Vista de corte de Marvel y sus subsistemas. Crédito: Laboratorio Nacional de Idaho
En la primavera de 2020, un equipo de ingenieros en el Laboratorio Nacional de Idaho (INL) se embarcó en un proyecto innovador para diseñar una instalación de prueba de microrreactor que pudiera transformar el futuro energético del mundo.
En el centro de todo estaba Carlo Parisi, quien recuerda vívidamente concebir un mecanismo crítico para el sistema de enfriamiento del proyecto Validación de Investigación de Aplicaciones Micorreactores (Marvel).
Cinco años más tarde, los esfuerzos de Parisi y su equipo han culminado en la última campaña de pruebas de tres meses exitosa utilizando una prueba de aparato de refrigerante primario (PCAT) único en su tipo, una instalación de prueba integrada no nuclear, que permite una validación rigurosa de los componentes del microrreactor, que marca un hito de la innovación en el sector nuclear.
“Durante el fin de semana del Día de los Caídos, demostré a través del modelado analítico y la simulación numérica que nuestro enfoque de enfriamiento era factible”, dijo Parisi. “Realicé los cálculos de retroceso y ejecuté simulaciones detalladas para probar la funcionalidad y viabilidad de nuestro diseño”.
“Marvel tiene una combinación única de combustible, refrigerante y configuración geométrica que nunca ha sido utilizada por ningún otro reactor”, dijo Parisi. “Fue crucial crear esta maqueta para las pruebas porque no había nada similar en el mundo para comparar”.
Campaña de pruebas de PCAT
En pocas palabras, PCAT es un modelo casi exacto del bucle de refrigerante primario del reactor Marvel, diseñado para replicar su comportamiento hidráulico térmico usando electricidad en lugar de energía nuclear para generar calor.
En un reactor nuclear, el bucle primario actúa como el radiador de un vehículo, circulando refrigerante para eliminar el calor del núcleo del reactor y transferirlo a un sistema secundario, que puede usarse para generar calor o electricidad del proceso.
El PCAT replica el bucle principal del reactor Marvel, que permite a los ingenieros e investigadores realizar pruebas y experimentos para evaluar el rendimiento, la seguridad y la eficiencia del sistema de enfriamiento y otros componentes del microrreactor Marvel antes de operar el reactor real. Esta prueba es esencial para validar el diseño y garantizar que el microrreactor funcione de manera segura y efectiva en situaciones del mundo real.
A diferencia de los automóviles que usan bombas de agua para hacer circular el refrigerante y disipar el calor, Marvel emplea un mecanismo pasivo de circulación natural, que es similar a cómo se eleva el aire caliente en una chimenea cuando se enciende una chimenea.
“Entonces, el primer objetivo de la campaña de pruebas de PCAT es demostrar que este mecanismo de circulación natural funciona correctamente, porque si no, podríamos dañar el combustible nuclear de Marvel al sobrecalentarse”, dijo Parisi.
“El segundo objetivo importante es utilizar los datos experimentales para verificar la precisión de las predicciones de Relap5-3D, el software INL que utilizamos para el diseño térmico-hidráulico y el análisis de seguridad de Marvel. Es muy importante saber que nuestro software es preciso en modelar la circulación natural para la geometría peculiar de Marvel”.
Inicialmente, Marvel enfrentó desafíos, incluidos problemas con los motores Stirling empleados para la eliminación de calor. Un motor Stirling utiliza calor externo para expandir y contraer gas dentro de él, y las vibraciones y los niveles de ruido del motor generaron preocupaciones sobre la confiabilidad del sistema. En respuesta, el equipo optó por rediseñar el sistema de enfriamiento terciario, reemplazando el motor Stirling con una configuración más estable similar a un radiador.
“Ese fue un momento crucial para nosotros”, dijo Parisi. “Tuvimos que repensar nuestro enfoque para garantizar la efectividad y confiabilidad del sistema”.
Para el enfriamiento, Marvel usa metal líquido, que puede ser difícil de manejar y reaccionar al aire y el agua. Entonces, los ingenieros de INL buscaron ingenieros creativos, una compañía de Pensilvania que se especializa en el manejo de metales líquidos.
“Su experiencia fue crucial debido a los desafíos de trabajar con los metales líquidos utilizados en Marvel”, dijo Parisi.
El equipo de Creative Engineers en Pennsylvania da vida al prototipo PCAT, lo que elimina las bases para el éxito del microrreactor de Marvel. Crédito: Laboratorio Nacional de Idaho
Hallazgos y ideas clave
La serie de pruebas PCAT dio a conocer resultados prometedores para el reactor Marvel. Confirmaron que se puede establecer un flujo de circulación natural estable para operar de manera segura y permitir que Marvel genere hasta 100 kilovatios de potencia térmica.
“Si el mecanismo de circulación natural funciona en PCAT, se espera que funcione aún mejor en Marvel, gracias a su capacidad superior de eliminación de calor”, dijo Parisi.
Sin embargo, las pruebas también llamaron la atención sobre un desafío inesperado. El sistema PCAT experimentó mayores pérdidas de calor de lo previsto.
“Esta es una lección importante para ensamblar Marvel, ya que la comprensión y la contabilidad de estas pérdidas de calor influirán en el rendimiento y la eficiencia del reactor. Las pérdidas de calor son malas porque pueden disminuir la eficiencia del reactor, similar a la forma en que el aislamiento deficiente en una casa puede conducir a costos de calefacción más altos”, dijo Parisi.
En otro desarrollo positivo, los datos experimentales recopilados de PCAT coincidían estrechamente con las predicciones numéricas del código recaída5-3D, con desviaciones de solo unos pocos puntos porcentuales. Esta estrecha alineación sirve como una validación sólida de la precisión y confiabilidad del código recaída5-3D en los análisis de seguridad.
“Cuanto más preciso sea el software, más confiamos en sus predicciones de eventos operativos y accidentales”. Dijo Parisi.
Pase para el despliegue
A medida que avanza el proyecto Marvel, los próximos pasos se centrarán en la fabricación, ensamblaje y inicio en la instalación de prueba de reactores transitorios de INL.
“Los resultados indicaron que el nivel de conservadurismo integrado en la evaluación de Marvel fue adecuado”, dijo el líder del microrreactor de Marvel, Abdalla Abou-Jooude. Esto permite al equipo de Marvel proceder con la preparación y el envío de la documentación de seguridad al (el Departamento de Energía) y mover el reactor en el camino hacia la construcción.
El equipo analizará el gran conjunto de datos recopilado de los experimentos PCAT. Una vez que se complete el procesamiento de datos, compartirá los hallazgos con la comunidad científica global.
“Hay un conocimiento significativo que se obtiene de estos resultados”, dijo Parisi. “Espero que el trabajo del equipo de Marvel contribuya a avanzar en el despliegue de la energía nuclear”.
Este progreso es crucial ya que Marvel ejemplifica su compromiso de expandir la producción de energía nuclear. Al acelerar las pruebas, despliegue y comercialización de tecnologías de microrreactores, el Departamento de Energía tiene como objetivo innovar y lograr el dominio energético para los Estados Unidos.
“Saber que hemos logrado algo único e innovador es increíblemente gratificante”, dijo Parisi. “Hemos creado un sistema y una gran cantidad de conocimiento que no solo beneficiará a nuestro proyecto, sino que también ayudará potencialmente a toda la industria”.
Conocidos por ser compactos, eficientes y confiables, los microrreactores son ideales para aplicaciones remotas e industriales.
“Los microrreactores tienen el potencial de transformar el panorama energético, ofreciendo una solución versátil y resistente para una amplia gama de aplicaciones”, dijo John Jackson, director técnico nacional del Programa de microrreactores del Departamento de Energía.
“Este hito nos acerca un paso más a darnos cuenta de ese potencial”.
Proporcionado por el Laboratorio Nacional de Idaho
Cita: Marvel Milestone: el proyecto de microrreactor completa las pruebas del sistema de refrigerante (2025, 30 de julio) Recuperado el 30 de julio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-07-Marvel-milestone-microreactor-coolant.html
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