La Marina de Brasil está dando otro paso con miras a la concreción del objetivo de dotar a su flota con un submarino propulsado con energía nuclear. Una etapa crucial de este proyecto en desarrollo en el país, el montaje electromecánico de la sección denominada bloque 40, que albergará el prototipo del reactor responsable de generar la energía térmica para su propulsión, se encuentra en una fase avanzada, según la Fuerza Naval. Para testear el dispositivo, un modelo a escala real de las secciones media y trasera del submarino, los bloques 10 y 40, atraviesan la fase final de su construcción en uno de los laboratorios del Centro Industrial Nuclear de Aramar (Cina), un complejo militar dedicado a la investigación nuclear conocido simplemente como Aramar, situado en el municipio de Iperó, a 115 kilómetros de São Paulo.
Para las pruebas del reactor nuclear se instaló una unidad de investigación exclusiva, el Laboratorio de Generación de Energía Nucleoeléctrica (Labgene), cuyo edificio principal, un galpón de grandes dimensiones, tiene unos 30 metros (m) de altura. Allí es donde se está ensamblando el prototipo del submarino. Inicialmente, según informa la Marina, la planta propulsora se probará con vapor procedente de una caldera tradicional alimentada con combustible fósil. Una vez superada esta prueba y solamente entonces, se cargará el combustible nuclear, también producido en Aramar.
La misión del Labgene consiste en validar el funcionamiento del reactor de propulsión naval y sus sistemas electromecánicos y de control integrados. La embarcación se construirá a unos 550 kilómetros de allí, en el Complejo Naval de Itaguaí, en Río de Janeiro.
“La construcción de una planta nuclear embarcada [PNE] es algo inédito en Brasil. Nunca lo hemos hecho. Tendremos que probarla exhaustivamente antes de instalarla en el submarino”, declaró el vicealmirante Celso Mizutani Koga, director del Centro Tecnológico de la Marina en São Paulo (CTMSP), durante la visita de Pesquisa FAPESP al Cina, en mayo de este año. “Habrá que garantizar el cumplimiento de todos los requisitos de seguridad y desempeño. Estimamos que al Labgene le tomará tres años empezar a producir energía mediante fisión nuclear”.
Léo Ramos Chaves / Revista Pesquisa FAPESPEl edificio de Aramar, en donde el concentrado de uranio se convierte en un gas, hexafluoruro de uranio, una de las etapas de la producción del combustible nuclearLéo Ramos Chaves / Revista Pesquisa FAPESP
El tipo de reactor diseñado por la Marina funciona con agua presurizada (pressurized water reactor, o PWR), el modelo más utilizado en las centrales nucleares de todo el mundo, incluidas las centrales atómicas brasileñas Angra 1 y 2, instaladas en las costas del estado de Río de Janeiro. El desarrollo de los componentes del bloque 40 está a cargo de la empresa estatal Nuclebrás Equipos Pesados (Nuclep), fundada en 1975 para satisfacer las necesidades del Programa Nuclear Brasileño (PNB).
“Estamos haciendo muchas cosas desde cero, ya que los países poseedores de la tecnología para fabricar submarinos nucleares no la comparten, lo que entraña innumerables desafíos debido a lo inédito del desarrollo y a la necesidad de que el mismo sea autóctono”, dice Mizutani Koga.
A pesar de la complejidad y de los retos que plantea la construcción de una planta nuclear, ya sea embarcada en un submarino o una central productora de electricidad, su funcionamiento es similar al de un generador termoeléctrico, en el que el calor generado por la quema de combustible fósil produce vapor, y éste acciona una turbina acoplada a un generador de potencia.
En el caso de una central nuclear, el vapor no se genera por la combustión de gasoil o gas natural, sino por la energía térmica liberada durante la fisión (ruptura) de los átomos de uranio, el mineral base de la energía nuclear. Los circuitos de conducción del calor, que contienen agua calentada y vapor, impulsan la turbina que alimenta los generadores del sistema eléctrico, produciendo electricidad. La ventaja de la energía nuclear frente a los combustibles fósiles radica en su alta densidad energética: una pastilla de uranio enriquecido de pocos gramos libera la misma energía térmica que una tonelada de carbón.
Un programa militar secreto
La construcción de un submarino nuclear con armamento convencional (SNAC) con tecnología nacional es uno de los objetivos que persigue el Programa Nuclear de la Marina (PNM), una de las ramas del PNB. El programa se puso en marcha en 1979 en forma secreta bajo el nombre clave de Chalana, durante el régimen militar (1964-1985), y actualmente es ejecutado por el CTMSP. No fue sino hasta después de la redemocratización que tomó estado público.
Desde entonces, ha enfrentado innumerables desafíos y restricciones presupuestarias que casi provocaron el fin del programa y dieron lugar a sucesivas revisiones de su cronograma. Los expertos consultados para la elaboración de este reportaje estiman que la embarcación no estará terminada sino hasta mediados o finales de la próxima década.
La construcción del SNAC ‒que ha sido bautizado con el nombre de Álvaro Alberto (1889-1976), en homenaje al científico y oficial de la Armada brasileña que fue uno de los ideadores del programa nuclear brasileño‒ también forma parte del Programa de Desarrollo de Submarinos (Prosub), un acuerdo de asociación entre Brasil y Francia que prevé el desarrollo de cuatro submarinos convencionales con propulsión mixta diésel-eléctrica (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 274).
Léo Ramos Chaves / Revista Pesquisa FAPESPMaqueta del reactor del submarinoLéo Ramos Chaves / Revista Pesquisa FAPESP
“En la actualidad, tan solo seis naciones son capaces de fabricar submarinos nucleares: Estados Unidos, Rusia, China, el Reino Unido, Francia y la India”, dice el contraalmirante Sérgio Luís de Carvalho Miranda, director de Desarrollo Nuclear de la Marina. “Brasil es el primer país que, aunque cuando no posee armas nucleares, está construyendo un submarino de este tipo”. Entre las principales ventajas que ostenta un submarino nuclear por sobre los modelos convencionales, según explica el oficial, se cuentan su mayor velocidad de desplazamiento, su capacidad de ocultación y su alta capacidad para mantenerse operativo. “Puede mantenerse sumergido durante largos períodos en misiones de vigilancia, defensa y reconocimiento sin necesidad de emerger ni regresar a su base para repostar combustible”, sostiene.
Para el físico Claudio Geraldo Schön, coordinador de la carrera de ingeniería nuclear de la Escuela Politécnica de la Universidad de São Paulo (Poli-USP), los submarinos nucleares constituyen una importante arma de disuasión. “Al ser muy silenciosos y veloces, pueden acercarse a otras embarcaciones sin ser detectados”, afirma. “Para Brasil, poseedor de una inmensa área marítima, es sumamente importante poder contar con una embarcación de estas características para proteger las riquezas nacionales y asegurar nuestra soberanía en el mar”, comenta.
Otro objetivo que se había trazado el PNM era dominar la tecnología de producción del combustible nuclear. Con la participación del Instituto de Investigaciones Energéticas y Nucleares (Ipen), ya en la década de 1980 comenzaron a obtenerse resultados en este sentido. A tal fin, Brasil desarrolló su propia tecnología de ultracentrifugación, la etapa del proceso en que se lleva a cabo el enriquecimiento isotópico del uranio.
“Solamente 13 países poseen el conocimiento necesario para enriquecer el uranio. Este es el cuello de botella del ciclo del combustible nuclear”, comenta el ingeniero nuclear Renato Cotta, asesor del PNM e investigador del Instituto Alberto Luiz Coimbra de Posgrado e Investigaciones en Ingeniería de la Universidad Federal de Río de Janeiro (Coppe-UFRJ) (véase la entrevista). “Quienes dominan esta tecnología no la comparten con nadie”. Esto es así, según explica el investigador, porque quienes son capaces de enriquecer uranio para generar energía eléctrica también saben cómo producir la materia prima necesaria para fabricar bombas atómicas.
Para entender de qué manera el uranio enriquecido se transforma en combustible nuclear es necesario saber que, en la naturaleza, el mineral está compuesto por tan solo un 0,7 % del isótopo U-235, ideal para la fisión nuclear. Los isótopos son los átomos de un mismo elemento químico con diferentes pesos moleculares. En su estado natural, el isótopo predominante en este elemento es el U-238, que representa más del 99 % del total. Para generar energía eléctrica en las centrales nucleares, el uranio necesita tener, como mínimo, un 5 % del isótopo U-235, y en el caso del combustible para el submarino, el enriquecimiento debe alcanzar un 19 %.
Para alcanzar el índice deseado, al uranio, una vez extraído, se lo convierte en un gas que pasa por un conjunto (o cascada) de ultracentrifugadoras que operan en serie y en paralelo para concentrar el U-235. A continuación, el gas enriquecido es transformado en un polvo, que constituye la materia prima para la fabricación de las pastillas que se utilizan a los efectos de producir el combustible nuclear. Todo este proceso tiene lugar en diferentes estructuras del Cina, donde trabajan más de 1.200 personas.
“El ciclo del combustible nuclear no es un secreto. La explicación del proceso puede encontrarse en cualquier libro, donde se detallan los materiales que se emplean y las reacciones químicas necesarias. Lo complicado es contar con la tecnología para poder hacerlo”, dice Schön, de la USP. Durante la visita que Pesquisa FAPESP realizó a Aramar, fue posible conocer el Laboratorio de Enriquecimiento Isotópico (LEI), el lugar en donde se lleva a cabo la concentración del uranio, pero no las ultracentrifugadoras.
