Diseño de una bancada de ensayos de vibración para verificación mecánica a nuevos diseños de elementos combustibles

Abstract

La Comisión Chilena de Energía Nuclear (CCHEN), cuenta con un reactor de investigación de 5 [MWt] y fabrica los elementos combustibles (EC) tipo MTR para su operación en la Planta Elemento Combustible (PEC). Es un objetivo estratégico diseñar y fabricar nuevos diseños de EC para clientes en el extranjero, por lo que se propone aumentar la capacidad de diseño de la planta. Para estos nuevos diseños se debe verificar su comportamiento mecánico, siendo fundamental para la operación conocer el comportamiento del prototipo ante vibraciones externas. El objetivo general de la memoria persigue diseñar una bancada de ensayos de vibración para verificación mecánica del diseño del Elemento Combustible MTR y de nuevos diseños, mediante ensayos en ambiente seco (al aire). Los objetivos específicos se estructuran según nivel de complejidad, comenzando con la Ingeniería Conceptual, que permita identificar los requerimientos de implementación y operación. Se sigue con la Ingeniería Básica, que abarca pruebas experimentales, definición de criterios y parámetros de diseño y elaboración de memorias de cálculo y planos preliminares. Culmina la fase de diseño con la Ingeniería de Detalle, mediante la preparación de planos de fabricación de la estructura y definición de elementos comerciales, basados en las correspondientes memorias de cálculo definitivas. Finalmente, se determina el presupuesto para la fabricación e implementación de la bancada de ensayos de vibración. La metodología utilizada consiste en la elaboración de un bosquejo preliminar de la solución en base al levantamiento de información, para posteriormente entrar en un proceso iterativo de diseño y memorias de cálculo, alimentado con los resultados obtenidos de los ensayos de análisis modal experimental aplicados al modelo de EC MTR placas planas. El cálculo se basa en simulaciones de análisis modal mediante ANSYS, aplicación de las normas NCh 427 para la estructura y NCh 170-2016 para el diseño en hormigón. Una vez alcanzado el diseño final, se obtienen como entregables el modelo CAD, diseñado en Inventor, los planos general, de despiece y fabricación, el diagrama de instrumentación P&ID y un análisis económico. Finalmente, los lineamientos proyectados se cumplen a cabalidad, culminando con el modelo CAD, la elaboración de planos de fabricación, construcción e instrumentación, memorias de cálculo estructural y de análisis modal, presupuesto y análisis económico. El estudio concluye con propuestas de modificación y trabajo futuro, con miras a la implementación de la bancada, interacción con nuevos proyectos y estudios complementarios que aporten al desarrollo del diseño de EC MTR.