Mestrado Profissional > Ementas das disciplinas

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Análise de Tensões em Instalações Nucleares I

São introduzidas as noções básicas do comportamento dos materiais em especial o aço usado na fabricação dos componentes das centrais nucleares quando sujeito à altas temperaturas e à cargas proporcionais ou cíclicas. As noções de tensões e deformações são introduzidas. Modela-se o comportamento global dos materiais elástico, plástico e visco - plástico.

Elasticidade, Plasticidade e Visco - plasticidade:
Domínio de validade e emprego. Tensão e deformação. Aspectos fenomenológicos. Modelo do comportamento material, critérios de escoamento, equações constitutivas. Conceito de Deformações Infinitesimais, grandes Deformações e deformações elásticas excessivas incluindo instabilidade elástica. Carregamentos proporcionais, teoremas de análise limite. Carregamentos cíclico, adaptação, deformações plásticas excessivas, instabilidade plástica, colapso incremental. Princípios variacionais e aplicação do método dos Elementos Finitos.

Análise de Tensões em Instalações Nucleares II

São introduzidos os conceitos locais de mecânica da Ruptura. Definem-se os fatores de intensidade de tensões, a taxa de restituição de energia e as integrais de contorno. Definem-se os modelos de propagação das fissuras para o regime elástico, plástico e visco - plástico. O comportamento de materiais sujeitos a danos devido a altas temperaturas, a grandes deformações plásticas, a carregamentos cíclicos e a radiação.

Mecânica da Fratura e Dano:
Domínio de validade e emprego. Elementos de analise elástica e elasto - plástica de meios fissurados. Soluções assintóticas e exatas para o regime elástico. Aspectos fenomenológicos. Ruptura frágil, dúctil e por fadiga. Lei de Paris, Forman. Formulação termodinâmica. Modelos particulares de propagação de fissura. Dano em regime elástico, plástico e visco - plástico. Modelo do comportamento material, equações constitutivas. Processos de deformação frágil, dúctil e frágil - dúctil. Dano por radiação. Princípios variacionais e aplicação do método dos Elementos Finitos.

Avaliação de Tensões em Instalações Nucleares

Módulo I - Introdução ao ultra-som.
Importância da aplicação de técnicas ultra-sônicas para medição de tensões.
Tipos de ondas ultra-sônicas (volumétricas e superficiais).
Polarização de ondas ultra-sônicas.
Determinação da velocidade da onda ultra-sônica.
Técnicas de medida da velocidade da onda ultra-sônica.
Processamento de sinal utilizado na avaliação de tensões.

Módulo II - I Avaliação de tensões por ultra-som
Elasticidade.
Conceitos fundamentais de deformação e tensão.
Equações constitutivas para materiais elásticos (Lei de Hooke generalizada).
Equação de onda - formulações diferencial e integral.
Acustoelasticidade.
Teoria de Hughes e Kelly para meios isotrópicos.
Medição de tensões pela técnica da birrefringência acústica.
Equações de Christoffel para meios anisotrópicos livres de tensão.
Equações de Christoffel para meios anisotrópicos sujeitos a tensões residuais e
aplicadas.
Solução das equações de Christoffel

Módulo III - Aplicações de Técnicas Ultra-sônicas.
Determinação das constantes elásticas por ultra-som.
Determinação da direção de laminação.
Avaliação de tensões residuais em juntas soldadas.
Avaliação do tratamento térmico para alívio de tensões.

Centrais Nucleares

Princípios gerais de usinas nucleares.
Características dos vários tipos de reatores nucleares.
Conceitos do núcleo do reator e tipos de refrigerantes e combustíveis.
Mecanismos de controle de um reator nuclear.
Descrição dos principais componentes dos sistemas primário, secundário e de água de circulação.
Descrição dos principais sistemas de centrais nucleares tais como: Sistema de refrigeração do reator, Sistema de controle químico e volumétrico. Sistema de remoção de calor residual, Sistema de injeção de segurança, Sistema de água de alimentação, Sistema de vapor principal.
Conceitos de reatores avançados.
Noções do funcionamento geral de um reator nuclear e algumas simulações computacionais práticas.

Computação Evolucionária aplicada à Engenharia Nuclear

1. Introdução aos principais problemas de otimização da Engenharia Nuclear
1.1. Otimização de projetos
1.2. Otimização da recarga de combustível em reatores nucleares
1.3. Otimização de políticas de manutenção e testes
1.4. Otimização de sistemas de identificação de transientes
1.5. Outros problemas

2. Modelagem e solução dos principais problemas da Engenharia Nuclear através de Algoritmos Genéticos
2.1. Otimização de projetos
2.2. Otimização da recarga de combustível em reatores nucleares
2.3. Otimização de políticas de manutenção e testes
2.4. Otimização de sistemas de identificação de transientes

3. Tópicos avançados em Computação Evolucionária
3.1. Técnicas de Nichos
3.2. Otimização Multi-objetivo
3.3. Modelos paralelos de Algoritmos Genéticos
3.4. Outras técnicas da Computação Evolucionária

Engenharia de Reatores I

Conceitos básicos da Engenharia Nuclear.
Fissão e Fusão Nucleares.
Tipos de Reatores. Geração de Calor no Núcleo.
Condução de Calor em Elemento Combustível e Revestimento.
Experimentos no Laboratório de Termohidráulica.

Engenharia de Reatores II

Remoção de Calor por Convecção Forçada do Refrigerante.
Perda de Carga no Núcleo.
Fator de Pico de Potência. Fator de Canal Quente.
Experimentos no Laboratório de Termohidráulica.

Engenharia de Reatores III

Introdução a Escoamentos Bifásicos.
Conceito de DNBR.
Remoção de Calor por Convecção Natural..
Sistemas passivos de refrigeração d e reatores.
Modelos integrais para análise de acidentes de perda de refrigerante.
Experimentos no Laboratório de Termohidráulica.

Física de Reatores I

1. Introdução - Visão Geral da Engenharia Nuclear
2. Revisão de Conceitos da Física Nuclear (a física dos nêutrons, o espectro 1/E, decaimento radioativo, seções de choque, reações nucleares, reação em cadeia)
3. Introdução à Criticalidade de Reatores Nucleares (fator de multiplicação, criticalidade nuclear, fórmulas de fatores)
4. Introdução ao Transporte de Nêutrons (densidade e fluxo de nêutrons, densidade de corrente, taxas de interação, balanço de nêutrons, obtenção da equação de transporte de nêutrons, aproximações comuns à equação de transporte, condições de contorno)

Física de Reatores II

1.. A Teoria da Difusão (a equação de difusão a uma velocidade, condições inicial e de contorno, a Lei de Fick e sua validade, difusão de nêutrons em meios não multiplicativos, sobre os métodos numéricos para a solução da equação de difusão, criticalidade)
2. Introdução à Cinética de Reatores Nucleares (o modelo da cinética pontual, derivação das equações da cinética pontual, limitações do modelo, comentários)
3. A Teoria Multigrupo (derivação heurística da equação multigrupo, derivação das equações multigrupo a partir da teoria da difusão dependente da energia, aplicações simples do modelo multigrupo, - o modelo de dois grupos, solução numérica para as equações multigrupo)

Fluidodinâmica Computacional (CFD)

1. Equações fundamentais da mecânica de fluidos.
2. Níveis de aproximação e modelagem.
3. Introdução à modelagem de turbulência.
4. Métodos para escoamentos incompressíveis.
5. Métodos para escoamentos compressíveis.
6.. Solução de sistemas de equações algébricas provenientes da discretização.
7.. Utilização de programas de elementos finitos para CFD.

Introdução à Engenharia de Confiabilidade

1. Probabilidade - Fundamentos Básicos
2. Distribuições de Probabilidade
3. Confiabilidade
4. Testes em Confiabilidade
5. Redundância e Estruturas em Série
6. Disponibilidade - Manutenção e Testes Operacionais
7. Interação entre Falhas e Análise Dinâmica - Método de Markov
8. Análise Probabilística de Segurança de Sistemas

Introdução à Inteligência Artificial

1. Introdução
1.1. Representação do conhecimento
1.2. O paradigma simbolista
1.3. O paradigma conexionista
1.4. Noções de sistemas especialistas

2. Redes Neurais Artificiais
2.1. Conceitos introdutórios
2.2. Paradigmas de aprendizado
2.3. O neurônio artificial
2.4. Redes multicamadas
2.5. Algoritmo de retropropagação de erro (backpropagation)

3. Algoritmos Genéticos
3.1. Conceitos introdutórios
3.2. Operadores genéticos
3.3. Teoria dos esquemas
3.4. Modelagem e solução de problemas via Algoritmos Genéticos

Materiais Nucleares

Introdução à ciência dos materiais e materiais de engenharia.
Classificação dos materiais.
Características exigidas dos materiais em engenharia e suas propriedades mais importantes.
Estrutura atômica, ligações interatômicas e tipo de ligações químicas.
Estrutura cristalina dos sólidos, direções cristalográficas e planos, difração de raios X, materiais amorfos. Imperfeição em sólidos, defeitos cristalinos e imperfeições em estruturas não cristalinas.
Diagramas de fase-equilíbrio.
Exames microscópios em materiais, determinação de tamanho de grão, fases, partículas e porosidades. Materiais metálicos.
Materiais cerâmicos.
Materiais poliméricos.
Seleção de materiais.
Materiais empregados em instalações nucleares.

Mecânica da fratura aplicada a instalações nucleares

Mecânica da fratura linear-elástica (MFLE).
Micromecanismos de fratura.
Propriedades dos materiais e ensaios de tenacidade à fratura em deformação plana.
Aspectos microestruturais da tenacidade à fratura.
Fadiga e corrosão sob tensão em metais.
Introdução à mecânica da fratura em condições elasto-plásticas (MFEP).
Ensaios de tenacidade à fratura elasto-plástica.
Aplicação da mecânica da fratura na área nuclear.
Estudo de casos de fratura.

Mecânica de Fluidos e Transferência de Calor

Transporte de Quantidade de Movimento:
1. Distribuição de velocidades em escoamento laminar
2. Equações de conservação para sistemas isotérmicos.
3. Solução de problemas clássicos com perfil de velocidade estacionário.
4. Distribuição de velocidade em escoamento transiente: exemplos clássicos.
5. Noções elementares sobre escoamentos turbulentos.

Transporte de Energia:
6. Condutividade térmica e Lei de Fourier.
7. Distribuição de temperatura em sólidos e em escoamento laminar.
8. Equações de conservação para sistemas não-isotérmicos.
9. Perfis de temperature em regime transiente: soluções clássicas.
10. Transporte de energia por radiação.

Método dos Elementos Finitos

Técnicas de discretização.
Método dos resíduos ponderados
Funções de forma, bases locais e o Método dos Elementos Finitos.
Técnicas de mapeamento de elementos.
Integração Numérica de Elementos Finitos.
Métodos Variacionais
Aproximação de Problemas Transientes.
Solução analítica do problema discretizado
O problema da convecção-difusão transiente multi-dimensional
Introdução às técnicas auto-adaptativas de solução.

Métodos Matemáticos

Equações diferenciais ordinárias.
Transformada de Laplace.
Soluções por série de potências de equações diferenciais.
Problemas de contorno.
Análise vetorial.
Equações diferenciais parciais.
Soluções de equações diferenciais parciais em física matemática.
Transformada de Fourier.
Transformação conforme.
Funções de variáveis complexas.
Equações integrais.
Métodos de computação simbólica.

Métodos Numéricos

Classificação das equações diferenciais (elipticas, parabólicas, hiperbólicas). Técnicas de aproximação e discretização: introdução aos métodos de diferenças finitas, de resíduos ponderados, de volumes finitos e de elementos finitos. Formas conservativa e não-conservativa das equações de balanço. Conceitos de consistência, estabilidade e convergência. Aplicações de técnicas de discretização às equações de calor e de convecção -difusão. Discretizações temporais explícita e implícita. Upwind e viscosidade numérica. Solução analítica de equaçôes discretizadas e análise de estabilidade de Von Neumann.

Projeto de Vasos de Pressão e Tubulações em Usinas Nucleares

Introdução das noções básicas envolvidas nas normas do projeto mecânico. Noções de carregamento primário, secundário e de pico. Combinação das tensões para a obtenção da tensão final de comparação. Cálculo do fator de uso. Tipos de Elementos Finitos usuais. Procedimentos para o cálculo das tensões por elementos finitos. Utilização de normas internacionais (ASME, BS5500). Exemplos de aplicação do método no cálculo de componentes nucleares.

Proposta de Dissertação de Mestrado

Estudo bibliográfico acompanhado pelo orientador visando a preparação de proposta de dissertação de mestrado a ser desenvolvida pelo aluno. No final do período o aluno fará apresentação oral de sua proposta de dissertação de mestrado.

Reatores Nucleares Avançados e Inovadores

O papel da energia nuclear na crise energética mundial e no problema do desenvolvimento sustentável. Novos conceitos de reatores nucleares (ADS, ISPR, VHTGR etc..). A metodologia do INPRO - "International Project on Innovative Nuclear Reactors and Fuel Cycles" da Agencia Internacional de Energia Atômica e do GIF-"Generation IV Forum" do Departamento de Energia dos EUA para avaliação comparativa de novos conceitos e tecnologias de reatores.

Redes Neurais Aplicadas à Engenharia Nuclear

1. Redes Neurais Auto-Organizáveis
1.1. Fundamentos
1.2. Camada de Kohonen
1.3. Aprendizado Não-Supervisionado.
1.4. Aplicações.

2. Aplicações de Redes Neurais na Engenharia Nuclear
2.1. Identificação de transientes
2.2. Simulação de modelos físicos complexos
2.3. Reconhecimento de Imagens
2.4. Outros problemas.

Segurança de Reatores

1-Princípios Básicos da Segurança (Abordagens, Defesa em Profundidade, Barreiras Físicas, Produtos de Fissão, Caminhos de Exposição do Homem à Radiação, Classificação de Eventos). 2- Radiações Nucleares, Atividade e Meia Vida, Interação da Radiação com a Matéria, Princípios de Rádio Proteção, Dose, Unidades e Principais Detetores de Radiação. 3- Licenciamento de Centrais Nucleares, Sistemas de Proteção e Controle do Reator e Acidentes Base de Projeto. 4- Cinética de Reatores e Efeitos de Realimentação. 5- Transientes e Acidentes Induzidos por Reatividade. 6- Comportamento do Elemento Combustível e Transientes e Acidentes Induzidos por Perda de Refrigeração

Seminários I

Seminários apresentados por profissionais do IEN que permitem que o aluno conheça os trabalhos de pesquisa e desenvolvimento que estão sendo realizados no Instituto, facilitando a escolha de sua futura área de estudos.

Seminários II

Seminários apresentados por profissionais do IEN que permitem que o aluno conheça os trabalhos de pesquisa e desenvolvimento que estão sendo realizados no Instituto, facilitando a escolha de sua futura área de concentração de estudos.

Teoria do Transporte de Nêutrons

Introdução (probabilidade e estatística; a fenomenologia do transporte de partículas; a equação de Boltzmann).
Equações de Transporte (o espaço das fases; funções distribuição; derivação de uma forma genérica para o transporte de partículas; condições de contorno, inicial e de interface).
A Equação Integral de Transporte de Nêutrons (dedução da forma integral; meios puramente absorvedores; caminho ótico; o kernel de transporte).
A Equação de Transporte Independente do Tempo (linearidade: função de Green; aproximação a uma velocidade; o uso da função de Green; o método das autofunções singulares: o método de Case).
O Método dos Harmônicos Esféricos (condições de contorno de Marshak; condições de contorno de Mark).
Relações de Reciprocidade.
Probabilidades de Colisão.
A Aproximação PN (geometria plana: expansão em harmônicos esféricos; a aproximação PN; a aproximação P1 e a equação de difusão; condições de contorno e de interface).
A Aproximação DPN.
O Método de Ordenadas Discretas (SN) Unidimensional (aproximações angulares; comparação entre aproximações angulares; erros de truncamento espacial).
O Método SN Multidimensional (conjuntos de quadratura; equação de diferanças: geometria cartesiana; efeitos de raio).
Introdução ao Método de Monte Carlo para a Solução da Equação de Transporte de Nêutrons.

Tópicos Especiais em Inteligência Artificial

Disciplina ministrada pelo orientador acadêmico do aluno na linha de pesquisa "inteligência artificial".

Tópicos Especiais em Mecânica Computacional

Disciplina ministrada pelo orientador acadêmico do aluno na linha de pesquisa "mecânica computacional".

Tópicos Especiais em Técnicas Ultra-Sônicas

Disciplina ministrada pelo orientador acadêmico do aluno na linha de pesquisa "aplicações de técnicas ultra-sônicas não-convencionais".

Tópicos Especiais em Termohidráulica e Física de Reatores

Disciplina ministrada pelo orientador acadêmico do aluno na linha de pesquisa "segurança, termohidráulica e física de reatores".

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