Mostrando las entradas con la etiqueta reactor nuclear. Mostrar todas las entradas
Mostrando las entradas con la etiqueta reactor nuclear. Mostrar todas las entradas

jueves, 19 de diciembre de 2024

Carem de CNEA: Se gastaron dos tiros y ni un pájaro bajaron

Energía nuclear: la decepción con el reactor Carem


Después de más de 40 años y cuantiosos recursos gastados en esta quimera, analizamos las razones que han llevado a este proyecto a un completo fracaso.

José Converti || Los Andes



 
El proyecto Carem 25 lo lleva adelante la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) en un predio ubicado en Lima, provincia de Buenos Aires. (Télam)

Para comprender las razones del fracaso del proyecto Carem debemos retrotraernos al origen y objetivo del mismo. No se originó como algunos creen en 1984 con el gobierno de Alfonsín, sino al menos 8 años antes en el proyecto Carena, cuyo objetivo era desarrollar un reactor apto para la propulsión de un submarino. Este se complementaría con la fábrica de submarinos suscripta en un convenio con los astilleros Thyssen Nordseewerke, de la entonces Alemania Occidental, para montar un astillero especializado en submarinos con propulsión diesel-eléctrica. Estaba previsto, sin embargo, una modificación de los mismos para proveerlos de propulsión nuclear.Se realizaron los estudios preliminares de factibilidad de un reactor nuclear para dicho propósito durante la gestión de Castro Madero, pero se hizo una mala elección en el tipo de reactor a utilizar. En lugar de adoptar un PWR que había dado excelentes resultados en el proyecto norteamericano, copió el concepto de un reactor desarrollado en Alemania para la propulsión de un buque de superficie, el Otto Hahn construido en 1964.

El proyecto fue “aparentemente” discontinuado durante los gobiernos constitucionales que siguieron al gobierno militar. Castro Madero, sin embargo, logró “perdurar” y continuó influyendo en carácter de asesor de la CNEA. Se intentó continuar el desarrollo del reactor naval, justificándolo con cambios menores para la generación de energía eléctrica, apelando a calificativos como “reactor innovativo” e “inherentemente seguro” para la generación de energía eléctrica en “pequeñas poblaciones aisladas”. El proyecto Carena se transformó en Carem sólo cambiando un par de letras en su nombre. También fue una mala decisión.

La CNEA destinó permanentes recursos económicos para desarrollar el prototipo del Carem y Castro Madero actuó como su promotor.


Configuración del reactor nuclear Carem

Castro Madero creía realmente que el reactor CAREM era adecuado, con pocas modificaciones, para la propulsión de un submarino y logró también entusiasmar a la conducción de la Armada. En 1986 el titular de la Armada, vicealmirante Ramón Arosa anunció que en dos años más Argentina ya tendría su primer submarino nuclear.

El reactor Carem no es un diseño adecuado para la propulsión de submarinos y no hay ningún submarino con propulsión nuclear que utilice reactores de este tipo.

Continuó el proyecto Carem como reactor “innovativo”, y así el drenaje de recursos de CNEA, y hoy día aún perdura dentro del ámbito de la misma. Después de más de 40 años, continúa con problemas técnicos fundamentales sin resolver y absorbiendo cuantiosos recursos del Estado.

Un reactor nuclear de agua a presión (PWR) convencional está constituido esencialmente por un recipiente de presión que aloja al combustible nuclear, un generador de vapor, bomba de circulación del circuito primario y un presurizador externo al recipiente del reactor.

El Carem es un reactor “Integrado”. Este concepto consiste en incluir todos estos elementos dentro del recipiente de presión.

Al incluir todos estos componentes dentro del recipiente de presión aumenta considerablemente su volumen. El mismo está sometido a presiones internas de más de 120 atmósferas. Esto encarece enormemente el costo del mismo y la tecnología necesaria para las soldaduras y fabricación. Como ejemplo comparativo el tamaño del recipiente de presión del Carem que generaría unos 30 MW eléctricos es semejante al de un PWR convencional que genera 600 MW.

Las barras de control de reactividad son accionadas por un sistema hidráulico que no ha sido probado y que es extremadamente complejo. Los reactores convencionales (PWR) ejercen un control positivo sobre las variables operativas del reactor. La presión queda fijada por el presurizador, el caudal de refrigerante queda establecido por la bomba y las barras de control con accionamiento electromagnético permiten controlar la reactividad. La potencia térmica generada se puede determinar en forma confiable por el caudal y las temperaturas de entrada y salida del refrigerante al recipiente de presión del reactor.

El Carem no permite determinar la potencia térmica sino en forma indirecta, aproximada y con mucha dificultad. El comportamiento del reactor desde el punto de vista termohidráulico no se puede determinar con métodos calificados.

Para validar los sistemas de accionamiento de barras de control se construyó una facilidad experimental (Capem)pero en casi 20 años no se logró ponerla en funcionamiento. Con respecto a los generadores de vapor nunca se intentó efectuar algún tipo de validación experimental. Esto también destaca la mala gestión del proyecto, especialmente en los roles directivos.

El proyecto Carem ya lleva más de 40 años y existen muchas dudas en cuanto a su factibilidad técnica y futuro comercial. No se ha efectuado un estudio serio sobre los costos de este tipo de reactor, pero todos los indicios sugieren que no será competitivo en relación a los diseños (PWR) convencionales ni a las fuentes alternativas de energía renovable.

El concepto Carem no surgió de una evaluación seria con criterios ingenieriles y realistas de la opción más conveniente para desarrollar localmente, y no se efectuó una ingeniería conceptual adecuada. Este reactor fue utilizado para vender a la Armada Argentina un pretendido reactor para la propulsión de submarinos. Como no prosperó en el objetivo original, fue “reciclado” como proyecto de reactor “innovativo” de baja potencia para supuestas pequeñas poblaciones aisladas sin acceso a otras fuentes de energía eléctrica. Tampoco es válida la justificación del Carem como SMR (Small Modular Reactor) ya que este concepto ha mostrado tener un costo mucho mayor que lo prometido. De esta forma, la CNEA, que ha resultado ser exitosa en el diseño de reactores experimentales tipo pileta, ha fracasado en el desarrollo de un reactor de potencia destinado a la generación nucleoeléctrica. La alineación de los esfuerzos de CNEA en un proyecto de “dudosa justificación” ha bloqueado la posibilidad que se encaren conceptos de probado funcionamiento tales como el PWR convencional.

Países de recursos limitados como el nuestro, deben ser cuidadosos en la elección del tipo de reactor a desarrollar y sin duda la del Carem no ha sido una buena elección.

*El autor es Profesor Emérito de Ingeniería Nuclear del Instituto Balseiro

sábado, 17 de junio de 2023

La diplomacia nuclear entre Argentina y Brasil

Diplomacia nuclear entre Brasil y Argentina: una lección de historia imperfecta pero importante



Los observadores internacionales fueron testigos de un momento histórico el 27 de abril cuando los líderes de Corea del Norte y Corea del Sur se reunieron para una cumbre histórica, la primera vez que los líderes de los dos países se reunían en más de una década. Tras la conclusión de la cumbre, los líderes emitieron una declaración conjunta prometiendo desnuclearizar y traer una "paz duradera" a la península y poner fin a décadas de hostilidades.

Después de la ceremonia viene la sustancia. La desnuclearización de la península de Corea no tendría precedentes y, de hecho, es un resultado poco probable por muchas razones. Además, la interpretación norcoreana de la desnuclearización difiere enormemente de la de Estados Unidos y Corea del Sur. A pesar de las condiciones geopolíticas desfavorables y la gran brecha entre las interpretaciones, las dos Coreas pueden avanzar hacia un statu quo menos hostil y más seguro. En este sentido, se pueden sacar lecciones de otros dos ex rivales del otro lado del mundo: Argentina y Brasil.

Entre las décadas de 1950 y 1980, la comunidad internacional, así como entre sí, sospechaba que Argentina y Brasil estaban llevando a cabo programas encubiertos de armas nucleares. Sin embargo, los dos países no se convirtieron finalmente en estados con armas nucleares, sino que se convirtieron en socios nucleares. El fin de la rivalidad geopolítica más amplia entre Argentina y Brasil se produjo en parte a través de un proceso de acercamiento nuclear gradual que comenzó a fines de la década de 1960 y principios de la de 1970.

Para 1991, ambos países habían normalizado las relaciones y posteriormente crearon la Agencia Brasileño-Argentina de Contabilidad y Control de Materiales Nucleares (ABACC). La agencia comprende un número igual de científicos brasileños y argentinos y es la única agencia de inspección bilateral de salvaguardias mutuas existente en el mundo. El proceso detrás de su creación podría proporcionar un marco útil para que ambas Coreas lo contemplen a medida que avanzan en su acercamiento. ABACC fue crucial para ayudar a Argentina y Brasil a calmar las sospechas al verificar el estado de armas no nucleares de cada uno y renunciar oficialmente a cualquier interés en las armas nucleares.

Los escépticos pueden argumentar que ABACC podría no ser el mejor modelo para usar como comparación para la península de Corea. Es cierto que el desafío en Brasil y Argentina era verificar los estados de armas no nucleares de cada uno, mientras que el desafío actual es persuadir a Corea del Norte para que se desnuclearice por el bien de la estabilidad y la seguridad regionales. Sin embargo, la creación de ABACC es relevante. La experiencia de Brasil y Argentina brinda tres lecciones sólidas que podrían ser aplicables a la solución de la crisis en la Península de Corea en la actualidad.

La importancia del diálogo

La normalización de las relaciones entre Argentina y Brasil se remonta a mayo de 1980, cuando ambos países estaban gobernados por líderes militares. Como esbozo en mi libro, por invitación del presidente argentino Jorge Videla, el presidente João Figeuiredo se convirtió en el primer líder brasileño en visitar Buenos Aires en 40 años. La visita de Figeuiredo también fue personal porque su padre había estado anteriormente exiliado en Argentina. Más allá del carácter simbólico de la visita, los mandatarios dieron un importante avance político al firmar el primer acuerdo nuclear conjunto entre los países. Una década más tarde, luego de una serie de declaraciones nucleares conjuntas adicionales, el acercamiento nuclear se basó firmemente a través de un acuerdo de 1991 para el establecimiento de la ABACC. Considere las similitudes con el caso coreano: la familia de Kim Jong Un tiene su linaje en Corea del Sur, mientras que la familia del presidente Moon Jae-in tiene su linaje en Corea del Norte. Que ambos líderes cruzaran al territorio del otro es un paso en la dirección correcta.

El caso de Brasil y Argentina destaca el valor de establecer y mantener el diálogo entre países enfrentados. De hecho, las principales actividades del grupo de trabajo nuclear argentino/brasileño involucró diálogo, intercambio de información y consultas técnicas. Reunirse cada 120 días alternativamente en Argentina y Brasil permitió al grupo discutir las posibilidades de establecer un régimen de inspección conjunta y los detalles técnicos relacionados. Estas discusiones crearon oportunidades para considerar otros intereses mutuos en el campo nuclear. A los diplomáticos y expertos técnicos involucrados en las discusiones se les asignó la tarea de explorar todas las vías para la cooperación nuclear, incluida la colaboración, las medidas de seguridad, un banco de datos para el intercambio de información y la aplicación de salvaguardias a las actividades nucleares de los dos estados. Fue la constante interacción y diálogo lo que permitió a los países avanzar.

En la declaración de Panmunjom, los dos líderes de Corea del Norte y Corea del Sur acordaron

a través de reuniones periódicas y conversaciones telefónicas directas, para mantener discusiones frecuentes y sinceras sobre temas vitales para la nación, para fortalecer la confianza mutua y esforzarse conjuntamente para fortalecer el impulso positivo hacia el avance continuo de las relaciones intercoreanas, así como la paz, la prosperidad y la unificación de la Península de Corea.

Este es un buen comienzo, al igual que la visita prevista del presidente de Corea del Sur, Moon Jae In, a Pyongyang este otoño. Kim Jong Un debería corresponder poco después con más reuniones en la DMZ.

El caso de Argentina y Brasil es indicativo de lo que todos los diplomáticos saben: el diálogo importa. Más específicamente, las reuniones tanto a nivel de jefe de estado como a nivel de expertos técnicos pueden ser importantes impulsores del progreso, al tiempo que crean vías para la confianza y las medidas de fomento de la confianza.

Confianza y fomento de la confianza

Al crear ABACC, Argentina y Brasil se embarcaron en una serie de medidas de este tipo, incluidas visitas recíprocas presidenciales y técnicas de alto nivel a instalaciones nucleares sensibles y sin protección. En 1987, el presidente argentino, Raúl Alfonsín, invitó al presidente brasileño, José Sarney, a un recorrido exclusivo por la instalación piloto de enriquecimiento de uranio sin salvaguardas de Pilcaniyeu. Hasta entonces, Argentina no había admitido públicamente la existencia de esta instalación. En respuesta, Sarney invitó a Alfonsín a las instalaciones de enriquecimiento de uranio de Aramar, controladas por la Marina, en el complejo nuclear de Iperó, la propia instalación nuclear secreta de Brasil . Alfonsín fue el primer extranjero en visitar la planta.

Estas visitas mutuas a instalaciones nucleares previamente secretas y sin salvaguardas crearon una atmósfera de confianza, ayudando a asegurar a los demás ya la comunidad internacional que ninguno de los dos países buscaba armas nucleares. Además, estas medidas impulsaron nuevas declaraciones, fomentando una cooperación nuclear bilateral más profunda. El proceso de generar confianza aumentó la confianza y facilitó las relaciones de trabajo que fueron útiles para encontrar formas de convertir la buena voluntad en pasos prácticos, en particular la creación de ABACC.

Los norcoreanos y surcoreanos podrían explorar varias opciones para intercambios relacionados con temas tanto nucleares como convencionales, como visitas de inspectores surcoreanos y del OIEA a sitios nucleares norcoreanos. Con el tiempo, esto podría conducir a una nueva política basada en la apertura en lugar de la opacidad.

Voluntad política

La lección final se refiere a la voluntad política de los líderes argentino y brasileño. Un régimen de inspección de salvaguardias mutuas no podría haberse realizado sin el compromiso de los líderes en Buenos Aires y Brasilia. El resurgimiento del liderazgo civil en ambos países a mediados de la década de 1980 creó un espacio para un mejor compromiso. Bajo el liderazgo de civiles comprometidos con fomentar la cooperación, los acuerdos nucleares bilaterales se convirtieron en una parte importante del proceso de acercamiento. Los primeros gobiernos democráticos de los países establecieron una política nuclear común al firmar cinco acuerdos de cooperación nuclear que ayudaron a demostrar que sus respectivos programas eran pacíficos. Las sucesivas administraciones mantuvieron esta cooperación, lo que eventualmente resultó en la decisión de implementar ABACC, que sigue vigente en la actualidad.

Parece haber una base similar de voluntad política en ambos lados del paralelo 38. Moon favorece el compromiso con su vecino de Corea del Norte, mientras que Kim sorprendió al mundo con su propuesta diplomática al aceptar que ambas Coreas deberían caminar bajo una sola bandera en los Juegos Olímpicos de Invierno de Pyeongchang.

Un ejemplo imperfecto pero importante

Por supuesto, hay aspectos del proceso ABACC que difieren de la situación entre Corea del Norte y Corea del Sur. Primero, aunque Corea del Norte y Corea del Sur también comparten una frontera, uno tiene un programa de armas nucleares, mientras que el otro no (aunque se encuentra bajo la protección del paraguas nuclear de EE. UU.). Este no fue el caso de Argentina y Brasil, ya que ninguno tenía un programa de armas nucleares, ni garantías de seguridad de los aliados. En segundo lugar, si bien las tensiones en la península de Corea pueden haberse disipado un poco dadas las interacciones recientes entre los jefes de estado, es posible que todavía existan sentimientos de sospecha y desconfianza profundamente arraigados. Tercero, no se puede esperar que dos regiones tengan características políticas, militares o económicas idénticas. Por lo tanto, un sistema de verificación de salvaguardias e inspecciones mutuas que funciona bien en una región no garantiza que lo haga en otra. Aún así, la declaración de Panmunjom describe un camino hacia un diálogo sostenido, brinda espacio para la confianza y las medidas de fomento de la confianza, e indica una naciente voluntad política de ambos lados, todas las características que la experiencia brasileña y argentina sugiere que son signos de progreso.

Con numerosos desafíos por delante, las lecciones aprendidas de la creación y el posterior éxito sostenido de ABACC son un buen punto de partida para una discusión sobre los próximos pasos entre otro par de naciones rivales cuyos lazos están llenos de tensiones nucleares.

sábado, 6 de octubre de 2018

ARA: El submarino nuclear de Castro Madero


Adaptación propuesta para la propulsión nuclear de un submarino, tal como fue concebida en la CNEA.


Historia del proyecto de Submarino Nuclear Argentino

 
Sólo recientemente, en los últimos 7 años el proyecto de Submarino Nuclear Argentino, ha alcanzado un grado avanzado de desarrollo un proyecto en el Centro Atómico Bariloche.
 
La idea de desarrollar y construir un submarino con propulsión nuclear en nuestro país podemos retrotraerla hasta fines de la década del '40, en la posguerra, cuando el impacto producido por la liberación de la energía nuclear conmovió a la humanidad.


Juan D. Perón, entonces presidente de los argentinos tuvo la visión de atraer algunos científicos y tecnólogos de la destruida Alemania, de Italia y Polonia para desarrollar sus conocimientos en Argentina.

Entre ellos se destacó Kurt Tank, diseñador y constructor de famosos aviones que participaron de la Segunda Guerra Mundial, quien junto a su equipo de notables ingenieros y técnicos, nutrió con su valiosa experiencia a la Fábrica Militar de Aviones en Córdoba (hoy Fadea), concretando el emblemático avión de caza IA-33 Pulqui II, proyecto que lamentablemente se esfumó luego del derrocamiento de Perón en 1955.

Precisamente, el ingeniero Tank le presentó a Perón el físico austríaco Ronald Richter (1909-1991), quien se ofreció a trabajar para lograr la fusión nuclear controlada con la finalidad ulterior de obtener energía eléctrica de bajo costo. Conocido como Huemul, el costoso proyecto de Richter terminó en escándalo de proporciones y un papelón internacional. De hecho, al día de hoy nadie logró la fusión nuclear controlada como esperaba el austríaco.


Hombre de la Segunda Guerra Mundial, Kurt Tank.

También se dice que Kurt Tank aconsejó a Perón sobre la conveniencia de utilizar la energía nuclear en la propulsión de submarinos.

El 31 de mayo de 1950, Perón crea la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA).
Mientras tanto, en la primera mitad de la década del '50, en los EEUU se desarrolla el primer submarino con propulsión nuclear en un proyecto liderado por el almirante Hyman G. Rickover (1900-1986). Dicho submarino, denominado Nautilus, navegó exitosamente durante 30 años impulsado por un reactor nuclear tipo PWR (Pressurized Water Reactor) desarrollado por Westinghouse.

En nuestro país la CNEA creció en instalaciones, tecnología y recursos humanos en forma continua hasta que en 1976, durante el gobierno militar, recibe un impulso extraordinario en recursos al asumir su conducción el almirante Carlos Castro Madero. Su gestión se extendió hasta el retorno de los gobiernos civiles en 1984.

En este período se concibe un ambicioso plan nuclear que preveía la instalación de seis centrales nucleares de potencia hacia el fin del milenio. En 1977 se crea la empresa Invap SE y se desarrollan varios proyectos sensibles en forma secreta, tales como el enriquecimiento de uranio, el diseño de un reactor para producción de plutonio y también el diseño de un reactor adecuado para la propulsión de un submarino.

Simultáneamente, de acuerdo con los decretos "S" PEN N° 956/74 y N° 768/74 (1), se suscribió un convenio con los astilleros Thyssen Nordseewerke de la entonces Alemania Occidental para la transferencia de la tecnología necesaria para fabricar un astillero especializado y los submarinos de la clase TR1700 con propulsión diésel-eléctrica. Pero estaba prevista una modificación de los mismos para proveerlos de propulsión nuclear mediante un reactor desarrollado en conjunto por la empresa Invap y la CNEA. En principio se preveía la construcción de seis submarinos; los dos primeros en Alemania y los siguientes cuatro en el astillero Domecq García en nuestro país.
Invap realizó un estudio de factibilidad y diseño conceptual de un reactor nuclear, en los primeros años de la década del '80, que fue vendido a la Armada Argentina en un monto de U$S 5.000.000. Este diseño fue una copia del reactor del Otto Hahn, barco de propulsión nuclear construido por Alemania en 1964. Fue una mala elección.



Almirante (R) Carlos Castro Madero.

Esta iniciativa fue discontinuada durante los gobiernos constitucionales que siguieron al gobierno militar. Invap intentó continuar el desarrollo del reactor adaptándolo para la generación de energía eléctrica dando origen al Proyecto Carem, que aún perdura dentro del ámbito de la CNEA. También una mala decisión.
De aquí surgió el "mito" de que el reactor Carem es el reactor desarrollado para el submarino nuclear y los más inclinados a las teorías conspirativas aseguran que el Nahuelito (mítico monstruo del lago Nahuel Huapi) es en realidad el "submarino de Invap".
Adaptación propuesta para la propulsión nuclear de un submarino, tal como fue concebida en la CNEA.
El reactor Carem es un reactor de tipo "integrado" y autopresurizado, refrigerado y moderado con agua natural y combustibles de uranio enriquecido. No es un diseño adecuado para la propulsión de submarinos y no hay ningún submarino con propulsión nuclear que utilice reactores de este tipo.




A fines de la década del '80 hubo otro intento de utilizar la energía nuclear para la propulsión de submarinos en conjunto con Canadá. La idea era utilizar el reactor AMPS 1000 desarrollado en Canadá, que generaría alrededor de 1 MW eléctrico, como cargador de baterías para un submarino de un desplazamiento de alrededor de 2.000 toneladas. El acrónimo AMPS significa Autonomous Marine Power Source (Fuente de Energía Marina Autónoma).

Se pretendía de esta forma dotar al TR1700 de propulsión nuclear. Dicha iniciativa se frustró por el veto de la Armada de los Estados Unidos a la aspiración canadiense.





En 1991, en una publicación del Consejo Argentino para las Relaciones Internacionales (CARI), el almirante (R) Carlos Castro Madero analizó en un artículo de acceso público la factibilidad técnica de que Argentina encare el desarrollo y construcción de un submarino con propulsión nuclear. Sus conclusiones son claramente favorables. 

Finalmente, en 2010 la entonces ministro de Defensa, Nilda Garré, después de conversaciones infructuosas con Brasil para realizar un proyecto conjunto, anuncia que se construirá un submarino nuclear en el país.

Tras un año de discusiones de cómo organizar el proyecto y de una breve y frustrada incursión de Invap en el tema, el entonces ministro de Planeamiento Federal, Julio De Vido encomienda a la CNEA, entonces bajo su órbita, comenzar a trabajar en un reactor nuclear adecuado para dicho propósito.

Las autoridades de la CNEA, en esa época presidida por la licenciada Norma Boero y asesorada por el contralmirante (R) Domingo Giorsetti, me encomendaron la dirección de dicho proyecto. Organicé un grupo formado por dos ingenieros nucleares, un licenciado en Física especialista en cálculo neutrónico, un ingeniero industrial con especialización en Tecnología Nuclear, un ingeniero mecánico y un ingeniero electricista para realizar la ingeniería conceptual y algunos desarrollos necesarios para dicho objetivo. También se contó con la colaboración de otros especialistas en materiales, soldadura láser, combustibles y química de reactores de otros sectores de CNEA. Por su parte la Armada Argentina participó con especialistas propios en la integración naval.



Exasesor de la CNEA, contralmirante (R) Giorsetti.

Transcurridos casi ocho años, el grupo realizó un concienzudo trabajo y a la fecha se completó la ingeniería conceptual del proyecto, denominado internamente como Reactor Nuclear Compacto (RNC), avalado por dos evaluaciones críticas de diseño exitosas realizadas en los años 2014 y 2016 donde participaron los principales especialistas en las distintas temáticas involucradas. Es interesante destacar que este tipo de reactor nuclear también podría emplearse en el medio civil para generación eléctrica o desalinización de agua, por ejemplo.


Sería muy apropiado que este intento que alcanzó un grado tan avanzado de desarrollo no se esfume como ha ocurrido con otros proyectos tecnológicos relacionados con la defensa nacional.


(1) "Plan Nacional de Construcciones Navales Militares" y "Programa de Submarinos" firmados por los presidentes Juan D. Perón y María Estela Martínez de Perón.

Fuente: https://losandes.com.ar edicion Impresa.

lunes, 5 de febrero de 2018

Tecnología argentina: Reactor CAREM de INVAP

Reactor CAREM 
Central Argentina de Elementos Modulares 

Por José M. Iriarte Muñoz 
Física de Reactores - Instituto Balseiro 




Introducción: CAREM un desarrollo argentino



En más de medio siglo de experiencia en energía nuclear, la Argentina desarrolló un único proyecto de central nuclear totalmente propio y original. Es el CAREM, una central de cuarta generación, con seguridad inherente basada en sistemas pasivos, de construcción, operación y mantenimiento sencillos y con un rango de potencias que va de los 25 o 27 megavatios en las versiones más modestas hasta los 300 en las más complejas.
En las pantallas que siguen sólo se darán las características y detalles de la planta de 27 megavatios eléctricos. Es la que tiene más desarrollo de ingeniería hasta el momento, y permitiría satisfacer la demanda de una ciudad de unos 100.000 habitantes.

El proyecto CAREM tiene un grado importante de avance conceptual y jurídico. Por una parte, la Argentina ya invirtió 30 millones de dólares en testear los combustibles y el núcleo de esta central, sus componentes críticos. Por otra, cuenta con una ley nacional aprobada por el Congreso de la Nación para financiar su construcción.

El Poder Ejecutivo, por ende, sólo tiene que tomar la decisión política de llevar este proyecto a cabo, cuando lo considere necesario, y asegurarle los fondos necesarios.

Los dos escenarios del CAREM
La necesidad existe ya. Hay dos escenarios que justifican que nuestra Argentina construya un primer prototipo de CAREM.

El país todavía abunda en zonas sin provisión de energía eléctrica ni desarrollo económico, desiertos demográficos internos a las cuales resultaría carísimo llegar con líneas de alta tensión. En tales lugares, al crear un “oasis energético” un CAREM puede dar vuelta el panorama social al suministrar electricidad segura (como no la da ninguna fuente alternativa, salvo la geotérmica), y al asegurar la viabilidad de cualquier emprendimiento económico local, sea minero o transformativo. En una de sus varias versiones, el CAREM está incluso pensado para desalinizar agua de mar en desiertos costeros.

La Argentina ya hizo este tipo de cosas. Y con un éxito rotundo.

La necesidad existe ya. Hay dos escenarios que justifican que nuestra Argentina construya un primer prototipo de CAREM.

El país todavía abunda en zonas sin provisión de energía eléctrica ni desarrollo económico, desiertos demográficos internos a las cuales resultaría carísimo llegar con líneas de alta tensión. En tales lugares, al crear un “oasis energético” un CAREM puede dar vuelta el panorama social al suministrar electricidad segura (como no la da ninguna fuente alternativa, salvo la geotérmica), y al asegurar la viabilidad de cualquier emprendimiento económico local, sea minero o transformativo. En una de sus varias versiones, el CAREM está incluso pensado para desalinizar agua de mar en desiertos costeros.

La Argentina ya hizo este tipo de cosas. Y con un éxito rotundo.



Puerto Madryn - Chubut - Patagonia Argentina

Mejor aún: Puerto Madryn –que en 1970 estaba desapareciendo por pérdida de población juvenil- ahora es un pujante “oasis económico” en la Patagonia, con cuatro veces más habitantes que en 1970 y uno de los niveles socioculturales más altos de la región. Un contraste notable con otros puertos patagónicos que sólo exportan materia prima, sin mayor valor agregado.



Puerto Madryn - Chubut - Patagonia Argentina

Hoy un CAREM permitiría repetir este pequeño milagro económico en cualquier lugar aislado del país. Pero a un precio mucho menor: sin líneas de alta tensión.

Sin embargo, hay otro escenario que justifica mucho más la erección de un prototipo, independientemente de su asiento geográfico.



Instalaciones de la CNEA en Pilcaniyeu, Provincia de Río Negro, Argebtina; donde se testearon los elementos combustibles de la central CAREM en el reactor RA-8

Es la exportación de la tecnología



Estudios de mercado realizados por la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) detectan una demanda insatisfecha en la oferta nucleoeléctrica mundial que sólo podría ser atendida por el CAREM.

Esta oferta insatisfecha está, 20 países del Tercer Mundo que necesitan desesperadamente desarrollar diversos “oasis energéticos” dentro de sus territorios. Dichos países carecen de acceso propio a la tecnología nuclear y quieren empezar a familiarizarse con la misma.

Pero se encuentran con que lo único que se puede comprar “de anaquel” en el Hemisferio Norte son centrales de tercera generación de gran tamaño y complejidad, rígidamente pensadas para países ricos, con grandes redes eléctricas, mucha industria propia capaz de proveer insumos, y bolsillos muy profundos. Esta oferta arranca en los 300 megavatios la unidad, y llega a los 1600.

Sin embargo, los 20 países estudiados por la CNEA necesitarán entre 18 y 34 centrales nucleares chicas, con menos de 150 megavatios eléctricos por unidad. Esto debería suceder de aquí a 15 años. Y lo único pensado para esa oferta y con madurez técnica como proyecto es el CAREM.

Sólo hay que mostrar un prototipo en funcionamiento en la Argentina, y nuestro país terminará inaugurando –y posiblemente dominando, al menos durante un tiempo- un mercado todavía inexistente.



Ventajas comerciales del CAREM


-La Argentina cuenta con cuatro grandes ventajas en el mercado de los países en desarrollo, que a las grandes potencias les resulta marginal. La primera es que ya ha vendido varios reactores de investigación impecables, entregados en tiempo y forma. Como fabricante nuclear, no necesita prestigio mundial. Ya lo tiene.

-La segunda es que, por tradición, la Argentina no está atada a vender únicamente “llave en mano”. Por el contrario, puede darle al país comprador una formación muy intensa de personal experto no sólo en operación sino también en diseño de unidades nucleares, y hasta puede capacitar a la industria local. Los países ricos evitan esto: prefieren que sus clientes no se les vuelvan, a la larga, competidores, o al menos plazas autoabastecidas.

-La tercera ventaja es que pese a las imitaciones conceptuales que el CAREM engendró (en Corea y los Estados Unidos), la Argentina sigue teniendo el proyecto más avanzado. Pero también el más abarcativo, por su gran panoplia de potencias posibles entre los 25 y 300 megavatios.

-La cuarta ventaja es que con un CAREM, el cliente empieza su desarrollo nuclear con una central modernísima de cuarta generación, en lugar de con tecnología que data de los años ’50, como es una central avanzada de tercera generación de tipo APWR (ver animaciones computadas en las siguientes pantallas de la Web: www.invap.net ). Y esto significa seguridad inherente como no la da nadie. Porque no existe ninguna central nucleoeléctrica en oferta capaz de atenderse sola, sin personal, durante las primeras 48 horas posteriores a un accidente grave. Salvo el CAREM.

Además de estas cuatro ventajas, que deberá demostrar con un prototipo, la Argentina tiene muchas razones más para hacer el CAREM.

Además de crear un nuevo oasis energético y económico en su territorio como “showroom” y luego exportar decenas de unidades, el CAREM instalaría al país como competidor en un mercado que hoy mueve 20.000 millones de dólares por año en combustibles nucleares para centrales, y 30.000 millones más en servicios y repuestos.



Nuevamente, un primer CAREM como “showroom” no sería nada que ya no se haya hecho. Con la sola inversión de construir el reactor de investigación RA-6 en Bariloche, durante los años ‘80, la Argentina se volvió el mejor exportador mundial de este tipo de unidades. Con 30 millones de dólares invertidos, ya lleva ganados centenares.

* Pero los premios en el mercado nucleoeléctrico son incomparablemente mayores. Entre 1987 y 1999 se licitaron 4 reactores de investigación, por precios entre los 30 y los 180 millones de dólares (e INVAP ganó 3 de esas compulsas). Pero en ese mismo período se construyeron más de 50 centrales. Hoy en el mundo funcionan 441 centrales, hay 32 en construcción y 30 más pedidas.

En suma, hacer una central es potenciar los recursos técnico s nuestro país a nivel mundial.

Por qué tomar la decisión ahora

El mundo se nucleariza. De hoy al 2050, la oferta mundial de energía debería triplicarse, y de aquí al 2100, quintuplicarse, y eso sólo para que el consumo global per cápita llegue a alrededor de un tercio del del estadounidense tipo de hoy en día.

Con tanto y tan grave infraconsumo eléctrico como el actual en las economías atrasadas, no está garantizado que eso suceda. Pero justamente por ello, la mayor demanda de energía ocurre y ocurrirá donde menos oferta hay: en los países en desarrollo que apuestan a la industria. Y esto no es futurología sino historia: empujados por esa demanda, en la última veintena de años, un puñado de países asiáticos (Corea del Sur, China, Japón y la India) construyeron más de 50 centrales nucleares nuevas.

Esto le abre mercados potenciales muy interesantes al CAREM.

En estas circunstancias, el mejor modo de empezar puede ser una oferta nuclear de bajo costo, que usa tecnologías y materiales absolutamente probados, pero que al mismo tiempo incorpore características de seguridad muy avanzadas, y sea de funcionamiento simple y barato. A cualquier futuro país comprador, el CAREM le facilitaría un desarrollo sensato de sus recursos industriales y tecnológicos, y le abriría el camino para la instalación de centrales mayores hasta cubrir sus demandas de energía.

¿Por qué construir ya el CAREM, entonces? Porque hoy es la única central-escuela en oferta.

Y en el mundo de las próximas décadas sobrarán alumnos. 


S.C. Bariloche - Febrero de 2007 
El CAREM fue pensado como reactor de baja y media potencia basado en conceptos innovadores que definen a los reactores de IV generación. Puede decirse que se trata de una evolución en los PWR Avanzados. Un CAREM es de diseño compacto, más simples que sus antecesores, con mecanismos de seguridad pasivos. Está pensado para dos versiones: con refrigeración por convección natural hasta 150MWe y con convección forzada hasta los 350MWe. 

Es ideal para oasis energéticos, desalinización de agua o producción de hidrógeno. Fue inspirado en un viejo reactor para propulsión marina llamado Otto Han, pero el CAREM es un nuevo diseño hecho en la Argentina. Se caracteriza por usar muchos materiales y tecnología nuclear probados. Un primer prototipo de 27MWe (llamado CAREM-25) esta siendo construido, pensado luego para constituir un excelente producto de exportación a países en desarrollo. Emplea como combustible uranio enriquecido al 3.4% y 1.8%, y como moderador y refrigerante utiliza agua liviana. 

Características técnicas 

Origen 

CAREM saca provecho de muchas ventajas comprobadas en la práctica de los PWR (Figura 1). Por ejemplo el trabajar a 120 atm de presión permite manejar agua del primario a casi 400 ºC en fase líquida y sin turbulencias, consiguiendo eficiencias del orden del 33%. El uso del agua es ventajoso dado que no es incendiaria y se conocen muy bien sus propiedades. 

El uso de dos circuitos acoplados de refrigeración logra en los PWR que las turbinas trabajen con vapor limpio aunque haya una caída del rendimiento por culpa de esta doble etapa. 

Un aspecto relacionado a la seguridad de los PWR es el confinamiento redundante de los combustibles de UO2 que se encuentran dentro de pastillas cerámicas, a su vez dentro de vainas de zircaloy, todo el núcleo dentro de un recipiente de presión (RP), seguido de la isla nuclear y un edificio de hormigón. 

Este tipo de reactores funciona desde hace más de 4 décadas y la seguridad reposa con confianza en sistemas de barras de control y enclavamiento, inyección de boro o gadolinio, bombas auxiliares para los circuitos de refrigeración, además de poseer generadores de emergencia para las mismas y circuitos auxiliares para el caso de LOCA (accidente de pérdida de liquido refrigerante). 

Reactor Integrado 
CAREM busca integrar muchas partes de las recién mencionadas a favor de simplificaciones y mejoras en la seguridad (Figura 2). 

Los casos concretos son la integración de los generadores de vapor dentro del RP, haciendo que el primario no cuente con cañerías de gran porte exteriores al RP, eliminación de un presurizador (que se integra en el domo del RP donde se presenta equilibrio bifásico) y de bombas en el primario para el diseño con circulación natural. Los mecanismos de control se integraron al recipiente de presión reformulados en sistemas hidráulicos. 

 
Figura 1. Esquema del funcionamiento de un reactor clásico tipo PWR 


  
Figura 2. Esquema del funcionamiento de un reactor integrado tipo CAREM 

Las consecuencias son muy favorables y permiten denominar al CAREM como un reactor de IV Generación. Esta categoría conceptual de reactores tiene como metas fundamentales mejorar seguridad nuclear, aumentar resistencia de la proliferación, reducir al mínimo la utilización del recurso inútil y natural, y disminuir el coste a la estructura y dirección de tales plantas. Cabe señalar el incremento de la seguridad por depender principalmente de sistemas pasivos, los menores requisitos radiológicos por no haber caños del sistema primario emitiendo gammas dispersos por la planta y la autorregulación de la presión por la coexistencia de fases líquida y gaseosa del agua en el domo del RP. De esta manera el reactor se regula a sí mismo, es estable termo-hidráulicamente dada la inercia térmica que infiere el gran volumen de agua en movimiento, que regula pasivamente su caudal según las variaciones de potencia del núcleo. Esa misma cantidad importante de agua protege al material del RP (Figura 3) del daño por radiación neutrónica. El reactor se atendería sin asistencia de operarios ni provisión eléctrica externa las primeras 48hs posteriores a un incidente. 

Un CAREM prototipo de 27MWe (100MWth) está pensado para funcionar a 122.5atm con un caudal nominal de 410Kg/s en el primario y una temperatura de 326ºC. 

 
Figura 3. Recipiente de presión, un desafío mecánico 

Núcleo 
Posee un diámetro equivalente de 131cm y consiste en 61 elementos combustibles (EC) en una configuración hexagonal de 108 tubos de zircaloy cada uno (Figura 4). Es para destacar que usa 3,812.5 Kg de uranio enriquecido al 3.4% y 1.8%, y algunas barras poseen veneno quemable (gadolinio). Esto, que puede pensarse como un auto que viaja con el freno aplicado en cierta medida, conduce a tener un núcleo poco propenso a las “rampas de potencia” y conseguir mejores tasas de quemado que los combustibles de los HPWR. Los EC tienen una longitud activa de 1.4m y se recambian desde el centro del núcleo hacia el exterior, teniendo un ciclo donde se retiran el 50% de los elementos cada 330 días de operación a potencia plena. El reactor debe parar durante un mes cada año para estos recambios. 

Existen 18 tubos guías para control, unos para instrumentación y varios para el sistema de enclavamiento. 
Es un núcleo con baja pérdida de carga y puede apagarse en menos de un minuto, según afirman sus diseñadores. 

 
Figura 4. Detalle de de un elemento combustible en el núcleo del reactor 

Seguridad 

CAREM fue concebido bajo la condición de diseño de falla sin riesgo, o sea que el reactor tiende a apagarse en caso de cualquier tipo de falla, por ej. tras la detección de una válvula que falla. Una filosofía que impregna al CAREM es la idea de defensa en profundidad, señalada cuando se hablaba de la redundante contención del combustible en los PWR sumado ahora a la integración del circuito principal de refrigeración al mismo RP. Esto reduce al mínimo las posibilidades de un LOCA. Todos los sistemas de seguridad están duplicados y actúan solos e inevitablemente ante un evento por sus características de funcionamiento pasivo. Se destaca la presencia de barras de extinción con cadmio y un mecanismo de emergencia para la inyección de boro. 

Cuenta con circuitos de remoción de calor residual del núcleo (que también funcionan por convección natural), válvulas de alivio y supresión de presión y la posibilidad de inyectar agua de emergencia desde un depósito siempre a la misma presión que el RP. 

 
Figura 5. Ejemplo de intercambiador de calor y la ubicación en el RP 

 
Figura 6. Circuito secundario 

Otros detalles 

Cuenta con 12 módulos de generadores de vapor (GV), ubicados dentro del RP (Figura 5). El sistema secundario (Figura 6) recolecta el vapor trabajando a 47 atm y 290ºC. Los GV fueron los elementos que más variaron desde los primeros diseños del CAREM allá por la década de los 80. Los actuales responden a un diseño muy empleado en submarinos rusos. Constituyen un aspecto crítico de los CAREM. 

El proyecto CAREM cuenta con ensayos realizados en el reactor RA-8 (Pilcaniyeu, Río Negro) (Figura 8) para medición de parámetros de criticidad, distribución de potencia y validación de cadena de cálculo. Se construyó un circuito de alta presión y convección natural para conocer detalles termo-hidráulicos y verificar que la convección natural puede imponerse. También se ensayaron los mecanismos hidráulicos de control. 

 
Figura 7. Reactor RA-8 en Pilcaniyeu 


El CAREM en Formosa
Por otra parte, Nucleoeléctrica Argentina (NA-SA), la empresa estatal encargada de operar las centrales nucleares, acaba de firmar con la CNEA un acuerdo de cooperación para el desarrollo del prototipo de reactor CAREM-25, que será emplazado en los terrenos linderos a Atucha I y II. Se trata de un viejo anhelo de los profesionales del sector nuclear del país, que luego de la aprobación de una ley para su financiamiento en 1999 había sido postergado tras la crisis de 2001 y relanzado recién en 2006.

Además, en mayo de este año la CNEA firmó un convenio con Formosa para instalar allí el primer módulo CAREM. A fin de determinar el lugar de ubicación del reactor, ya se trasladó a aquella provincia un equipo de expertos, que deberán realizar en los próximos meses el estudio correspondiente. Posteriormente se deberá decidir, en base a la infraestructura eléctrica y a las necesidades de la zona, la potencia del reactor que estará en el orden de los 100 a 150 megavatios.

Estos son los futuros mojones de un plan nuclear que se reactivó hace apenas cinco años, tras una década de postergaciones y abandono. La consolidación de la investigación en esta materia y la diversificación de la matriz energética a partir de una fuente de energía confiable aparecen hoy como objetivos más que suficientes para justificar el camino emprendido. 


Conclusiones 
CAREM es reconocido internacionalmente como un reactor que puede ser implementado antes de 2015 y posee un alto grado de desarrollo, teniendo eficiencia superior a los diseños de III generación perteneciendo a la gama de baja y mediana potencia. Posee ya competidores, que si bien están algunas etapas atrás en desarrollo, vienen avanzando con rapidez. Ellos son el IRIS (de Westinhouse, EEUU), SMART (de KAERI, Corea del Sur), IMR (de Mitsubishi, Japón) y PBMR (Sudáfrica). 

CAREM es innovador e inaugura la IV generación de reactores bajo el concepto de integración y seguridad pasiva. Las reducciones de un posible LOCA es una ventaja importantísima, como así también la ventaja de poder atenderse solo las primeras 48hs tras un incidente. Es un reactor barato por simplificar su funcionamiento y poseer combustibles de alto quemado. 






Fuentes:
Fuente 1
Fuente 2
Fuente 3