Una nueva tecnología desarrollada por investigadores de la Universidad de Tennessee permite agilizar una de las tareas de mantenimiento más complejas de determinados reactores nucleares: la separación de miles de cestas de hielo que pueden quedar congeladas entre sí durante las operaciones de reposición. El sistema, basado en un láser de precisión, permite cortar las capas de hielo que unen las cestas sin necesidad de fundirlas por completo, reduciendo así el tiempo de intervención y evitando la generación de grandes cantidades de agua de deshielo.
La solución ha sido desarrollada por Ahmad Vaselbehagh, profesor de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial, y Ty Hagan, investigador posdoctoral, a raíz de un reto planteado por la Tennessee Valley Authority (TVA). La tecnología está destinada a resolver un problema de mantenimiento que afecta a condensadores de hielo especializados empleados en determinadas centrales nucleares de Estados Unidos, Japón y Finlandia.
Estos sistemas utilizan miles de cestas llenas de hielo borado que desempeñan una función de seguridad en caso de un accidente grave. El hielo contribuye a absorber calor y a reducir la presión dentro del edificio de contención, ayudando a limitar las consecuencias de un escenario extremo.
Inspecciones periódicas
Para garantizar que el sistema se encuentra en condiciones adecuadas, los operadores deben realizar inspecciones periódicas en las que las cestas se levantan y pesan individualmente. El problema aparece con el paso del tiempo y las sucesivas operaciones de reposición del hielo: algunas cestas situadas unas junto a otras pueden quedar unidas por capas de hielo, impidiendo que los trabajadores puedan separarlas y manipularlas de forma individual.
La alternativa desarrollada por los investigadores consiste en un sistema de deshielo mediante láser diseñado específicamente para trabajar en espacios extremadamente reducidos. El dispositivo puede operar a más de 40 pies, unos 12 metros, por debajo de la superficie y desplazarse por los estrechos huecos existentes entre las cestas.
El láser corta de manera precisa las placas de hielo que conectan unas cestas con otras. De esta forma, los trabajadores pueden volver a separarlas para realizar las inspecciones sin necesidad de derretir grandes cantidades de hielo. Esta última cuestión resulta especialmente relevante en una instalación nuclear, ya que un exceso de agua de deshielo puede generar nuevos problemas al desplazarse hacia zonas situadas a menor altura, donde podría volver a congelarse y requerir una gestión adicional.
El desarrollo de la tecnología exigió combinar conocimientos de ingeniería mecánica y eléctrica, óptica, sistemas de control, fabricación y seguridad. El equipo tuvo que diseñar un dispositivo capaz de soportar temperaturas bajo cero, introducirse por aberturas muy estrechas y funcionar de manera segura en un entorno nuclear sometido a estrictos requisitos regulatorios.
"Este fue uno de los proyectos más desafiantes que he dirigido porque incluía la conceptualización, el diseño, la ingeniería, la fabricación, las pruebas y la producción de algo que tenía que funcionar a la perfección en manos del personal de la planta sin nuestra presencia para guiarlo o ayudarlo", explicó Vaselbehagh. El investigador subrayó además la diferencia entre desarrollar una solución desde un punto de vista teórico y conseguir que un sistema funcione de forma fiable en un entorno industrial real.
Antes de su utilización en instalaciones nucleares, los investigadores tuvieron que completar certificaciones específicas relacionadas con la seguridad radiológica y el uso de láseres. También realizaron pruebas en condiciones de congelación y en zonas sometidas a controles de contaminación para comprobar que el sistema podía cumplir los requisitos exigidos para operar dentro de instalaciones nucleares activas.
Dispositivo compuesto por cientos de piezas
El dispositivo final está compuesto por cientos de piezas y ha sido concebido para trabajar de forma fiable en uno de los entornos operativos más exigentes de la industria. El proyecto no se limitó al desarrollo del equipo: los investigadores elaboraron también procedimientos de operación, documentación y materiales de formación para que los trabajadores de las centrales puedan utilizar y mantener el sistema de forma autónoma.
"Cuando construyes un sistema que tiene que funcionar en el mundo real, nunca se trata de una sola disciplina", señaló Hagan. El investigador destacó que el desarrollo exige comprender cómo interactúan los sistemas mecánicos y eléctricos, los controles y los distintos requisitos de seguridad.
La tecnología puede eliminar varios pies de acumulación de hielo en cuestión de minutos, lo que permite reducir de forma significativa el tiempo dedicado a estas operaciones de mantenimiento. Con ello, las centrales que utilizan estos sistemas pueden completar con mayor rapidez las inspecciones de seguridad necesarias y reducir la carga de trabajo asociada a la separación manual de las cestas congeladas.
El desarrollo representa así una aplicación muy específica de la tecnología láser al mantenimiento nuclear, pero también pone de manifiesto una de las dificultades que plantea operar instalaciones de alta complejidad: incluso tareas aparentemente rutinarias, como levantar y revisar individualmente miles de cestas de hielo, pueden requerir soluciones de ingeniería diseñadas específicamente para garantizar la seguridad y mantener la operatividad de las plantas.
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