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

Resumen

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.