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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.85.2018.tde-01112018-155151
Document
Author
Full name
Luciano Ondir Freire
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2018
Supervisor
Committee
Andrade, Delvonei Alves de (President)
Cassiano, Douglas Alves
Gomes Neto, José
Vieira, Martha Marques Ferreira
Title in Portuguese
Metodologia de especificação e projeto aplicado a usinas nucleares móveis
Keywords in Portuguese
engenharia de sistemas
lei construtal
método de projeto
reator naval
segurança energética
usina nuclear móvel
Abstract in Portuguese
A importância de métodos de projeto vem crescendo nos últimos anos à medida que sistemas sócio-técnicos complexos se tornam mais numerosos. Além da complexidade, o tamanho e o investimento financeiro destes sistemas amplificam a gravidade dos erros de projeto. O objetivo geral deste trabalho foi desenvolver uma metodologia de especificação e projeto que reduza o tempo e energia para desenvolver um sistema complexo cujas funções sejam conhecidas a priori, gerenciando em paralelo os riscos. O objetivo específico foi verificar a viabilidade econômica de usinas nucleares móveis de pequeno porte. Este trabalho adotou como princípio a lei construtal que prevê o sucesso de sistemas que facilitem os fluxos necessários à sua existência. Após a identificação dos fatores chave para facilitar o fluxo de informações, esta tese desenvolveu um conjunto de conceitos para facilitar o trabalho de engenharia. Aplicando tais conceitos, este trabalho desenvolveu sequências de atividades que descrevem o método proposto, sendo cada atividade detalhada por uma lista de requisitos. A demonstração das vantagens do método proposto foi feita por meio de análise de árvore de eventos e árvore de falhas. Usando o método, esta tese desenvolveu especificações e projetos em vários níveis (empresarial, usina, caldeira nuclear, circuito primário e gerador de vapor). Baseando-se em dados da marinha americana, esta tese desenvolveu um modelo de custo para reatores de pequeno porte. Concluiu que a energia nuclear pode ser competitiva se a potência elétrica média efetiva ao longo da vida útil ficar acima de 30MWe e se o tempo de vida útil for igual ou maior do que 60 anos. Tal fato decorre dos altos custos de aquisição que requerem uma vida longa para compensar o investimento e dos efeitos de economia de escala especialmente pronunciados para reatores a água pressurizada.
Title in English
Specification and design methodology applied to mobile nuclear power plants
Keywords in English
constructal law
design methodology
energy security
mobile nuclear power plants
naval reactors
system engineering
Abstract in English
The importance of design methodologies has been growing in recent years as complex socio-technical systems become more common. In addition to complexity, the size and financial investment of these systems amplifies the severity of design errors. The general goal of this work was to develop a specification and design methodology that reduces the time and energy to develop a complex system whose functions are known a priori, managing the risks in parallel. The specific goal was to verify if small modular reactors could be economically possible. This work adopted as principle the Constructal law, that predicts the success of systems that ease the necessary flows to its existence. After finding the key factors to ease the flow of information, this work developed a set of concepts to ease the engineering work. Applying such concepts, this work developed sequences of activities that describe the proposed methodology. Lists of requirements gave guidance for each activity. Event tree and fault tree analyses showed the advantages of the proposed methodology. Using the methodology, this work developed specifications and designs at many product breakdown levels (enterprise, nuclear power plant, nuclear steam supply system, reactor coolant system and steam generator). Using data from US Navy, this work developed a cost model for small reactors. This work concluded that nuclear power may be competitive if average electrical power extracted during the life is larger than 30 MWe and if life time is superior to 60 years. The first condition is consequence of the high overnight costs of nuclear power. The second is consequence of the strong scale economy effects of pressurized water reactors.
 
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Publishing Date
2018-11-12
 
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