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.
