Reseña de la experiencia del Japón en la esfera nuclear · Reseña de la experiencia del Japón...

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  • Tecnologas del control remoto y la automacin:

    Resea de la experiencia del Japn en la esfera nuclear por K. Uematsu

    La participacin de la energa nuclear en la produccin energtica total del Japn ha crecido a ms del 20% y en julio de 1985 haba 30 centrales nucleoelctricas en explotacin. Se han construido adems distintos tipos de instalaciones para el ciclo del combustible nuclear, incluidas las destinadas a enriquecimiento del uranio, fabricacin de combustible, reelaboracin, y tratamiento de desechos lquidos de alta actividad.

    Si surgieran problemas en esas centrales, las repara-ciones tomaran largo tiempo y aumentara considerable-mente la exposicin de los operadores a la radiacin. Por consiguiente, se han creado tcnicas de control remoto para emplearlas en las zonas donde los niveles de radiacin son tan elevados que impiden el acceso de los trabajadores. Los beneficios generales que ofrecen los sistemas de control remoto en las centrales nucleo-elctricas son la reduccin del tiempo destinado a las inspecciones ordinarias, la reduccin al mnimo del personal necesario para las inspecciones y, por ende, la disminucin de la exposicin del personal de inspeccin y mantenimiento a la radiacin.

    En este artculo se presentan y examinan someramente algunas de las tcnicas de control remoto y automatiza-cin que han desarrollado, o estn desarrollando, la planta de reelaboracin Tokai, la planta conexa de vitrifica-cin de desechos lquidos de alta actividad (DLAA), y las centrales nucleoelctricas japonesas. La Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corporation (PNC) del Japn explota la planta de reelaboracin y dise tambin la planta de vitrificacin de DLAA.

    La planta de reelaboracin Tokai

    La PNC construy la planta de reelaboracin Tokai que tiene una capacidad diaria de procesamiento de 0,7 toneladas de combustible de reactor de agua ligera. En 1977 comenzaron las operaciones en caliente y en marzo de 1985 la planta ya haba elaborado 179 toneladas del metal pesado, uranio.

    En esta planta se utilizan dos tipos de.sistemas de control remoto. Se emplea un sistema de manipulacin a distancia para descargar el combustible, y un sistema de mantenimiento a distancia en la fase mecnica inicial del proceso. La manipulacin del combustible se realiza a distancia en una piscina de agua de refrigeracin como proteccin contra la exposicin. En este sistema se emplea un tubo telescpico y un dispositivo especial para sujetar el recipiente de combustible.

    El mantenimiento del equipo mecnico que se emplea en la fase inicial del proceso se realiza a distancia mediante un manipulador de potencia, una gra situada dentro de la celda y un manipulador a distancia; las operaciones se observan a travs de ventanillas blindadas. El mantenimiento de las zonas de elaboracin qumica se hace por contacto despus de la descontaminacin requerida.

    Adems de los sistemas mencionados, se han creado algunas tcnicas o sistemas de control a distancia para contrarrestar los fallos de los equipos y cumplir los requisitos de inspeccin de la instalacin nuclear, a saber, dispositivos de reparacin a distancia para el disolvedor; equipos de inspeccin a distancia del interior de las celdas y un robot de descontaminacin.

    Dispositivos de reparacin a distancia. Despus de las fugas radiactivas ocurridas en 1982 y 1983 en dos disolvedores, se disearon y fabricaron dispositivos de control remoto para detenerlas. Se logr un eficaz trabajo de reparacin mediante soldeo y rectificacin con ayuda de un periscopio y una cmara de televisin; los resultados se verificaron mediante pruebas de penetracin con tintes y de ultrasonido.

    El Sr. Uematsu es Director Ejecutivo de la Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corporation (PNC) del Japn.

    Cabra para reparaciones

    Sistema de mantenimiento de la instalacin DLAA.

    01EA BOLETN, OTOO DE 1985 39

  • La energa nucleoelctrica y la electrnica

    Especificaciones tcnicas del manipulador del Prototipo 11

    Nmero de brazos

    Configura cin d brazo:

    2

    -el Codos hacia

    abajo

    Grado de libertad: 7 (GL)

    GL bilateral: 7

    Velocidad de funcionamiento:

    hombro:

    codo:

    mueca:

    tenazas:

    40/s (inclinacin)

    60 /s. (inclinacin)

    60/s (rotacin)

    160/s (inclinacin)

    160/s (oscilacin)

    160/s (rotacin)

    100 mm/s

    Manipulador del Prototipo II

    Capacidad de manipulacin: 15 kg

    Equil ibrio por peso propio: elctr co

    Mtodo de control : digital

    Escala de desplazamiento:

    hombro:

    codo:

    mueca:

    tenazas:

    + 135 - 4 5 (inclinacin)

    +45 - 6 0 (inclinacin)

    + 35 - 2 1 5 (rotacin)

    45 (inclinacin)

    45 (oscilacin)

    90 (rotacin)

    0 90 mm

    Equipo de inspeccin a distancia dentro de las celdas. Este sistema se cre para inspeccionar el equipo y la bandeja de goteo de la celda, cuyo acceso es difcil debido a los altos niveles de radiacin. El equipo de inspeccin a distancia es de dos tipos: uno que se desplaza y otro provisto de varios brazos. El del primer tipo cuenta con un vehculo especialmente diseado capaz de moverse en la bandeja de goteo. El otro posee un brazo flexible pro-visto de una cmara de televisin incorporada con un amplio campo de visin.

    Robot de descontaminacin. Al instalar un disolvedor nuevo era preciso descontaminar la celda para que el personal pudiera entrar y montar las diversas piezas. Se fabric un robot teledirigido para que efectuara la descontaminacin. Este robot tiene un brazo mani-pulador dotado de una tenaza capaz de sujetar una manguera de agua o cepillos para limpiar el piso y las paredes de la celda.

    Sistema de control remoto para la instalacin de DLAA

    El inicio de la construccin de la instalacin de vitrificacin de desechos lquidos de alta actividad para la planta de reelaboracin Tokai comenzar en 1987. El diseo pormenorizado, que se concluy en 1984, incluye un nuevo concepto de mantenimiento a distancia de los equipos de elaboracin capaz de aumentar la disponibilidad de la central y disminuir la exposicin del personal.

    40

    El equipo de elaboracin se instala en unos soportes ubicados a ambos lados de la pared de la celda. Las tareas de mantenimiento a distancia estarn a cargo de gras de 20 toneladas situadas dentro de la celda, un servomanipulador avanzado de dos brazos, y un sistema de televisin. En la actualidad la PNC est trabajando en las siguientes esferas:

    Un sistema servomanipulador bilateral de dos brazos con transportador, un sistema de transmisin de seales por fibra ptica, y un sistema de televisin de alta definicin y a prueba de radiacin Un sistema modular, incluido un diseo de soportes Conexiones a distancia de fluidos y electricidad Un sistema de muestreo a distancia Un sistema de inspeccin durante el servicio.

    En 1983 la PNC fabric el primer prototipo de un servomanipulador bilateral de dos brazos; los trabajos para el manipulador de un solo brazo, el Prototipo II, comenzaron en 1984. Ya se han decidido los requisitos tcnicos que ha de cumplir el Prototipo II, que se espera ser utilizado en la planta de DLAA; estos requisitos figuran en el cuadro anexo.

    Las tecnologas del control remoto y la automatizacin para las centrales nucleares

    Las 30 centrales nucleoelctricas que estaban en explotacin en el Japn en julio de 1985 comprendan 29 reactores de agua ligera (LWR) y un reactor refrigerado por gas (GCR). Se est desarrollando un reactor trmico avanzado (ATR).

    Al inicio, la tecnologa de control remoto para centrales nucleoelctricas se utilizaba principalmente en los cambios de combustible. Los operadores entraban en la mquina de intercambio y la ponan en marcha mientras hacan pasar por agua el combustible agotado.

    Gracias a la experiencia de explotacin, desde entonces se han creado diversas mquinas automticas y sistemas robticos para labores de inspeccin y de otra ndole. Se espera que los beneficios incluyan la reduc-cin del tiempo necesario para las inspecciones regulares, la disminucin de la exposicin del operador a la radia-cin y la reduccin al mnimo del personal de inspeccin requerido.

    Reduccin del tiempo de inspeccin: El Gobierno del Japn ha establecido una norma que requiere inspec-ciones anuales de las centrales nucleoelctricas. En las inspecciones se incluye el mantenimiento de los equipos.

    A fines del decenio de 1970, la disponibilidad de las centrales nucleoelctricas era baja debido a las paradas provocadas por problemas en las centrales, as como a los crecientes requisitos de inspeccin y al tiempo necesario para cumplirlos. Para aumentar la disponi-bilidad de la central es preciso reducir al mnimo los problemas y el tiempo de inspeccin y para ese fin se han creado varios sistemas robticos. Mediante la utilizacin de diversos robots se ha logrado reducir el tiempo requerido para las inspecciones regulares; tambin se ha reducido la exposicin del operador a la radiacin.

    Exposicin a la radiacin: Diversos sistemas robticos han ayudado a reducir la exposicin del personal de inspeccin a la radiacin. En el grfico adjunto se

    01EA BOLETN, OTOO DE 1985

  • Estos robots de uso general fueron desarrollados por compaas japonesas para labores de inspeccin y mantenimiento en las centrales nucleoelctricas. La Toshiba construy el "Amooty"; la Hitachi, el robot oruga; y la Mitsubishi, el robot de un brazo. (Cortesa de PNC)

    Robots de uso general desarrollados en el Japn

    Mecanismo de movimiento

    Brazo Grado de libertad

    .Mecanismo propulsor

    Capacidad de manipula-cin

    Operacin

    Informacin visual

    Peso total

    Mitsubishi Heavy Industries Ltd.

    4 pies 0 ruedas

    6 + 1 (sujecin)

    Con impulsores concentrados Propulsin elctrica

    10 kg de fuerza

    brazo maestro con reflexin de fuerza

    Televisin estreo en blanco y negro

    420 kg

    Toshiba Ltd.

    Sistemas de cuatro ruedas (el sistema de ruedas consta de tres ruedas)

    8 + 1 (sujecin)

    Con impulsores dispersos

    10 kg de fuerza

    Televisin tridimensional

    360 kg

    Hitachi Ltd.

    Oruga de forma variable

    6 + 1 (sujecin)

    Con impulsores dispersos

    3 kg de fuerza

    Reproduccin de las instrucciones

    Televisin industrial

    300 kg

    Robots especiales desarrollados en el Japn

    Tipo de LWR

    Clase de sistema robtico Finalidad* A B C

    BWR Intercambiador automtico de combustible

    BWR Accionador de la barra de control (ABC) del Intercambiador automtico a distancia

    BWR Intercambiador del detector de neutrones

    BWR Enchufe de la tubera principal de vapor

    BWR Mquina para el embarque del combustible

    BWR Mquina automtica de inspeccin por ultrasonido para inspecciones en servicio (IS)

    BWR Equipo de descontaminacin para pozos

    BWR Equipo de descontaminacin para las paredes interiores de la vasija del reactor (VR)

    BWR Equipo automtico de lavado de cofres

    PWR Intercambiador automtico de combustible

    PWR Mquina para el embarque del combustible

    PWR Manipulador de descontaminacin en la cabina de agua del generador de vapor (GV)

    PWR Manipulador de la cabina de agua del GV

    PWR Robot de prueba de corrientes parsitas del GV

    PWR Mquina de manipulacin de la

    tapa de acceso del GV

    PWR Intercambiador del ABC

    PWR Mquina de verificacin de las tuberas por ultrasonido

    A: Reducir la duracin de las inspecciones ordinarias B: Disminuir la exposicin de los operadores a la

    radiacin C: Reducir al mnimo el nmero de operadores

    necesario

    OIEA BOLETN, OTOO DE 1985 41

  • La energa nucleoelctrica y la electrnica

    8000

    s 6000

    5 2000

    ( ) nmero de reactores

    77 78 79 Ao

    Exposicin de los operadores a la radiacin en las centrales nucleares de Fukushima.

    observa la reduccin de la exposicin del operador a la radiacin en la central nucleoelctrica de Fukushima a partir de la introduccin en 1978 de diversos sistemas robticos. Durante el perodo 19721978 las exposiciones iban en aumento.

    Reduccin al m inimo del personal necesario: Es sumamente difcil conseguir suficientes operadores experimentados para las inspecciones ordinarias, situa-cin que se agudiza al aumentar el nmero de centrales nucleoelctricas. En consecuencia, es muy importante realizar dichas inspecciones con menos operadores y ms robots. En el cuadro adjunto se muestran los sistemas robticos creados hasta el momento, incluidos los que se crearon al inicio para tareas especializadas.

    La tendencia actual en la esfera de la robtica en el Japn es crear robots de uso general capaces de realizar tareas de distintos tipos en una central energtica. Por ejemplo, para el mantenimiento de vlvulas se precisa un robot de uso general dotado de piernas humanoides, manos flexibles y una alta Habilidad. Tal como se muestra en el cuadro adjunto, en el Japn se han creado varios robots de uso general.

    -\Z*

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