Diseño de un Loop hidráulico para caracterización de elementos combustibles nucleares RECH-1

Abstract

La Comisión Chilena de Energía Nuclear (CCHEN), en particular la planta de elementos combustibles (PEC), quiere aumentar su capacidad de diseño de elementos combustibles nucleares (ECN). La Organización Internacional de Energía Atómica (OIEA) estipula que para desarrollar nuevos diseños de ECN se debe cumplir con pruebas neutrónicas, estructurales, térmicas e hidráulicas. La CCHEN en primera instancia, desea implementar las pruebas hidráulicas con una bancada de prueba que se denomina Loop Hidráulico (LH) El objetivo general del proyecto es diseñar un LH a nivel de ingeniería de detalle, con la finalidad de caracterizar hidráulicamente ECN del reactor RECH-1. Los objetivos específicos son: i) Efectuar el diseño conceptual y la filosofía de control aplicable al LH, ii) Desarrollar el diseño básico del LH incluyendo su Layout, dotación de equipos, instrumentación y complementos para montaje, y iii) Efectuar el diseño de detalle para construcción y montaje del LH incluyendo especificaciones técnicas para adquisición, construcción y montaje del LH, y desarrollar el estimado de inversiones para materializar el proyecto. Para realizar el diseño conceptual del LH se procede a revisar proyectos de piping proporcionados por especialistas, se efectúan análisis de pérdida de carga de fluidos en ductos y se revisan papers sobre LH existentes (Pettern e IPEN). El diseño básico se desarrolla fijando las condiciones operacionales del sistema, tomando como criterio de diseño las exigentes condiciones operacionales del reactor RECH-2. Para el diseño de la zona de prueba se utiliza el código ASME VIII división 1 sección 13-7. El estanque se desarrolla según la capacidad de fluido contenido en el sistema. La bomba se selecciona mediante las pérdidas de carga del sistema, sobrestimando la carga de la bomba. Además se comparan las curvas características de la bomba con la curva característica del sistema. Se generan los planos de detalle con el software Autodesk Inventor Profesional 2014-versión estudiante. La selección de la instrumentación se efectúa con el asesoramiento de una empresa dedicada a la medición y control de actividades industriales (VETO). Los principales resultados del proyecto indican que para someter a pruebas hidráulicas a ECN RECH-1 es necesario diseñar un LH que opera en un rango de caudal de 15 a 34 m3/h, con los siguientes componentes: 01 estanque vertical estándar de 3400 L, 01 bomba centrifuga de 5,5 HP, 21 m de piping de PVC de 50 mm de diámetro, y un set de conexión entre componentes, piping, sistema de medición y control. El trabajo genera los planos necesarios para la fabricación y montaje del LH según los componentes ya seleccionados. Si bien el LH diseñado puede someter a ECN RECH-1 a caudales que ponen a prueba su estabilidad estructural, esto no representa fielmente las condiciones hidráulicas que los ECN experimentan en la piscina del reactor RECH-1. Por lo que es conveniente tener en cuenta que las mediciones que se registren en la zona de prueba solo pueden ser cercanas a las reales, sin embargo es de mayor interés someter a los ECN a caudales extremos para asegurar su integridad estructural; requerimiento que el LH diseñado satisface plenamente.