O que é propriedade essencial da água – Definição

a água é uma substância notável com muitas propriedades surpreendentes. A água é um meio comum também na engenharia nuclear, porque as propriedades da água são muito conhecidas. Engenharia Térmica

Água


propriedades da águaA água
 é uma substância transparente e quase incolor composta pelos elementos químicos hidrogênio e oxigênio , que são conectados por ligações covalentes . Na Terra, a água existe nos estados gasoso ( vapor ou vapor d’água ), líquido e sólido (gelo). É um dos compostos mais abundantes e essenciais e é o principal constituinte dos córregos, lagos e oceanos da Terra e os fluidos da maioria dos organismos vivos. É vital para todas as formas de vida conhecidas.

Além de essencial à vida, a água é uma substância notável com muitas propriedades surpreendentes.

  • É o único composto químico que ocorre naturalmente em todos os três estados físicos – estados gasoso (vapor ou vapor de água), líquido e sólido (gelo).
  • É o único líquido inorgânico que ocorre naturalmente na Terra.
  • A água também difere da maioria dos líquidos, pois se torna menos densa à medida que congela . Tem uma densidade máxima de 3,98 ° C (1000 kg / m 3 ), enquanto a densidade do gelo é de 917 kg / m 3 . Difere em cerca de 9% e, portanto, o gelo flutua na água líquida
  • A água tem o calor específico mais alto de qualquer substância comum – 4,19 kJ / kg K.
  • Possui um calor de vaporização muito alto, o que o torna um fluido de arrefecimento eficaz e médio em usinas termelétricas e outras indústrias de energia.

Usos da água na engenharia nuclear

Água como fluido de refrigeração do reator


Água e vapor
 são um fluido comum usado para a troca de calor no circuito primário (da superfície das barras de combustível ao fluxo do líquido de refrigeração) e no circuito secundário. É utilizado devido à sua disponibilidade e alta capacidade de calor, tanto para refrigeração quanto para aquecimento. É especialmente eficaz para transportar calor através da vaporização e condensação da água devido ao seu calor latente muito grande de vaporização .

Uma desvantagem é que os reatores moderados a água precisam usar o circuito primário de alta pressão para manter a água no estado líquido e para obter eficiência termodinâmica suficiente. Água e vapor também reagem com metais comumente encontrados em indústrias como aço e cobre, que são oxidados mais rapidamente por água e vapor não tratados. Em quase todas as centrais térmicas (carvão, gás, nuclear), a água é usada como fluido de trabalho (usado em um circuito fechado entre caldeira, turbina a vapor e condensador) e o líquido de arrefecimento (usado para trocar o calor residual por um corpo de água) ou carregue-o por evaporação em uma torre de resfriamento).

Propriedades da água - mesas a vapor
Tabelas a vapor – parâmetros comuns em sistemas de energia

Água e vapor são um meio comum, porque suas propriedades são muito conhecidas . Suas propriedades estão tabuladas nas chamadas ” Tabelas Steam “. Nessas tabelas, as propriedades básicas e principais, como pressão, temperatura, entalpia, densidade e calor específico, são tabuladas ao longo da curva de saturação vapor-líquido em função da temperatura e da pressão. As propriedades também são tabuladas para estados monofásicos ( água compactada ou vapor superaquecido ) em uma grade de temperaturas e pressões que se estendem a 2000 ºC e 1000 MPa.

Outros dados oficiais abrangentes podem ser encontrados na página do NIST Webbook sobre propriedades termofísicas de fluidos.

Veja também: Tabelas Steam

Água como moderador

O moderador de nêutrons , que é importante em reatores térmicos , é usado para moderar, ou seja, desacelerar os nêutrons da fissão para as energias térmicas . Núcleos com baixo número de massa são mais eficazes para essa finalidade, portanto, o moderador é sempre um material com baixo número de massa. Os moderadores comumente usados ​​incluem água (leve) comum (aproximadamente 75% dos reatores do mundo), grafite sólida (20% dos reatores) e água pesada (5% dos reatores).

Na maioria dos reatores nucleares , a água é um refrigerante e um moderador . A moderação ocorre especialmente nos núcleos de hidrogênio. No caso do hidrogênio (A = 1) como núcleo alvo, o nêutron incidente pode ser completamente interrompido – possui o maior decréscimo médio de energia logarítmica médio de todos os núcleos. Por outro lado, os núcleos de hidrogênio têm seção transversal de absorção relativamente maior , portanto a água não é o melhor moderador de acordo com a razão moderadora .

Moderadores de nêutrons - Parâmetros

Água como blindagem de nêutrons

Blindagem da radiação de nêutrons
Água como escudo de nêutrons

A água devido ao alto teor de hidrogênio e à disponibilidade é uma proteção efetiva e comum aos nêutrons . No entanto, devido ao baixo número atômico de hidrogênio e oxigênio, a água não é um escudo aceitável contra os raios gama. Por outro lado, em alguns casos, essa desvantagem (baixa densidade) pode ser compensada pela alta espessura da proteção da água. No caso de nêutrons, a água modera perfeitamente os nêutrons, mas com a absorção de nêutrons pelos raios gama secundários do núcleo de hidrogênio com alta energia são produzidos. Esses raios gama penetram muito na matéria e, portanto, podem aumentar os requisitos de espessura da proteção da água. Adicionando um  ácido bórico pode ajudar com esse problema (absorção de nêutrons nos núcleos de boro sem forte emissão gama), mas resulta em outros problemas com a corrosão dos materiais de construção.

Veja também: Blindagem de nêutrons

Água como proteção contra radiação gama

Em resumo, a blindagem eficaz da radiação gama baseia-se na maioria dos casos no uso de materiais com duas propriedades de materiais a seguir:

  • alta densidade de material.
  • alto número atômico de material (materiais com alto Z)
Tabela de camadas de meio valor (em cm)
Tabela de camadas de meio valor (em cm) para diferentes materiais com energias de raios gama de 100, 200 e 500 keV.

Embora a água não seja de alta densidade nem de alto material Z , ela é comumente usada como escudos gama. A água fornece uma proteção contra radiação dos conjuntos de combustível em um pool de combustível irradiado durante o armazenamento ou durante o transporte de e para o núcleo do reator . Embora a água seja um material de baixa densidade e baixo Z, é comumente usada em usinas nucleares, porque essas desvantagens podem ser compensadas com o aumento da espessura.

Camada de metade do valor da água

A camada de metade do valor expressa a espessura do material absorvente necessário para reduzir a intensidade da radiação incidente por um fator de dois .

Tabela de camadas de meio valor (em cm) para diferentes materiais com energias de raios gama de 100, 200 e 500 keV.

……………………………………………………………………………………………………………………………….

Este artigo é baseado na tradução automática do artigo original em inglês. Para mais informações, consulte o artigo em inglês. Você pode nos ajudar. Se você deseja corrigir a tradução, envie-a para: [email protected] ou preencha o formulário de tradução on-line. Agradecemos sua ajuda, atualizaremos a tradução o mais rápido possível. Obrigado.