Después del último accidente nuclear provocado por el maremoto en Japón resulta harto complicado hablar de las excelencias de la utilización de la tecnología nuclear como fuente de energía. Realmente las centrales nucleares entrañan un peligro grave, que aunque extremadamente relativizado por las medidas de seguridad que se exigen en este tipo de instalaciones, provoca en la opinión pública un rechazo casi generalizado.
El accidente de Fukushima, lejos de servir para el estudio de nuevas medidas de seguridad, ha significado un fuerte respaldo a la utilización de los derivados del petroleo, debidamente amplificado por las grandes compañías petroleras y sus socios en el negocio de la energía convencional. No obstante todos sabemos que las reservas de petroleo van disminuyendo día a día y sin embargo el consumo eléctrico va en aumento a causa de los cada día mayores grados de electificación de nuestras ciudades, fabricas y hogares y el constante aumento de los vehículos movidos por energía eléctrica. Por otro lado las directivas europeas sobre eficiencia energética que entran en vigor a partir del año 2020 y la voluntad global decidida en cuanto a la protección de la capa de ozono de la atmósfera actúan en contra de los derivados del petroleo o los gases, tanto para su uso directo como para la producción de energía eléctrica. De lo que no cabe ninguna duda es que la utilización de la electricidad como fuente de energía es incuestionable. Tarde o temprano no tendremos más remedio que acudir a la energía nuclear, las reservas de combustibles fósiles y de gas tienen fecha de caducidad y la demanda de energía aumenta constantemente. Las fuentes alternativas como la luz solar, el aire, las mareas o los saltos de agua no tienen capacidad suficiente para generar la electricidad necesaria en el planeta aunque su número se multiplicase por mil. En otro orden de cosas nadie comenta los excelentes avances que en el campo de la medicina ha supuesto el empleo de la energía nuclear. Tampoco tenemos, ni tendremos, datos sobre el potencial destructivo que está almacenado en los arsenales de armas nucleares repartidos por todo el mundo, tan expuestos como Fukushima a padecer una catástrofe natural. Como en todo existen intereses económicos importantisimos y no debemos por tanto tomar al pie de la letra las descalificaciones que se efectúan sobre la utilización de la energía nuclear, más bien creo que deberiamos estar preparados para su utilización masiva de la energía atómica (fisión o fusión atómica) en un futuro no muy lejano.
Desde mediados del siglo pasado se comenzó a utilizar la energía nuclear para la propulsión de buques, este es realmente el tema de esta página.
Generalidades
El funcionamiento de una planta de producción de energía a base de combustibles sólidos radiactivos aplicada a la industria naval es prácticamente el mismo que el de las plantas nucleares terrestres. La reacción nuclear que se provoca en el interior del reactor produce el calor necesario para el calentamiento del agua hasta su grado de ebullición y la con siguiente producción de vapor en grandes cantidades, vapor que permite el funcionamiento de las turbinas encargadas de hacer girar un eje que acoplado a las hélices por medio de un reductor de velocidad o caja de cambios constituye el sistema propulsor del buque. Otros sistemas nucleares utilizan el trabajo de la turbina para el accionamiento de sistemas turbo-eléctricos encargados del funcionamiento de los generadores utilizados para el suministro de energía eléctrica a los motores que hacen girar las hélices. Dependiendo de las características del buque se puede montar un solo reactor, caso de los submarinos a excepción de los submarinos rusos que suelen montar dos unidades y del "USS Tritón", el resto de naves de superficie disponen de uno o varios reactores. El portaaviones estadounidense "USS Enterprise" disponía de ocho reactores nucleares para su funcionamiento.
La principal ventaja de este tipo de motores (reactores nucleares) en las marinas de guerra y civil está representada por la autonomía o millas náuticas recorridas por el buque sin necesitar de repostar combustible. A partir de una pequeña cantidad de combustible nuclear podemos producir una cantidad de energía que equivale a millones de veces su peso en combustibles derivados del petróleo. Un buque provisto de un reactor nuclear puede estar operativo varios años sin necesidad de repostar combustible, podemos hablar de una autonomía ilimitada, en contra de la débil autonomía de los barcos movidos por motores convencionales. A modo de ejemplo un submarino de propulsión diesel-eléctrica tiene limitada su autonomía entre 10.000 y 12.000 millas náuticas navegando en superficie, un submarino de propulsión nuclear de la clase USS Virginia únicamente tiene limitada su autonomía por el suministro de los vivieres para la tripulación, un factor logístico determinante en tiempos de conflicto bélico. Este ahorro en combustible y las mejores prestaciones conseguidas justifican el elevado coste de fabricación de estos buques. Al mismo tiempo se eliminan los procesos de carga de combustible y se consigue el aprovechamiento de los espacios antes ocupados por los enormes tanques de combustible. Por otro lado la mayor velocidad de estos barcos supone una enorme ventaja en combate y una apreciable mejora en la eficacia del transporte comercial vía marítima. Otra de las importantes ventajas que la propulsión nuclear proporciona esta basada en que no necesita oxigeno para la combustión y al no quemar oxigeno no emiten gases de escape, haciendo innecesarias las instalaciones de evacuación, esto en los submarinos representa una extraordinaria ventaja. El impacto ambiental por el funcionamiento de estos reactores es cero.
Los reactores de tipo marino difieren de los reactores de energía eléctrica comerciales terrestres en varios aspectos. Mientras los reactores terrestres de las centrales nucleares producen miles de megavatios de potencia , un reactor típico de propulsión marina produce no más de unos pocos cientos de megavatios. Consideraciones sobre el espacio dictan que un reactor marino debe ser físicamente pequeño, por lo que deben generar una mayor potencia por unidad de espacio. Esto significa que sus componentes están sujetos a tensiones mayores que las de un reactor terrestre. Sus sistemas mecánicos deberán funcionar sin problemas en las condiciones adversas encontradas en el mar, como la vibración, el cabeceo y balanceo de un barco que opere en mares agitados. Por otro lado el mecanismo de parada de un reactor marino no puede basarse en la gravedad para bajar las barras de control tal como se hace en un reactor terrestre al permanecer siempre en posición vertical. La corrosión derivada del agua salada es un problema adicional que complica el mantenimiento.
El combustible en un reactor de navegación marítima está normalmente más enriquecido (es decir, contiene una mayor concentración de U235 / U238 ) que la utilizada en una planta de energía nuclear instalada en tierra firme. Algunos reactores marinos funcionan con uranio relativamente poco enriquecido con la desventaja de que el reabastecimiento del material nuclear debe ser más frecuente. Otros utilizan uranio altamente enriquecido, variando de 20 % hasta el 96 % de U235 que utilizan algunos submarinos norteamericanos, permitiendoles un funcionamiento extremadamente silencioso, vital para un submarino. Un combustible nuclear con alto grado de enriquecimiento aumenta la potencia del reactor y además con una vida útil de la carga superior a la conseguida por los poco enriquecidos.
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| HMS Astute |
Una planta de propulsión nuclear marina debe estar diseñada para ser altamente fiable y autosuficiente. Una de las dificultades técnicas en el diseño de los elementos del núcleo y cercanos es la necesidad de utilizar materiales que sena capaces de soportar una gran cantidad de radiación sin que les afecte. En los reactores marinos se utiliza una aleación de metal/zirconio en lugar de la UO2 cerámica (óxido de uranio) que a menudo se utiliza en los reactores montados en tierra. Los núcleos están diseñados para una larga actividad, posible gracias al relativamente alto grado de enriquecimiento del uranio y mediante la incorporación de "neutrones absorbentes" que se activan lentamente cuando el paso del tiempo resta efectividad a la reacción nuclear. La disipación gradual del los neutrones absorbentes aumenta la reactividad del núcleo para compensar la disminución de la reactividad de los elementos combustibles por envejecimiento, lo que alarga la vida útil del combustible. La larga duración en perfectas condiciones de seguridad de la vasija de presión del reactor compacto se consigue al crear un escudo interno de neutrones, reduciendo así el daño al acero provocado por el constante bombardeo de neutrones.
Un poco de historia
El diseño, desarrollo y producción de las plantas de propulsión marinas nucleares se inició en los EE.UU. en la década de 1940, bajo la dirección del capitán Hyman G. Rickover. El primer prototipo de reactor naval fue construido y probado en las instalaciones de la Estación Naval Testing Reactor Nacional de Idaho en 1953. El primer submarino de propulsión nuclear, el "USS Nautilus", se hizo a la mar dos años después, en 1955.
La Unión Soviética también ha desarrollado submarinos nucleares. Los primeros tipos desarrollados fueron la clase Noviembre, el primero de los cuales, el “K-3 Leninskiy Komsomol”, estaba operativo con energía nuclear, el 4 de julio de 1958.
La energía nuclear ha revolucionado el submarino, consiguiendo convertirlo en un verdadero buque totalmente operativo bajo el mar, en lugar de un buque sumergible por un tiempo muy limitado. Se dotó al submarino de la capacidad para operar sumergido a altas velocidades, equivalentes a las de los buques de superficie y por un tiempo ilimitado.
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| USS Virginia (SSN-774) |
El "Nautilus" propició el desarrollo paralelo de otros submarinos de la clase Skate, propulsados por reactores individuales y un crucero, el "USS Long Beach", propulsado por dos reactores. El portaaviones "USS Enterprise", encargado en 1961, montaba ocho reactores nucleares.
En 1962 la Armada de Estados Unidos tenía 26 submarinos nucleares operativos y otros 30 en construcción. La energía nuclear había revolucionado la Armada. Los norteamericanos compartieron su tecnología con los británicos. Franceses, chinos y rusos emprendieron la aventura nuclear naval por separado.
Después de los buques de la clase Skate, los submarinos estadounidenses fueron impulsados por una serie de diseños estandarizados, montaban reactores construidos exclusivamente por Westinghouse y General Electric. Rolls- Royce se encargó de la construcción de reactores similares para los británicos hasta que finalmente desarrolló un nuevo reactor, que aunque basado en el norteamericano incorporaba agua a presión, el PWR.
Los submarinos nucleares más grandes jamás construidos son las unidades soviéticas de la clase Typhoon, con 26.500 toneladas de desplazamiento. Los más pequeños submarinos nucleares están representados por los submarinos de ataque clase Rubis de la marina francesa, con solo 2.700 toneladas .
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| En la parte inferior de la imagen un clsse Typhoon, sobre el otros submanirnos de la época. |
Estados Unidos y Francia han construido portaaviones nucleares. En 1990 había barcos impulsados por energía nuclear (en su mayoría militares) capaces en su conjunto de generar más energía eléctrica que las centrales terrestres comerciales de todo el mundo y con muchísimo más riesgo de accidente nuclear. A nadie se le informó.
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| Vista desde la torre de un submarino nuclear donde se pueden apreciar sus grandes dimensiones |
Los buques mercantes civiles de propulsión nuclear no han proliferado más allá de unas pocas unidades experimentales.
Para su utilización en aguas poco profundas, de poco calado, estuarios, lagos o rios, se están construyendo en Finlandia rompehielos equipados con reactores nucleares rusos. Su construcción está estrictamente ajustada a las normas internacionales de seguridad para buques nucleares.
"NS Savannah"
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| NS Savannah |
En el medio de lo que se llamó la guerra fría y dentro del programa “Átomos para la Paz”, Estados Unidos quería mostrar que el uso de la energía nuclear no sólo era utilizable para las armas. En ese contexto nació en 1955 el proyecto de un barco mercante mixto de carga y pasaje propulsado por energía nuclear. La construcción del "NS Savannah" fue una demostración de la factibilidad técnica de la propulsión nuclear en buques mercantes y en muchos puntos el buque fue un éxito; era marinero, su récord de seguridad muy buena, excelente economía de combustible y sin emisiones de gases contaminantes a la atmósfera. Por su diseño, parecía más un yate de lujo que un buque de carga y nunca se esperó que fuera comercialmente competitivo.
La parte de pasaje tenía 30 camarotes de lujo excepcional para la época, pero la fina línea del casco hacía que la carga máxima de 8.500 ton. ó 652.000 pies cúbicos, fuera muy difícil de estibar. Su espacio de pasajeros estaba sobre-dimensionada, mientras que el de carga era insuficiente. Requería una tripulación de más de 100 personas, incluyendo técnicos e ingenieros nucleares. Su costo operativo incluía además una organización especial en tierra para gestionar dique seco personalizado, para las reparaciones necesarias.
Fue botado el 23 de Marzo de 1962 y durante su vida operativa navegó más de 450.000 millas. Operó con carga luego de varios años de prueba en el mar, desde 1965 hasta 1970. Era propulsado por un único reactor nuclear tipo PWR, construido por Babcock & Wilcox con una potencia de 74 MW, que generaba vapor para accionar una turbina unida a un solo eje de hélice. Consumió 163 libras de uranio, que se estimaron que es el equivalente a 29 millones de galones de fuel oil. Desarrollaba una velocidad de 21 nudos. Fue puesto fuera de servicio en 1972.
Actualmente, la propulsión de barcos mercantes por energía nuclear no es muy utilizada en el mundo, donde sólo quedan operativos los barcos de la naviera rusa Murmansk Shipping Company. Pero si hacemos la analogía del primer Savannah, que en 1819 fue el primer buque a vapor que cruzo el Atlántico desde Savannah a Liverpool, en 29 días, todavía se tardó 60 años para que la energía del vapor superara el poder de la vela. Las nuevas tecnologías muchas veces tardan años en implantarse.
El "NS Savannah", más que un ejemplo de rentabilidad económica, era un ejemplo de poderío tecnológico. Buques mercantes navegando con reactores silenciosos, limpios y eficientes. El color blanco de su obra muerta quería resaltar la limpieza de este tipo de propulsión frente a las emisiones de humos que generaba la propulsión convencional de la época.
En 1968 comenzaron las pruebas de mar y en Octubre de ese año fue certificado como apto para uso comercial y de investigaciones. Estaba configurado para llevar pasajeros y mineral de hierro. En 1972 su reactor fue recargado de combustible después de navegar 250.000 millas náuticas. En 1979 se remplazó su reactor nuclear y la planta de propulsión a vapor por un motor diésel convencional. En 9 años, propulsado por energía nuclear, había estado en 22 países, navegando 650.000 millas.
Especificaciones:
Eslora: 182 mts.
Manga: 24 mts.
Calado: 9 mts.
Desplazamiento: 22.000 tons.
Tripulantes: 124
Pasajeros: 60
"Otto Hanh"
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| Otto Hanh |
Fue un proyecto de la Republica Federal de Alemania que en 1960 se planteó la construcción de un buque de investigación con propulsión nuclear. En 1963 fue colocada la quilla en los astilleros de Kiel. El "Otto Hahn" alemán, un buque de carga, navegó unas 600.000 millas náuticas (1.111.000 kilómetros) en 126 viajes durante más de 10 años sin ningún problema técnico, sin embargo resultó ser demasiado caro de operar y su reactor nuclear fue finalmente sustituido por motores diésel.
Especificaciones:
Eslora 164,3 mts.
Manga 23.4 mts.
Reactor 38 MW de potencia construido por Babcock & Wilcox
Velocidad 15.75 nudos
Tripulación 63 y un máximo de 35 investigadores.
"NS Mutsu"
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| NS Mutsu |
Para solucionar el problema de no contar con combustibles fósiles en su territorio, Japón también inició un proyecto de propulsión de buques con energía nuclear. Se pensó que estaría listo para 1972, pero se produjeron demoras por razones de seguridad debido a serios problemas en la coraza del reactor, También, los pescadores japoneses realizaron demostraciones masivas contra el buque. En 1990 fue puesto en servicio activo y hasta el año 1992 realizó cuatro viajes con resultados positivos, pero la viabilidad del proyecto estaba cuestionada, por lo que en 1995 fue retirado de servicio. Clasificado como buque de carga, no llegó a realizar ningún viaje comercial.
Especificaciones:
Eslora 130 mts.
Manga 19 mts.
Desplazamiento 8242 ton.
Reactor tipo PWR
Potencia de la turbina 7,5 MW
Velocidad 16.5 nudos
NS Arktika
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| NS Arktika |
La propulsión nuclear ha demostrado ser técnica y económicamente viable para los rompehielos de propulsión nuclear en el Ártico. Los buques nucleares rompehielos funcionan durante años sin necesidad de repostar y disponen de motores muy potentes perfectamente adaptados para el trabajo de romper el hielo. El rompehielos soviético "Lenin" fue el primer buque de superficie de propulsión nuclear en el Artico, en 1959, y permaneció en servicio durante 30 años ( se instalaron nuevos reactores en 1970). Esto condujo a la construcción de una serie de rompehielos más grandes. Provistos de dos reactores nucleares se utilizan en las aguas profundas del Ártico. El "NS Arktika" fue el primer buque de superficie en llegar al Polo Norte.
Para su utilización en aguas poco profundas, de poco calado, estuarios, lagos o ríos, se están construyendo en Finlandia rompehielos equipados con reactores nucleares rusos. Su construcción está estrictamente ajustada a las normas internacionales de seguridad para buques nucleares.
Benito Sacaluga
Fuentes consultadas: Wirt, John G (1979). "A Federal Demonstration Project: N.S. Savannah". Innovation in the maritime industry/ Moltz, James Clay (March 2006). "Global Submarine Proliferation: Emerging Trends and Problems"./Acton, James (December 13, 2007). "Silence is highly enriched uranium"/^ "Ending the Production of Highly Enriched Uranium for Naval Reactors"James Martin Center for Nonproliferation Studies./^ Full steam ahead for nuclear shipping World Nuclear News/Jacobs, JGCC (2007). "Nuclear Short Sea Shipping" /Desarrollo y Defensa.
