Anno:periodo5:2 Lezioni,esercitazioni,laboratori: 6+2(ore settimanali ) 80+24+6 (nell'intero periodo) Docente:MarioDe Salve
Col nuovo ordinamento si chiamerà
Dinamica econtrollodegliimpiantinucleo-termoelettrici
Il corso si propone di fornire le metodologie per l'analisi della dinamica delle centrali nucleotermoelettriche e per il controllo automatico delle stesse. Il corso completa il percorso formativo di un ingegnere nucleare con la sensibilizzazione ai problemi dell'esercizio di impianti complessi, quali quelli nucleari, in condizioni di progetto e fuori progetto e nelle fasi di avviamento,di modulazione dei carichi,di fermata. I temi sviluppati riguardano:
sistemi per la produzione di energia elettrica: caratteristiche funzionali ed intercon-nessione con la rete elettrica;
elementi di teoria dei controlli automatici;
- cinetica punti forme;
modelli termoidraulici dinamici per componentie sistemi;
analisi della stabilità di impianti e sistemi; - instabilità termoidrauliche;
aspetti dinamici della strumentazione termoidraulica e nucleare, cenni di analisi dei segnali.
L'obiettivo didattico dominante del corso è connesso alla formulazione di modelli,scelta degli strumenti di simulazione,analisi critica dei risultati della simulazione in relazione alle ipotesi e agli obiettivi dello studio. Nelle esercitazioni sono impiegati strumenti informati ci per lo studio di sistemi lineari e non lineari.
Il corso è consigliabile agli studenti interessati all'analisi del sistema di produzione dell'energia elettrica con centrali sia nucleari che convenzionali, e più in generale agli studenti interessati alle problematiche di esercizio di impianti complessi.
PROGRAMMA
- Processi produttivi industriali ed impiantidi produzione. Obiettivi dello studio della dinamica e controllo di un processo produttivo. Requisiti e caratteristiche dei sistemi di regolazione e protezione. Modelli dinamici di sistemi fisici di tipo elettrico, meccanico, termico, termofluidodi namico,termochimico. Simulazione dinamicadi sistemi lineari e non lineari con l'ausilio del programma TUTSIM. [16 ore]
- Il sistema di produzione e trasporto dell'energia elettrica. Impianti per la produzione di energia elettrica: classificazione e problemi di controllo e regolazionein relazione ai sottosistemi caratteristici degli impianti. Centrali nucleotermoelettriche:caratteristiche funzionali e programmi di regolazione ed inserzione in rete delle centrali nuclotermoelettriche. Cenni sui problemi di gestione della rete elettrica. Sotto sistemi
delle centrali nucleotermoelettriche con reattori PWR. Circuito secondario:turbo alter-natore,turbina, condensatore, sistemi di alimentazione e di preriscaldamento dell'acqua, controllo e regolazione della portata,generatore di vapore. Sistema di scarico rapido del vapore. Cenni sui sistemi di protezione e sicurezza. Circuito primario:sotto sistemi e componenti. [16 ore]
- Elementi di teoria dei sistemi e della regolazione. Sistemi a retroazione. Regolatori, funzioni di trasferimento e risposta in frequenza. Risposte dinamiche ad input di riferimento (gradino,rampa, parabola unitaria). Errori a transitorio esaurito. Rappre-sentazioni di Bode,di Nyquist. Il metodo del luogo delle radici. Stabilità dei sistemi a retroazione. Il programma CC: potenzialità,ambienti di lavoro, esempi di programma-zione ed applicazioni a problemi tipici delle centrali nucleotermoelettriche. [18 ore]
- Modelli neutronici per il core:cinetica puntiforme. Risposte neutroniche del core in assenza di fenomeni di retroazione. Inserzione a gradino, a rampa e sinusoidale di reattività. Linerarizzazionedelle equazioni della cinetica punti forme. Funzioni di tra-sferimento a potenza zero. Fenomeni di retroazione indotti da cause neutroniche.
Avvelenamento da xeno e samario. Modellististica avvelenamento da xeno. Funzioni di trasferimento associate allo xeno. Coefficienti di temperatura della reattività. Studio delle funzioni di trasferimento con il programma CC. Analisi della stabilità. Modello termoidraulico del core a due temperature. Effetti di retroazione di reattività dovuti alle temperature. Coefficienti di temperatura della reattività. Coefficiente dei vuoti, della pressione, coefficienti compositi. Funzioni di trasferimento del reattore in presenza di retroazioni di temperatura. Studio delle funzioni di trasferimento con il programma CC.
Stabilità del reattore in presenza di retroazioni di temperatura e di avvelenamento da xeno. Barre di controllo: classificazione e teoria semplifica delle barre di controllo. Inventario della reattività, difetti di temperatura e potenza, margini di spegnimento.
Controllo della reattività. Sistemi per la movimentazione delle barre di controllo.
Controllo della reattività con veleni solubili. Relazione tra reattività e concentrazione dell'acido borico. Sistemi per il controllo del volume e della chimica dell'acqua. [18 ore]
- Strumentazione nucleare in core ed ex core. Misure di flussi neutronici, periodo, efficacia delle barre di controllo. Elementi di misure termiche e fluidodinamiche. Sale di controllo: esemplificazione,funzioni e criteri per il progetto. [4 ore]
- Regolazioni e programmi di regolazione per il circuito primario e secondario.
Comportamento dinamico e modello semplificato di un BWR, mappa di regolazione.
Instabilità termofluidodinamiche nei deflussi bifase. [4 ore]
- Transitori anticipati ATWS. Il codice LOFTRAN:struttura e modelli. [4 ore]
ESERCITAZIONI
l. Applicazione del TUTSIM per la soluzione di problemi non lineari nel dominio del tempo. [6 ore]
2. Applicazione del MatLab e del contro! too!s nella soluzione di modelli del circuito primario e secondario di un PWR. [IOore]
3. Applicazione del CC per lo studio di funzioni di trasferimento ed analisi di stabilità.
[8 ore]
4. Esemplificazione del funzionamento dei regolatori e delle funzioni di regolazione su una attrezzatura didattica di controllo della pressione. [2 ore]
5. Esemplificazione del funzionamento di unsistema diaquisizione dati con misuradi temperature epressioni. Cenni di analisi deisegnali e illustrazione del programma D{\DISP . [4ore]
BIBLIOGRAFIA
J.Lewis,Nuclear reactor kinetics and contro!,Pergamon,1978.
J.1.D'Azzo,C.H.Houpis ,Linearcontro!systemana!ysi s and design.conventiona! and modern,McGraw-Hill ,1988.
ESAME
L'esame verte in modo prevalente sulla discussione ed analisi degli aspetti teorici dei temi svolti nelle esercitazioni nonché nella formulazione e discussione di tipici modelli dinamici di interesse delle centrali nucleotermoelettriche.