SOLUTE colabora en el proyecto del AP1000®

SOLUTE viene prestando desde hace años sus servicios en el ámbito de la ingeniería civil a Westinghouse Spain. Westinghouse Spain (WES) forma parte del grupo Westinghouse Electric Company (WEC) proveedor líder a nivel mundial de servicios y tecnología nuclear.

WES es la responsable del diseño y cálculo de subsistemas clave dentro del proyecto estándar AP1000® de centrales nucleares de tercera generación. El AP1000® (Advanced Pressure 1000 Mw) es del tipo PWR (Pressure Water Reactor)

es decir, reactores enfriados por agua a presión, e incorpora de manera destacada a su diseño sistemas pasivos de seguridad para mantener la refrigeración del reactor en caso de accidente. Esta protección pasiva consiste en reducir la dependencia de equipos electromecánicos para hacer llegar los fluidos refrigerantes al reactor, en favor del uso de la convección natural, condensación y gravedad para realizar esta función (véase la Referencia 1).

WES, y los ingenieros de SOLUTE que trabajan para la compañía, realizan el diseño y cálculo de diversos elementos estructurales para dos de los edificios que integran el esquema tipo de una central nuclear:

  • El edificio auxiliar (ver Fig.1).
  • El edificio de contención (ver Fig.1).

El edificio auxiliar albergara distintas instalaciones, dependiendo del tipo de reactor y planta, como pueden ser las bombas de refrigeración, cuadros de mando, salas de baterías y penetraciones eléctricas, equipos de calefacción,  ventilación y acondicionamiento de aire, etc.

El edificio auxiliar consta de varias plantas, materializadas mediante forjados (unidireccionales o bidireccionales) soportados por un entramado de pilares o por muros de carga. Además de las variaciones posibles del esquema estructural se une la alternativa del material: los forjados pueden ser de hormigón armado, mixtos mediante chapa colaborante o perfiles metálicos, etc.

En la elección del esquema estructural y del material pesan de manera importante los objetivos de reducir al máximo el volumen y masa sísmica así como dotar de la máxima ductilidad a los elementos diseñados.

Otro de los aspectos a reseñar dentro de las posibilidades que ofrece el edificio auxiliar es el diseño y cálculo de elementos estructurales de tipo modular, mediante la prefabricación de recintos del edificio (estructura mixta y hormigón prefabricado). De esta manera se pretende mejorar la calidad y fiabilidad de los sistemas estructurales y de instalaciones, así como aumento de los rendimientos constructivos.

Por su parte, el edificio de contención tiene la misión de albergar la vasija de contención, que aloja el reactor así como el combustible nuclear en su tránsito hacia el reactor como en forma de residuo tras haber agotado su capacidad.

El edificio de contención tiene forma cilíndrica con diámetro exterior de aproximadamente 50 m, espesor de paredes en torno a 1 m y rematado por un cúpula que en el caso del AP1000® contiene una piscina con agua suficiente para refrigerar el reactor hasta 72 horas. La altura total sobre la cimentación ronda los 75 m.

Se puede concebir de hormigón armado, pretensado o como estructura mixta. (véase la Referencia 2). En el diseño estructural de la contención se cumplen simultáneamente dos objetivos:

  • El estructural: debe resistir los importantes esfuerzos transmitidos en fase de operación o en circunstancia de accidente cualquiera que sea su origen.
  • El servir de barrera biológica del personal que trabaja en su interior y la del medio circundante.

El cumplimiento del primer objetivo resulta de un doble cálculo aditivo; por un lado un cálculo global donde se contemplan varias combinaciones de carga en las que se hace participar de manera ponderada varias hipótesis simples: carga muerta (pesos propios de los elementos, cargas permanentes), carga viva o de operación, diferencia de presión entre el interior y exterior de la contención, carga térmica, carga de viento (con distintas velocidades para un viento normal hasta un tornado), la acción sísmica, etc; por otro lado un cálculo local o de detalle en el que el margen de seguridad previsto en el cálculo global debe ser suficiente para soportar los anclajes de tuberías, de soportes del sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado, de plataformas que rodean el espacio anular entre la contención y la vasija del reactor, etc.

Como curiosidad cabe citar que recientemente la U.S.NRC (United States Nuclear Regulatory Comission) ha concedido   la licencia genérica de construcción del AP1000® en Estados Unidos después de la revisión estructural efectuada desde el año 2006 sobre el edificio de contención para que éste sea capaz de soportar el impacto de un avión (véase la Referencia 3).

Además del diseño de elementos pertenecientes a los edificios citados, la tercera tarea destacada en la que SOLUTE participa dentro del proyecto del AP1000® es la concepción, diseño y cálculo de las conexiones entre el edificio auxiliar y el edificio de contención, de manera que se garanticen las exigencias de integridad de la contención para que las emisiones al exterior sean las establecidas por el organismo regulador aún en condiciones de accidente.

WES realiza actualmente el seguimiento y asistencia técnica a la construcción de las plantas de China (Sanmen 1-2  y Haiyang 1-2), donde se espera que a finales de 2013 entre en servicio la primera planta AP1000 en el mundo. Entre las tareas en las que participan los ingenieros de SOLUTE destacan la de revisión de cálculos y actualización de diseño derivados de los condicionantes específicos de las plantas en construcción.

En todas estas dedicaciones las herramientas y procedimientos de trabajo son:

  • Procedimientos del Sistema de Calidad de Westinghouse (Quality Management System) desarrollados para cumplir con los requisitos de calidad impuestos por las Entidades Regulatorias y por los propios usuarios, para operar en el ámbito de la industria nuclear. Establece las políticas y procedimientos que cumplen en primera instancia con la ISO-9001, con la 10CFR50-Apéndice B de la “Nuclear Regulatory Commission” de los EE.UU., y con ASME NQA-1-1994, además de cumplir, en instancias posteriores, con los requerimientos de las regulaciones locales.
  • Normas y estándares de diseño del promotor, empleados en la comprobación de los elementos. En concreto se trabaja con ACI-349, ANSI/AISC N690, AWS Codes, ASME Boiler and Pressure Vessel Code, etc.
  • Códigos avanzados de elementos finitos, empleados en el dimensionamiento de los elementos.

Referencias:

  1. http://www.ap1000.westinghousenuclear.com/ , web principal del proyecto AP1000®
  2. Ingeniería Civil de Centrales, José Manuel Goded, Apuntes de la asignatura impartida la ETSICCP de Madrid.
  3. “Nuclear sí, pero lejos”, artículo publicado por el diario EL País, 26/12/2011.

Autores:

Lucas Rodríguez Velasco

Pedro Sánchez Hernández