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«- MODELAGEM PROPOSTA PARA A ANALISE DA PCI
Em uma primeira fase, a vareta combustível 6 analisada por um programa de desempenho apropriado. Os programas de desempenho são normalmente programas computacionais de análise axisimétrica que simulam para toda a extensão da vareta o comportamento de parâmetros térmicos e mecânicos da pastilha combustível e do revestimento para um dado histórico de potência no reator. Estes programas são determinísticos, ou seja, simulam de uma maneira ampla os fenômenos envolvidos na vareta combustível sob irradiação. A interligação entre estes fenômenos é complexa, existindo a necessidade de uma validação dos modelos termo-mecánicos do programa frente a dados experimentais. Depois de validados, estes programas são instrumentos úteis no projeto da vareta combustível, no seu acompanhamento sob irradiação e no licenciamento de usinas nucleares. Neste trabalho, o programa de desempenho proposto para a análise foi o FRAPCON-1 [64].
O programa FRAPCON-1 simula o comportamento da vareta combustível em condição de estado estacionário para um dado histórico de potência do reator. Uma análise em estado estacionário simula o comportamento de varetas combustíveis para condições constantes de potência e transferência de calor. Desta forma, pode-se simular patamares e variações (rampas e ciclos) de potência com pequena taxa de variação.
A análise é executada para vários nós ao longo da vareta e os diversos fenômenos são simulados axisimetricamente no plano
tra-aversal para cada nó axial. Os dados de entrada consistem do histórico e da densidade local de potência na vareta, da geometria da vareta e das condições de temperatura e pressão no núcleo do reator. Como resultado, obtta-se, por exemplo, a distribuição radial e axial de temperaturas na vareta, a pressão dos gases internoB e as tensões e deformações de membrana no revestimento da vareta.
O programa FRAPCON-1 não apresenta a opção de tratar detenninisticamente varetas combustíveis com revestimento de aço-inox. Para isto, foi necessário desenvolver a adequação deste programa computacional para gerar um novo programa especifico que considerasse varetas de aço-inox, sendo criada a versão FRAPCON-l/aço [05] [08]. A este programa foi dado o nome de FRAP1/SS, reservando o nome de FRAP1/ZR para o programa FRAPCON-1 com opção para tratar revestimentos de sircaloy.
Na adequação do FRAPCON-1 para FRAP1/SS foram modificadas as subrotinas que tratam das propriedades materiais do revestimento. Nove propriedades definidas para o zircaloy foram alteradas para os aços AISI 347/348t capacidade de calor especifico, expansão térmica axial e diametral, emissividade, dureza Meyer, coeficiente de Poisson, fluência, crescimento axial devido a. irradiação e relação tensão-deformação na região plástica. Todas as propriedades são relacionadas ã variação da temperatura e algumas são ainda funções do fluxo neutrõnico, do tempo de irradiação e da tensão desenvolvida no revestimento.
Construído FRAP1/SS, o próximo passo seria a validação
dos seus modelos frente a dados experimentais «I*» varetas de aço conhecidas. Ba se tratando de programas computacionais originais, ua grande núaero de comparações seriam necessárias. Modelos para o combustível, folga e revestimento deveriaa ser sujeitos à verificação. Este não é o caso de FRAP1/SS, pois todos os sodelos para o combustível e para a folga pastilha-revestimento tinhas sido exaustivamente verificados para FRAP1/IR (08]. Desde que os mesmos modelos termo-mecánicos são utilizados em FRAP1/SS e somente propriedades materiais foram modificadas, nenhuma comparação foi necessária.
Os valores de tensão e deformação no revestimento obtidos da análise do desempenho com os programas PRAP1/XR e FRAP1/SS são valores médios. Para a análise de fenômenos de natureza pontual, como a alocação de um fragmento de pastilha na folga pastilha-revestimento da vareta, uma abordagem mais localizada deve ser desenvolvida. Para isto, é proposto c programa baseado no Método dos Elementos Finitos, AHSTS (67], para proceder localmente as análises térmica e mecânica da vareta combustível.
Duas fases distintas e consecutivas são consideradast uma análise bidimensional (nos planos transversal e longitudinal da vareta) e uma análise tridimensional. Devido ao menor tempo de processamento e custo computacional, a análise bidimensional é realizada para a obtenção da discretizaçáo das malhas em EFs mais apropriadas à construção dos modelos e para o desenvolvimento de um estudo paramétrico, que busca identificar a influencia e a relevância da variação dos fatores mais predominantes na análise da PCI. As conclusões desta avaliação são utilizadas para o desenvolvimento de uma análise tridimensional do problema, que apesar de onerosa,
é a que mais pode se aproximar do caso real. Após a execução das análises térmica e mecânica realizadas bi e tri-dimenaionalmente, os resultados seriam confrontados para uma estimativa de custo x beneficio.
A análise térmica é um estágio intermediário na modelagem desenvolvida» pois utilisa como condições de contorno, os dados da análise do desempenho da vareta para fornecer o perfil de temperaturas na pastilha e no revestimento a ser utilisado como dado inicial na análise mecânica.
Para a análise térmica bidimensional são propostos modelos em elementos finitos nos planos de corte transversal e longitudinal da vareta. Tanto a pastilha quanto o revestimento são modelados por elementos térmicos retangulares isoparaaétricôs bidimensionais de 4 nos como representado na Fig.(4.1). Ho centro da pastilha, o mesmo elemento é assumido como triangular, coincidindo-se os nós K e L. Em todas as faces do elemento pode ser considerado convecção forçada como condição de contorno e isto é adotado para a parede externa do tubo de revestimento. O elemento também permite considerar uma geração interna de calor, o que é adotado para os elementos que compõe» a pastilha combustível.
O elemento de ligação dos dois componentes da vareta é um elemento de convecção uniaxial que tem a capacidade de transferir calor por convecção entre dois pontos nodais.
Fig.(4.2). Este elemento simula a transferência de calor do gás de pressuricaçâo interna e dos produtos de fissão na folga
O-FACES DE CONVECCXO
FIGURA 4 . 1 - Elemento f i n i t o t é r m i c o b i d i m e n s i o n a l