Diseño de una seccion de ensayos para determicación de temperaturas de vaina, velocidad de circulación del refrigerante y perdida de carga en canales combustibles tipo MTR para el Reactor RA6

Abstract

En un reactor nuclear es de vital importacia mantener la temperatura del combustible por debajo de un valor aceptable. En el caso de reactores tipo piscina, donde el refrigerante está a baja presión, la presencia de vapor en los canales combustibles es inaceptable debido a las perturbaciones neutrónicas que provocaría. Por esta razón la temperatura de ebullición es la limitante desde el punto de vista termohidráulico y es establecida como la temperatura máxima que podrá alcanzarse en la superficie de la vaina. La forma de lograr esto es conseguir un diseño del sistema de refrigeración que permita una velocidad de circulación del refrigerante en los canales combustibles adecuada, para extraer la potencia generada sin sobrepasar el límite en la temperatura mencionado. El RA-6 es un reactor nuclear de investigación tipo piscina con elementos combustibles tipo MTR (formado por placas), refrigerado por agua liviana, en flujo descendente, de una potencia de 500 KW. El aumento de potencia a 3 MW previsto requiere aumentar el caudal del refrigerante que circula por el núcleo. Las cañerias del primario están empotradas en el hormigón, por lo cual no se pueden cambiar. Esto hace que, para aumentar el caudal, haya que aumentar la velocidad de circulación. A su vez el aumento de velocidad trae aparejado vibraciones en la estructura, por lo tanto hay una limitación en la velocidad máxima de circulación. Esta limitación del caudal en el circuito primario conlleva una limitación de las velocidades del refrigerante por los canales combustibles. Los valores de velocidades estimados predicen un régimen de escurrimiento transitorio (Re<10000) en los canales combustibles. En la atracción de calor de las placas de los elementos combustibles, el proceso de transferencia de calor determinante, es la convección forzada; el coeficiente de transferencia de calor, h, se obtiene por correlaciones empíricas. Las correlaciones existentes son generalmente para canales circulares. Cálculos realizados por personal de Termohidráulica del CAB muestran que prodría llegarse a temperaturas inadmisibles en las placas exteriores de los elementos combustibles; es decir velocidades demasiado bajas en los canales formados entre dos elementos combustibles debido a resistencias hidráulicas elevadas en la salida de estos canales (cambio brusco de geometría de rectangular a circular). Las razones mencionadas en los párrafos anteriores generaron un requerimiento de un estudio experimental para determinar pérdidas de carga, coeficientes de transferencia de calor, velocidades de circulación del refrigerante y temperaturas alcanzadas en las vainas combustibles para las condiciones de operación previstas del reactor RA-6. La presente tesina muestra el diseño, fabricación y ensamble de la sección de ensayos necesaria para realizar el mencionado estudio experimental.