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Artigo IPEN-doc 29551 IEA-R1 renewed primary system pump B1-B nozzles stress analysis2022 - FALOPPA, A.A.; FAINER, G.; FIGUEIREDO, C.D.R.; CARVALHO, D.S.M.; MATTAR NETO, M.The present report is a summary of the structural analysis of the pump nozzles applying the finite element method by using the Ansys computer program. The IEA-R1 RR is an open pool-type moderated and cooled by light water using beryllium/graphite as a reflector. The reactor can reach up to 5MW of thermal power cooled by the primary and secondary systems. The primary coolant system consists of a piping arrangement, a decay tank, two pumps, and two heat exchangers. The primary pump B1-B presented some failures requiring refurbishment by a new one. The pump used in the IEA-R1 must meet the requirements inherent to the nuclear installation, in addition to the operational requirements for rotating equipment, such as flow and pressure, and structural integrity of the body and nozzles. The supplier specified the type of pump suitable for the System. The pump furnished granted mechanical allowable loads for the nozzles that were lower than the loads imposed by the piping on the nozzles. To enable the installation of the pump in the primary circuit, new support was inserted in the piping system next to the pump minimizing efforts and deformations. A piping stress analysis was carried out to obtain the new efforts imposed on the nozzles. For validation of the motor pump set, a verification of the nozzles was done compared with API 610 standard loads, and the allowable loads of the provider. Finally, a structural analysis of the pump nozzles with the new loads was developed using the finite element method. The calculated stresses meet the limits prescribed by the ASME code; therefore, the new B1-B Pump is approved for operation at the IEA-R1 Nuclear Research Reactor primary circuit.Relatório IPEN-doc 28646 Análise de tensões do suporte "SP-22"2022 - FAINER, GERSON; FALOPPA, ALTAIR A.O objetivo deste relatório técnico é documentar os resultados da: → → ANÁLISE ESTRUTURAL DO SUPORTE “SP-22” que foi instalado, por recomendação do fabricante da bomba, na tubulação do Circuito Primário do reator IEA-R1 próximo do bocal de sucção da Nova Bomba “B1-B”. Para a verificação da integridade estrutural do Suporte “SP-22” foi desenvolvido um modelo de cálculo numérico aplicando-se o seguinte procedimento: → - desenvolver desenho do suporte com modelo sólido tridimensional no programa SolidWorks; → - desenvolver, a partir do desenho 3D acima, um modelo numérico, aplicando o método dos elementos finitos com o programa de computador ANSYS; → - realizar um estudo para a seleção de uma malha de elementos finitos adequada; → - aplicar as condições de contorno ao modelo de cálculo, simulando o vinculo da estrutura do suporte com o prédio do reator. → - realizar as simulações no programa ANSYS, aplicando as cargas oriundas da análise de tensões da tubulação ao modelo de cálculo, incluindo as cargas de atrito e peso próprio; → - realizar o pós-processamento no programa ANSYS, para obter a distribuição das tensões: normal, flexão e cisalhamento. Os resultados obtidos para o suporte “SP-22” da tubulação do Circuito Primário do Reator IEA-R1, ver tabela acima, mostram o pleno atendimento aos limites do código ASME B31.1 e MSS-SP-58, para as tensões: normal, flexão, cisalhamento e combinada. A rigidez real do suporte “SP-22” foi calculada e atende os critérios, da norma WRC-353 e da prática de engenharia das usinas nucleares de Angra 1 e Angra 2, para o desacoplamento do projeto e análise estrutural do suporte de modo independente da tubulação. Deste modo, está comprovado o projeto e a integridade estrutural do suporte “SP-22” da tubulação do Circuito Primário do Reator IEA-R1.Relatório IPEN-doc 28645 Avaliação estrutural das tubulações de conexão com a nova bomba B1-B do circuito primário do IEA-R12021 - FAINER, GERSON; FALOPPA, ALTAIR A.O objetivo deste relatório técnico é documentar a análise estrutural realizada para se avaliar relevância das modificações da tubulação nas regiões próximas aos bocais da nova bomba que irá substituir a “Bomba B1-B” do Circuito Primário do reator IEA-R1. O processo de aquisição da nova bomba foi realizado mediante licitação pública vencida pela empresa “Acqua Vitae Tecnologia de Bombeamento”, contrato nº 049/19, que engloba a sua instalação em campo. A instalação da Nova Bomba B1-B no Circuito Primário do reator IEA-R1 consta das seguintes etapas: √ instalação do conjunto motobomba sobre a estrutura de aço fixada sobre o concreto; √ conexão da tubulação com o bocal de sucção; √ √ tubulação conectada ao bocal não foi alterada; √ √ foi introduzido o suporte SP-22 na válvula CP-VGV-02. √ conexão da tubulação com o bocal de descarga; √ √ trecho da tubulação conectada ao bocal da bomba antiga foi retirado; √ √ foi introduzido um trecho de tubo reto para conectar a tubulação ao bocal. Foi desenvolvida uma análise de tensões para se verificar o impacto, global e local, das modificações nas tubulações que conectam com os bocais da bomba. O modelo de cálculo é o modelo da análise de tensões das tubulações do Circuito Primário do reator IEA-R1 da ref. [6], onde foi aplicado o critério de se desenvolver a modelagem da tubulação entre pontos de ancoragem. Deste modo, foram elaborados os seguintes modelos de cálculo: √ Modelo de Cálculo #1 – Tubulação entre o bocal de saída do Tanque de Decaimento e o bocal de sucção das bombas (B1A / B1B). Ver figura 5; √ Modelo de Cálculo #2 – Tubulação entre a descarga das bombas (B1A / B1B) e o bocal de entrada dos Trocadores de Calor (CBC & IESA). Ver figura 6. Os resultados das máximas tensões equivalentes obtidos com a simulação numérica dos modelos de cálculo #1 e #2, na “Condição de Projeto” e “Condição de Operação” do Circuito Primário do Reator Nuclear de Pesquisa IEA-R1, atendem os limites prescritos pelo código ASME B31.1.Artigo IPEN-doc 28230 IEAR1 renewed primary system pump B1B nozzles stress analysis2021 - FALOPPA, A.A.; FAINER, G.; FIGUEIREDO, CAROLINA D.R.; CARVALHO, D.S.M.; MATTAR NETO, M.Relatório IPEN-doc 27482 Análise de tensões dos bocais da Nova Bomba B1-B do Circuito Primário do reator IEA-R12020 - FAINER, GERSON; FALOPPA, ALTAIR A.O objetivo deste relatório técnico é documentar a análise de tensões dos bocais de sucção e descarga da “Nova Bomba B1-B” do Circuito Primário do reator IEA-R1, que substituí a bomba antiga, de acordo com o contrato nº 049/2019 com a empresa “Acqua Vitae Tecnologia em Bombeamentos”. A análise de tensões dos bocais de sucção e descarga da “Nova Bomba B1-B” foi realizada com o desenvolvimento de um modelo de cálculo numérico aplicando-se o método dos elementos finitos com o programa de computador para análise estrutural ANSYS. Foram aplicados os seguintes carregamentos para a simulação do modelo de cálculo da “Nova Bomba B1-B”: ✔ Condição de Projeto: * Pressão de projeto * Peso próprio * Cargas mecânicas da tubulação * Carga mecânica de desacoplamento do modelo de cálculo ✔ Condição de Operação: * Pressão de operação * Peso próprio * Temperatura de operação * Cargas mecânicas da tubulação * Carga mecânica de desacoplamento do modelo de cálculo. A análise de tensões foi realizada comparando-se as tensões equivalentes calculadas, linearizadas e categorizadas para a “Condição de projeto” e “Condição de Operação”, com os limites do código ASME VIII, Division 2, para se evitar o Colapso Plástico, e, utilizandose a tensão admissível do código ASME VIII, Division 1. A tabela abaixo mostra as tensões equivalentes (N/mm2) resultantes após a simulação do modelo de cálculo. Na tabela acima observa-se que as tensões calculadas nos bocais da “Nova Bomba B1-B”, na “Condição de Projeto” e “Condição de Operação” do Circuito Primário do Reator Nuclear de Pesquisa IEA-R1, atendem os limites prescritos pelo código ASME, Section VIII, Division 1 & 2. Portanto, está comprovada a integridade estrutural dos bocais de sucção e descarga da “Nova Bomba B1-B” do Circuito Primário do Reator Nuclear de Pesquisa IEA-R1.Artigo IPEN-doc 26370 Structural integrity analysis of the heavy water reflector tanks of the IPEN/MB-01 Reactor2019 - FAINER, GERSON; FALOPPA, ALTAIR A.; OLIVEIRA, CARLOS A. de; JUNQUEIRA, FERNANDO C.; FIGUEIREDO, CAROLINA D.R.; SANTOS, MARCELO M. dos; CARVALHO, DANIEL S.M.; MATTAR NETO, MIGUELThe IPEN/MB-01 is a zero power research reactor designed and built by IPEN in partnership with the Brazilian Navy. This reactor is located in IPEN and began operating in 1988. IPEN/MB-01 has been used as an experimental facility for studies on neutron parameters of nuclear reactors moderated by light water. In 2016, a project to modify the core structure of IPEN/MB-01 Reactor was initiated. This project aims the replacement of the rod-type fuel structure for a plate-type one. In order to optimize the performance of the experiments, four tanks filled with D2O were installed around the core. This new core will contain fuel elements that are similar to the ones that will be used in the Brazilian Multipurpose Reactor. In this paper, a complete structural integrity analysis of the four heavy water reflector tanks installed in IPEN/MB-01 Reactor is presented. A numerical analysis was performed applying the finite element method, using ANSYS software and considering ASME Code VIII, division 2.Artigo IPEN-doc 26369 Structural assessment of pressurizer V-102 of the circuit Orquídea2019 - FAINER, GERSON; FALOPPA, ALTAIR A.; ALMEIDA, JOEDSON T. de; FIGUEIREDO, CAROLINA D.R.; CARVALHO, DANIEL S.M.; MATTAR NETO, MIGUELThe Water Experimental Circuit (CEA) was built in IPEN in eighties and had the aim to perform thermal hydraulic experiments, simulating operational condition of Pressurized Water Reactors and Boiling Water Reactors. The CEA operated until 1984 and since then it was decommissioned. In order to do hydrodynamics tests in MTR fuel type elements of nuclear research reactor, in the years 2015, was conceived an experimental circuit named Orquidea, which shall operate with low pressure and temperature. This paper assess the mechanical and structural suitability of the Pressurizer V-102, that was used in the former Water Experimental Circuit (CEA) aiming reuse this vessel in new the circuit. The methodology applied to evaluate the vessel was based on ASME code, Section VIII, Division 1 & 2.Relatório IPEN-doc 24916 Circuito Orquídea: avaliação estrutural do pressurizador V-1022018 - FAINER, GERSON; FALOPPA, ALTAIR A.; ALMEIDA, JOEDSON T. deO objetivo deste relatório técnico é documentar a avaliação mecânica do: “ Pressurizador V-102” do Circuito Experimental de Água (“CEA”) do IPEN, também conhecido como “Loop 70”, para se verificar a possibilidade de sua reutilização no Circuito Hidrodinâmico para testes de Elementos Combustíveis – Orquídea. O projeto e construção do Pressurizador V-102 foi desenvolvido com o código ASME VIII division 1 no ano de 1977. O Pressurizador V-102 foi avaliado, através da análise estrutural das partes mecânicas, aplicando o código do projeto original, ou seja, ASME VIII division 1 nas seguintes condições: Pressão interna = 2.0 N/mm2; Temperatura de Operação = 60º C. Os resultados da avaliação podem ser resumidos conforme descrito abaixo: Espessura de parede das partes mecânicas pressurizadas atendem os requisitos de espessura mínima; A máxima pressão de trabalho (MAWP) é 5.8 N/mm2; Os bocais não requerem reforço; Os bocais: N1, instalado em um flange cego, e N4, prolongado para o interior do vaso V-102 são configurações estruturais não previstas pelo código ASME VIII, Division 1 A distância entre bocais atende o critério da distância mínima; As tensões nos flanges, de ½”, ¾”, 1½” e 10”, atendem os limites admissíveis; O flange cego aparafusado de 10” e com um bocal instalado é uma configuração estrutural não prevista pelo código ASME VIII, Division 1 As tensões nas soldas de topo e filete atendem os limites admissíveis; Não foi encontrada nenhuma referência, relatório ou documento, que relate alguma inspeção em serviço realizada nas partes mecânicas do Pressurizador V-102. A avaliação estrutural do flange cego e bocais N1 & N4 foi desenvolvida, adotando-se a metodologia do código ASME VIII division 2. Foi, então, realizada a análise de tensões do Pressurizador V-102, aplicando-se o método das tensões elásticas, com o programa de análise estrutural por elementos finitos ANSYS. As tensões equivalentes calculadas para o flange cego e bocais N1 & N4, na condição de projeto e operação, atendem os limites prescritos pelo código ASME VIII division 2. Deste modo, está comprovada a adequação mecânica e estrutural das partes mecânicas do Pressurizador V-102. Considerando que não há registros de inspeções periódicas do Pressurizador V-102, desde o início de sua operação em 1977, recomendamos, antes da sua reutilização no circuito “Orquídea”, o seguinte procedimento: “Inspeção Visual interna e externa das partes mecânicas do Pressurizador V-102”.Relatório IPEN-doc 24915 Circuito Orquídea: avaliação estrutural do tanque de armazenamento / desaerador V-1012018 - FAINER, GERSON; FALOPPA, ALTAIR A.; ALMEIDA, JOEDSON T. deO objetivo deste relatório técnico é documentar a avaliação mecânica do: Tanque de Armazenamento / Desaerador (V-101) do Circuito Experimental de Água (“CEA”) do IPEN, também conhecido como “Loop 70”, para se verificar a possibilidade de sua reutilização no Circuito Hidrodinâmico para testes de Elementos Combustíveis – Orquídea. O projeto e construção do Tanque V-101 foi desenvolvido com o código ASME VIII division 1 no ano de 1977. O Tanque V-101 foi avaliado, através da análise estrutural das partes mecânicas internas e externas, aplicando o código do projeto original, ou seja, ASME VIII division 1. Os resultados da avaliação podem ser resumidos conforme descrito abaixo: Espessura de parede das partes mecânicas pressurizadas atendem os requisitos de espessura mínima; A máxima pressão de trabalho (“MAWP”) é 1.15 N/mm2; Os bocais não requerem reforço; A distância entre os bocais N5 e N10 é menor que a distância mínima, portanto, uma análise de tensões, aplicando-se o método dos elementos finitos com o programa ANSYS, desta região do casco cilíndrico próxima aos bocais foi realizada, observando os requisitos do código ASME VIII division 2. As tensões calculadas no casco cilíndrico e bocais N5 e N10 atendem os limites prescritos pelo código ASME VIII, Division 1&2, na condição de projeto e operação; As tensões nos flanges e parafusos atendem os limites admissíveis; As tensões nas soldas de topo e filete atendem os limites admissíveis; As tensões no perfil L das colunas atendem os limites admissíveis; As placas de ancoragem foram calculadas aplicando-se o método dos elementos finitos com o programa ANSYS, e as tensões resultantes atendem os limites admissíveis; Não foi encontrado nenhuma referência, relatório ou documento, que relate alguma inspeção em serviço realizada nas partes mecânicas do Tanque V-101. Portanto, está comprovada a adequação mecânica e estrutural das partes mecânicas do Tanque V-101. Considerando que não há registros de inspeções periódicas do Tanque V-101, desde o início de sua operação em 1977, recomendamos, antes da sua reutilização no circuito “Orquídea”, o seguinte procedimento: “Inspeção Visual interna e externa das partes mecânicas do Tanque V-101”.Relatório IPEN-doc 24912 Avaliação estrutural dos tanques de água pesada do reator nuclear de pesquisa IPEN/MB-012018 - FALOPPA, ALTAIR A.; OLIVEIRA, CARLOS A. de; FAINER, GERSONO objetivo deste relatório técnico é documentar a análise estrutural realizada para se verificar a integridade estrutural dos: “ Tanques Refletores de Água Pesada (D2O): Norte, Sul, Leste e Oeste” do Reator Nuclear de Pesquisa IPEN/MB-01. As análises estruturais dos Tanques Refletores de Água Pesada foram desenvolvidas, aplicando-se o código ASME VIII division 1 & 2, e os resultados estão resumidos na tabela abaixo: ASME VIII division 1 – Tanques Refletores Norte & Sul & Leste & Oeste Espessura das chapas atendem os requisitos de espessura mínima; A máxima pressão de trabalho (MAWP) é 0.05 N/mm2; A Pressão de Teste Hidrostático é 0.057 N/mm2; Os bocais não requerem reforço; A distância entre bocais atende ao critério da distância mínima. A distância entre bocais e borda da chapa dos Tanques Leste e Oeste atende ao critério da distância mínima. A distância entre bocais e borda da chapa dos Tanques Refletores de Água Pesada Norte e Sul é menor que a distância mínima; As tensões calculadas por método analítico nas placas laterais, tampos e distanciadores dos Tanques Refletores de Água Pesada Leste e Oeste não atendem aos limites admissíveis. O método analítico não se mostra adequado para o cálculo completo dos Tanques Refletores de Água Pesada Norte e Sul. As questões acima não resolvidas serão tratadas pelo código ASME VIII division 2. ASME VIII division 2 – Tanques Refletores Norte & Sul A integridade estrutural dos Tanques Refletores de Água Pesada Norte, Sul, Leste e Oeste foi verificada. Aplicou-se o método de análise das tensões elásticas para se obter as tensões equivalentes, calculadas de acordo com a teoria da energia de distorção máxima, através da simulação numérica com o programa de computador para análise estrutural por elementos finitos ANSYS, nas condições de Operação, Projeto e Teste Hidrostático. As tensões calculadas atendem aos limites prescritos pelo código ASME VIII division 2. Deste modo, os Tanques Refletores de Água Pesada (D2O) Norte, Sul, Leste e Oeste podem ser fabricados, e deverão operar nas seguintes condições: “Pressão de Operação = 0.0326 N/mm2”; “Máxima Pressão de Operação (MAWP) = 0.05 N/mm2”; “Pressão de Teste Hidrostático = 0.057 N/mm2”.