Estudo avalia segurança tecnológica de usinas nucleares de pequeno porte

Pesquisa que conquistou o prêmio da Comissão Nacional de Energia Nuclear investiga o uso de métodos computacionais avançados na análise de reatores

Por - Editorias: Ciências
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Vista do Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto. À frente, na primeira cúpula, vê-se a usina de Angra 2. Ao fundo, o silo de Angra 1 - Foto: Sturm via Wikimedia Commons
Vista do Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto. À frente, na primeira cúpula, vê-se a usina de Angra 2. Ao fundo, o silo de Angra 1 – Foto: Sturm via Wikimedia Commons

Com o objetivo de avaliar o efeito da redução do núcleo de reatores para a segurança tecnológica, o capitão de fragata (EN) e gerente de Projetos do Centro Tecnológico da Marinha em São Paulo (CTMSP), Rodney Busquim e Silva, modelou e aplicou métodos computacionais avançados para simulação da ejeção de barras de controle em seu doutorado em Engenharia de Sistemas pela Escola Politécnica (Poli) da USP. Seu trabalho acaba de conquistar o Prêmio CNEN de Tese 2016.

Trata-se de uma iniciativa da Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN) para comemorar os 60 anos de existência da instituição e reconhecer a pesquisa científica na área nuclear por meio da premiação, que passará a ser anual, da melhor tese de doutorado indicada por programas de pós-graduação no País – cada programa pode indicar apenas uma tese. O certificado e a medalha foram entregues ao pesquisador no dia 15 de dezembro, em uma cerimônia realizada na sede da CNEN, no Rio de Janeiro. A Poli e o professor da Escola, José Jaime da Cruz, que foi coorientador, também receberam certificados.

O presidente da CNEN Renato Cotta (à direita) entrega o prêmio ao pesquisador Rodney Busquim e Silva - Foto: Divulgação/Poli
O presidente da CNEN, Renato Cotta (à direita), entrega o prêmio ao pesquisador Rodney Busquim e Silva – Foto: Divulgação

Um reator nuclear é um sistema complexo, dentre os mais sofisticados já construídos. Por este motivo, a indústria nuclear tem utilizado cada vez mais simulações para o projeto de reatores avançados, alguns a serem construídos com tecnologia modular devido a vantagens de flexibilidade operacional, menor capital inicial, escala de produção e menores tempos de construção, entre outras. Também há demanda por novas ferramentas para controle da planta na medida em que sistemas analógicos são substituídos por digitais.

Com essas demandas em mente, Busquim desenvolveu modelos computacionais para três reatores nucleares com projetos similares mas diferentes potências nominais: um de grande potência (2.2772 megawatt térmico – MWt), um de média potência (1.061 MWt) e outro de baixa potência (530 MWt) e utilizou três softwares nucleares distintos, além do ambiente computacional para simulação. Após a definição do escopo, dos softwares e da modelagem, foram simulados três casos durante operação em baixos níveis de potência e operando a 100% da potência nominal.

“Durante a pesquisa, analisei os resultados da ejeção de barras de controle em situações de máxima e mínima produção de energia. As barras de controle são responsáveis por regular a reação nuclear absorvendo nêutrons e controlando a potência do reator – elas são inseridas entre os elementos combustíveis dentro do reator e sua ejeção súbita pode causar falhas no núcleo”, explica. “Tal análise tinha como propósito avaliar o impacto da redução do tamanho da planta nuclear do ponto de vista de segurança tecnológica e analisar a implementação de métodos estocásticos para cálculo da potência e reatividade”, completa.

Réplica do reator de Angra, localizda no Centro de Visitantes - Foto: Sturm via Wikimedia Commons
Réplica do reator de Angra, localizada no Centro de Visitantes – Foto: Sturm via Wikimedia Commons

“Uma das conclusões a que chegamos é que existem vantagens de pequenos reatores modulares (PRM), em termos de segurança tecnológica, em relação a reatores tradicionais, quando estes estão sujeitos a falhas por inserção de reatividade“, afirma. O estudo inova pela metodologia e problema investigado, na aplicação das ferramentas, nos códigos gerados para as simulações e nos resultados. Dentre tais inovações, vale citar a aplicação do Filtro de Kalman Estendido (FKE). Trata-se de um método para obtenção de informações de um sistema com base em um modelo matemático e medições de grandezas com incertezas, observadas ao longo do tempo. “O FKE permite obter estimativas de variáveis com ruídos de medidas e/ou que não podem ser medidas, mas que são afetadas por variáveis, cujos dados estão disponíveis, e que constituem o modelo espaço-estado ”, explica.

No caso, o pesquisador implementou um algoritmo de FKE para, com base em medidas ruidosas obtidas dos detectores de fluxo de nêutrons, estimar a potência e a reatividade, comparando os resultados com o método utilizado atualmente e com os resultados dos softwares nucleares. A análise dos dados indicou que o EKF apresenta melhores resultados do que o método de medição utilizado atualmente, que não considera incertezas, e que a utilização de sistemas digitais poderá facilitar a tarefa de controle dos reatores a partir do momento que as incertezas nos modelos/medições são tratadas mais adequadamente.

Trabalho com o MIT

Busquim foi orientado na pesquisa por um dos mais importantes cientistas da área nuclear, o professor do Massachusetts Institute of Technology (MIT) Mujid Kazimi, que também foi seu orientador quando aluno de mestrado naquele instituto, e coorientado pelo professor José Jaime da Cruz, do Departamento de Engenharia de Telecomunicações e Controle (PTC), também seu orientador em trabalhos anteriores. Atualmente, é aluno de pós-doutorado da Poli e pesquisador afiliado ao MIT. “Esta premiação engrandece a relação entre a Poli e a Marinha do Brasil, que celebram 60 anos de trabalho conjunto”, ressalta. Na Poli está sediado o Centro de Coordenação de Estudos da Marinha em São Paulo (CCEMSP), e no campus da USP, o CTMSP.

Esta premiação engrandece a relação entre a Poli e a Marinha do Brasil, que celebram 60 anos de trabalho conjunto.”

O pesquisador ficou muito feliz por ver sua tese, cujo título é Implications of Advanced computational methods for Reactivity Initiated Accidents in Nuclear Reactors, premiada pela CNEN. “Fiquei muito satisfeito por conquistar justamente a primeira edição deste prêmio. É uma realização pessoal poder cooperar com a Poli, ter uma relação de longa data com a escola onde estudei, e poder trabalhar com energia nuclear no CTMSP. Eu não poderia estar mais contente”, finaliza.

Assessoria de Comunicação / Poli

Mais informações: e-mail busquim@alum.mit.edu, com Rodney Busquim

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