Solución numérica de la conducción de calor unidimensional en estado transitorio en un elemento de combustible de un reactor tipo BWR mediante diferencias finitas

The present work describes a numerical solution of the temperature distribution in a fuel element of a BWR type nuclear reactor, starting from the general heat conduction equation in its non-linear form and assuming that the thermophysical properties of the materials that integrate it are functions that depend on temperature. The solution is based on the finite difference method, using a discretization scheme in centered finite differences, both for the steady state and for the transient. Both cases are solved with the support of the Microsoft Excel program, using the solution tools of this software for systems of linear equations and the development of functions embedded in Excel to represent the dependence of temperature on thermophysical properties. Two transient state scenarios are resolved, the first refers to a shutdown of the reactor (zero internal heat generation) and the second, to a change in the convective heat transfer coefficient. For both simulation scenarios, the analysis of results is performed qualitatively, resulting in appropriate behavior, as expected.El presente trabajo describe una solución numérica de la distribución de temperaturas en un elemento de combustible de un reactor nuclear tipo BWR, partiendo de la ecuación general de conducción calor en su forma no lineal y asumiendo que las propiedades termofísicas de los materiales que lo integran son funciones que dependen de la temperatura. La solución se basa en el método de diferencias finitas, usando un esquema de discretización en diferencias finitas centradas, tanto para el estado estacionario como para el transitorio. Ambos casos se resuelven con el apoyo del programa Microsoft Excel, usando las herramientas de solución propias de este software para sistemas de ecuaciones lineales y el desarrollo de funciones embebidas en Excel para representar la dependencia de la temperatura en las propiedades termofísicas. Se resuelven dos escenarios de estado transitorio, el primero se refiere a un apagado del reactor (generación interna de calor nula) y el segundo, a un cambio en el coeficiente de transferencia de calor por convección. Para ambos escenarios de simulación, el análisis de resultados se realiza en forma cualitativa, resultando en un comportamiento apropiado, de acuerdo con lo esperado