Proyecto MAQUETTE para ANDRA | Residuos Radiactivos

Introducción

Evaluación de Fracturación Térmica para Residuos Radiactivos

ANDRA es la agencia francesa responsable de identificar, aplicar y garantizar la gestión y eliminación seguras de todos los residuos radioactivos con el fin de proteger a las generaciones presentes y futuras de los riesgos inherentes a dichas sustancias. ANDRA supervisa el proyecto Cigeo (Centro Industrial de Almacenamiento Geológico), que consiste en una instalación geológica profunda destinada a la eliminación de residuos altamente radioactivos de larga duración. En este contexto, se ha construido el Laboratorio Subterráneo de Bure como un medio excepcional para llevar a cabo las actividades de investigación necesarias para la implantación de Cigeo.

Maquette es un importante experimento llevado a cabo en el Laboratorio de Bure con el fin de determinar el umbral de fracturación térmica de la roca que va a albergar los residuos eliminados. Este obtendrá datos científicos de importancia que ampliarán los conocimientos del comportamiento termo-hidro-mecánico y la capacidad de modelización de este fenómeno.

El experimento consta de diez perforaciones térmicas de 20 m de longitud y 172 mm de diámetro: dos perforaciones en el centro y ocho en el perímetro. Se ha instalado un calentador de 10 m de longitud al fondo de cada perforación. La instrumentación incluye 450 termorresistencias de alta precisión instaladas en contacto con la superficie del revestimiento interno de la perforación y 40 termopares para hacer seguimiento de las temperaturas interiores en los calentadores. El sistema está complementado por seis perforaciones de seguimiento, tres de ellas para observar la presión y las otras tres para detectar grietas con los geófonos.

Reto

Hacer frente a los elementos naturales

Varios elementos fueron cruciales para garantizar el éxito del proyecto:

Las perforaciones deben ser lo más estancas posible para no disipar los aumentos de presión producidos por el calor (hasta 180 bares).
Necesario un control de temperatura exacto en el revestimiento de las perforaciones (< 0.1 oC).
Los sensores de temperatura deben estar en contacto con la superficie interior del revestimiento de la perforación.
El sistema tiene que ser fiable para que no dé fallos durante la fase de calentamiento, lo que podría comprometer las probabilidades de fracturar la roca.
El sistema completo debería ser recuperable, ya que el experimento se repetirá en otra ubicación del laboratorio.

Solución

Tener el control de diferentes aspectos

ARQUIMEA fue contratada para encargarse de todos los aspectos relacionados con las perforaciones térmicas y la operación de calentamiento del experimento, esto es: diseño, validación, fabricación, instalación, operación y mantenimiento de: 10 calentadores, obras de revestimiento y cementación, instrumentación del sistema de control y temperatura. Entre los aspectos que cabe destacar se encuentran los siguientes:

Diseño de las roscas del revestimiento para garantizar la estanqueidad de los acoplamientos del mismo. Se han utilizado tuberías estándar modificando sus roscas y utilizando anillos estancos. Las perforaciones tienen 172 mm de diámetro, mientras que el revestimiento utilizado tiene 139,8 mm de diámetro exterior y 120,1 mm de diámetro interior.

Metodología para cementar el anillo entre el revestimiento y la roca con dos tipos de resina. Los 16 metros al fondo (zona calefactada) se rellenaron con una resina a alta temperatura, mientras que en los cuatro primeros metros se utilizó una resina epoxi rápida. Para permitir el vertido de resinas, se instalaron cuatro obturadores llenos de resina expansiva en una rectificación de 220 mm de diámetro realizada en los primeros cuatro metros de cada perforación.

Diseño y construcción de calentadores modulares de 10 m de largo que constan de cuatro módulos de 2,5 m de largo, estancos y que se conectan entre sí. Cada calentador contiene una resistencia aislada con un mineral en desuso enfriada en un tubo de aluminio y protegida con un tubo de acero inoxidable externo de 101,6 mm de diámetro exterior. La potencia máxima de cada calentador es 3300 W.
ARQUIMEA ha sacado partido de su pericia en las Aleaciones de Memoria de Forma (SMA) a la hora de diseñar y construir recursos SMA para facilitar la entrada de los calentadores con los sensores de temperatura doblados y desplegarlos contra la superficie del revestimiento interior una vez se emita el calor.
Diseño y fabricación del sistema de control basado en tiristores de ángulo de fase controlado por un PLC (dispositivo de comunicaciones por línea de potencia). Se aplicaron dos modos de control: por potencia y temperatura. El sistema de control es completamente redundante (como los calentadores) para minimizar cualquier posible fallo durante el experimento.

Resultados

Éxito en las pruebas

Cada subcomponente del sistema ha sido probado y validado por ANDRA antes de la instalación final. Durante la instalación, solo un sensor de 450 sufrió daños (muy por encima de las instalaciones habituales de este tipo).

Hasta ahora, se han realizado dos pruebas. Durante la primera, que tuvo lugar entre junio y agosto de 2019, se utilizó la estrategia de control de temperatura. El sistema respondió positivamente dentro de las especificaciones de los experimentos, aunque no se observó ruptura. Se lanzó una segunda prueba, de control de potencia, en enero de 2020. Esta vez, las observaciones mostraron que se había producido ruptura en la roca. Estas observaciones deben confirmarse después del enfriamiento de la roca previsto para junio de 2020.

Se retirará el sistema en su totalidad y se instalará de nuevo en otra ubicación del laboratorio para confirmar los resultados.

MAQUETTE, un proyecto crítico para ANDRA para determinar el potencial de la fracturación térmica de la roca para los residuos radiactivos