PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO PARA MEDIR LA POTENCIA DISIPADA POR LA REACCION DE HIDRURACION EN TUBOS Y VAINAS TUBULARES Y LA CORRESPONDIENTEVARIACION DE RESISTENCIA ELECTRICA.

Procedimiento y dispositivo para medir la potencia disipada por la reacción de hidruración en tubos y vainas tubulares y la correspondiente variación de resistencia eléctrica.

El objeto de la presente invención lo constituye un nuevo procedimiento y dispositivo para medir cinéticas de hidruración, a diferentes temperaturas, en componentes industriales tubulares, caracterizado porque consiste en medir: a) la potencia disipada por la reacción de hidruración, en función del tiempo, y b) la variación de resistencia eléctrica, durante dicha reacción. El uso de dicho procedimiento y dispositivo permitirá la optimización de estos componentes industriales como, por ejemplo, los tubos y vainas tubulares de combustible en los núcleos de los reactores nucleares y con ello contribuirá a evitar paradas no programadas de los reactores comerciales y a una disminución de la masa de residuos nucleares de alta actividad.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200400294.

Solicitante: CONSEJO SUP. INVESTIG. CIENTIFICAS.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: SACEDON ADELANTADO,JOSE LUIS, DIAZ MUÑOZ,MARCOS, MOYA CORRAL,JOSE SERAFIN, REMARTINEZ ZATO,BEGOÑA, IZQUIERDO GOMEZ,JAIME.

Fecha de Publicación: 5 de Junio de 2014.

Clasificación Internacional de Patentes:

G01N25/48 FISICA. › G01 METROLOGIA; ENSAYOS. › G01N INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION DE SUS PROPIEDADES QUIMICAS O FISICAS (procedimientos de medida, de investigación o de análisis diferentes de los ensayos inmunológicos, en los que intervienen enzimas o microorganismos C12M, C12Q). › G01N 25/00 Investigación o análisis de materiales mediante la utilización de medios térmicos (G01N 3/00 - G01N 23/00 tienen prioridad). › sobre una solución, sorción o reacción química que no implica una oxidación por combustión o catálisis.
G01N27/04 G01N […] › G01N 27/00 Investigación o análisis de materiales mediante el empleo de medios eléctricos, electroquímicos o magnéticos (G01N 3/00 - G01N 25/00 tienen prioridad; medida o ensayo de variables eléctricas o magnéticas o de las propiedades eléctricas o magnéticas de los materiales G01R). › investigando la resistencia.
G01N27/16 G01N 27/00 […] › producida por la oxidación por combustión o catálisis de un material del espacio circundante a ensayar, p. ej. de un gas.
G21C17/06 G […] › G21 FISICA NUCLEAR; TECNICA NUCLEAR. › G21C REACTORES NUCLEARES (reactores de fusión, reactores híbridos fisión-fusión G21B; explosivos nucleares G21J). › G21C 17/00 Monitorización; Ensayos. › Dispositivos o disposiciones para la vigilancia o el ensayo del combustible o de los elementos combustibles fuera del núcleo del reactor, p. ej. para la destrucción (burnup), para la contaminación (G21C 17/08, G21C 17/10 tienen prioridad; detección de fugas en elementos combustibles durante el funcionamiento del reactor G21C 17/04).
G21C21/00 G21C […] › Aparatos o procesos especialmente adaptados para la fabricación de reactores o de piezas de éstos.

PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO PARA MEDIR LA POTENCIA DISIPADA POR LA REACCION DE HIDRURACION EN TUBOS Y VAINAS TUBULARES Y LA CORRESPONDIENTEVARIACION DE RESISTENCIA ELECTRICA.

Fragmento de la descripción:

Procedimiento y dispositivo para medir la potencia disipada por la reacción de hidruración en tubos y vainas tubulares y la correspondiente variación de resistencia eléctrica.

Sector de la técnica

Medida de las reacciones y cinéticas de hidruración de tubos y vainas tubulares de elementos metálicos, aleaciones metálicas y cualquier otro material con y sin recubrimientos protectores.

Estado de la técnica

La hidruración masiva de componentes industriales metálicos es una de las causas de su fragilización y puede llegar a provocar una rotura catastrófica por formación de grietas. Dicho proceso tiene lugar en componentes en contacto con agua a presión y/o en ebullición y a alta temperatura, y se puede agudizar cuando el componente está expuesto a altas concentraciones de hidrógeno como consecuencia de otros procesos. Un caso conocido desde hace algunos años es la hidruración de las vainas tubulares de combustible en los núcleos de los reactores nucleares, la cual se puede producir masivamente desde el interior de la vaina en caso de pérdida de estanqueidad como consecuencia de un fallo primario. La patente WO0223162 describe un procedimiento y dispositivo para medir la resistencia a la hidruración en estos componentes tubulares para ayudar a la selección de materiales y diseño dirigidos a disminuir los problemas expuestos. Sin embargo, se hace necesaria la determinación de otras medidas para la comparación de las cinéticas de hidruración, lo que permite comparar la respuesta a la hidruración de los distintos elementos y aleaciones de los componentes tubulares y elegir aquellos diseños y composiciones que eviten o retrasen la aparición de estas roturas en los componentes industriales metálicos.

Hasta ahora la determinación de las cinéticas de hidruración de metales y aleaciones se ha realizado mediante termogravimetría y estudios morfológicos de procesos de hidruración en autoclave de trozos de material, lo cual representa en algunos casos, como en el de la hidruración de vainas de combustible, unas condiciones de trabajo distintas de aquellas en las que se produce la hidruración del componente.

Descripción de la invención

Breve descripción de la invención

La presente invención se enfrenta con el problema de proporcionar nuevos procedimientos y herramientas para la mediada de cinéticas de hidruración que tienen lugar en componentes tubulares de uso industrial.

La solución proporcionada por esta invención permite la medida de cinéticas de hidruración en los propios componentes tubulares, generalmente multicapa, y en las mismas condiciones de temperatura de trabajo en las que se produce la hidruración del componente, lo que resulta de especial relevancia económica, ya que permiten el diseño y la elección de la composición apropiados de las diferentes aleaciones utilizadas. Una optimización de estos componentes contribuiría a evitar paradas no programadas de los reactores comerciales. Esta posible mejora permitirá además un mayor aprovechamiento del combustible al hacerlo más robusto y una disminución de la masa de residuos nucleares de alta actividad para igual energía generada. Al eliminar un posible origen de fuga de componentes en el agua del reactor disminuiría la dosis de radiación recibida por el personal de mantenimiento y por el que tenga que realizar operaciones en la zona de intercambio.

Por tanto, el primer objeto de la presente invención lo constituye un nuevo procedimiento para medir cinéticas de hidruración, a diferentes temperaturas, en componentes industriales, caracterizado porque consiste en medir: a) la potencia disipada por la reacción de hidruración, en adelante potencia de hidruración disipada (PHD) , en función del tiempo, así como su integral en función del tiempo llamada de ahora en adelante energía de hidruración disipada (EHD) y b) la variación de resistencia eléctrica durante dicha reacción, y en especial durante la etapa de disolución de hidrógeno en el componente que precede a la precipitación de hidruros en el material. La reacción de hidruración es la potencia térmica producida por liberación de calor durante el proceso de hidruración.

El segundo objeto de la presente invención lo constituye un dispositivo (Figura 4) para llevar a cabo el procedimiento de medida mencionado constituido por:

a) una cámara de alto o ultra alto vacío en la que la inserción del componente a analizar se realiza a través de dos cierres de vacío para tubos con juntas coaxiales de elastómero, así en el exterior del tubo se puede alcanzar y mantener alto o ultra alto vacío mientras que por el interior del tubo se hace circular hidrogeno, y que cuenta con los dispositivos siguientes para caracterizar el vacío: manómetro Bayard Alpert para la medida de presión total (Figura 4, 1) y espectrómetro de masas para medida de presiones parciales (Figura 4, 2) .

b) una línea de gas para hacer pasar hidrógeno o mezcla de hidrógeno con otros gas (es) por el interior del componente,

c) sistemas de calentamiento por efecto Joule, termopares (Figura 4, 3) y sistemas para el control de la temperatura en el componente, y

d) dos electrodos (Figura 4, 4) con forma de anillo u otra geometría bien definida, dispuestos sobre el componente simétricamente y equidistantes del termopar central conectados con el exterior del dispositivo donde van a realizarse las medidas.

Finalmente, el tercer objeto de la presente invención lo constituye el uso del procedimiento y dispositivo mencionados para la realización de medidas de cinéticas de hidruración en componentes industriales metálicos, aleaciones metálicas y cualquier otro material con y sin recubrimientos protectores, preferentemente componentes tubulares como son los tubos y vainas tubulares de combustible en los núcleos de los reactores nucleares.

Descripción detallada de la invención

El primer objeto de la presente invención lo constituye un nuevo procedimiento para medir cinéticas de hidruración, en adelante procedimiento de la presente invención, a diferentes temperaturas, en componentes tubulares industriales metálicos o de aleaciones metálicas o de cualquier otro material con y sin recubrimientos protectores caracterizado porque consiste en medir:

a) la potencia disipada por la reacción de hidruración, en adelante potencia de hidruración disipada (PHD) , en función del tiempo, y la energía de hidruración disipada (EHD) , y

b) la variación de resistencia eléctrica durante dicha reacción, y en especial durante la etapa de disolución de hidrógeno en el componente que precede a la precipitación de hidruros en el material;

y porque las etapas que comprende este procedimiento son:

i) inserción del componente tubular en una cámara de alto o ultra alto vacío que dispone de los correspondientes cierres de vacío para tubos, manómetro Bayard Alpert para medida de presión total (Figura 4, 1) y espectrómetro de masas para medida de presiones parciales (Figura 4, 2) .

ii) circulación de hidrógeno o mezcla de hidrógeno con otros gas (es) por el interior del componente, siendo la permeación del hidrógeno a través de la pared del componente lo que provoca la hidruración del material,

iii) calentamiento del componente por efecto Joule,

iv) determinación de la potencia de hidruración disipada en función del tiempo, de la energía de hidruración disipada, medida durante el proceso, y de la resistencia eléctrica en el componente mediante:

iv.1) la caída de tensión a lo largo del componente, y

iv.2) la variación de la corriente eléctrica aplicada para mantener su temperatura a la predeterminada para la reacción de hidruración.

Tal como se utiliza en la presente invención el término componentes industriales se refiere a componentes tubulares, con pared de un solo elemento o con pared multicapa, como son los tubos y vainas tubulares de combustible en los núcleos de los reactores nucleares.

El control de estos componentes industriales mediante el procedimiento de la presente invención permitirá diseñar y elegir la composición adecuada de las diferentes aleaciones utilizadas para fabricar dichos componentes y evitar así su rotura.

Durante la reacción de precipitación...

Reivindicaciones:

1. Procedimiento para medir cinéticas de hidruración, a diferentes temperaturas, en componentes industriales como tubos y vainas tubulares de elementos metálicos, aleaciones metálicas y cualquier otro material con y sin recubrimientos protectores, caracterizado porque consiste en la medida de:

a) la potencia disipada por la reacción de hidruración, en adelante potencia de hidruración disipada, en función del tiempo, y de la energía de hidruración disipada, medida durante el proceso, y

siendo las etapas que comprenden dicho procedimiento:

i) inserción del componente tubular en una cámara de alto o ultra alto vacío,

iii) calentamiento del componente por efecto Joule,

iv) determinación de la potencia disipada por la reacción de hidruración en función del tiempo, de la energía de hidruración disipada, medida durante el proceso y de la resistencia eléctrica en el componente mediante:

iv.1) la caída de tensión a lo largo del componente, y

iv.2) la variación de la corriente eléctrica aplicada para elevar su temperatura a la predeterminada para la reacción de hidruración.

2. Dispositivo para llevar a cabo el procedimiento de medida de cinéticas de hidruración según reivindicación 1 caracterizado por comprender los siguientes elementos:

a) una cámara de alto o ultra alto vacío en la que se inserta el componente a analizar,

b) una línea de gas para hacer pasar hidrógeno o mezcla de hidrógeno con gas (es) por el interior del componente,

c) sistemas de calentamiento por efecto Joule, termopares y sistemas para el control de la temperatura en el interior del componente, y

d) dos electrodos con forma de anillo u otra geometría bien definida, dispuestos simétricamente y equidistantes del termopar central.

3. Uso del procedimiento y dispositivo según las reivindicaciones 1 y 2, respectivamente, para la realización de medidas de cinéticas de hidruración en componentes industriales metálicos, aleaciones metálicas y cualquier otro material con y sin recubrimientos protectores.

4. Uso según la reivindicación 3 caracterizado porque los componentes industriales son tubulares, entre otros, los tubos y vainas tubulares de combustible en los núcleos de los reactores nucleares.

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