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Histórias de Sucesso

sexta-feira, 11 de março de 2016

InduSoft Web Studio Ajuda na Contenção de Material Nuclear

Testes térmicos no transporte de combustível irradiado são automatizados com o supervisório InduSoft Web Studio


  • O Centro de Desenvolvimento de Tecnologia Nuclear desenvolveu um modelo de meia escala de uma embalagem de transporte projetada para atender aos critérios estabelecidos pela IAEA para embalagens do tipo B, que transportam materiais físseis.

  • Para concluir com êxito os testes às especificações IAEA, o Centro de Desenvolvimento de Tecnologia Nuclear teve que desenvolver um sistema SCADA com o supervisório InduSoft Web Studio para obter registros precisos dos resultados dos testes térmicos.

  • Como resultado dos testes bem-sucedidos, o Centro será capaz de investigar o valor de construir uma embalagem e unidade de transporte em larga escala para o manuseio seguro de materiais nucleares.

Figura 1: O sistema armazena os resultados de inúmeros testes, incluindo exposição térmica, submersão e resistência a impactos.


 

O futuro da energia no mundo pode em breve voltar-se para a energia nuclear como a melhor fonte de combustível com baixo teor de carbono. Todavia, os perigos do manuseio e controle da energia nuclear exigem regulamentos rigorosos. As instituições que querem desenvolver e estudar tecnologia nuclear necessitam testar novos métodos de manipulação de materiais nucleares dentro dos regulamentos rigorosos da IAEA (International Atomic Energy Agency, ou Agência Internacional de Energia Atômica).

Quando o Centro de Desenvolvimento de Tecnologia Nuclear/Comissão Brasileira de Energia Nuclear desenvolveu uma embalagem para o transporte e combustível irradiado para instalações de pesquisas nucleares, eles tiveram que colocar a unidade de contenção através de uma série de testes controlados, dentre eles testes térmicos para medir se a unidade de contenção poderia suportar o calor de um fogo constante de 30 minutos ou mais em uma temperatura de 800 graus Celsius.



Figura 2: O teste térmico consiste em submeter o modelo durante 30 minutos a uma temperatura de 800 graus Celsius.

O Desafio

O Centro de Desenvolvimento de Tecnologia Nuclear desenvolveu um modelo de meia escala de uma embalagem de transporte. A unidade foi projetada para atender aos critérios estabelecidos pela IAEA para embalagens do tipo B, que transportam materiais físseis. Por consequência, a unidade de contenção tinha que ser robusta o suficiente para resistir possíveis acidentes com o transporte, incluindo: uma queda livre em superfície rígida de nove metros, uma queda de um metro sobre uma cavilha plana, um fogo que com temperatura de 800 graus Celsius por 30 minutos, e uma submersão em água de 15 metros de profundidade.

Os componentes da unidade de transporte incluem a parte principal ou corpo do projeto, tampas, tanque de combustível, amortecedores e barras de conexão. O corpo do projeto consiste em uma estrutura cilíndrica resistente com uma cavidade interna para acomodar o tanque de armazenamento de combustível irradiado. Os fundos e suas paredes funcionam como barreiras de aço inoxidável nas superfícies internas e externas e de chumbo no meio. Existem quatro mancais de elevação na parede lateral que permitem a rotação e movimentação vertical. Uma porta de drenagem equipada com válvulas de conexão rápida e tampa de proteção está localizada na parte lateral da embalagem perto da borda inferior.

A unidade possui um sistema de tampa dupla. A tampa interna é uma estrutura de aço inoxidável com enchimento de chumbo. Um acesso, similar a porta de drenagem, foi incorporado a tampa proporcionando acesso a cavidade interna para pressurização de gás, amostragem e purga.  A tampa interna é parte do sistema de contenção da embalagem e é, portanto, provida de um sistema dublo de vedação metálico. Um ponto de acesso para o espaço anular entre as juntas de vedação é fornecido como um ponto de teste de contenção da cavidade da embalagem. A tampa interna está fixa a parte principal da embalagem por meio de 24 parafusos.
 
Com a função de proteção da tampa interna, a tampa externa é feita de aço inoxidável e tem uma ranhura circunferencial para acomodar uma junta elastomérica. A tampa externa é fixa ao corpo principal por meio de 16 parafusos.

O tanque interno é removível e é composto de uma estrutura de 21 tubos quadrados, placas de conexão horizontais, laterais e de fundo, e suportes de pé.

Para proteção contra cargas mecânicas e térmicas, a unidade de transporte inclui limitadores externos de impacto superiores e inferiores removíveis. Essas estruturas são feitas de uma casca externa de aço inoxidável e enchimento de espuma de absorção rígida e proteção térmica de poliuretano. A densidade da espuma é de 165 kg/m3, para melhor proteção térmica, e o retardamento de fogo é adicionado à sua composição.

Como parte do programa de desenvolvimento de embalagens, um modelo de meia escala foi submetido à sequência de ensaios previstos na norma IAEA para o transporte seguro de materiais radioativos. O teste térmico foi realizado como parte de uma sequência de testes com o objetivo de criar condições comparáveis de acidentes hipotéticos nos quais a embalagem poderia ser submetida durante o transporte.

O teste consistiu em submeter o modelo durante 30 minutos a uma temperatura de 800 graus Celsius. O teste foi realizado em um forno elétrico industrial pré-aquecido a 810 graus, e o modelo foi equipado com etiquetas indicando a temperatura e os termopares. As etiquetas foram instaladas em posições diferentes dentro da cavidade da embalagem, incluindo a cavidade das paredes, tanque, e elementos de combustível fictícios. Os termopares foram montados nas seguintes posições: dois dentro dos orifícios existentes na tampa externa, dois dentro da cavidade da embalagem, e dois foram inseridos dentro das passagens especialmente concebidas através da parede da embalagem (um inserido em uma parede com espessura de 1/3 e um em uma parede com espessura de 2/3). Os dois últimos sensores tinham como objetivo registrar as temperaturas do eletrodo durante o teste.

Para concluir com êxito os testes às especificações IAEA, o Centro de Desenvolvimento de Tecnologia Nuclear teve que desenvolver um sistema supervisório SCADA para obter registros precisos dos resultados de cada teste de calor, podendo assim apresentá-los a IAEA. Um sistema SCADA dedicado foi desenvolvido usando o software InduSoft Web Studio para automatizar os resultados dos testes térmicos.

Uma vantagem em utilizar o supervisório InduSoft Web Studio foi a flexibilidade e baixo custo associados com a sua capacidade de medir variáveis de processo. Ao invés de comprar um software novo para cada teste, o Centro poderia adicionar telas, ou sensores, a aplicação desenvolvida com o supervisório.

A Solução

O sistema desenvolvido para a aquisição de temperatura dos testes térmicos permitiu indicações e gráficos em tempo real dos dados do processo coletados durante o teste. Os sensores de temperatura usados são termopares do tipo K com isolamento mineral, fabricados pela ECIL. As dimensões do elemento térmico são 5.000 milímetros de comprimento por 6 milímetros de diâmetro.

Os sinais captados pelos termopares são inicialmente inseridos em uma placa remota para a conversão de sinais analógicos para digitais. Durante o ambiente de runtime, as caraterísticas dos sinais são parametrizadas com o auxílio do software. O sinal então é convertido de uma comunicação com o protocolo RS-485 para o protocolo RS-232, esse usado pela placa de comunicação serial. O sinal é finalmente carregado no InduSoft Web Studio diretamente na porta serial do computador ou na porta USB usando um conversor de serial para USB.

 

Figura 3: Os resultados de todods os testes são automaticamente armazenados.

O sinal, parametrizado em portas de comunicação, chega no InduSoft Web Studio, e as temperaturas do processo são apresentadas graficamente em tempo real via gráficos de tendência.
 
O sistema integrado consiste tanto no painel eletrônico conectado aos sensores quanto na aplicação de software, o último criado utilizando o ambiente de desenvolvimento do InduSoft Web Studio onde a aplicação é configurada. Instrumentação virtual, gráficos de tendência e valores de variáveis são exibidos na tela principal do projeto.

 

O Resultado

O supervisório InduSoft Web Studio é uma plataforma confiável e flexível para aplicações industriais e de pesquisa nas quais a coleta e o armazenamento de dados são transmitidos por sensores, se necessário.

O sistema foi fácil de desenvolver a partir do zero e foi fácil de adicionar após o desenvolvimento para incluir novas funcionalidades e novos parâmetros de testes. As novas funcionalidades podem ser incorporadas simplesmente adicionando novas telas, o que significa menos investimento de recursos para a aquisição de novos equipamentos.

A aplicação desenvolvida com o supervisório InduSoft Web Studio permite aos operadores monitorar os processos remotamente. Como resultado dos testes bem-sucedidos, o Centro será capaz de investigar o valor de construir uma embalagem e unidade de transporte em larga escala para o manuseio seguro de materiais nucleares.


Figura 4: A aplicação armazena os resultados dos testes em um banco de dados para a criação de relatórios.


Para maiores informações entre em contato com o seu distribuidor local ou diretamente com a InduSoft pelo telefone (11) 3293-9139 ou pelo email: info@indusoft.com.br.