LADICIM participa en Fractesus, el proyecto europeo que aspira a reforzar la seguridad de las centrales nucleares
Los resultados obtenidos validan la eficacia de las probetas compactas en miniatura para la evaluación de la resistencia a la fractura de las vasijas nucleares, mejorando la cantidad y calidad de la información obtenida a partir de las muestras de acero irradiadas
Vivimos rodeados de infraestructuras esenciales para el desarrollo de la vida moderna, cuyo diseño y operación requieren un elevado grado de precisión técnica. Desde puentes de acero y hormigón pretensado capaces de responder a las crecientes demandas de tráfico y a los efectos del cambio climático, hasta aeronaves comerciales preparadas para realizar vuelos transatlánticos de una manera más eficiente. Desde aerogeneradores offshore de más de 150 metros de altura con la capacidad de soportar fuerzas de viento superiores a los 150 km/h, hasta implantes de cadera, fabricados en aleaciones de titanio y recubiertos con materiales biocompatibles, diseñados para resistir millones de ciclos de carga a lo largo de décadas.
La seguridad y durabilidad de estas estructuras y componentes dependen, de manera crítica, del campo de la integridad estructural, donde se analiza la capacidad de los materiales para resistir las condiciones de operación y evitar fallos catastróficos mediante técnicas avanzadas de monitoreo y modelado predictivo.
El Laboratorio de la División de Ciencia e Ingeniería de los Materiales (LADICIM) de la Universidad de Cantabria ha desempeñado un destacado papel durante las últimas tres décadas en este campo de la ingeniería. Actualmente, participa en el proyecto europeo FRACTESUS, que representa un avance clave en el ámbito de la integridad estructural aplicada a la seguridad nuclear. Su objetivo principal es validar el uso de probetas compactas en miniatura (Mini-CT) para la evaluación de la tenacidad a fractura de los aceros de vasija irradiados en los reactores nucleares. Se trata de un aspecto crucial para la seguridad y operatividad del sector nuclear, especialmente en el contexto actual de transición hacia un sistema energético más sostenible en Europa.
Uno de los logros más destacados de FRACTESUS -que cuenta con fondos del programa H2020 bajo la convocatoria Euratom- es la validación inicial de estas probetas Mini-CT, que permiten obtener múltiples valores de tenacidad a partir de una cantidad mínima de material, algo crucial en el contexto nuclear, donde la disponibilidad de material irradiado es muy limitada.
“Hasta ahora, con las probetas Charpy convencionales, utilizadas generalmente en los programas de vigilancia, sólo podíamos obtener un valor de la curva Charpy, que a su vez servía para estimar la resistencia a fractura del acero. Ahora, a partir de cada probeta Charpy se pueden mecanizar ocho probetas Mini-CT, de las cuales se pueden obtener directamente otros tantos valores de resistencia a fractura del material directamente. Esto proporciona un conocimiento mucho más preciso del comportamiento a fractura del material», destaca Sergio Cicero, el investigador principal de LADICIM en este proyecto. “Además, esta capacidad de obtener más datos con menos material no solo mejora la precisión, sino que también reduce los riesgos asociados al manejo de material radiactivo”.
Otro hito importante es la correlación lograda entre los resultados de las probetas Mini-CT y los obtenidos con probetas convencionales normalizadas de mucho mayor tamaño. FRACTESUS ha demostrado, tras cerca de 700 ensayos de laboratorio, que los micromecanismos de fractura son equivalentes en ambos tipos de probetas, lo que refuerza la validez de esta técnica para su posible adopción en normativas internacionales. «Demostramos que las probetas grandes y pequeñas rompen por los mismos principios físicos. Esto resulta clave para superar las reticencias de las autoridades nucleares a la adopción de las Mini-CT», explica Cicero.
Los diseños más recientes de las centrales nucleares han evolucionado para incluir no solo las tradicionales probetas Charpy, sino también probetas compactas convencionales. Sin embargo, una vez ensayadas “En lugar de obtener un único valor de tenacidad a fractura, ahora es posible extraer hasta 48 probetas Mini-CT de cada probeta convencional, multiplicando la precisión y el volumen de información disponible. Esto representa un avance significativo en la capacidad de análisis y monitorización del comportamiento de los materiales”.
22 organizaciones de Europa, Japón, EE. UU. y Canadá participan en este proyecto europeo. Entre ellas, destacadas instituciones como el SCK CEN de Bélgica (líder de la iniciativa), el VTT de Finlandia, el National Nuclear Laboratory del Reino Unido o el Central Research Institute of Electric Power Industry (CRIEPI) de Japón. Los resultados logrados tienen un impacto significativo en la industria nuclear, ya que la implementación de estas técnicas avanzadas ayudaría a extender la vida útil de las centrales nucleares al permitir programas de vigilancia más eficaces y menos invasivos.
Además de su relevancia en el campo nuclear, se ha comenzado a aplicar esta tecnología a otros ámbitos, como los aceros estructurales utilizados en ingeniería civil, abriendo así nuevas posibilidades para el desarrollo de la integridad estructural.
Los avances obtenidos con FRACTESUS fueron presentados en Santander, los días 10 y 11 de septiembre, en el marco de un Seminario Internacional organizado por LADICIM con el apoyo de los responsables del proyecto. El evento contó con la participaron más de 70 expertos internacionales.
30 años de experiencia
Más de tres décadas avalan la trayectoria de LADICIM en el campo de la integridad estructural. Su participación en proyectos pioneros a nivel europeo y la colaboración con líderes industriales de todo el mundo ha sido esencial para desarrollar y validar tecnologías que aseguren la fiabilidad de numerosas infraestructuras.
Desde sus inicios en la década de 1990, el Laboratorio ha sido uno de los líderes en la investigación y aplicación de técnicas avanzadas para mejorar la integridad de múltiples estructuras. Uno de los primeros grandes proyectos en los que participó fue SINTAP (1996-1999), un esfuerzo pionero en Europa para desarrollar procedimientos de análisis de fractura para la integridad estructural. El laboratorio cántabro formó parte de un consorcio formado por una veintena de socios entre los que se encontraban referentes como British Steel, UKAEA, Shell, Exxon o GKSS.
«SINTAP representó un hito fundamental para LADICIM. No solo nos posicionó como el único laboratorio español en un consorcio de referencia, sino que también sentó las bases para nuestra trayectoria en la creación de normativas que han tenido un impacto duradero en la seguridad estructural en Europa”, explica Federico Gutiérrez-Solana, fundador del Laboratorio y coordinador principal de las investigaciones en este ámbito hasta 2010. “Fue el comienzo de una línea de trabajo que ha definido nuestro papel en la investigación y aplicación de la integridad estructural”.
El éxito de SINTAP allanó el camino para el proyecto FITNET (2002-2006), que amplió el alcance del trabajo investigador al abarcar no sólo la evaluación de la fractura, sino también la fatiga, la fluencia y la corrosión como mecanismos de fallo y deterioro en los materiales. Junto a grandes empresas y laboratorios de investigación de Europa, como Corus, VTT o British Energy, desarrollaron nuevas normas europeas de evaluación de integridad estructural.
Durante los últimos 30 años, LADICIM ha participado como partner destacado en otros proyectos europeos de alto impacto (COLDFOSS, FAMEGA, HIPERCUT, INCEFA-PLUS, INCEFA-SCALE). Mayoritariamente, orientados a abordar desafíos industriales considerados estratégicos por Europa, ya sea para mejorar la competitividad o garantizar la seguridad en sectores clave. Además, ha desarrollado investigaciones para empresas punteras como Siemens, Navantia, Celsa o Nuclenor, y ha participado en análisis relacionados con grandes proyectos de ingeniería civil, como el Puente de la Bahía de Cádiz, el mayor puente construido en España.
«El Laboratorio ha aplicado sus conocimientos a una amplia variedad de materiales como aceros estructurales, claves para la construcción de infraestructuras civiles como puentes y torres eólicas; aceros de vasija, utilizados en plantas nucleares, donde la seguridad bajo condiciones de irradiación es crucial; aceros sometidos a procesos industriales como el galvanizado, el corte por láser y el plasma; e incluso sistemas de fijación de prótesis dentales o de cadera.
La capacidad del LADICIM para adaptarse a las necesidades de cualquier sector y ofrecer soluciones basadas en la experiencia técnica adquirida durante este tiempo ha sido clave para su posicionamiento en este campo de la ingeniería. “El Laboratorio se distingue no solo por su trabajo en áreas específicas, sino por su capacidad para adaptarse a una amplia variedad de sectores. Ofrecemos un servicio altamente especializado, respaldado por un profundo conocimiento técnico que nos permite solucionar problemas críticos de integridad estructural en diferentes contextos”, apunta Gutiérrez-Solana.
En la actualidad, los catedráticos Jose Alberto Alvarez, Sergio Cicero y Diego Ferreño lideran el equipo investigador del LADICIM que aborda retos complejos en el campo de la integridad estructural. La clave para seguir en la vanguardia es mantener un enfoque multidisciplinar y combinar la investigación básica con las aplicaciones prácticas.
“Empresas y administraciones recurren a nosotros para realizar análisis de fallo, una de las principales aplicaciones de la integridad estructural, para identificar causas de rotura de ciertos componentes y prevenir futuros problemas. No importa el tipo de estructura, ya sea aeronáutica, nuclear o energética. Lo fundamental es estudiar y entender cómo esos defectos pueden afectar la integridad estructural de cualquier tipo de material”, subraya el profesor Sergio Cicero.
