O que é transferência de calor – Definição

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. Engenharia Térmica

Transferência de calor

Transferência de calor - mecanismosA 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.

Equação de continuidade - vazões através do reator
Exemplo de vazões em um reator. É um exemplo ilustrativo, os dados não representam nenhum projeto de reator.

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.

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