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En el simulador java de varios casos de incidente en una planta nuclear, les ha mostrado lo que puede ocurrir con la pérdida del fluido que enfría el nucleo del reactor.
Lo siguiente es un problema simplificado de lo que ocurrió en la central de Thee-Mile-island, en Pennsylvania, USA.
En los reactores de agua presurizada (PWR) se tiene (justamente) un recipiente presurisador que regula tanto el nivel de agua como la presión en el contenedor principal del reactor nuclear. Esquemáticamente se ilustra el dispositivo en la siguiente figura:
Usted está en el cuarto de control observando la instrumentación, en particular la que indica el nivel de agua, y con el "pulgar" sobre el botón de arranque de la bomba de agua de emergencia; pero al parecer el nivel del agua en el tubo de nivel indica 7 m. Sin embargo, usted se pregunta si la alta velocidad del vapor de agua dentro del tubo puede falsear de alguna manera su lectura y si el nivel del agua en el tubo es en realidad de 7 m.
El sistema de seguridad del reactor se represanta aquí por el "tubo presurizador" que permite una carga de agua de hasta 10 m de columna de agua. En operación normal, el nucleo está totalmente cubierto cuando el nivel indica 7 m.
El diámetro es 1 m, y en la parte superior tiene una válvula de seguridad (el tapón de corcho) de 0.35 m de diámetro; además en la en la parte inferior tiene una entrada de agua de emergencia.
Lo inconcebible ha ocurrido. En otra parte de la planta "algo" ha ido mal, y los sistemas de seguridad no funcionaron. Como resultado neto el fluido en el intercambiador de calor no elimina calor del reactor. En 8 s las barras de control se introducirán en el nucleo, "parando" la reacción en cadena del reactor. Sin embargo, la generación de calor residual provoca que la temperatura y presión aumenten lo que provoca la apertura de la válvula de seguridad del tubo presurizador. El agua hierve "violentamente" y el vapor escapa por la parte superior del tubo.
Dicha diferencia, en términos de la columna de agua del recipiente (i.e. el peso específico correspondiente), arroja una Delta Z de 4.53 m. Esto es, el agua dentro del reactor está en el nivel 2.47 m.
Como verán en el archivo (pdf) adjunto, de la presión total del recipiente, una fracción de esta energía por unidad de volumen se convierte en presión dinámica; por ello la presión estática (en el tubo sensor) es menor en esa magnitud (i.e. hay que restar la presión dinámica).
Resultado del Análisis:
rho_vap= 96.7 kg/m^3 ; k= c_p / c_v = 1.26
rho_Liq = 603 kg/m^3
Si no fuese el caso, entonces cuál es el nivel del agua? Con un lapiz y calculadora, y con las siguientes propiedades del fluido conocidas realice los cálculos necesarios para decidir si "arranca" la bomba. Dispone de 82 s para tomar la decisión!
La válvula de seguridad se abre cuando la presión excede el límite de 15 MPa (T >= 342 ºC). Con estas condiciones para el vapor de agua:
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