lunes, 18 de enero de 2016

Mecánica de fluidos 1-3


Mecánica de fluidos 1-3



Disipador de calor infinito: La gran ventaja de las nuevas plantas nucleares flotantes

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Disipador de calor infinito: La gran ventaja de las plantas nucleares flotantes
Hay una serie de factores que deben ser abordados en la identificación de los sitios más adecuados para ubicar un reactor nuclear. La población es uno de los más importantes; situarlo demasiado cerca de una zona densamente poblada genera la oposición pública, que puede dar como resultado en la suspensión del desarrollo del proyecto. La identificación de terrenos planos y fácilmente regenerables sobre los que construir también es de vital consideración. Pero más importante aún, es que la disponibilidad de agua también debe ser tomada en cuenta.
Como saben muy bien los operadores de la planta de energía nuclear de Fukushima, el mayor desafío llevado a cabo en materia de seguridad nuclear no está respondiendo al incidente inicial, pero habilitó el acceso a suficiente agua como para mantener los materiales radiactivos enfriados. Como resultado de estas y otras muchas cuestiones que deben abordarse en el proceso de selección del emplazamiento de una central nuclear, el enfoque convencional ha sido construir los reactores dentro de un área relativamente cerca de la costa, aprovechando así el suministro abundante de agua que provee el mar. La cuestión, como Fukushima demostró, es que tal planteamiento puede poner en riesgo la planta en caso de desastres como puede ser un tsunami.
Esta lógica convencional puede cambiar gracias a un equipo de ingenieros y científicos que han diseñado un nuevo tipo de reactor nuclear que es capaz de disponer de un “disipador de calor infinito”, o como se diría en el lenguaje cotidiano común: el mar. El equipo, formado principalmente por integrantes deldepartamento de ingeniería y ciencia nuclear del MIT, ha combinado los conceptos de pequeños reactores nucleares modulares y plataformas petrolíferas en alta mar para crear un reactor nuclear flotante que podrá situarse a pocos kilómetros de la costa.

El modelo propuesto, que opera de la misma forma que un reactor modular con base en tierra, sería transportado a pocos kilómetros de la costa donde este fuese necesario. El diseño que se encuentra aún en la etapa conceptual, podría ser ampliamente demandado en un modelo comercializado en mercados como Indonesia, Chile y África.
Los ingenieros del proyecto opinan que la combinación de estas dos tecnologías ofrece una sólida base sobre la que pueden construir una planta con un buen rendimiento económico y una actuación sobresaliente en seguridad. Se trataría por tanto, de una planta que podría ser construida enteramente en un astillero centralizado y luego remolcada hasta el lugar deseado donde sería amarrada o anclada a pocos kilómetros de la costa, conectándose a la red eléctrica con una línea de transmisión marina.
Situar reactores nucleares en el mar no es una idea nueva. Los Estados Unidos llevó a cabo el primer reactor flotante en el Canal de Panamá en 1968, mientras que Rusia anunció en 2013 que, después de varios años de investigación, pondrán en marcha su primera planta nuclear flotante para el 2016. El modelo ruso, que se está construyendo en los astilleros de BaltiyiskyZavod en San Petersburgo, contará con dos reactores nucleares KLT-40S instalados en una embarcación que será remolcada a una ubicación determinada en alta mar. Los dos reactores según fuentes oficiales, son capaces de generar hasta 70 MW de electricidad.
Planta de energía nuclear flotante de Rusia
Pero el equipo del MIT cree que su diseño propuesto, podría generar de 50 MW a 1.000 MW de energía eléctrica gracias al concepto ideado, representando una forma más segura de operar gracias a un entorno rodeado por agua. Como resultado, los tsunamis y los terremotos ya no serían una fuente de riesgo para una planta nuclear, porque en esencia el océano protege de las ondas sísmicas y las olas de tsunamis en aguas relativamente profundas.
Gracias a este planteamiento, el océano puede ser utilizado como un disipador de calor infinito, por lo que el calor de desintegración que se genera por el combustible nuclear, incluso después de que el reactor se haya apagado, puede ser extraído de forma indefinida y esto supone una ventaja importante con respecto a las plantas actuales, en la que el disipador térmico final no asegura necesariamente su operatividad efectiva a muy largo plazo en una amplia gama de situaciones.
Si bien su diseño y capacidad para aprovechar el agua disponible abundantemente en el entorno ofrecen claros beneficios de seguridad, sigue siendo un reactor. Todavía sería proclive a ataques o sabotajes, y aunque el impacto que supondría en tierra de un accidente se reduciría al mínimo refrigerándose con las ventajas que ofrece el mar, el impacto sobre la vida marina podría ser desastroso si hubiese una explosión. Con Rusia y ahora los Estados Unidos llevando a cabo este tipo de desarrollos, el panorama de la energía nuclear podría cambiar radicalmente centrándose ahora en entornos marítimos. El diseño del MIT ofrece claros beneficios y una mayor seguridad, pero los riesgos siguen estando presentes y deben ser tratados con profundidad antes de que el concepto sea puesto a prueba.
Partes del nuevo concepto de central nuclear flotante
Diseño nuclear flotante del MIT

Mecánica de fluidos 1.2


Mecánica de fluidos 1-2


Buque de Investigación Oceanográfica RRS Discovery

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Buque de Investigación Oceanográfica RRS Discovery
El RRS (Royal Research Ship) Discovery, es un nuevo buque de investigación oceanográfica polivalente de última generación construido para la principal organización de investigación medioambiental del Reino Unido, laNational Environment Research Council (NERC). Mediante un presupuesto total de 78 millones de libras esterlinas (95 millones de euros) comenzó a construirse en febrero de 2011, siendo entregado finalmente en julio de 2013.
El RRS Discovery fue construido con el objetivo de reemplazar al buque de investigación que lleva su mismo nombre perteneciente a la flota del NERC, después de estar operativo durante más de 50 años. El nuevo buque puede operar a nivel mundial, proporcionando una extraordinaria oportunidad a los investigadores para centrarse en algunos de los problemas ambientales más graves del mundo, tales como terremotos submarinos, deslizamientos de tierra, ecosistemas marinos y cambio climático. Para ello, el buque está equipado con tecnologías de medición por ecosonda multihaz, registro de datos integrados, sistemas de ciencia multidisciplinar, monitorizadores sísmicos, dispositivos de análisis de agua, operaciones con ROV (vehículo operado a distancia), medidores CTD, sistemas de extracción de muestras de aguas profundas y asignadores de red de arrastre.
Siendo un buque de la clase hielo, diseñado por los ingenieros de Skipsteknisk, incorpora tanto un casco como un sistema de propulsión pensados específicamente para lograr un rendimiento óptimo reduciendo los costes de operación y mantenimiento a largo plazo, ideado para alcanzar una vida útil mínima de 25 años. Para aprobar las decisiones en el diseño final, los ingenieros navales realizaron una serie de pruebas con modelos y simulaciones de mecánica de fluidos computacional (CFD) durante la última fase de desarrollo. Otras pruebas realizadas durante esta fase incluyeron tests de resistencia y fuerza, así como pruebas de maniobras y ensayos de cavitación de las hélices.
Vista posterior del RRS Discovery
RRS Discovery partiendo a la mar
Diseñado principalmente para llevar a cabo investigaciones del océano profundo, el barco también puede realizar estudios en los márgenes continentales y complementar las operaciones del RRS James Cook, que entró en servicio en marzo de 2007. El buque cuenta con un sistema eléctrico diésel de baja pérdida Wärtsilä que ayuda a minimizar las emisiones de CO2 mediante la reducción de las pérdidas eléctricas, y por lo tanto requiere de menos energía. Otras características incluyen bajo nivel de emisiones de ruido, así como mínima vibración interna, ruidos de flujo y cavitación.
El RRS Discovery dispone de una eslora total de 99,70 m, una manga de trazado de 18 m, un puntal a cubierta principal de 7,40 m, un puntal a la cubierta superior de 10,20 m, un calado de 6,50 m, un arqueo bruto de 5.941 t y un tonelaje neto de 1.782 t.
El buque fue fabricado por el Astillero Freire (C.N.P. Freire) en Vigo, al norte de España. El primer acero para la embarcación fue cortado en noviembre de 2010, instalándose la quilla el 15 de febrero de 2011. El casco no fue terminado hasta enero de 2012, dando fin al resto del conjunto durante el transcurso del año. Una vez terminado, se llevaron a cabo los ensayos de operatividad en el mar a mediados del 2013 para comprobar el correcto funcionamiento de los sistemas. Pasado este período, se realizó la entrega del RRS Discovery en julio de 2013durante una ceremonia especial antes de entrar en servicio para los programas de ciencia del Reino Unido.
Timelapse de la construcción del RRS Discovery.
El RRS Discovery está propulsado por un grupo de cuatro generadores eléctrico diésel Wärtsilä 8L20 de ocho cilindros en línea, incluyendo dos motores de corriente continua cada uno con una capacidad de 2.200 kW. Asimismo, la embarcación cuenta con dos propulsores azimutales con hélices de paso fijo de cinco palas, un propulsor azimutal retráctil y un propulsor de agua a chorro. En líneas generales, el buque tiene capacidad para 24 miembros de tripulación y 28 científicos, incluyendo zonas de descanso, camarotes independientes, áreas de ocio, sala de conferencias, biblioteca, sala de cine, hospital, gimnasio, lavandería, comedor y cocina.
El equipamiento de maquinillas-winches, incluye sistema de extracción de muestras y arrastre para diversas profundidades incluyendo tecnología CTD (conductividad, temperatura y profundidad), así como sistemas de manejo de contenedores portátiles. Los sistemas de elevación incluyen un grupo de grúas integrado por un gran pórtico de popa, un pórtico en paralelogramo, una grúa pesada marítima y diversos tipos de grúas para la manipulación de cargas en cubierta.
RRS Discovery atracado en puerto
Cargando mercancías para el buque
El contrato para la construcción del buque fue otorgado a CNP Freire en marzo de 2010, para ser operado una vez finalizado por la división National Marine Facilitiesdel NERC. El Department for Business, Innovation and Skills proporcionó 48 millones de euros a través del fondo de capital de grandes instalaciones, mientras que el resto de la inversión fue directamente asumida por la NERC.
Los ingenieros de Kongsberg Maritime fueron contratados en octubre de 2010 para suministrar los sistemas integrados compuestos de hidro-acústica, investigación, navegación y maniobras, mientras que los ingenieros de Wärtsilä fueron los encargados del suministro de los equipos de propulsión para el buque antes de finales de 2011. El resto de empresas partícipes del proyecto incluyó a Rolls-Royce para suministrar los cabrestantes científicos y sistemas de elevación, Emenasa Montajes Navales para la instalación eléctrica, Aeron para los sistemas HVAC, Sormec Marine Cranes e Industrias Ferri para las grúas, Merit Process Engineering para los contenedores laboratorios y ArcelorMittal para proveer el acero estructural.
Puente de mando del RRS Discovery
Cubierta del RRS Discovery

Lectura 1.1 Mecánica de fluidos


Mecánica de fluidos: arte en gotas

Mecánica de fluidos son tres palabras que pueden no decirnos absolutamente nada si no somos físicos. ¿Mecánica de fluidos? ¿Qué quiere decir eso? Los fluidos, los líquidos y su mecánica están, sin embargo, presentes en nuestro día a día: el agua que dejamos caer en la ducha, el movimiento del agua cuando nadamos en la piscina, las olas, la leche que vertemos en nuestra taza de desayuno, el vino en la copa al llegar a casa o la cerveza en caña en el aperitivo. Todo eso es mecánica de fluidos… un mundo cotidiano que la mayoría de nosotros no percibimos.

Mecánica de Fluidos (última parte): Presión atmosférica


Mecánica de Fluidos (última parte): Presión atmosférica | Artículos CIENCIA-TECNOLOGIA | Scoop.it
En el capítulo anterior de [Mecánica de fluidos I] estudiamos el principio fundamental de la hidrostática y su conclusión anti-intuitiva de que el volumen de fluido no influye sobre la presión, sino que sólo lo hacen su profundidad y densidad. Como espero que recuerdes, hablamos también de Blaise Pascal y sus experimentos para demostrar este principio, y terminamos con algunos números concretos al aplicar el principio a cosas como el océano o la atmósfera.
Hoy seguiremos precisamente hablando acerca del aire y la presión que ejerce sobre todo lo que hay en su interior –como nosotros mismos–, y volveremos a disfrutar del genio de Blaise Pascal. No será un artículo denso en conceptos, sino que intentaremos relacionar lo que hemos estudiado hasta ahora con un fluido concreto y especialmente con la presión que ejerce, de paso que recorremos brevemente la historia de nuestro conocimiento sobre esa presión, la presión atmosférica. Además, para terminar haremos juntos –si lo tienes a bien– uno de mis experimentos favoritos relacionados con la presión.

Mecánica de Fluidos: Presión


Mecánica de Fluidos: Presión | Artículos CIENCIA-TECNOLOGIA | Scoop.it
En el anterior capítulo del bloque hablamos sobre las diferencias entre los tres tipos de fluidos –líquidos, gases y plasmas–. También pusimos de manifiesto algo en lo que los esos tres estados se parecen: en el hecho de que, dado que pueden fluir, la interacción con ellos no se produce como si fueran un todo, sino sólo con la parte del fluido en contacto con cualquier otra cosa. Esa característica hace muy útil una magnitud fundamental en mecánica de fluidos, a la que nos dedicaremos hoy: la presión.

[Mecánica de fluidos I] Tensión superficial


[Mecánica de fluidos I] Tensión superficial | Artículos CIENCIA-TECNOLOGIA | Scoop.it
En los dos últimos capítulos del bloque [Mecánica de fluidos I] hemos visto lo que le sucede a un cuerpo sumergido en un fluido dependiendo de la relación entre la densidad de uno y la de otro. Se trataba de algo conocido desde antiguo, y estudiado en bastante profundidad por el genial Arquímedes de Siracusa. Como vimos entonces, si un cuerpo es meno denso que el fluido que lo rodea flota, y si sucede al contrario, se hunde. Creo que tras dos artículos enteros dedicados a ello, esto ha quedado suficientemente claro.

Mecánica de Fluidos: Principio fundamental de la hidrostática


Mecánica de Fluidos: Principio fundamental de la hidrostática | Artículos CIENCIA-TECNOLOGIA | Scoop.it
Ya llevamos tres artículos a la espalda del bloque [Mecánica de fluidos I], en el que tratamos de describir su comportamiento de manera cualitativa. Tras describir el concepto de fluidoprimero y sus tres tipos después, en el último capítulo hablamos sobre uno de los conceptos más importantes para comprender el comportamiento de los fluidos: la presión. Como vimos entonces, la importancia de la presión se debe a que las interacciones con un fluido –a diferencia de las que se producen con un sólido– suceden sólo con una parte del fluido, debido a la libertad relativa de movimiento de las partículas del fluido.

Tras dejar claras –espero– las causas de la existencia de la presión en los fluidos, además de la diferencia en esas causas entre líquidos y gases, hoy vamos a concretar más y a determinar juntos no ya el hecho de que los fluidos ejerzan presión (eso debería haber quedado claro en el capítulo anterior), sino cuánta presión ejercen y de qué factores depende esa presión.

Mecánica de Fluídos: Introducción


Mecánica de Fluídos: Introducción | Artículos CIENCIA-TECNOLOGIA | Scoop.it
Hoy iniciamos el cuarto “bloque de conocimiento”, tras los dedicados a la electricidad, latermodinámica y la mecánica clásica. Como aquéllos, se trata de un bloque introductorio en el que no supondré conocimientos previos por parte del lector e intentaré mantener las matemáticas en el mínimo necesario: nuestro objetivo ahora no es alcanzar fórmulas tanto como establecer conceptos cualitativos. Esto no significa, por otro lado, que todo sea un camino de rosas: son necesarias cierta disciplina e inteligencia para asimilar cada bloque, y hace falta esfuerzo para sacar todo el partido posible a cada artículo.

Mecánica de Fluidos: Líquidos, gases y plasmas


Mecánica de Fluidos: Líquidos, gases y plasmas | Artículos CIENCIA-TECNOLOGIA | Scoop.it
En la introducción a la mecánica de fluidos hablamos sobre la diferencia fundamental entre sólidos y fluidos: la capacidad de cambiar de forma, es decir, de fluir. Sin embargo, aunque todos los fluidos tengan esta característica en común, existen otras diferencias en su comportamiento que merecen un capítulo aparte. Aprovecharemos, además, para adquirir una idea general sobre cómo y por qué fluyen este tipo de medios, y para definir un concepto que nos será utilísimo más adelante: la densidad.

Complemento, Video:   http://youtube.com/watch?v=ilMjLSazCqk

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