El reactor experimental de baja potencia cuyo diseño comenzó hace casi tres décadas avanza en la construcción de un prototipo en el marco de las restricciones presupuestarias y podría estar listo en un plazo de tres a cuatro años. Cuáles son sus características, por qué resultaría más seguro que las centrales tradicionales y qué usos podría tener más allá de la generación de energía.
Por Matías Alonso
Agencia TSS – El CAREM (por Central Argentina de Elementos Modulares) es un reactor experimental de baja potencia que, como su nombre lo indica, se puede utilizar de manera modular. Actualmente, es la única central nuclear de potencia (el prototipo en construcción será de 32 MW) que está en construcción en la Argentina, tras la paralización de Atucha III. Se está construyendo desde el año 2014 en el complejo atómico Atucha, en la localidad bonaerense de Lima, y podría ponerse en funcionamiento entre los años 2021 y 2022 –tras sucesivas postergaciones– de mantenerse el financiamiento del proyecto, ya que el presupuesto de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) ha sido recortado por el actual Gobierno a la mitad con respecto al del año 2015.
Esta pequeña central nuclear para la producción de energía eléctrica es de diseño argentino y prevé la integración local del 70% de los insumos, componentes y servicios que demanden. El interés del Gobierno por esta central parte de que el CAREM es considerado por la CNEA un desarrollo con potencial de exportación.
Con este objetivo, una empresa integrada por la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), la empresa INVAP y Nucleoeléctrica Argentina (NA-SA) buscaría comercializar este desarrollo en el mundo una vez consolidada la experiencia local. En la CNEA estiman que el mercado mundial de este tipo de centrales podría alcanzará los 400.000 millones de dólares, de los cuales la Argentina, por ser el primero en diseñar y poner en funcionamiento este tipo de plantas, podría quedarse con el 15%.
Sus características lo hacen ideal para el abastecimiento eléctrico en zonas alejadas de los grandes centros urbanos —donde las condiciones geográficas o el clima dificultan el transporte de combustible y el tendido de redes eléctricas— o polos fabriles con alto consumo de energía, además de ofrecer otras prestaciones como desalinización y provisión de vapor para diversos usos industriales.
El 21 de agosto del año pasado comenzó la construcción del edificio que contendrá las instalaciones nucleares, una estructura de 18.500 metros cuadrados en la que el reactor ocupará más de dos tercios de ese volumen.
El CAREM se está construyendo desde el año 2014 en el complejo atómico Atucha, en la localidad bonaerense de Lima, y podría ponerse en funcionamiento entre los años 2021 y 2022. Foto: CNEA.
Diseño propio
El CAREM ofrece una serie de ventajas con respecto a los grandes reactores nucleares de agua a presión (PWR, por sus siglas en inglés) desde el punto de vista de la seguridad, el financiamiento y los plazos de construcción. “Este prototipo es el comienzo para consolidar a la Argentina como un diseñador de centrales de potencia”, afirmó Luciano Turina, de la Gerencia de Área CAREM de la CNEA, durante una presentación que se hizo sobre este reactor en el Centro Atómico Ezeiza y en la que estuvo presente TSS.
La seguridad de esta planta está diseñada para que, ante una emergencia, se disparen sistemas automáticos de control que no necesitan de la acción humana y que pueden mantener la infraestructura de forma segura por hasta 36 horas antes de requerir una intervención.
Usualmente, un reactor PWR funciona con un recipiente de presión en el que se aloja el núcleo radioactivo y se hace circular agua que se calienta al ponerse en contacto con él. Esto es conocido como circuito primario. Este líquido debe ser bombeado hacia los recipientes generadores de vapor, por los que circula agua que se convierte en vapor para mover las turbinas que generan energía eléctrica, lo que se conoce como circuito secundario. Posteriormente, el agua que está en contacto con el núcleo (circuito primario) debe ser presurizada para volver a entrar en el reactor y reiniciar su ciclo.
El CAREM incluye todos estos sistemas adentro de su recipiente de presión y los generadores de vapor también están adentro, por lo cual no es necesario bombear el agua del circuito primario por fuera del mismo, con lo que se eliminan las tuberías de gran tamaño que tienen los reactores PWR y los riesgos de pérdida de agua contaminada y de fallas de la bomba de circulación.
Este reactor, en cambio, funciona por circulación natural, ya que el núcleo del reactor se encuentra en la parte baja del recipiente de presión mientras que los generadores de vapor están arriba de él. Así, el agua asciende cuando se calienta y se pone en contacto con los generadores de vapor, unas serpentinas dentro de las cuales circula el agua del circuito secundario que será llevada a las turbinas. Al entrar en contacto con los generadores de vapor, el agua se enfría y vuelve a bajar para calentarse nuevamente en el núcleo.
Al incluir todos estos sistemas adentro del recipiente de presión, no es necesario volver a presurizar el agua que está en contacto con el núcleo, ya que el sistema es autopresurizado por un domo superior en el que se acumula vapor, con lo que se elimina otro riesgo de falla. Que todos los sistemas estén adentro del recipiente de presión también obliga a tener uno más grande con relación al núcleo, por lo que también la cantidad de agua contenida en él es mayor, lo que brinda más estabilidad al sistema y más tiempo frente a una pérdida.
El diseño del CAREM incorpora muchos de los sistemas adentro de su recipiente de presión y los generadores de vapor también están adentro, por lo cual no es necesario bombear el agua del circuito primario por fuera del mismo, con lo que se eliminan las tuberías de gran tamaño que tienen los reactores PWR y los riesgos de pérdida de agua contaminada y de fallas de la bomba de circulación. Gráfico: CNEA.
Modularidad
Además de compartir los servicios comunes a todos los reactores, lo que disminuye los costos, la modularidad del CAREM permite que pueda construirse un reactor y empezar a vender energía eléctrica que genere la financiación de la construcción de los demás, lo cual es una ventaja comparativa frente a los grandes reactores PWR, en los que se debe completar la construcción antes de poder empezar a operar. En su versión comercial, el CAREM podría llegar hasta una potencia de 120 MW, con lo que se podrían sumar cuatro módulos para obtener una potencia total de 480 MW. El límite de 120 MW está relacionado con el límite físico después del cual es difícil que se pueda contar con la circulación natural óptima.
El diseño modular también es una ventaja para que las paradas de planta se puedan programar de a un reactor a la vez y seguir trabajando con una potencia del 75%, con lo que se evitaría tener que utilizar centrales térmicas o recurrir a otro tipo de fuentes para reemplazar esa energía.
Se estima que una central CAREM de 480 Mw podría costar unos 2000 millones de dólares, ya que se busca no superar el costo por MW de una central tradicional. El prototipo de 32 MW que se está construyendo costará unos 300 millones de dólares, aunque al no ser modular hay muchos costos que se duplican y por ser la primera de la serie también hay costos de aprendizaje que posteriormente se reducirán.
Seguridad
El CAREM utilizará agua liviana para refrigerar un núcleo de 61 elementos combustibles de 1,40 metros de altura, de uranio enriquecido entre 1,1% y 3,1 % y con un peso de 3.812 kilos, que deberá ser cambiado cada 18 a 20 meses.
Los generadores de vapor tienen unos caños de 35 metros de largo que deben ser realizados en una sola pieza y son fabricados por CONUAR. Cada uno de los 12 generadores de vapor contiene 52 de estos tubos, de forma helicoidal y agrupados en seis camisas concéntricas. Para realizar estos tubos fue necesario fabricar un horno de 35 metros, ya que no existen versiones comerciales de semejante tamaño.
Para regular la reacción, en un reactor tradicional PWR se utilizan barras de control accionada por mecanismos eléctricos desde afuera del recipiente de presión, que absorben los neutrones libres y detienen la reacción en cadena. En el caso del CAREM, hay dos sistemas de control, y están adentro del recipiente de presión y accionados por mecanismos hidráulicos. El primero es el Sistema de Ajuste y Control, que son un conjunto de barras que son mantenidas en su posición por la presión de agua inyectada desde afuera del recipiente de presión. Se trata de barras con una superficie dentada para que puedan subirse o bajarse de a un diente por vez para ajustar la potencia del reactor. El segundo sistema es el de Extinción Rápida, que son barras lisas que ante la pérdida de presión de agua inyectada caen por la fuerza de gravedad en dos segundos y son utilizadas para hacer paradas de emergencia. En ambos sistemas, las barras son mantenidas en su posición por la presión del agua, por lo que ante una falla de las bombas o de falta de energía caen de manera automática para apagar el reactor sin necesidad de acción por parte de operadores.
En caso de que las barras estén trabadas y no caigan por efecto de la gravedad, la seguridad está reforzada con otros sistemas de extinción que también trabajan por principios físicos y no necesitan de acciones por parte de operadores. En caso de que no pudiera extraerse el calor por los generadores de vapor se producirá un recambio del agua que está adentro del reactor con agua de unas piletas que se encuentran dentro del edificio de contención y por encima del reactor. Esta circulación también trabaja por diferencia de altura y haría que el vapor ingrese a estas piletas mientras que el agua de refrigeración caería dentro del reactor bajando su temperatura.
Un segundo sistema de seguridad consiste en una solución borada que se encuentra en tanques a diez metros de altura sobre el reactor y que, en caso de un accidente mayor, será empujada por el vapor y también caerá dentro del reactor sin necesidad de acción humana. Esta se considera una medida extrema ya que una vez que esa solución está adentro del reactor no puede volver a encenderse hasta no ser desarmado y realizada una limpieza completa.
El CAREM es el único reactor nuclear de potencia (el prototipo en construcción será de 32 MW) que está en construcción en la Argentina.
En el caso de una pérdida del agua del circuito primario, hay un tanque externo con una cantidad de agua similar a la del reactor, que por una diferencia de presión rompería un conducto sellado con ese objetivo que insertaría toda el agua adentro del recipiente de presión. En caso de que esta reserva líquida también se pierda, se podría inyectar dentro del reactor agua desmineralizada disponible en depósitos dentro del predio o bien recurrir a agua de río, como último recurso.
En caso de que el núcleo se pudiera haber fundido, lo que se busca es que no rompa el recipiente de presión, por lo que la construcción contará con aspersores que lo rociarán para bajar su temperatura y que no haya escapes del núcleo.
Competencia nuclear
Diversos países con tradición en el área nuclear cuentan con diseños de pequeños reactores modulares similares al CAREM, aunque la Argentina está entre los pocos que tiene uno en construcción. Ante la consulta de TSS a Turina sobre un reactor similar que posee Estados Unidos, respondió: “Se supone que hay un convenio con el estado de Utah para contratar 11 de estos reactores chicos, lo cual haría que ellos los empiecen a producir en el mediano plazo, pero también es posible que eso sea solo una pantalla para decir que lo pueden producir cuando quieran y no sea tan así”. Y agregó: “La realidad es que si Estados Unidos le asigna fondos importantes a ese proyecto nos pasan por arriba, pero nosotros ya tenemos todo el bagaje técnico adquirido, algo que es muy difícil de generar en el corto plazo”.
En la construcción del CAREM participan, además de la CNEA y CONUAR, Techint (obra civil, con un contrato de 1148 millones de pesos), la rionegrina INVAP (responsable del diseño del reactor), Siemens (turbina generadora), Tecna (ingeniería y desarrollo de equipos) e IMPSA (vasija y generador de vapor).
Se estima que la vida útil de este tipo de centrales sería de 30 años, como sucede con otras como Embalse y Atucha, período tras el cual podría hacerse una extensión de vida mediante el cambio de algunos componentes. Gabriela Piacentino, ingeniera de la Oficina Técnica de Ingeniería y Procesos del proyecto CAREM, habló sobre las condiciones a las que será sometida este prototipo: “Habrá una degradación en el tiempo de vida útil porque se harán muchas pruebas y quizás se hagan muchas paradas de emergencia que implican cambios rápidos de temperatura, de unos 326 grados al apagado en pocos segundos. Eso tiene que ver con el objetivo de un prototipo. En una planta de producción uno siempre intenta evitar esas paradas abruptas porque no le hacen bien a los materiales”. Piacientino, de unos 30 años, debió analizar la documentación de un reactor cuyo diseño fue concebido en 1980, poco después de su nacimiento.
Durante la presentación, algunos asistentes manifestaron su preocupación por el hecho de que no se hayan iniciado las tareas de capacitación del personal que va a trabajar en la planta, algo que debió haber comenzado hace ya varios meses.
También se habló sobre la falta de definición acerca de si la planta será operada por la CNEA o por NA-SA, en el marco de la incertidumbre con respecto al futuro del plan nuclear, ya que una posible falta de continuidad en los proyectos genera la pérdida de recursos humanos altamente especializados que resultan muy difíciles de volver a conseguir. “Cuando se relanzó el proyecto CAREM, en 2008, hubo que salir a contratar venerables ancianos experimentados por que no había mucha gente con experiencia”, se escuchó durante la presentación y se comentó el caso de Eduardo Díaz, jefe de Puesta en Marcha de Atucha I y de Embalse, que con más de 80 años viajaba cada dos semanas desde Córdoba a Buenos Aires para capacitar a los gerentes más jóvenes
Canadiense 
Estados Unidos ( General Dynamics)
