{"id":47631,"date":"2019-11-05T18:17:06","date_gmt":"2019-11-05T17:17:06","guid":{"rendered":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/o-que-e-conducao-de-calor-em-uma-barra-de-combustivel-definicao\/"},"modified":"2020-01-24T12:30:22","modified_gmt":"2020-01-24T11:30:22","slug":"o-que-e-conducao-de-calor-em-uma-barra-de-combustivel-definicao","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/pt-br\/o-que-e-conducao-de-calor-em-uma-barra-de-combustivel-definicao\/","title":{"rendered":"O que \u00e9 condu\u00e7\u00e3o de calor em uma barra de combust\u00edvel – Defini\u00e7\u00e3o"},"content":{"rendered":"
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Condu\u00e7\u00e3o de calor em uma barra de combust\u00edvel.\u00a0O comportamento t\u00e9rmico e mec\u00e2nico das pastilhas de combust\u00edvel, ou varetas de combust\u00edvel, constitui uma das tr\u00eas principais disciplinas do projeto.\u00a0Engenharia T\u00e9rmica<\/div>\n<\/div>\n
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Condu\u00e7\u00e3o de calor em uma barra de combust\u00edvel<\/h2>\n

Condu\u00e7\u00e3o de calor em uma barra de combust\u00edvel<\/strong><\/p>\n

\"Combust\u00edvel<\/a>A maioria dos PWRs usa o\u00a0combust\u00edvel de ur\u00e2nio<\/strong>\u00a0, que est\u00e1 na forma de\u00a0di\u00f3xido<\/strong>\u00a0de\u00a0ur\u00e2nio<\/strong>\u00a0.\u00a0O di\u00f3xido de ur\u00e2nio \u00e9 um s\u00f3lido semicondutor preto com condutividade t\u00e9rmica muito baixa.\u00a0Por outro lado, o di\u00f3xido de ur\u00e2nio tem um ponto de fus\u00e3o muito alto e um comportamento bem conhecido.\u00a0A UO\u00a02<\/sub>\u00a0\u00e9 prensada em\u00a0pastilhas cil\u00edndricas<\/strong>\u00a0, essas pastilhas s\u00e3o ent\u00e3o sinterizadas no s\u00f3lido.<\/p>\n

Esses\u00a0pellets cil\u00edndricos<\/strong>\u00a0s\u00e3o ent\u00e3o carregados e encapsulados dentro de uma barra de combust\u00edvel (ou pino de combust\u00edvel), feita de ligas de zirc\u00f4nio devido \u00e0 sua\u00a0se\u00e7\u00e3o transversal de<\/a>\u00a0absor\u00e7\u00e3o muito baixa\u00a0(ao contr\u00e1rio do a\u00e7o inoxid\u00e1vel).\u00a0A superf\u00edcie do tubo, que cobre os pellets, \u00e9 chamada de\u00a0revestimento de combust\u00edvel<\/strong>\u00a0.<\/p>\n

Veja tamb\u00e9m:\u00a0\u00a0Condu\u00e7\u00e3o t\u00e9rmica de di\u00f3xido de ur\u00e2nio<\/a><\/p>\n

O<\/strong>\u00a0comportamento\u00a0t\u00e9rmico<\/strong>\u00a0e\u00a0mec\u00e2nico<\/strong>\u00a0dos\u00a0pellets<\/strong>\u00a0\u00a0e\u00a0barras de combust\u00edvel<\/strong>\u00a0constitui uma das tr\u00eas principais disciplinas do projeto.\u00a0O combust\u00edvel nuclear<\/strong>\u00a0\u00e9 operado sob condi\u00e7\u00f5es muito in\u00f3spitas (t\u00e9rmica, radia\u00e7\u00e3o, mec\u00e2nica) e deve suportar mais do que as condi\u00e7\u00f5es normais de opera\u00e7\u00e3o.\u00a0Por exemplo, as temperaturas no centro dos pellets de combust\u00edvel atingem mais de\u00a01000 \u00b0 C<\/strong>\u00a0(1832 \u00b0 F) acompanhadas por libera\u00e7\u00f5es de g\u00e1s de fiss\u00e3o.\u00a0Portanto, o conhecimento detalhado da distribui\u00e7\u00e3o de temperatura em uma \u00fanica barra de combust\u00edvel \u00e9 essencial para a opera\u00e7\u00e3o segura do combust\u00edvel nuclear.\u00a0Nesta se\u00e7\u00e3o, estudaremos\u00a0a equa\u00e7\u00e3o de condu\u00e7\u00e3o de calor<\/strong>\u00a0em\u00a0coordenadas cil\u00edndricas<\/strong>usando a condi\u00e7\u00e3o limite de Dirichlet com determinada temperatura da superf\u00edcie (ou seja, usando a condi\u00e7\u00e3o limite de Dirichlet).\u00a0A an\u00e1lise abrangente do perfil de temperatura da barra de combust\u00edvel ser\u00e1 estudada em se\u00e7\u00e3o separada.<\/p>\n

Temperatura na linha central de um pellet de combust\u00edvel<\/strong><\/h2>\n

Considere o pellet de combust\u00edvel de raio\u00a0r\u00a0U<\/sub>\u00a0= 0,40 cm<\/strong>\u00a0, no qual h\u00e1 gera\u00e7\u00e3o uniforme e constante de calor por unidade de volume,\u00a0q\u00a0V<\/sub>\u00a0[W \/ m\u00a03<\/sup>\u00a0]<\/strong>\u00a0.\u00a0Em vez da taxa de calor volum\u00e9trica q\u00a0V<\/sub>\u00a0[W \/ m\u00a03<\/sup>\u00a0], os engenheiros costumam usar a\u00a0taxa de calor linear, q\u00a0L<\/sub>\u00a0[W \/ m]<\/strong>\u00a0, que representa a taxa de calor de um metro da barra de combust\u00edvel.\u00a0A\u00a0taxa linear de calor<\/strong>\u00a0pode ser calculada a partir da taxa volum\u00e9trica de calor por:<\/p>\n

\"taxa<\/a><\/p>\n

A linha central \u00e9 tomada como a origem da coordenada r.\u00a0Devido \u00e0 simetria na dire\u00e7\u00e3o z e na dire\u00e7\u00e3o azimutal, podemos separar as vari\u00e1veis \u200b\u200be simplificar esse problema para\u00a0um problema unidimensional<\/strong>\u00a0.\u00a0Assim, resolveremos a temperatura apenas em fun\u00e7\u00e3o do raio\u00a0T (r)<\/strong>\u00a0.\u00a0Para\u00a0condutividade t\u00e9rmica<\/a>\u00a0constante\u00a0, k, a forma apropriada da\u00a0equa\u00e7\u00e3o de calor cil\u00edndrica<\/strong>\u00a0\u00e9:<\/p>\n

\"equa\u00e7\u00e3o<\/a><\/p>\n

A solu\u00e7\u00e3o geral desta equa\u00e7\u00e3o \u00e9:<\/span><\/p>\n

\"equa\u00e7\u00e3o<\/a><\/p>\n

onde C\u00a0<\/span>1<\/span><\/sub>\u00a0e C\u00a0<\/span>2<\/span><\/sub>\u00a0s\u00e3o as constantes de integra\u00e7\u00e3o.<\/span><\/p>\n

\"Condu\u00e7\u00e3o<\/a>Calcule a distribui\u00e7\u00e3o de temperatura, T (r)<\/span><\/strong>\u00a0, neste sedimento de combust\u00edvel, se:<\/span><\/p>\n