Resumen de Análisis termomecánico de un reactor mediante el método de diferencias finitas y su verificación a partir del método de los elementos finitos

Claudio Gabriel Cangelosi, Héctor C. Sanzi

• español

  Las plantas industriales de alta capacidad tecnológica, tales como petroquímicas, refinerías, químicas, alimenticias, metalúrgicas, nucleares, entre otras, poseen componentes contenedores de presión, cañerías y equipos operando en condiciones extremas. En la actualidad, la tecnología alcanzada en el diseño de dichas plantas, permiten operar con sus equipos a elevadas presiones y temperaturas o en situaciones desfavorables en cuanto a la degradación (principalmente la corrosión) de los materiales, pero siempre manteniendo los límites de seguridad y control requeridos por sus operadores. La seguridad y el perjuicio económico que significaría la posible falla de un equipo instalado en la planta, en particular el caso de los reactores, diseñados para operar en altas presiones y temperaturas, requieren de un exhaustivo y apropiado análisis que asegure su integridad estructural a lo largo de su vida útil. En los últimos años, han surgido nuevas especificaciones destinadas a la adecuada selección de los materiales y a cumplir con requerimientos de análisis más exigentes, los cuales se incorporan en el diseño, la fabricación y la inspección. Un reactor de origen nuclear de baja potencia para uso en investigación científica o para abastecimiento energético en regiones aisladas, es tomado como base del presente trabajo, cuyo diseño se encuadra entre las denominadas “Centrales Modulares de Ultima Generación”. Para el análisis, se determinó la distribución térmica sobre el cuerpo del reactor a través del planteo de las ecuaciones diferenciales de Transferencia de Calor, resueltas por el Método de las Diferencias Finitas donde se determinó la distribución térmica y el estado tensional asociado y donde los resultados se presentan en forma adimensional, de sencilla resolución y de uso práctico. Para corroborar los resultados obtenidos, se planteó un modelo tridimensional por elementos finitos.

• English

  High technological industrial plants such as petrochemicals, refineries, chemicals, food, metallurgical, nuclear, among others, have pressure container components, pipes and equipment operating in extreme conditions.

  At present, the technology achieved in the design of these plants, allow to operate with their equipment at high pressures and temperatures or in unfavorable situations in terms of degradation (mainly corrosion) of the materials, but always maintaining the safety and control limits required by their operators. The safety and economic damage that would mean the possible failure of equipment installed at the plant, in particular the case of reactors, designed to operate at high pressures and temperatures, require thorough and appropriate analysis to ensure their structural integrity over its lifetime. In recent years, new specifications have emerged for the proper selection of materials and to meet the most demanding analysis requirements, which are incorporated in design, manufacturing and inspection. A reactor of low power nuclear origin for use in scientific research or for energy supply in isolated regions, is taken as the basis of this work, whose design falls among the so-called "Modular Last Generation Centrals". For the analysis, the thermal distribution over the reactor body was determined through the approach of the differential Heat Transfer equations, resolved by the Finite Difference Method, where the thermal distribution and its associated tension status and where the results are presented in a-dimensional form, simple to resolve and practical to use. To corroborate the results obtained, a three-dimensional model was raised by finite elements method.