Estudio de la fatiga térmica en zonas de mezcla aplicado a centrales nucleares

Abstract

Esta memoria tiene por objetivo presentar un estudio sobre la fatiga térmica en zonas de mezcla de agua en reactores nucleares. El problema de la fatiga térmica ha aparecido en los sistemas auxiliares de las centrales nucleares bajo la forma de incidentes de relevancia. Además, se debe considerar que las condiciones de funcionamiento de los reactores venideros serán más exigentes que las actuales. Durante este trabajo, se cuenta con el apoyo de una empresa líder en la construcción de centrales nucleares y energías renovables: AREVA. La fatiga térmica en zonas de mezcla puede aparecer cuando se encuentran dos fluidos que presentan diferentes temperaturas, generando el fenómeno de turbulencia de los fluidos. Según las condiciones de funcionamiento, estas temperaturas pueden producir daño por la fatiga térmica en las paredes de las tuberías. El valor investigado es la duración admisible, que es el tiempo que demora la aparición de la fisura. En este contexto, se retoma el método interno de la empresa basado en la función de Green de esfuerzos y señales experimentales de temperatura, agregando un estudio de sensibilidad de los factores que inciden sobre la duración admisible. El experimento FATHER está en el centro de la investigación del problema de la fatiga térmica. Este experimento consiste en una maqueta sometida a las mismas condiciones de funcionamiento en donde aparece la fatiga térmica. Durante este experimento se mide un conjunto de parámetros físicos. La última versión de este experimento es la que analiza en esta memoria. Se usan datos experimentales de la maqueta FATHER, los cuales aún no han sido analizados por la empresa AREVA, para su comparación con los resultados obtenidos por EDF (empresa productora de electricidad y colaboradora). A partir de esta información, se estima el coeficiente de transferencia térmica, siendo éste uno de los parámetros que definen la duración admisible. Además, se implementa un nuevo método de ingeniería basado en la densidad espectral de potencia (DEP) propuesto por autores japoneses y su aplicación al caso FATHER. Se busca una comparación con el modelo anterior de la empresa para, idealmente, reemplazar en el futuro las caras medidas experimentales de la turbulencia por resultados de elementos finitos. El objetivo de esta memoria es comparar el daño real producido en el experimento FATHER con los daños producidos en los distintos modelos existentes, para así justificar las hipótesis tomadas. Para el desarrollo de este trabajo, se contó con el apoyo del Dr. Stéphan Courtin. Se utilizó un programa de elementos finitos (SYSTUS) y otros de análisis numérico (MATLAB y scilab).