Avaliação de Componente Estrutural de Elemento Combustível: Comparação entre Dados Experimentais e Simulação Numérica

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Santos, Rafael Silva Brandão dos
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN)
• Palavras-chave em Português: Elemento Combustível; Grade Espaçadora; Compressão Estática; Simulação Numérica; Validação; Engenharia nuclear; Diretoria-Geral do Material da Marinha (DGMM)
• Link de acesso: https://www.repositorio.mar.mil.br/handle/ripcmb/847131

Em um reator nuclear, o elemento combustível (EC) é um componente essencial para a geração de energia. Assim para a sua qualificação, é necessário apresentar evidências de que o conjunto, bem como cada um de seus componentes estruturais atendam aos requisitos normativos de desempenho e segurança. Um dos componentes estruturais do EC é a grade espaçadora (GE), que garante o espaçamento adequado entre as varetas de combustível, permitindo a circulação do refrigerante em um reator refrigerado a água. O processo de qualificação de um EC requer atividades de verificação e validação utilizando ferramentas computacionais e bancadas experimentais. No presente estudo, buscou-se validar um modelo computacional utilizando um experimento para prever o comportamento mecânico de uma GE típica de EC de reator refrigerado a água pressurizada. O experimento escolhido foi o teste de compressão estática utilizando segmentos da GE. Em paralelo, foi desenvolvido um modelo computacional 3D do segmento da GE utilizando o código ANSYS 2023 R2 para reproduzir as condições do experimento, permitindo a comparação dos resultados obtidos por simulação com os dados obtidos no teste. Os resultados da simulação computacional indicaram que o modelo é capaz de prever com boa precisão a força máxima suportada pela GE, bem como a geometria final da amostra. Porém, verificou-se que diferenças decorrentes de imperfeições presentes na GE real afetam os resultados obtidos na simulação para a rigidez do componente, imperfeições estas difíceis de serem reproduzidas no modelo computacional. No entanto, o modelo computacional desenvolvido no presente estudo se mostrou uma boa ferramenta para ser aplicada no processo de verificação e validação buscando a qualificação de novos projetos de GE ou de modificações de projeto de GE, de modo a otimizar recursos e tempo na análise de desempenho do componente.