Análise Numérica do Comportamento do Sistema de Resfriamento por Circulação Natural em Plantas Nucleares Embarcadas - Celestino, Pedro Alexandre Pinto (2024)
A circulação natural é um método crucial para o resfriamento seguro do núcleo de reatores nucleares, garantindo a remoção eficiente do calor residual sem a necessidade de bombas mecânicas. Este método é particularmente importante em reatores navais embarcados, onde a confiabilidade e a simplicidade operacional são essenciais. A modelagem precisa desses sistemas é fundamental para prever comportamentos térmicos e garantir a segurança e a eficiência do reator sob várias condições operacionais. Esta dissertação investiga a circulação natural em um circuito de circulação natural (CCN), com foco na análise das influências de diferentes inclinações operacionais, comumente empregadas em manobras de submarinos, de 5°, 15° e 30°. Utilizando a Programação Orientada a Objetos (POO) por meio da linguagem Modelica, o estudo visa validar modelos numéricos comparando com os dados experimentais e numéricos obtidos pelo código RELAP5/MOD3.3. Os resultados demonstraram boa concordância do modelo proposto, confirmando a precisão e a robustez da linguagem Modelica para simulações de sistemas de circulação natural. Este estudo, portanto, reforça a confiança na utilização da POO para a modelagem e simulação de circuitos de resfriamento em reatores nucleares. As observações revelaram que para pequenas inclinações (±5° e ±15°) os impactos no comportamento do sistema são mínimos, seja na variação da vazão ou na estabilidade do sistema. Em contrapartida, inclinações mais acentuadas (±30°) resultam em variações significativas, elevando a temperatura do fluido devido à redução da vazão e prolongando o aparecimento das instabilidades ao longo de toda a simulação. Esses resultados são consistentes com estudos anteriores encontrados na literatura, que também observaram que a inclinação altera a força motriz da circulação natural e pode causar instabilidades devido à quebra da simetria termo-hidráulica. Em resumo, este trabalho não apenas valida a linguagem Modelica para a simulação de sistemas de circulação natural, mas também fornece valiosas conclusões sobre o comportamento desses sistemas sob diferentes inclinações operacionais. Esses achados são fundamentais para o projeto e operação segura de reatores nucleares embarcados em navios e submarinos, contribuindo para a melhoria contínua da tecnologia de resfriamento nuclear.