EEU504-2022-Eng-Reatores-Lista1

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EEU504-2022 Engenharia de Reatores I
Lista de Exerćıcios I
Prof. Su Jian
17 de abril de 2022
1. Calcule a energia nuclear gerada pela fissão completa de 1mg de U235, em
kWh. Use os seguintes dados: energy liberada por fissão = 200 MeV; 1 MeV
= 1,6 ×10−13J; Número de Avogadro = 6,0 ×10−23atomos/mol; o número de
massa de U235 = 235.
2. (2,5 pontos, 0,5 pontos cada item) O Reator de Geração III+ do Westinghouse,
o AP1000, possui as seguintes caracteŕısticas:
� Potência térmica do reator: 3.400 MW;
� Altura Ativa: 4,3 m;
� Número de elementos combust́ıveis: 157;
� Número de varetas per elemento combust́ıvel: 264;
� Diâmetro externo de vareta combust́ıvel: 9,5 mm;
� Diâmetro externo da pastilha combust́ıvel: 8,2 mm;
� Largura do elemento combust́ıvel: 0,2143 m;
� Porcentagem de potência depositada em varetas combust́ıveis: 96%.
Determine:
(a) O diâmetro equivalente do núcleo;
(b) A densidade de potência do reator;
(c) A taxa linear média de geração de calor;
(d) O fluxo térmico médio na superf́ıcie da vareta combust́ıvel;
(e) A taxa volumética média de geração de calor.
3. Um dos reatores nucleares russos novos para propulsão naval, o reator KLT-
40 (NS Sevmorput), possui as seguintes caracteŕısticas geométricas e ter-
mohidráulicas:
� Potência térmica do reator: 135 MWt;
� Altura Ativa: 1,0 m;
� Diâmetro equilavente: 1,21 m;
� Número total de varetas combust́ıveis: 12773;
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� Diâmetro externo de vareta combust́ıvel: 5,8 mm;
� Diâmetro externo da pastilha combust́ıvel: 4,8 mm;
� Massa de urânio no núcleo: 1877 kg
� Porcentagem de potência depositada em varetas combust́ıveis: 96%.
� Limite de queixa estabelecido para o reator: 60 GWd/THM.
Determine:
(a) A densidade de potência do reator;
(b) A taxa linear média de geração de calor;
(c) Área total de transferência de calor entre as varetas e o refrigerante;
(d) O fluxo térmico médio na superf́ıcie da vareta combust́ıvel;
(e) A taxa volumética média de geração de calor;
(f) A potência espećıfica do reator.
(g) O consumo de urânio do reator KLS-40 por dia de operação em potência
plena;
(h) O tempo total de operação em potência plena (em dias) do reator KLS-40.
4. O reator KLS-40 opera à potência térmica de 135 MWt e à pressão de 13,0
MPa. Se a temperatura do refrigerante na entrada é 278 oC e a temperatura na
sáıda é 318 oC, O circuito primário é consistido de 4 loops, com uma bomda em
cada loop. O calor espećıfico cp do refrigerante é 5,4975 kJ/kg oC. A densidade
do refrigerante é 725,85 kg/m3. A eficiência das bombas é 87%. a A queda de
pressão ao longo de um loop do circuito primário for 0,8 MPa. Determine:
(a) A vazão mássica total do circuito primário;
(b) A potência elétrica requerida de uma das quatro bombas de circulação
do circuito primário.
5. O Reator de Geração III+ do Westinghouse, o AP1000, possui as seguintes
caracteŕısticas:
� Altura Ativa: 4,3 m;
� A taxa linear máxima de geração de calor numa determinada vareta com-
bust́ıvel é q′0= 29,43 kW/m
� A distribuição axial da taxa linear de geração de calor é dada por q′(x) =
q′0 cos (
πz
L
), com o comprimento extrapolado desprezado. A origin da co-
ordenada é no meio da vareta.
Determine:
(a) A potência térmica da vareta combust́ıvel;
(b) A taxa linear média de geração de calor.
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6. Um reator de potência térmica de 3800 MWt foi desligado após 340 dias de
operação. A potência de decaimento do reator é dada por seguinte expressão:
P
P0
= 0, 066(t−0,2s − (ts + τs)−0,2),
onde P0 é a potência térmica do reator na operação antes do desligamento, τs é
a duração de tempo da opeção do reator antes do desligamento, em segundos,
e ts é o tempo a partir do desligamento do reator, em segundos.
(a) Calcule a potência de decaimento do reator 1 hora após o desligamento;
(b) Calcule a potência de decaimento do reator 1 dia após o desligamento;
(c) Calcule o calor residual gerado pelo reator entre 1 hora e 2 horas após o
desligamento.
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