da transferência de calor e da dinâmica de fluidos para atingir a taxa de remoção de calor desejada do núcleo, tanto em condições normais de operação quanto em acidentes.

Transferência de calor

A transferência de calor é uma disciplina de engenharia que diz respeito à geração, uso, conversão e troca de calor (energia térmica) entre sistemas físicos. Na engenharia de energia, ele determina os principais parâmetros e materiais dos trocadores de calor. A transferência de calor é geralmente classificada em vários mecanismos, como:

• Condução de calor . A condução de calor, também chamada difusão, ocorre dentro de um corpo ou entre dois corpos em contato. É a troca microscópica direta da energia cinética das partículas através da fronteira entre dois sistemas. Quando um objeto está a uma temperatura diferente de outro corpo ou de seus arredores
• Convecção por Calor . A convecção de calor depende do movimento de massa de uma região do espaço para outra. A convecção de calor ocorre quando o fluxo a granel de um fluido (gás ou líquido) transporta calor junto com o fluxo de matéria no fluido.
• Radiação térmica. A radiação é a transferência de calor por radiação eletromagnética, como a luz do sol, sem a necessidade de que a matéria esteja presente no espaço entre os corpos.

Transferência de Calor em Engenharia Nuclear – Aplicação

A transferência de calor é comumente encontrada em sistemas de engenharia e outros aspectos da vida, e não é preciso ir muito longe para ver algumas áreas de aplicação da transferência de calor.

O conhecimento detalhado dos mecanismos de transferência de calor também é essencial para os engenheiros do reator, bem como para todos os outros engenheiros. Uma usina nuclear ( usina nuclear) se parece com uma usina termelétrica padrão, com uma exceção. A fonte de calor na usina nuclear é um reator nuclear . Como é típico em todas as centrais térmicas convencionais, o calor é usado para gerar vapor que aciona uma turbina a vapor conectada a um gerador que produz eletricidade. Mas, em usinas nucleares, os reatores produzem uma quantidade enorme de calor (energia) em um pequeno volume. A densidade da geração de energia é muito grande e isso demanda um sistema de transferência de calor (sistema de refrigeração do reator). Portanto, temos que começar pela geração e remoção de calor do reator.

Para que um reator opere em estado estacionário, todo o calor liberado no sistema deve ser removido tão rápido quanto produzido . Isso é feito através da passagem de um líquido de arrefecimento líquido ou gasoso pelo núcleo e por outras regiões onde o calor é gerado. A transferência de calor deve ser igual ou superior à taxa de geração de calor ou superaquecimento, podendo ocorrer danos ao combustível. A natureza e a operação desse sistema de refrigeração são uma das considerações mais importantes no projeto de um reator nuclear.

Deve-se notar que, do ponto de vista estritamente nuclear, teoricamente não há limite superior à energia térmica do reator, o que pode ser alcançado por qualquer reator crítico com excesso de reatividade suficiente para superar seus feedbacks negativos de temperatura. Em cada reator nuclear , há uma proporcionalidade direta entre o fluxo de nêutrons e a energia térmica do reator . O termo energia térmica é geralmente usado, porque significa a taxa na qual o calor é produzido no núcleo do reator como resultado de fissões no combustível. Além disso, por um curto período, um reator crítico não precisa ter alto excesso de reatividade, como no caso de excursões rápidas de reatividade.

Em resumo, quase todo reator é capaz de exceder a capacidade de remoção de calor de seu sistema de refrigeração. Além deste ponto, o combustível aqueceria e poderá atingir temperaturas muito altas. Essa situação deve ser evitada pelo operador do reator e pelos sistemas de segurança do reator. É essencial que o equilíbrio da taxa de geração de calor e remoção de calor seja mantido para evitar essas temperaturas que podem resultar em falha de combustível ou outros materiais estruturais. Na engenharia de reatores, o sistema hidráulico térmico dos reatores nucleares descreve o esforço que envolve o acoplamento da transferência de calor e da dinâmica de fluidos para atingir a taxa de remoção de calor desejada do núcleo, tanto em condições normais de operação quanto em acidentes.

Graxa Térmica – Graxa para CPU

A resistência de contato térmico pode ser minimizada aplicando um líquido condutor térmico chamado graxa térmica , como graxa de CPU, nas superfícies antes de serem pressionadas uma contra a outra. O principal papel da graxa térmica é eliminar os espaços ou espaços de ar (que atuam como isolantes térmicos) da área da interface, a fim de maximizar a transferência de calor. A condutividade térmica do material intersticial e sua pressão são as duas propriedades que governam sua influência na condutância de contato.

Na engenharia térmica, a condutância de contato térmico [W / m ² .K] ou resistência de contato térmico [m ² .K / W]  representa a condução de calor entre dois corpos sólidos. Quando os componentes são aparafusados ​​ou pressionados de outro modo, também é necessário um conhecimento do desempenho térmico dessas juntas. Nestes sistemas compostos, a queda de temperatura na interface entre os materiais pode ser apreciável. Essa queda de temperatura é caracterizada pelo coeficiente de condutância de contato térmico , h _c, que é uma propriedade que indica a condutividade térmica ou a capacidade de conduzir calor entre dois corpos em contato. Embora existam bancos de dados extensivos sobre as propriedades térmicas de materiais a granel, bancos de dados semelhantes para contatos pressionados não existem.

O inverso dessa propriedade é denominado resistência de contato térmico .

A resistência do contato depende, em grande parte, da rugosidade da superfície . A pressão que mantém as duas superfícies juntas também influencia a resistência do contato. Observa-se que a resistência ao contato térmico diminui com a diminuição da rugosidade da superfície e o aumento da pressão da interface. Isso é atribuído ao fato de que a superfície de contato entre os corpos cresce à medida que a pressão de contato aumenta. Quando duas dessas superfícies são pressionadas uma contra a outra, os picos formarão um bom contato com o material, mas os vales formarão vazios cheios de ar. Esses vazios cheios de ar atuam como isolamento por causa da baixa condutividade térmica do ar. O número e tamanho limitados dos pontos de contato resultam em uma área de contato real significativamente menor que a área de contato aparente. No caso de material compósito metálico, que é colocado no vácuo, a condução térmica através dos pontos de contato é o principal modo de transferência de calor, e a resistência de contato é geralmente maior do que quando o material compósito está na presença de ar ou outro fluido. Além disso, a resistência ao contato térmico é significativa e pode ser dominante para bons condutores de calor, como metais, mas pode ser negligenciada para condutores de calor ruins, como isoladores.

Por exemplo:

• A condutância de contato térmico para chapas de alumínio com uma rugosidade superficial de 10 μm colocada no ar com a pressão de interface de 1 atm é h _c = 3640 W / m ² .K
• A condutância de contato térmico para placas de alumínio com uma rugosidade superficial de 10 μm colocada em hélio com a pressão de interface de 1 atm é h _c = 9520 W / m ² .K
• A condutância de contato térmico para chapas de aço inoxidável com uma rugosidade superficial de 2,5 μm colocada no ar com a pressão de interface de 1 MPa é de cerca de h _c = 3000 W / m ² .K

Referência especial: Madhusudana, Chakravarti V., Condutância de contato térmico. Springer International Publishing, 2014. ISBN: 978-3-319-01276-6.

Resistência de contato térmico – Condutância de contato térmico

Na engenharia térmica, a condutância de contato térmico [W / m ² .K] ou resistência de contato térmico [m ² .K / W]  representa a condução de calor entre dois corpos sólidos. Quando os componentes são aparafusados ​​ou pressionados de outro modo, também é necessário um conhecimento do desempenho térmico dessas juntas. Nestes sistemas compostos, a queda de temperatura na interface entre os materiais pode ser apreciável. Essa queda de temperatura é caracterizada pelo coeficiente de condutância de contato térmico , h _c, que é uma propriedade que indica a condutividade térmica ou a capacidade de conduzir calor entre dois corpos em contato. Embora existam bancos de dados extensivos sobre as propriedades térmicas de materiais a granel, bancos de dados semelhantes para contatos pressionados não existem.

O inverso dessa propriedade é denominado resistência de contato térmico .

A resistência do contato depende, em grande parte, da rugosidade da superfície . A pressão que mantém as duas superfícies juntas também influencia a resistência do contato. Observa-se que a resistência ao contato térmico diminui com a diminuição da rugosidade da superfície e o aumento da pressão da interface. Isso é atribuído ao fato de que a superfície de contato entre os corpos cresce à medida que a pressão de contato aumenta. Quando duas dessas superfícies são pressionadas uma contra a outra, os picos formarão um bom contato com o material, mas os vales formarão vazios cheios de ar. Esses vazios cheios de ar atuam como isolamento por causa da baixa condutividade térmica do ar. O número e tamanho limitados dos pontos de contato resultam em uma área de contato real significativamente menor que a área de contato aparente. No caso de material compósito metálico, que é colocado no vácuo, a condução térmica através dos pontos de contato é o principal modo de transferência de calor, e a resistência de contato é geralmente maior do que quando o material compósito está na presença de ar ou outro fluido. Além disso, a resistência ao contato térmico é significativa e pode ser dominante para bons condutores de calor, como metais, mas pode ser negligenciada para condutores de calor ruins, como isoladores.

Por exemplo:

• A condutância de contato térmico para chapas de alumínio com uma rugosidade superficial de 10 μm colocada no ar com a pressão de interface de 1 atm é h _c = 3640 W / m ² .K
• A condutância de contato térmico para placas de alumínio com uma rugosidade superficial de 10 μm colocada em hélio com a pressão de interface de 1 atm é h _c = 9520 W / m ² .K
• A condutância de contato térmico para chapas de aço inoxidável com uma rugosidade superficial de 2,5 μm colocada no ar com a pressão de interface de 1 MPa é de cerca de h _c = 3000 W / m ² .K

A resistência de contato térmico pode ser minimizada aplicando um líquido condutor térmico chamado graxa térmica , como graxa de CPU, nas superfícies antes de serem pressionadas uma contra a outra. O principal papel da graxa térmica é eliminar os espaços ou espaços de ar (que atuam como isolantes térmicos) da área da interface, a fim de maximizar a transferência de calor. A condutividade térmica do material intersticial e sua pressão são as duas propriedades que governam sua influência na condutância de contato.

Referência especial: Madhusudana, Chakravarti V., Condutância de contato térmico. Springer International Publishing, 2014. ISBN: 978-3-319-01276-6.

Resistência térmica – Resistividade térmica

Na engenharia, outro conceito muito importante é frequentemente usado. Como existe uma analogia entre a difusão do calor e a carga elétrica , os engenheiros costumam usar a resistência térmica (isto é, a resistência térmica contra a condução de calor) para calcular a transferência de calor através dos materiais. A resistência térmica é o inverso da condutância térmica. Assim como uma resistência elétrica está associada à condução de eletricidade, uma resistência térmica pode estar associada à condução de calor.

Considere uma parede plana de espessura L e condutividade térmica média k. As duas superfícies da parede são mantidos a temperaturas constantes de T ₁ e T ₂ . Para condução de calor constante unidimensional através da parede, temos T (x). Então a lei de Fourier de condução de calor para a parede pode ser expressa como:

Definição de resistência térmica

A resistência térmica é uma propriedade de calor e uma medição de uma diferença de temperatura pela qual um objeto ou material resiste ao fluxo de calor. A resistência térmica para condução em uma parede plana é definida como:

Como o conceito de resistência térmica pode ser usado em uma variedade de ramos de engenharia, definimos:

• Resistência térmica absoluta , R _t , que possui unidades de [K / W]. A resistência térmica absoluta é uma propriedade de um componente em particular, que definiu a geometria (espessura – L, área – A e forma). Por exemplo, uma característica de um trocador de calor definido. Apenas uma diferença de temperatura é necessária para resolver o calor transferido.
• Resistência térmica específica ou resistividade térmica específica, R _λ , que possui unidades de [(K · m) / W]. Térmica específica é uma constante do material. A espessura do material e uma diferença de temperatura são necessárias para resolver o calor transferido.
• R-valor . O valor R (fator de isolamento térmico) é uma medida de resistência térmica. Quanto maior o valor R, maior a eficácia do isolamento. A isolação térmica possui as unidades [(m ² .K) / W] em unidades SI ou [(pés ² ° F · h) / Btu] em unidades imperiais. É a resistência térmica da área unitária de um material. O valor R depende do tipo de isolamento, sua espessura e densidade. É necessária uma diferença de área e temperatura para resolver o calor transferido.

Valor R – Fator de isolamento térmico

A resistência térmica é uma propriedade de calor e uma medição de uma diferença de temperatura pela qual um objeto ou material resiste ao fluxo de calor. A resistência térmica para condução em uma parede plana é definida como:

Como o conceito de resistência térmica pode ser usado em uma variedade de ramos de engenharia, definimos:

• Resistência térmica absoluta , R _t , que possui unidades de [K / W]. A resistência térmica absoluta é uma propriedade de um componente em particular, que definiu a geometria (espessura – L, área – A e forma). Por exemplo, uma característica de um trocador de calor definido. Apenas uma diferença de temperatura é necessária para resolver o calor transferido.
• Resistência térmica específica ou resistividade térmica específica, R _λ , que possui unidades de [(K · m) / W]. Térmica específica é uma constante do material. A espessura do material e uma diferença de temperatura são necessárias para resolver o calor transferido.
• R-valor . O valor R (fator de isolamento térmico) é uma medida de resistência térmica. Quanto maior o valor R, maior a eficácia do isolamento. A isolação térmica possui as unidades [(m ² .K) / W] em unidades SI ou [(pés ² ° F · h) / Btu] em unidades imperiais. É a resistência térmica da área unitária de um material. O valor R depende do tipo de isolamento, sua espessura e densidade. É necessária uma diferença de área e temperatura para resolver o calor transferido.

Valor R

A indústria da construção utiliza unidades como o  valor R (resistência) , que é expresso como a espessura do material normalizado para a condutividade térmica e, em condições uniformes, é a razão da diferença de temperatura entre um isolador e o calor densidade de fluxo através dele: R (x) = ∆T / q. Quanto maior o valor R, mais um material impede a transferência de calor. Como pode ser visto, a resistência depende da espessura do produto.

Resistência térmica – Resistividade térmica

Na engenharia, outro conceito muito importante é frequentemente usado. Como existe uma analogia entre a difusão do calor e a carga elétrica , os engenheiros costumam usar a resistência térmica (isto é, a resistência térmica contra a condução de calor) para calcular a transferência de calor através dos materiais. A resistência térmica é o inverso da condutância térmica. Assim como uma resistência elétrica está associada à condução de eletricidade, uma resistência térmica pode estar associada à condução de calor.

Definição de resistência térmica

A resistência térmica é uma propriedade de calor e uma medição de uma diferença de temperatura pela qual um objeto ou material resiste ao fluxo de calor. A resistência térmica para condução em uma parede plana é definida como:

Como o conceito de resistência térmica pode ser usado em uma variedade de ramos de engenharia, definimos:

• Resistência térmica absoluta , R _t , que possui unidades de [K / W]. A resistência térmica absoluta é uma propriedade de um componente em particular, que definiu a geometria (espessura – L, área – A e forma). Por exemplo, uma característica de um trocador de calor definido. Apenas uma diferença de temperatura é necessária para resolver o calor transferido.
• Resistência térmica específica ou resistividade térmica específica, R _λ , que possui unidades de [(K · m) / W]. Térmica específica é uma constante do material. A espessura do material e uma diferença de temperatura são necessárias para resolver o calor transferido.
• R-valor . O valor R (fator de isolamento térmico) é uma medida de resistência térmica. Quanto maior o valor R, maior a eficácia do isolamento. A isolação térmica possui as unidades [(m ² .K) / W] em unidades SI ou [(pés ² ° F · h) / Btu] em unidades imperiais. É a resistência térmica da área unitária de um material. O valor R depende do tipo de isolamento, sua espessura e densidade. É necessária uma diferença de área e temperatura para resolver o calor transferido.

Anomalia de deslocamento axial

Como foi escrito, o deslocamento axial – A / O (ou AFD) e o QPTR são medidas diretas e contínuas da distribuição de energia global do núcleo. A / O mede a distribuição axial global de energia, enquanto o QPTR mede a distribuição azimutal global de energia. Permanecer dentro de seus limites e operar adequadamente as hastes de controle deve manter fatores de pico aceitáveis ​​(F _Q (z) e F _ΔH ) continuamente. Os limites de AFD e QPTR garantem que os fatores de pico (F _Q (z) e F _ΔH ) permaneçam abaixo de seus valores-limite, impedindo uma alteração não detectada na distribuição bruta de potência axial e radial.

No passado, algumas usinas nucleares do tipo PWR (com química da água LiOH ) sofreram pequenas anomalias radiais e especialmente axiais de deslocamento (AOA) . Isso significa que alguns PWRs sofreram uma mudança inesperada e gradual na diferença de fluxo-alvo ( _alvo ΔI ) em direção a valores mais negativos – mudança de potência da metade superior para a metade inferior.

Após uma extensa pesquisa, verificou-se que a anomalia de deslocamento axial  pode ser causada pelo acúmulo de petróleo nos conjuntos de combustível de alta potência , nos quais pode ocorrer um aumento da ebulição do nucleado sub-resfriado . Portanto, esse fenômeno também é conhecido como mudança de potência induzida por crud (CIPS). Como essa ebulição de nucleados sub-resfriados ocorre na parte superior do conjunto, o acúmulo de petróleo causa um acúmulo de boro  na superfície da parte superior do conjunto. Borato de lítioé absorvido e concentrado na camada bruta, reduzindo a taxa de fissão na porção superior do núcleo. Deve-se notar que nem todos os núcleos do reator experimentaram a AOA, agora é conhecido que a AOA é causada por uma combinação de alto nível de crud no refrigerante, alta intensidade de ebulição no núcleo e é fortemente dependente da química da água do reator. Observe que, alguns projetos de reatores usam LiOH para controlar o pH do líquido de arrefecimento do reator e outros usam KOH.

Em resultado, durante o ciclo do combustível, o fluxo de nêutrons muda da metade superior para a metade inferior e causa um aumento nos fatores de pico locais . A acumulação de crude também pode causar uma redução no SDM disponível (3-4 pcm / dia). Perto do final do ciclo, a queima excessiva no fundo do núcleo e as concentrações reduzidas de boro e lítio no sistema de refrigeração do reator fazem com que a distribuição de energia volte para a parte superior do núcleo, restaurando parcialmente a distribuição da queima.

Referência Especial: Aviso de Informação No. 97-85: Efeitos do Acúmulo de Crud e Deposição de Boro na Margem de Distribuição e Desligamento de Energia, US NRC, 12/1997.