O presente trabalho visa contribuir com o desenvolvimento sistemático de novas metodologias experimentais da medida da reatividade de arranjos físseis subcríticos, utilizando: estatísticas de alta ordem das contagens de nêutrons com detectores no modo pulso, o recente conceito de reatividade generalizada, e as instalações do reator IPEN/MB-01. Este trabalho reuniu em um só texto diversos aspectos da implementação destes tipos de medidas. Diferentemente das demais técnicas utilizadas nas medidas da reatividade subcrítica, as metodologias apresentadas neste trabalho tem o potencial para permitir a medida experimental da reatividade subcrítica sem a necessidade da estimativa prévia de quaisquer outros parâmetros cinéticos, obtidos de forma teórica ou experimental, calibração de fontes externas ou detectores.A princípio, os métodos estatísticos de alta ordem das contagens de nêutrons permitem obter diretamente o valor da subcriticalidade (ou o fator de multiplicação) de um arranjo físsil, independentemente do modelo de física subcrítica utilizado, sem a utilização de infra-estrutura diferenciada (como uma fonte pulsada de nêutrons), sendo uma extensão natural das metodologias que utilizam estatísticas de ordens inferiores - por exemplo, Feymann-. E este conteúdo estatístico diferenciado dos momentos de altas ordens das contagens de nêutrons, o principal motivador da implementação deste trabalho. Apesar de suas potencialidades, a implementação experimental do método esbarra no tempo e taxa de aquisição de dados; ou seja, na quantidade de conteúdo estatístico necessária para a obtenção de medida útil. Exatamente esta dificuldade impediu a obtenção de uma medida útil/prática nas instalações do reator IPEN/MB-01. Existem, entretanto, outras formas de explorar estatísticas ordem superior. Por exemplo, uma extensão do método de Rossi- sugerida neste trabalho pode utilizar auto bi-correlações (coincidências triplas não acidentais de contagens). A despeito do alto valor das incertezas, os aspectos estatísticos fundamentais de uma medida foram preservados nos métodos empregados neste trabalho. O método das auto bicorrelações é conceitualmente mais robusto contra as influências do tempo morto do sistema de aquisição de dados. Ao longo de sua execução, o presente trabalho visou preencher algumas lacunas de procedimentos experimentais aparentemente pouco abordadas por outros autores, permitindo estabelecer métodos estatisticamente mais rigorosos. Entre as contribuições neste sentido destacam-se, entre outras, as correções por tempo morto ou as geradas pela correlação entre os parâmetros estatísticos em tela. Do ponto de vista teórico, este trabalho sugere duas maneiras originais de abordar o mesmo problema da utilização de estatísticas de altas ordens: (a) auto bicorrelações; e (2) os biespectros de densidade de espectral de potência própria, sendo o primeiro explorado experimentalmente/estatisticamente em detalhes. / The present work aims to contribute to the systematic development of new experimental methods of measuring the reactivity of any subcritical fissile arrangements using: high-order statistics of neutron counts from neutron detectors working in pulse mode, the recent concept general reactivity, and the IPEN/MB-01 facility. This thesis brought together in a single text various aspects concerning the proper implementation of these types of measures. Unlike other techniques used in measurements of subcritical reactivity, the methodologies presented in this thesis has the potential to allow the experimental measurement of subcritical reactivity without the prior estimate of any other kinetic parameters, obtained from experiments or from theoretical considerations, external sources calibrations or detectors e ciency measurements. At first, the high-order statistical methods of neutron counts allow to obtain directly the value of the subcriticality (or multiplication factor) from an fissile arrangement regardless the type of subcritical physical theory, and also without the use of unusual infrastructure (such as a pulsed neutron source). These methods are a natural extension of those that use lower order statistics - for example, Feymann-. The greater information content in high order statistics of neutron counting is the main reason for the implementation of this work. Despite its potential, the experimental implementation of the method found huge problems concerning acquisition time and rate of data acquisition. This difficulty overcome any effort in order to obtain a useful measurement inside the IPEN/MB-01 nuclear reactor (a critical facility). However, there are other ways to exploit higher order statistics. For example, an extension of the Rossi- method suggested in this thesis used self bicorrelations. Though the high variance values of obtained results, the fundamental statistical requirements of a measurement were preserved, once the proposed methodologies are observed. It was proposed a methodology to handle dead time issues, in order to allow one to carry out measurement at higher detection rates. Throughout its execution, this thesis aimed to fulfill some gaps in the experimental procedures apparently not addressed by other authors, allowing the establishment of more rigorous statistical procedures. Regarding those contributions, dead time corrections stands out together with the concerning for correlation treatment between the statistical parameters. From the theoretical point of view, this thesis suggests two new ways to address the same problem of using high order statistics of neutron detections in pulse mode: (1) self-bicorrelations, and (2) self-bispectra (power spectral density in two axis). The first was experimentally tested and exhaustively detailed, the second one was only suggested as a theoretical speculation to be confronted against experimental evidence

Bombas eletromagnéticas termoelétricas (EMTE) podem ser usadas no controle do escoamento nos circuitos primário e secundário de reatores nucleares espaciais, refrigerados a metal líquido. Para se simular o sistema e avaliar o desempenho de bombas EMTE, em estado estacionário, foi desenvolvido um programa computacional, denominado BEMTE, que estuda os principais parâmetros de funcionamento da bomba e determina o ponto de atuação do sistema, para uma dada potência de operação do reator. O esquema elaborado utiliza: 1. um modelo para simulação dos conversores termoelétricos da bomba e cálculo da corrente elétrica total gerada; 2. o programa POISSON, acoplado ao BEMTE, que resolve as equações de Maxwell e calcula a distribuição do campo magnético nos canais da bomba; 3. um modelo de cálculo de altura dinâmica da bomba, a partir da interação campo-corrente nos canais, e 4. para o fechamento do problema, um estudo simplificado do trocador de calor e das perdas de pressão nos circuitos do reator. Os resultados obtidos em cada etapa do programa foram satisfatórios, comparados aos dados experimentais. O programa mostrou-se adequado ao projeto e simulação de bombas eletromagnéticas de corrente contínua.

Estudos de transitórios eletromagnéticos são importantes fontes de informação para que os transformadores sejam dimensionados de maneira correta. No entanto, para que tais estudos sejam bem sucedidos, os modelos utilizados devem refletir com fidelidade o comportamento do equipamento. Este trabalho mostra como os elementos do modelo de um transformador são influenciados pelas dimensões geométricas de sua parte ativa. Também introduz uma formulação alternativa, para o transformador saturável (STC) do ATP, desenvolvida dentro do programa MATLAB. Os ramos RL foram representados usando o Método de Integração Trapezoidal e a magnetização foi equacionada pelo Método da Compensação. Uma das contribuições que esta dissertação oferece é a possibilidade de identificar erros numéricos que ocorrem em simulações do ATP, bem como permitir a interpretação de resultados que apresentem oscilações numéricas. / Electromagnetic transient studies are an important source of information to develop transformer dimensioning. But, for the success of that purpose, it is important the models which are being used reflect with fidelity the behavior of the machine. This lecture presents how the transformer model elements are influenced by the active part geometrical dimensions. It also introduces an alternative formulation for the ATP saturable transformer (STC), written inside the MATLAB program. The RL branches are represented using the Trapezoidal Rule and the magnetization by the Compensation Method. One of the contributions of this dissertation is the possibility to identify numerical errors that occur in ATP simulations, and also permit numerical oscillatory results interpretation.

A técnica de captura de nêutrons em Boro é uma técnica promissora de tratamento de câncer, ela usa do alto LET das partículas provenientes da reação 10B(n,α)7Li para destruir as células cancerígenas. O desenvolvimento desta técnica começou em meados da década de 50 e até hoje ela é alvo de estudos e pesquisas em diversos centros espalhados pelo mundo, no Brasil construiu-se uma instalação que tem como objetivo realizar pesquisas em BNCT, esta instalação está localizada junto ao canal de irradiação número três do reator nuclear de pesquisa IEA-R1 e possui uma blindagem biológica projetada para atender as normas de radioproteção. Esta blindagem biológica foi desenvolvida para permitir que se realizem experimentos com o reator ligado a potência máxima, fazendo com que não seja necessário ligar e desligar o reator para se irradiar amostras. Entretanto quando se abre o canal de irradiação o background do salão de experimentos do salão de experimentos aumenta e esta variação de background inviabiliza a realização das medidas do grupo de pesquisa em difração de nêutrons que utiliza o canal de irradiação número seis. Este trabalho tem como objetivo acrescentar melhorias na blindagem a fim de reduzir ao máximo essa variação de background fazendo com que seja possível realizar medidas na instalação de pesquisas em BNCT sem interferir nas medidas do grupo de pesquisa do canal de irradiação seis. Para isto, utilizou o código MCNP5, dosímetros termoluminescentes e detectores de ativação tipo folha para planejar melhorias na blindagem biológica. Calculou-se com o auxílio do código uma melhoria que consegue reduzir em média o fluxo térmico em 71,2 ± 13 % e verificou-se experimentalmente uma redução média de 70 ± 9 % na dose devido aos nêutrons térmicos. / The technique of neutron capture in boron is a promising technique in cancer treatment, it uses the high LET particles from the reaction 10B (n, α) 7Li to destroy cancer cells.The development of this technique began in the mid-\'50s and even today it is the object of study and research in various centers around the world, Brazil has built a facility that aims to conduct research in BNCT, this facility is located next to irradiation channel number three at the research nuclear reactor IEA-R1 and has a biological shielding designed to meet the radiation protection standards. This biological shielding was developed to allow them to conduct experiments with the reactor at maximum power, so it is not necessary to turn on and off the reactor to irradiate samples. However, when the channel is opened for experiments the background radiation in the experiments salon increases and this background variation makes it impossible to perform measurements in a neutron diffraction research that utilizes the irradiation channel number six. This study aims to further improve the shielding in order to minimize the variation of background making it possible to perform the research facility in BNCT without interfering with the action of the research group of the irradiation channel number six. To reach this purpose, the code MCNP5, dosimeters and activation detectors were used to plan improvements in the biological shielding. It was calculated with the help of the code an improvement that can reduce the average heat flow in 71.2% ± 13 and verified experimentally a mean reduce of 70 ± 9% in dose due to thermal neutrons.

Neste trabalho, é feito o estudo de alguns aspectos considerados relevantes para o equilíbrio, estabilidade e transporte em tokamks de pequena razão de aspectos, utilizando um modelo analítico de equilíbrio baseado na solução de Soloviev da equação Grad Shafranov. No que se refere ao equilíbrio, é dado enfoque no estudo da "elongação natural" que ocorre em tokamaks de baixa razão de aspecto. É mostrado que configurações com elongação vertical "natural", são estáveis aos modos com simetria axial. No que diz respeito aos processos de transporte, a atenção é dirigida para os cálculos da configuração das órbitas banana, invariante adiabático J e corrente de reforço. É verificado que configurações com elongação horizontal são mais adequadas para estabilização dos modos de partículas aprisionadas. A corrente de reforço representa de 8 a 12% da corrente de plasma. A estabilidade relativa aos modos inflados é testada através do código HBT no limite de alto B, onde é proposta uma generalização na lei de escala de Troyon, válida agora para seção transversal e razão de aspecto quaisquer.

O conhecimento da distribuição de temperatura e velocidade no núcleo de um reator é necessária para a verificação dos limites do projeto estrutural, a análise de segurança, o desempenho do combustível, etc. O presente trabalho consiste no desenvolvimento do programa ATHELCORE, o qual representa uma expansão do modelo físico utilizado no programa ATHEL, para a análise termohidráulica do núcleo completo de reatores do tipo LMFBR, considerando a transferência de calor entre feixes. O tempo de execução do programa e a memória requeridos são reduzidos quando comparados a programas similares, tais como o COBRA-WC e o COMMIX, fornecendo uma descrição detalhada do campo de velocidade e temperatura. Os resultados obtidos do programa, em relação aos dados experimentais, são considerados satisfatórios.

Tese de doutoramento. Chemical and Biological Engineering. Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 2011

Com a crescente aplicação de reatores UASB no tratamento de efluentes, tornou-se necessário o melhor entendimento dos aspectos hidrodinâmicos, visto que a maioria dos estudos aborda somente a eficiência de remoção de matéria orgânica, sólidos e outros parâmetros, sendo escassas as informações sobre as características de fluxo deste sistema. Este trabalho apresenta os ensaios hidrodinâmicos e a análise dos parâmetros físico-químicos realizados na partida de um protótipo de reator UASB circular, que apresenta uma proposta de configuração interna, em relação aos separadores de fase, que busca uma melhor eficiência na remoção de sólidos. A proposta de projeto para a configuração interna consiste em adotar uma maior área de abertura de passagem da câmara de decantação, a fim de se obter menores velocidades de passagem. O protótipo apresenta três aberturas da câmara de decantação que foram numeradas de baixo para cima de 1 a 3. Na etapa 1 do estudo, operando com água, utilizou-se um traçador salino para determinar as velocidades de fluxo, internas à câmara de decantação, utilizando-se para isso, duas sondas de condutividade disposta a uma distância conhecida. Os resultados obtidos foram velocidades ascensionais médias de 1,33 m/h, 1,36 m/h e 1,23 m/h e velocidade de entrada na decantação de 1,99 m/h, 0,52 m/h e 0,36 m/h, para as aberturas 1, 2 e 3 respectivamente. Já na etapa II, com a partida do reator, foram realizados ensaios de estímulo-resposta para obter as curvas de distribuição do tempo de residência (DTR), e a partir destas, o tempo de residência médio, cujo valor obtido foi de 10,48 h; e o coeficiente de mistura igual a d = 0,124, o que caracteriza como um sistema de fluxo disperso. Também nesta etapa, foram realizadas análises físico-químicas do reator ao longo de 100 dias iniciais de operação; cujos resultados médios de eficiência, considerando-se o período de estabilidade, foram 65,7% e 70,3%, para DQO e SST. / The increasing application of UASB reactors for wastewater treatment requires better understanding of their hydrodynamic variables. Most studies have focused on contaminant removal, with less attention being given to the hydraulic characteristics of the flows. This research presents results from essays performed on a prototype UASB reactor with a new configuration for the gas-liquid-solid phase separator. The proposed configuration seeks to improve suspended solids removal by providing a larger area passage from the digestion to the clarification zone. The phase separator has three openings. In the first stage of the research, the reactor operated with clean water, spiked with salt. Two probes located at fixed distance monitored conductivity, allowing for velocity estimations within the clarifier and through the openings. The estimated velocities within the clarifiers were 1,33 m/h, 1,36 m/h, and 1,23 m/h, while velocities at the openings one, two, and three were 1,99 m/h, 0,52 m/h, and 0,36 m/h, respectively. In the second stage of the experiments, tracer response essays were performed to determine the Residence Time Distribution Curves, Mean Residence Time (MRT), and the Dispersion Number (d). The calculated MRT and d values were 10,48 h and 0,124, respectively. The dispersion number characterized moderate dispersion. In the second stage of the experiments, the prototype UASB reactor operated receiving effluent from a fullscale UASB reactor. Chemical oxygen demand (COD) and suspended solids (SS) were monitored during 100 days. Considering the period the reactor operated under steady conditions, COD and SS removals reached 65,7% and 70,3%. These values are in accordance with the expected removal efficiencies referred in the literature.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-22T22:38:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 255208.pdf: 2089796 bytes, checksum: dd59b911ffb4c24b6cfbd914bab5e8d7 (MD5) / A utilização do hidrogênio como combustível requer desenvolvimento tecnológico nas áreas de produção, transporte e aplicação. Devido às dificuldades na implantação de infraestrutura para a sua distribuição, aliado à baixa densidade energética volumétrica obtida no armazenamento do hidrogênio gasoso, um considerável esforço de pesquisa tem sido direcionado para o desenvolvimento de tecnologia de processamento de combustíveis, convertendo-os em gás rico em hidrogênio, diretamente no ponto de utilização. Esta tecnologia é conhecida como reforma e é uma opção viável para permitir o desenvolvimento e teste em escala comercial da aplicação das células a combustíveis na geração distribuída de energia elétrica. O objetivo deste trabalho é analisar a produção do hidrogênio a partir da reforma de gás natural em um reator compacto. Para isso, desenvolve-se uma concepção de reator de reforma, e analisam-se as condições da reforma a vapor do gás metano. Na reforma a vapor do metano, uma mistura de vapor de água e metano escoa ao longo de um reator catalítico e deseja-se que as reações químicas favoreçam a decomposição do metano e do vapor de água em gás hidrogênio e dióxido de carbono. O monóxido de carbono é um produto indesejável, pois causa envenenamento irreversível de células a combustível tipo membrana de troca de próton (PEM). O reator catalítico apresenta em geral um leito de partículas porosas ou um monolito como suporte do catalisador, o qual é usualmente um metal ou um óxido metálico de elementos do grupo VIII da tabela periódica. Como a reação de reforma a vapor é endotérmica, uma fonte externa de calor distribuída é necessária para obter condições ótimas de distribuição de temperatura e fluxo de calor ao longo do reator. O trabalho inicia-se com uma análise termodinâmica de equilíbrio químico que visa determinar as concentrações em equilíbrio dos produtos da reforma como função das condições de temperatura e pressão no reator. A partir da verificação das condições de operação ótimas, um modelo numérico para a transferência de calor e massa com reação química em um leito catalítico suportado em uma matriz monolítica porosa é desenvolvido. O modelo de reator é acoplado a uma fonte de calor externa que fornece calor de forma distribuída por radiação e convecção superficial. O modelo fornece os valores limites de geometria e parâmetros de operação, como vazões e potências, e as condições necessárias para máxima produção do hidrogênio em relação ao metano e seletividade em relação ao monóxido de carbono.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química / Made available in DSpace on 2012-10-23T16:06:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 248835.pdf: 1900128 bytes, checksum: 8de5df7fe9cd3e08e4199b1f49e8ee05 (MD5) / A utilização dos processos convencionais da nitrificação e desnitrificação oferece algumas limitações quando se objetiva o tratamento de efluentes contendo elevadas concentrações de nitrogênio e baixa DQO, dentre estas estão a dificuldade de transferência de altas quantidades de oxigênio necessárias à nitrificação, bem como na necessidade de grande quantidade de matéria orgânica na etapa de desnitrificação. Novos processos de remoção de nitrogênio têm sido desenvolvidos para possibilitar a remoção sustentável de elevadas concentrações de nitrogênio por via biológica. Tais Processos utilizam a nitrificação parcial, ou seja, a oxidação da amônia a nitrito, e a maior parte deles, não utiliza matéria orgânica, utilizando o próprio amônio como doador de elétrons. Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi estabelecer um processo de remoção de nitrogênio em altas concentrações utilizando um Reator de Biodiscos Rotativos. O sistema era constituído por três reatores de biodiscos independentes, diferindo entre si apenas nos diferentes materiais suporte utilizados na confecção dos discos, os quais foram: cloreto de polivinila (PVC), poliestireno (PS) e poliuretano (PU). Os reatores foram inoculados com lodo proveniente de uma estação de tratamento de esgotos domésticos e foram alimentados diariamente com meio sintético contendo amônio (NH4+). Durante um período de 913 dias as cargas aplicadas aos reatores PVC e PS variaram de 519 a 6670 mg N-NH4+.m-2.d-1. Para o reator PU, as variações na carga foram de 1206 até 8280 mg N-NH4+.m-2.d-1. Nas cargas mais elevadas, os reatores apresentaram alta capacidade de oxidação do amônio apresentando valores de 4902, 5403, 5336 mg N-NH4+.m-2.d-1 oxidados, para os reatores PVC, PS e PU, respectivamente. Uma remoção de N de 29% sob condições completamente aeróbias foi observada para os três reatores na carga mais baixa aplicada. Nas cargas mais elevadas, condições limitantes de OD foram estabelecidas em torno de 0,4 a 0,6 mg O2.L-1 para os reatores PVC e PS, e mais baixas para o reator PU variando entre 0,08 e 0,3 mg O2.L-1, gerando acúmulo de nitrito. Os testes FISH confirmaram a presença de vários tipos de BOA, entre elas: Nitrosomonas sp, Nitrosolobus multiformis, Nitrosospira briensis, Nitrosovibrio tenuis, as quais apareceram nas etapas com cargas mais elevadas, além de Nitrosococcus mobilis. Entretanto, verificou-se a diminuição da população de BON nos reatores. Os testes de eliminação de nitrogênio realizados em batelada com as biomassas retiradas dos reatores, apresentaram velocidades específicas de remoção de 18,4; 16,4 e 28,3 mg N.gSST-1.d-1, respecivamente, para os reatores de PVC, PS e PU, demonstrando que a biomassa removida do reator PU foi a que apresentou a mais alta velocidade específica de remoção de nitrogênio sob condições limitantes de oxigênio, assim como, foi a única que apresentou remoção anaeróbia. Além disto, o reator PU apresentou um camada de biofilme mais homogênea, uma maior adesão dos microrganismos, e também uma maior remoção de nitrogênio, em torno de 50%, correspondendo a 3340 mg N.m-2.d-1. A alta remoção, juntamente com condições limitantes de OD e a detecção de bactérias anammox através do teste FISH, assim como a constatação de atividade anaeróbia, evidenciam o estabelecimento do processo ANAMMOX neste reator.