Água, ar, calor: O Laboratório de Termo-Hidráulica Experimental do IEN/CNEN

O Laboratório de Termo-Hidráulica Experimental David Adjuto Botelho do IEN/CNEN (LTE) desenvolve pesquisas especialmente em duas linhas: estudos de escoamentos bifásicos gás-líquido e estudos de circulação natural.

  Para suas pesquisas, o LTE conta com as seguintes instalações:

· Uma seção bifásica horizontal e levemente inclinável de testes para escoamentos água-ar: Tubo onde são injetados água e ar, que se misturam, escoando conjuntamente. Entender as características físicas desses tipos de escoamentos é muito importante, pois delas dependem os processos industriais em que eles ocorrem. Elas são o objeto dos estudos realizados no equipamento.

· Uma coluna de líquido estagnado para estudo da dinâmica de bolhas de Taylor individuais: Bolhas de Taylor são bolhas de gás em forma de projétil que podem ocorrer em situações de emergência em reatores, ou em outros processos industriais. Em geral, sua ocorrência não é desejável.

· Um Circuito de Circulação Natural (CCN): O CCN foi construído baseado no sistema de remoção passiva de calor residual de um reator nuclear APWR, que visa resfriá-lo mesmo na ausência de bombas centrífugas. No CCN do LTE estudam-se aspectos do fenômeno físico da circulação natural.

· Uma seção de testes vertical para escoamentos bifásicos água-ar, em fase de montagem (depende de recursos humanos e financeiros).

· Um simulador experimental de um reator nuclear tipo piscina, também em fase de montagem e baseado em um reator australiano (depende de recursos humanos e financeiros).

Trabalhando com pesquisa básica na sua área, o LTE tem como principal produto publicações em congressos e revistas especializadas. Lá foram desenvolvidos inúmeros trabalhos, apresentados em diferentes congressos nacionais e internacionais, como INAC (International Nuclear Atlantic Conference), COBEM (Congresso Brasileiro de Engenharia Mecânica), CONEM (Congresso Nacional de Engenharia Mecânica), ENCIT (Encontro Nacional de Ciências Térmicas), entre outros. Adicionalmente, artigos foram publicados em importantes revistas especializadas e os pesquisadores do laboratório têm participado de diferentes projetos envolvendo engenharia dos reatores com parceiros internos e externos, como o Programa de Engenharia Nuclear da UFRJ (PEN/COPPE) e a Marinha do Brasil.

No tocante à formação de recursos humanos, o LTE tem uma antiga tradição, já tendo recebido estagiários como Paulo Berquó, ex-diretor do IEN/CNEN e Renato Cotta, ex-presidente da Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN), entre outros. Muitos bolsistas que passaram pelo LTE estão hoje desenvolvendo suas carreiras em diferentes órgãos ou empresas do setor nuclear, como CNEN e AMAZUL, bem como em outros setores, uma vez que o laboratório sempre recebeu alunos de diferentes áreas, como Engenharia Nuclear, Engenharia de Petróleo e Engenharia Mecânica, entre outras.

No que diz respeito a bolsistas de Iniciação Científica (IC), trabalhos desenvolvidos no LTE já receberam prêmios na Sessão Técnica de Pôster Júnior apresentados em congressos como o INAC, bem como em Jornadas de Seminários de IC.

Finalmente, outro destaque do LTE é a disponibilidade de sua infraestrutura para a realização de trabalhos de mestrado e doutorado, especialmente do PEN/COPPE/UFRJ e do PPGIEN (Programa de Pós-Graduação do IEN). Quatro teses de doutorado, orientadas pelo Prof. Su Jian, da COPPE/UFRJ, foram desenvolvidas em suas instalações. Dentre aquelas concluídas estão as dos servidores José Luiz Horácio Faccini, hoje colaborador no LTE, e Marcos Bertrand de Azevedo, atual responsável pelo laboratório.

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Como são feitas as medidas no LTE?

Em termo-hidráulica, há três parâmetros fundamentais: vazão, pressão e temperatura. Para a determinação desses parâmetros utilizam-se equipamentos e medidores específicos, disponíveis no mercado. Cada um deles deverá ser especificado de acordo com a aplicação e o grau de precisão desejado.

Adicionalmente, no LTE utiliza-se técnicas de visualização com câmera de vídeo e técnicas ultrassônicas para a caracterização do escoamento, tanto nas seções de testes como no CCN. Para isso, é necessário filmar o escoamento e monitorá-lo com uma técnica ultrassônica adequada. Na sequência, deve-se aplicar ou desenvolver modelos para extrair as informações desejadas, a partir dos dados (imagens e sinais ultrassônicos), com o máximo de confiabilidade. No LTE, usam-se as técnicas ultrassônicas por pulso-eco ou por transmissão. Na primeira, um mesmo transdutor funciona como emissor e receptor, recebendo o sinal refletido em alguma superfície, como a interface água-ar de uma bolha. Já no modo transmissão, usa-se um transdutor emissor e outro receptor, avaliando a atenuação do sinal entre a emissão e a recepção.

Conclui o chefe do laboratório, Marcos Bertrand: “Como se pode perceber, o LTE é um laboratório onde se desenvolvem pesquisas sobre temas fundamentais. tanto para o setor nuclear, como para outras indústrias. O fato de ser um laboratório predominantemente experimental nos traz muitos desafios, que, com a dedicação de todos os envolvidos, vêm sendo dia após dia superados. Muito nos orgulha o fato de o laboratório ter recebido muitos bolsistas e estagiários que hoje desenvolvem suas atividades em diferentes áreas do setor produtivo, incluindo o nosso setor nuclear. Para mim, esse talvez seja um dos nossos maiores legados. E espero que o nosso LTE possa seguir assim por muito mais tempo.”

Texto e reportagem: Henrique Davidovich (Secos/ IEN)