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As principais atividades de pesquisa e desenvolvimento realizadas no SETER envolvem as seguintes áreas: Métodos não Invasivos para Medidas Termohidráulicas Transporte e Difusão de Nêutrons
____________________________________________________________________________________ Uma boa Engenharia de Reatores começa por uma boa Engenharia Mecânica. Em especial, problemas envolvendo o comportamento e a interação térmica e mecânica entre sólidos e fluidos são particularmente importantes para o avanço da Tecnologia de Reatores. No SETER realizam-se pesquisas e desenvolvem-se métodos para problemas em mecânica de sólidos e fluidodinâmica computacional (Computational Fluid Dynamics-CFD). Além das aplicações diretas na Engenharia Nuclear, os métodos e programas computacionais desenvolvidos também encontram clientes em outros setores industriais. Em mecânica de sólidos realiza-se pesquisa em Análise Limite e shakedown para componentes e sistemas de tubulação sujeitos a cargas variáveis. Em fluidodinâmica computacional são desenvolvidos métodos para simulação de escoamentos laminares e turbulentos, monofásicos e bifásicos, em convecção natural, mista ou forçada e em regimes compressível e incompressível. O grupo detém tecnologia sobre métodos avançados de elementos finitos utilizando técnicas auto-adaptativas de discretização. Existe também competência na implementação de programas computacionais para processamento paralelo/vetorial em sistemas de alto desempenho de memória compartilhada (tipo CRAY J90). Alguns exemplos de aplicações na área de Mecânica Computacional podem ser vistos em nossa Galeria de Exemplos. As atividades de pesquisa em Mecânica Computacional serão amplamente beneficiadas pela instalação em 2001 do Laboratório de Computação Paralela.
____________________________________________________________________________________ Em inteligência artificial desenvolvem-se e aplicam-se métodos baseados em Lógica Nebulosa e em Computação Evolucionária. Destacam-se a utilização de Lógica Nebulosa em Árvores de Falhas para Análise de Confiabilidade e a pesquisa e aplicação dos Algoritmos Genéticos (AG) em problemas de otimização em diversas áreas da Engenharia Nuclear. O SETER vem desenvolvendo os AG para aplicação em projeto neutrônico de reatores, na escolha de políticas de manutenção preventiva em sistemas nucleares, em sistemas de diagnóstico, em recarga de reatores, além de outros problemas. As pesquisas recentes em AG permitiram desenvolver modelos que, pela forma de distribuição de dados e tarefas, trouxeram ganhos nos resultados finais da otimização. Um exemplo disto é o Modelo de Ilhas que baseia-se em várias populações ilhadas, evoluindo independentemente por algum tempo, porém trocando informações (migração de um percentual de suas populações) em intervalos pré-determinados. As atividades de pesquisa em Inteligência Artificial serão amplamente beneficiadas pela instalação em 2001 do Laboratório de Computação Paralela.
____________________________________________________________________________________ Um dos principais objetivos dos novos projetos de reatores de potência é possuir características inerentemente seguras, baseadas em mecanismos passivos, que atendam a requisitos de segurança específicos de projeto. Nesse sentido vem sendo estudada a utilização da circulação natural como mecanismo passivo para remoção do calor residual em caso de acidentes, sem o auxílio de bombas para manutenção da vazão de resfriamento. Essa é, por exemplo, a filosofia utilizada na concepção do Advanced 600 MWe PWR (AP 600) pela Westinghouse. Com o objetivo de estudar o papel da convecção natural em reatores avançados foi projetado e construído no IEN o Circuito de Convecção Natural. Este circuito, concebido para funcionar em regimes de escoamento monofásico e/ou bifásico, está instalado no Laboratório de Termohidráulica Experimental do SETER. A pesquisa nesta área envolve também o desenvolvimento de métodos computacionais para simulação de convecção natural em reatores avançados. Os modelos físicos e métodos computacionais podem ser testados através da comparação entre os resultados das simulações e as medidas experimentais obtidas no Circuito de Convecção Natural.
____________________________________________________________________________________ Métodos não Invasivos para Medidas Termohidráulicas Para que medidas termohidráulicas possam melhor servir como referência para comparação com resultados computacionais, subsidiando o aperfeiçoamento dos métodos de simulação, os efeitos do processo de medida sobre o escoamento devem ser minimizados. No entanto, a maioria dos medidores de vazão disponíveis no mercado é do tipo invasivo, medindo a vazão através de perturbações induzidas no escoamento. Uma técnica de medição de vazão não invasiva que vem se difundindo é a técnica ultra-sônica. Com a incorporação de recursos tecnológicos modernos, tais como circuitos analisadores de espectros de freqüências, técnicas de filtragem digital e excitação do fluido com energia RF, a medida de vazão via ultra-som vem tornando-se cada vez mais precisa. O desenvolvimento e a utilização do ultra-som para medida não invasiva de vazão é pesquisada no Laboratório de Termohidráulica Experimental do SETER, em projeto apoiado pela Agência Internacional de Energia Atômica (IAEA). Estuda-se também a viabilidade do ultra-som para medir vazão em escoamentos bifásicos, como tecnologia alternativa ao uso de sistemas baseados em fontes de irradiação, uma vez que estes demandam grandes blindagens e limitam-se a tubulações pouco espessas.
____________________________________________________________________________________ Transporte e Difusão de Nêutrons Na Análise de Segurança de reatores nucleares há circunstâncias em que é necessário conhecer o comportamento dinâmico do reator. Quando há movimentação das barras de controle, a questão é investigar se ocorrem picos de potência que comprometam a segurança. É preciso também verificar se as escalas de tempo envolvidas são suficientes para uma ação do operador ou de sistemas de proteção, no sentido de manter o funcionamento do reator dentro de limites adequados. Pesquisa-se no SETER o desenvolvimento de modelos para análise de transientes, capazes de prever as principais interações dos nêutrons, utilizando o modelo de difusão multigrupo em regime transiente, a uma ou duas dimensões, nas geometrias cartesiana ou cilíndrica. Para considerar adequadamente efeitos de realimentação causados pela variação de temperatura, a abordagem pesquisada combina a Cinética de Reatores Multidimensional com modelos para representação da termohidráulica no núcleo. Outra linha de pesquisa em andamento no SETER relaciona-se ao desenvolvimento de métodos computacionais determinísticos para a solução da equação de transporte de nêutrons. Uma das principais aplicações das equações de transporte de nêutrons é o problema de blindagem de radiação. O estudo da blindagem é importante para reduzir a radioatividade induzida em componentes de reatores que necessitam de manutenção durante o shutdown, para evitar radiação excessiva e aquecimento induzido do vaso de pressão, bem como para limitar a fragilização de componentes estruturais. Além das aplicações diretas na Indústria Nuclear, técnicas baseadas na solução das equações de transporte de nêutrons tem sido utilizadas para detecção de novas reservas de petróleo. Dentre os procedimentos computacionais estudados destacam-se os métodos espectro-nodais que são aplicados à formulação de ordenadas discretas da equação de transporte de nêutrons . Os métodos espectro-nodais têm se mostrado bastante eficientes quando aplicados a problemas de penetração profunda em geometria cartesiana. Recentemente, foi desenvolvido no SETER o método espectro-nodal exponencial, concebido para tratar problemas de penetração profunda definidos em domínios espaciais heterogêneos. O método tem gerado excelentes resultados, especialmente para problemas nos quais o meio material de interesse é muito absorvedor.
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