ASPECTOS ACTUALES DE LA PROPULSIÓN NAVAL NUCLEAR

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(2) ASPECTOS ACTUALES DE LA PROPULSIÓN NAVAL NUCLEAR.

(3) ASPECTOS ACTUALES DE LA PROPULSIÓN NAVAL NUCLEAR. ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS NAVALES ASOCIACIÓN DE ESTUDIOS DEL MAR.

(4) Publica: Escuela Técnica Superior de Ingenieros Navales (Noviembre 2001) Editora: Diana Cuervo ISBN: 84 - 932000 - 1 - 8 Depósito Legal: M - 46057 -2001.

(5) La utilización de la energía nuclear en la propulsión suscita siempre un cierto grado de controversia acerca de sus ventajas e inconvenientes. No cabe duda de que una instalación de ese tipo lleva consigo unos riesgos potenciales, que se tratan de disminuir por todos los medios disponibles, pero que existen y hay que valorar en su justa medida a fin de que el tratamiento de la cuestión se haga sin posiciones preconcebidas y sobretodo con un conocimiento técnico suficiente de lo que suponen.. El tema es de gran entidad pues afecta no sólo a la tripulación del barco y al medio circundante, sino que en su operación normal o en caso de avería de cualquier tipo, el buque ha de ir necesariamente a puerto, con lo que se implica en esos problemas a la población que vive en la zona próxima a la instalación portuaria visitada.. Por estos motivos, la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Navales de la Universidad Politécnica de Madrid y la Asociación de Estudios del Mar han creído conveniente organizar una Sesión Técnica el día uno de Marzo de 2001 a fin de presentar y debatir todo lo relativo a la Propulsión Naval Nuclear, su porqué, sus ventajas, sus inconvenientes y sus riesgos, y todo ello desde un punto de vista estrictamente técnicoprofesional, que arroje luz sobre un tema tan controvertido y a menudo planteado sin la necesaria objetividad y sin una base técnica adecuada.. La presente publicación recoge las ponencias presentadas en la citada Sesión Técnica. i.

(6) ÍNDICE Página. LA ENERGÍA NUCLEAR Y SU APLICACIÓN A LA PROPULSIÓN NAVAL. ..……….. 1. Juan M. Blanco-Traba. SISTEMAS DE PROPULSIÓN NAVAL NUCLEAR. ………………………………….... 13. Carolina Ahnert. LA SEGURIDAD DE LOS SISTEMAS DE PROPULSIÓN NAVAL NUCLEAR. …………... 63. Amalio Saiz de Bustamante. LA PERDIDA DEL SUBMARINO RUSO KURSK. …………………………………………. 85. Julio Albert Ferrero. ii.

(7) LA ENERGIA NUCLEAR Y SU APLICACIÓN A LA PROPULSION NAVAL. Prof. Dr. Juan M. Blanco-Traba Mienbro de la Junta Directiva de ASESMAR. 1.

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(9) En los primeros días del mes de Agosto de 1945, los lanzamientos sucesivos de bombas atómicas sobre Hiroshima y Nagasaki fueron la causa determinante para que Japón presentara el 10 de Agosto la rendición a los Aliados, lo que ha asociado a todo lo relacionado con dicha energía una aureola de capacidad de destrucción y de riesgo de lo que nunca, al menos a ciertos niveles, ha podido librarse por completo.. Concretamente, la aparición de la energía nuclear y la posibilidad de utilizarla en una gran variedad de aplicaciones y objetivos, supuso una auténtica revolución en las expectativas del desarrollo tecnológico hasta tal punto que llevaron al Almirante Chester Nimitz, Almirante de la Flota del Pacífico durante la Segunda Guerra Mundial, a declarar en Washington el día 5 de Octubre recién terminada la guerra - recordemos que la rendición de Japón tuvo lugar el día 2 de Septiembre de 1945 en la Bahía de Tokyo a bordo del Acorazado Missouri-. “Quizás no sea excesivo predecir que la historia no se referirá al tiempo actual. como el final de un gran conflicto, sino como el principio de la nueva era atómica.”. 3.

(10) No puede pues extrañar a nadie que a la vista del fantástico potencial que la energía nuclear ofrecía, ya que la reacción de unos pocos kilos de combustible nuclear podrían dar una energía tremendamente elevada y sin necesitar oxígeno para el proceso, se pensase, en el terreno naval militar, en la posibilidad de crear una flota con una autonomía prácticamente ilimitada con todas las posibilidades operativas que eso conlleva.. Para que tengamos una idea de la equivalencia de la energía nuclear en términos de comparación con otros combustibles, podemos decir que la fisión de un kilogramo de uranio produce una energía equivalente a la combustión de más de 2700 toneladas de carbón, 1.9 millones de litros de gasolina y 2 millones de m3 de gas natural.. Las cifras son. suficientemente elocuentes para ilustrar las posibilidades, al menos teóricas, de utilizar la energía nuclear para la propulsión de buques, siempre que se lograse la aplicación práctica de esta energía, lo cual, por aquel entonces, era un camino que estaba por recorrer.. De cualquier modo me interesa resaltar aquí que hay dos tipos de buques de guerra en los que el poder contar con una energía como la nuclear podría significar una auténtica revolución en el propio tipo de barco y, sobre todo, en sus capacidades y posibilidades operativas. Estos buques son el submarino y el portaaviones, en los que el contar con una planta nuclear es, sin duda, lo que los médicos llaman el “tratamiento de elección” para su instalación propulsora y, muy especialmente en el caso de los submarinos, que fue cronológicamente el primer buque de combate para el que se diseñó y en el que se instaló, en el famoso Nautilus (fig.1), una planta de este tipo.. La Segunda Guerra Mundial vio un cambio significativo en lo que a la utilización de los submarinos se refiere. Las operaciones llevadas a cabo por los contendientes pero muy especialmente por los alemanes, pusieron de manifiesto, a pesar de su brillantez y de sus resultados, las carencias de los submarinos de la época.. Mas que submarinos eran. “sumergibles”, ya que al tener una capacidad muy limitada de permanencia bajo el agua, tenían que estar diseñados para tener un comportamiento adecuado en superficie lo que, a su vez, comprometía sus cualidades en inmersión.. El submarino tenía que disponer necesariamente de dos sistemas de propulsión : motores térmicos para su funcionamiento en superficie y motores eléctricos, accionados por baterías, para su operación en inmersión. Estas baterías se cargan utilizando los motores 4.

(11) térmicos, con el submarino en superficie o sumergido a poca profundidad, utilizando el “snorkel”, un tubo zallable por el que se pueden alimentar y exhaustar los motores térmicos, operación de desarrollo lento y que lo hacía especialmente vulnerable, incluso con “snorkel”, ya que con los radares podía ser fácilmente detectado y atacado.. Por otra parte, al depender de las baterías en inmersión, baterías que tienen una capacidad limitada, significa que cuanto mayor fuese la velocidad desarrollada por el submarino, antes se agotaban las baterías, lo cual obligaba a recargarlas saliendo a superficie y usando sus motores en esta operación que podría dilatarse hasta unas seis horas.. Podemos fácilmente imaginar lo que supuso, al término de la Guerra, el tener la posibilidad, recalco que al menos en teoría por entonces, de poder llegar a disponer de un submarino con un único sistema de propulsión, que no necesita de oxígeno para su funcionamiento y que le dotase de una capacidad operativa y de una autonomía prácticamente ilimitada, sólo constreñida por sus avituallamientos de todo tipo y por la resistencia de la dotación.. Eso permitiría además diseñar un auténtico submarino, un buque realmente. hidrodinámico, que mejoraría las características operativas de una forma muy considerable y le capacitaría para operar en todo tiempo y circunstancias.. Esa fue la razón por la cual la U.S. Navy decidió poner en marcha el proyecto de un submarino accionado por energía nuclear, no porque considerase que era el buque más importante de la Flota, sino por ser el que más se podía, por así decirlo, “beneficiarse” de esta nueva tecnología.. Como veis estamos hablando y vamos a seguir haciéndolo, del desarrollo de la propulsión nuclear para buques de guerra y, concretamente, en la U.S. Navy. Como en otras muchas innovaciones, ésta también empezó por el campo militar y todo lo así avanzado o aprendido pudo ser experimentado posteriormente para buques mercantes. De cualquier modo aquí no hay tiempo ni espacio para hacer una historia completa del tema y por eso me circunscribo a la aplicación militar y a los pasos dados por la Marina de los EE.UU., que fue por multitud de razones de capacidad y oportunidad, la que estaba en situación y condiciones de llevarlo a cabo.. 5.

(12) Desde el final de la Guerra, la U.S. Navy estaba decidida a estar presente en todos los desarrollos necesarios para llegar a tener una Marina nuclear, y la oportunidad llegó cuando tuvo la posibilidad de enviar en 1946 una misión de la Armada a trabajar en un proyecto conjunto entre el gobierno y la industria para la construcción en Oak Ridge de un reactor de potencia experimental. Al frente de esta misión técnica el Almirante Mills, Jefe del Bureau of Ships, nombró, no sin vencer considerables resistencias de otros distinguidos oficiales de su organización al Capitán de Navío Hyman E. Rickover, un oficial con una personalidad muy peculiar, a quien pude conocer durante mi estancia en Washington como miembro de la Misión Española allí destacada entre los años 1973 y 1976. El Capitán de Navío, luego Almirante, Rickover, fue el alma y el motor del desarrollo nuclear para la Armada y continuó durante muchos años rigiendo los destinos nucleares de la U.S. Navy en este campo.. Confieso que tengo que hacer un verdadero esfuerzo para resistirme a pormenorizar lo que el Almirante Rickover significó con su personalidad controvertida y su capacidad de liderazgo. El tiempo y las circunstancias no lo permiten. Hombres así son determinantes en especiales circunstancias y él lo fue. Creía en lo que hacía, tenía clara la meta y llegó a ella.. Pero sigamos con el Programa de Submarinos.. En Octubre de 1951 se le dio el nombre de Nautilus (fig.1) al primero de los submarinos nucleares, que fueron designados oficialmente como SSN. La Puesta de Quilla se efectuó con toda solemnidad el 14 de Junio de 1952 en Groton en el astillero de la Electric Boat y fue presidida por el propio Presidente de la nación, H. Truman, apoyando, sin lugar a dudas el programa nuclear, que culminaría con total éxito el día 17 de Enero de 1955 cuando en su primera salida a pruebas de mar el Nautilus entró en el canal de Long Island y el Comandante CF Wilkinson pudo enviar al remolcador que le daba escolta el ya famoso mensaje “Under way on nuclear Power” - “Navegando a rumbo con propulsión nuclear”.. Señalé anteriormente que el otro tipo de barco para el cual la propulsión nuclear parecía especialmente indicada es el portaviones ya que, prescindiendo de consideraciones de autonomía casi ilimitada, al no requerir exhaustaciones, se podría construir un barco sin penetraciones para chimeneas, facilitando la consecución de una cubierta de vuelo diáfana y despejada que, además, se vería libre de las turbulencias causadas por la salida de gases calientes, haciendo más seguras las operaciones de los aviones embarcados. 6.

(13) Ciertamente el grupo de Rickover tenía ya en 1950 la idea que era posible extender la propulsión nuclear a otros buques de superficie de la Flota, pero realmente era mucho más dudoso que en el caso de los submarinos, el justificar sus costes de desarrollo frente a sus posibles ventajas.. La primera orden de estudiar un portaviones de propulsión nuclear la dio en Agosto de ese año el entonces Jefe de Operaciones Navales, Almirante Sherman, que mandó explorar la posibilidad de que se construyese un gran portaviones con propulsión nuclear, determinando características, tiempo y costes.. Rickover y su equipo pusieron inmediatamente manos a la obra, especialmente en lo que se refería al imprescindible desarrollo del reactor que había de propulsarlo. Digamos, a título de curiosidad, que el diseño y construcción de un prototipo de este reactor fue adjudicado a Westinghouse y que se estimó que su desarrolló llevaría cuatro años y su coste sería de 150 millones de dólares.. El primer portaviones nuclear, el Enterprise; designado como CVAN-65, se empezó a construir en Enero de 1958 en el Astillero de Newport News, al que se le había adjudicado el correspondiente contrato a finales de 1957.. Más o menos por esas fechas el crucero nuclear Long Beach había iniciado su construcción en los Astilleros de la Bethlehem Steel en Quincy, Massachussetts.. La Fragata nuclear Bainbridge, DLGN-25, no sería autorizada hasta 1959 y fue entregada en Octubre de 1962, en Quincy, y en esa fecha el Enterprise y el Long Beach estaban ya operativos. En ese momento la fuerza de submarinos nucleares era de 25 barcos, 13 submarinos de ataque de alta velocidad, 9 submarinos Polaris, el Nautilus, el Seawolf y otros tres más. Sus cifras no dejan lugar a dudas sobre cuál era la prioridad nuclear de la U.S. Navy.. Como recapitulación y conclusión diré que las pruebas efectuadas con el Nautilus y los submarinos nucleares que siguieron, pusieron de manifiesto la tremenda capacidad conseguida con la propulsión nuclear y la adecuación de la elección efectuada, hasta el punto 7.

(14) de que revolucionó, tanto la construcción de este tipo de unidades, como las tácticas de utilización y de combate.. Las ventajas de la propulsión nuclear en unidades de superficie no quedaron tan claras ni son tan evidentes, si bien, en el caso de los portaviones, el rendimiento del Enterprise en el caso de la crisis de los misiles cubanos y, posteriormente, en el conflicto de Vietnam, demostró con creces lo que el ir dotado de propulsión nuclear podía suponer desde el punto de vista de capacidad de resistencia y flexibilidad operativa.. Por otra parte la aparición de la turbina de gas derivada de la aeronáutica para la propulsión de buques, fue un factor más que prácticamente limitó y limita el uso de la energía nuclear para submarinos, portaviones y algunos buques especiales, como rompehielos.. Hemos de tener en cuenta que la utilización de la energía nuclear pasa por el vapor, como veremos en las conferencias que siguen, y que la utilización de la turbina de gas supone un cambio radical en la relación peso-potencia de las instalaciones propulsoras y que permite eliminar lo que podemos denominar “cadena del vapor” : Turbinas , tanque desaireador, condensador, bombas de alimentación, etc., con lo cual, a menos que las ventajas de la propulsión nuclear sean, por así decirlo, decisivas en términos de diseño y operación, no es extraño que para las unidades de superficie se prefiera actualmente el uso de turbinas de gas.. De cualquier modo, el curso seguido por las principales Marinas del mundo capaces de afrontar el reto y el coste que supone la propulsión nuclear, pone de manifiesto hasta qué punto su aplicación naval militar en los casos que hemos comentado está más que justificada.. En su aplicación a la propulsión mercante el problema es fundamentalmente distinto y no podemos abordarlo aquí, aunque dadas las reticencias que provoca la energía nuclear, y por tanto la obtención de los permisos para las entradas de los buques nucleares en puerto, hace, a mi juicio, muy difícil que al menos en un futuro medio pueda considerarse este tipo de propulsión en la marina mercante.. Y para terminar os relataré un curioso hecho del que tuve ocasión de ser testigo cuando formaba parte de la dotación del Destructor Almirante Ferrandiz que, junto con el. 8.

(15) Lepanto, había sido transferido a la Marina Española el 15 de Mayo de 1957 en San Francisco (California).. El mes de Junio de 1957 lo dedicamos a ejercicios diversos de adiestramiento en la mar en San Diego y uno de los días, regresando por la tarde hacia la Base, el “sonar”, que iba siempre cubierto,. cantó “Contacto sonar, clasificación posible submarino, velocidad 22. nudos”. Caras de perplejidad en el puente del A. Ferrandiz ante un contacto semejante, que a todos nos parecía irreal. El contacto se pierde inmediatamente y creo que todos los presentes, de Comandante a cronista, nos quedamos haciendo cábalas de si sería un error del sonarista por la brevedad de la detección, si no sería un submarino y si un rápido cetáceo, cualquier cosa menos lo que resultó ser. Seguimos navegando a nuestro rumbo directo en demanda de San Diego y, cuando estábamos a unas pocas millas de la entrada, allí estaba, emergido delante de nosotros y a nuestro mismo rumbo, la estampa inconfundible del Nautilus, que se dirigía también a la Base de San Diego. ¡Habíamos tenido ocasión, sin saberlo, no sólo de detectar al primer submarino nuclear de la historia, sino de comprobar su espectacular velocidad en inmersión!. 9.

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(17) Fig. 1 SSN NAUTILUS (USA) PRIMER SUBMARINO NUCLEAR (1955). Fig. 2 BN SAVANNAH (USA) PRIMER BUQUE MERCANTE NUCLEAR (CARGA Y PASAJE) (1962) 11.

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(19) SISTEMAS DE PROPULSIÓN NAVAL NUCLEAR. Profª. Dra. Carolina Ahnert Catedrática de Universidad ETSI Navales / UPM. 13.

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(21) 1. INTRODUCCIÓN. Tras el éxito del proyecto Manhattan durante la Segunda Guerra Mundial, Inglaterra, Canadá y los Estados Unidos unieron sus fuerzas en proyectos de aplicación militar, y en concreto en el desarrollo de reactores nucleares de los denominados plutonígenos para producir plutonio a partir del uranio natural.. Así, un equipo conjunto inglés y canadiense, trabajó en los reactores moderados por agua pesada en Canadá, mientras que en los Estados Unidos se construyeron los reactores de producción de plutonio de Hanford, y de Savannah River. Los reactores de Hanford empezaron a operar en 1945 y estaban moderados por grafito y refrigerados por agua, mientras los de Savannah River usaban agua pesada como moderador y refrigerante.. En ese tiempo, el entonces capitán de navío de los Estados Unidos, Hyman G. Rickover, tuvo la visión de reconocer las capacidades que darían los reactores nucleares para la propulsión naval y especialmente de los submarinos, y con una determinación y claridad de. 15.

(22) ideas que hoy son legendarias, convenció a los inicialmente escépticos miembros de la marina estadounidense, de que los submarinos con propulsión nuclear tendrían unas capacidades únicas, obteniendo la autorización necesaria y los recursos para desarrollar y construir un sistema de este tipo de propulsión.. El proyecto Rickover fue conocido como el Programa de Reactores Navales, y tenía el objetivo de desarrollar reactores compactos y de alta disponibilidad. Así en el año 1948, año en que se aprobó el Programa, se iniciaron dos líneas de estudio de conceptos de reactor nuclear para propulsión.. 2. DESARROLLO DE PROTOTIPOS. En la tabla 1 se encuentra un esquema cronológico de la evolución de los primeros conceptos de reactores navales y de la entrada en servicio de los primeros prototipos, de los submarinos, y de los buques de superficie tanto de aplicación militar como civil, cuyas características se van a describir a continuación.. La mayor parte de los conceptos desarrollados para propulsión naval han comenzado con la realización de un prototipo con base en tierra. Citaremos las 7 instalaciones prototipo realizadas en los Estados Unidos y los tipos de reactores para aplicación militar que han surgido de ellas. [1].. Los reactores para propulsión naval se denominan mediante una nomenclatura que emplea 3 caracteres alfanuméricos. El primer carácter indica el tipo de embarcación (A=Portaaviones, D=Destructor o Fragata, C=Crucero, y S=Submarino). El segundo indica el número de orden en su realización. La última letra es la inicial del diseñador (W=Westinghouse, G=General Electric, C=Combustion Engineering).. 16.

(23) Tabla 1.- Desarrollo de la Tecnología nuclear para propulsión naval. AÑO 2/12/1942 1948 1953 1954 1955 1957 1958 1959. PROTOTIPOS Y REACTORES. c c. 1960. 1961. 1962 c 1963. 1964 1965 1967. c 1969 1973. c c. Pila de Chicago Programa de Reactores Navales Prototipo S1W (Idaho) SSN Nautilus (S2W) Prototipo S1G (West Milton) SSN Seawolf (S2G) SSN Skate (S3W) Rompehielos Lenin (URSS, 3 reactores) SSN November (URSS) Central Nuclear de Shippingport Prototipos S3G (West Milton) y A1W Prototipo S1C (Windsor) SSN Skipjack (S5W) SSN Triton (S4G, 2 reactores) SSBN George Washington (S5W) SSBN Halibut (S4W) SSN Tullibee (S2C) Crucero Long Beach (C1W, 2 reactores) SSN Thresher (S5W) SSBN Ethan Allen (S5W) SSBN Lafayette (S5W) Prototipo D1G (West Milton) Buque carga y pasaje Savannah Portaaviones Enterprise (A2W, 8 reactores) Fragata Bainbridge (D2G, 2 reactores) SSN Dreadnought (Inglaterra) SSGN Echo (Rusia) Prototipo en tierra PAT (Francia) Prototipo S5G (Idaho) Fragata Truxtun (D2G, 2 reactores) SSBN Resolution (Inglaterra) SSBN Yankee (Rusia) Buque mineralero Otto Hahn (Alemania ) SSBN le Redoutable (Francia) Buque de carga Mutsu (Japón) Rompehielos Artika (URSS). De manera que una de las líneas de estudio iniciadas fue adjudicada a General Electric que consiguió un contrato para desarrollar y construir un reactor refrigerado por sodio líquido, el Submarine Intermediate Reactor (SIR), para el estudio de un reactor de neutrones rápidos.. 17.

(24) El prototipo de este tipo de reactor, el S1G fue instalado en el centro de West Milton (New York), comenzó a operar en 1955, y concluyó con el desarrollo del reactor S2G que fue instalado en el submarino estadounidense Seawolf que comenzó su operación en 1957 y que se mantuvo durante algunos años en servicio. Sin embargo, a causa de la incompatibilidad básica del sodio en un ambiente marino, este concepto fue abandonado en cuanto a su uso para la propulsión naval, y a los dos años de su funcionamiento fue sustituido el reactor del Seawolf por un reactor de agua ligera.. El reactor refrigerado por metal líquido era interesante por la posibilidad de producir vapor sobrecalentado a presiones y temperaturas más elevadas que en el reactor refrigerado por agua a presión, consiguiendo así mejores rendimientos termodinámicos y el correspondiente ahorro de peso de la instalación. Además, al ser la bomba del refrigerante de metal líquido de impulsión electromagnética, era mucho más silenciosa, que la utilizada para la impulsión del agua. Sin embargo, la radiactividad del sodio-24 producido por la irradiación del sodio-23 (que constituye el sodio natural) obliga a un aumento del blindaje biológico, que supera con creces el ahorro de peso conseguido en el equipo, lo que unido a las dificultades de la tecnología del sodio, especialmente a bordo de un buque, como son los problemas de corrosión, la eventual invasión de agua que provocaría un accidente muy grave por reacción química, y ciertos problemas de control, hicieron que este tipo de reactor fuese abandonado para la propulsión naval.. El otro camino iniciado fue el del desarrollo de los reactores de agua a presión, y el proyecto fue conocido como Submarine Thermal Reactor (STR). Westinghouse obtuvo un contrato para construir el STR y en 1948 formó su Atomic Power Division en Pittsburgh (WAPD). El STR fue un esfuerzo conjunto de la comisión de Energía Atómica de los Estados Unidos (USAEC) a través de su departamento de reactores navales y el laboratorio Nacional de Argonne.. El trabajo de desarrollo requerido para el STR fue muy amplio y dio lugar al reactor de agua a presión PWR desarrollandose el combustible de dióxido de uranio y las vainas de zircaloy. Se desarrollaron además en gran medida las áreas de la física de reactores, blindaje, termohidráulica, instrumentación y química del agua. Quizá, sin embargo, las mayores contribuciones se hicieron en el entrenamiento de científicos e ingenieros de las distintas disciplinas, y en el desarrollo de las técnicas de fabricación y de inspección, comenzando el 18.

(25) concepto de la garantía de calidad. También fue una experiencia interesante de construcción y de licenciamiento y operación dentro de los estrictos requerimientos de la Marina de los Estados Unidos y de la Comisión de Energía Atómica. Esto se logró en gran parte debido a la intervención personal del almirante Rickover, el cual reclutó y entrenó un equipo humano de alta calidad.. Ya en 1949, se definieron las características básicas del PWR y se decidió construir dos reactores: el S1W, un prototipo con base en tierra en la estación de pruebas de Idaho y su gemelo el S2W para ser instalado en el submarino Nautilus. El S1W denominado inicialmente STR Mark I fue situado en un modelo real del casco de un submarino, en un gran tanque de agua de 15.2 metros de ancho y 12.2 metros de profundidad. Fue hecho crítico el 30 de marzo de 1953 y alcanzó su plena potencia el 25 de junio de 1953.. El Nautilus fue construido en Groton y botado en 1954. Fue el primer submarino que por la ruta del Artico pasó del Pacífico al Atlántico en 1957. Así el S2W se convirtió en el primer reactor de una larga serie de reactores de propulsión naval para aplicación militar de la marina americana. Todos estos reactores utilizan como refrigerante el agua a presión, y con una potencia en las primeras unidades de 70 MWt.. Los siguientes reactores desarrollados fueron los S3W y S4W, de dimensiones más reducidas y de potencia mitad que el S2W, y fueron instalados en los submarinos clase Skate y Halibut.. El reactor S5W, un 30% mayor que el S2W utiliza el combustible en forma de placas y ha sido instalado en el Submarino Skipjack, habiendo equipado también todos los submarinos nucleares balísticos o lanzamisiles (SSBN) y los submarinos nucleares de ataque (SSN) puestos en servicio desde 1960 hasta 1976 a excepción del Narwhal.. El reactor prototipo para grandes buques, el A1W fue probado en Idaho, y de él se derivaron los 8 reactores A2W que se instalaron en el portaaviones Enterprise (Figs. 1 y 2), así como los dos reactores C1W del crucero Long Beach (Fig. 3) y los dos reactores del segundo portaaviones, el Nimitz (Figs. 4 y 5), cada uno de los cuales tiene una potencia cuatro veces mayor que los A2W.. 19.

(26) General Electric por su parte continuó el trabajo de desarrollo, pero ahora también en la línea de los reactores refrigerados por agua a presión. Así, el S3G (Submarine advanced reactor prototype) fue instalado en West Milton en 1958, y se construyó el submarino Triton equipado con dos de estos reactores, el único submarino americano equipado con dos reactores. De este prototipo se derivó también el reactor prototipo para destructor (D1G); y las fragatas Bainbridge y Truxtun, fueron equipadas cada una, con dos de estos reactores.. Más tarde, General Electric con el objetivo de reducir el ruido de las bombas de circulación del refrigerante primario, estudió la posibilidad de utilización de la circulación natural y construyó en 1965 el prototipo S5G (Natural Circulation Test Plant) de diseño integrado, esto es, el generador de vapor se sitúa encima del núcleo dentro de la vasija de presión. Este reactor ha equipado al submarino Narwhal y los submarinos más modernos de la clase Los Angeles (SSN) van equipados con un reactor S6G derivado de este prototipo, y los de la clase Ohio (SSBN) con un reactor S8G.. Por otra parte, la empresa Combustion Engineering construyó el prototipo S1C (Small Submarine Reactor Prototype) en Windsor en 1959, del cual se derivó el instalado en el submarino Tullibee, el más pequeño y de menor potencia de todos los reactores de propulsión naval construidos, habiéndose utilizado como submarino experimental.. De manera que como instalaciones prototipo con base en tierra en Estados Unidos se han realizado los S1G (West Milton), S1W (Idaho), A1W (Idaho), S3G (West Milton), D1G, S5G y el S1C (Windsor), de los que han derivado los reactores que se han puesto a bordo de submarinos o de buques de superficie de aplicación militar de la marina americana.. En cuanto a la aplicación civil el reactor que se empleó para la propulsión del buque de carga y pasaje Savannah era un PWR de diseño Babcock and Wilcox, y de él se derivó el PWR de diseño integrado propuesto por el mismo diseñador en el año 1962 (CNSG) que se utilizó en la propulsión del buque mineralero BN Otto Hahn, mientras el buque de carga japonés Mutsu era operado por un PWR de Mitsubishi de diseño convencional.. El desarrollo del reactor nuclear de agua a presión y el de la propulsión nuclear son dos hechos estrechamente ligados entre sí, y la aparición del submarino como un arma de ataque fue. 20.

(27) en su momento una de las aportaciones más innovadoras de todas las que se han dado en el desarrollo armamentístico.. 3. PROPULSIÓN NUCLEAR MILITAR.. De los reactores desarrollados para aplicación militar, se pueden distinguir los empleados para la propulsión de submarinos, y los empleados en buques de superficie [2, 3, 4].. 3.1. Submarinos.. La gran ventaja que ofrece la propulsión nuclear para los submarinos es que en principio pueden permanecer en inmersión un tiempo ilimitado, y, como no necesitan tomar oxígeno del exterior para la producción de energía estos son sistemas anaerobios, este tiempo no está limitado más que por la resistencia del personal de tripulación, al cual se le debe proporcionar unas condiciones de habitabilidad convenientes, de manera que sólo es necesario renovar y depurar el aire del submarino, ya que la producción de oxígeno puede realizarse mediante electrólisis del agua del mar. Por la misma razón de no tener que tomar oxígeno para la combustión de un combustible fósil, son invulnerables en caso de guerra nuclear, química o bacteriológica.. Su discreción, su velocidad y su cota de inmersión los hace menos detectables en inmersión; debido a su autonomía pueden realizar misiones independientes; y su trimado no varía con el consumo de combustible, como si ocurre con la propulsión convencional.. El alto nivel de disponibilidad, el reducido empacho del reactor, la gran versatilidad y el alto nivel de independencia del abastecimiento de combustible, hacen que la propulsión nuclear posea las características intrínsecas que deben poseer todos los medios de transporte y combate militares. Si a estas características propias se les añade otras de carácter estrictamente militar, como pueden ser las propias de ataque y defensa ligadas a la indetectabilidad, velocidad de desplazamiento, capacidad estratégica y transporte, el submarino nuclear concebido como elemento de combate es sumamente ventajoso para esos fines.. Así, aprovechando las ventajas de la propulsión nuclear, se han desarrollado dos tipos de submarinos nucleares, los de ataque y los balísticos (boomers), susceptibles de mantener 21.

(28) velocidades muy elevadas en inmersión a gran profundidad, del orden de más de 30 nudos y más de 400 m de cota de inmersión, gracias a la adopción de nuevas formas hidrodinámicas, constituyendo hoy día la base fundamental de las armadas de las grandes potencias.. El desarrollo de los submarinos nucleares se ha realizado en fases sucesivas, los primeros eran submarinos convencionales propulsados por energía nuclear, con las ventajas que esto representaba. Posteriormente, se realizaron sucesivos desarrollos en el diseño del casco, para conseguir un diseño más hidrodinámico, que permitiese mayores velocidades y una mayor resistencia estructural, con objeto de sumergirse a mayores profundidades. También se trabajó en el diseño de núcleos de reactores con vidas más largas, capaces de navegar más de 10 años sin cambiar el combustible, los cuales han aportado nuevas características a este tipo de buques.. Estas características han permitido contar con un arma de enorme movilidad mediante los submarinos tácticos o de ataque (SSN). Al mismo tiempo, se han construido submarinos balísticos o estratégicos [5] (SSBN) que son verdaderas plataformas lanzadoras de misiles balísticos con cabezas nucleares, y que con estas condiciones pueden operar desde cualquier punto del océano, sin que prácticamente, exista posibilidad de ser detectados.. Los submarinos nucleares de ataque SSN, están armados con tubos lanzatorpedos como los submarinos convencionales, pero son de un desplazamiento mucho más elevado, del orden de 3.000 a 10.000 toneladas, debido a sus grandes dimensiones, al potente sistema de propulsión y a la mayor importancia de su armamento. Los submarinos de ataque construidos más recientemente también pueden ir armados con misiles.. Los submarinos nucleares balísticos SSBN contienen plataformas de lanzamiento móviles, así los SSBN americanos, ingleses y franceses, son portadores de 16 misiles Polaris y actualmente de 24 misiles Trident, y tienen un desplazamiento en inmersión de 8.000 a 20.000 toneladas. El coste de estos submarinos es elevado, pero es menor que el de los ingenios balísticos que transporta.. Actualmente Rusia, además construye un tipo de submarinos portadores de misiles crucero guiados SSGN con desplazamientos del orden de las 5.000 a 12.000 toneladas.. 22.

(29) Existe también un tipo muy particular de submarino de investigación que dispone de una gran autonomía, es el caso del submarino nuclear para investigaciones y trabajos oceánicos a gran profundidad, denominado NR1 por la marina americana, que es capaz de estar en inmersión a más de 1.000 metros de profundidad y de desplazarse a una velocidad de 5 nudos durante un mes. Tiene 50 metros de eslora y un desplazamiento de 400 t con un equipo de 6 tripulantes.. Han sido construidos cerca de 400 buques nucleares (tabla 2), entre submarinos y buques nucleares militares en EEUU, Rusia, Gran Bretaña, Francia y China [6], algunos de los cuales ya han sido desmantelados o declarados inoperativos por terminar su vida útil o como consecuencia de la política de distensión. De manera que el número de reactores nucleares de propulsión nuclear puestos en operación hasta la actualidad, ya que algunos de los buques llevan dos reactores, ronda los 600, es decir algo mayor que el número de reactores de producción de energía eléctrica que se han construido en el mundo que son unos 500.. Así en EEUU, como submarinos de ataque (SSN), comenzaron con los ya mencionados, el Nautilus y el Seawolf, que desarrollaban una potencia de 15.000 SHP. Luego viene la primera serie de los submarinos nucleares comprende 4 submarinos de ataque de las clases Skate y Skipjack. Estos últimos, con una forma más hidrodinámica, alcanzan una velocidad en inmersión del orden de 35 nudos. También se construyeron algunos submarinos nucleares para ciertas misiones especiales con sus tres prototipos: el Tritón, submarino captador de radar, el Halibut, que fue el primer submarino lanzador del misil Regulus, y el Tullibee, submarino para ataque a otros submarinos.. Los programas de construcción posterior se fijaron en base a los dos primeros tipos de submarinos, utilizando formas hidrodinámicas similares a la del submarino convencional Albacore, y normalmente con un reactor de agua a presión del tipo S5W. Estos fueron los submarinos balísticos SSBN, George Washington, Ethan Allen, y los de la clase Lafayette, y los submarinos de ataque SSN, de la clase Permit, Sturgeon y Benjamín Franklin.. 23.

(30) 24 Tabla 2. Buques militares de propulsión nuclear. País EEUU. Tipo CVN. SSBN SSN. CGN. AGEN CGN CVN SSN SSGN SSBN. Clase. Número. Año. Roosevelt Nimitz Enterprise Ohio Lafayette Virginia Seawolf Los Angeles Sturgeon Permit S. Houston Virginia California Truxtun Bainbridge Long Beach. 2(+3) 3 1 18 23 (+4) 2(+1) 50 37 9 2 4 2 1 1 1. 1986-97 1975-82 1961 19811963-67 20021996 1976-96 1967-75 1962-67 1962 1976-80 1974-75 1967 1962 1961. Desplazamiento (t) 81 600 81 600 75 700 16 760 7 250. 96 930 93 700 90 970 18 750 8 250. 6 080 4 460 3 780 6 930. 9 150 6 930 4 960 4 460 7 880 11 300 10 530 8 800 9 100 17 100. 10 400 9 680 8 000 8 000 15 100. Tamaño (m) 332 x 78 x 11 327 x 78 x 11 335 x 78 x 11 170 x 12 x11 129 x 10 x 9. Reactor. 2/A4W 2/A4W 8/A2W 1/S8G 1/S5W 1/S9G 106 x 12 x 11 1/S9G 109 x 10 x 9 1/S6G 92 x 9 x 8 1/S5W 84 x 9 x 8 1/S5W 124 x 10 x 9 1/S5W 177 x 19 x 9 2/D2G 181 x 18 x 9 2/D2G 171 x 17 x 9 2/D2G 172 x 17 x 9 2/D2G 219 x 22 x 9 2/C1W. Hélices 4 4 4 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2. Potencia (SHP) 280 000 280 000 280 000 60 000 15 000. Velocidad (nudos) >30 >30 33 25 25. 60 000 35 000 20 000 15 000 15 000 70 000 70 000 60 000 60 000 80 000. 35 >30 30 30 20 >30 >30 >30 >30 30. Buque de pruebas Crucero lanzamisiles Portaaviones Submarino de ataque lanzatorpedos Submarino de ataque con misiles crucero Submarino lanzamisiles nucleares TRIDENT. 24.

(31) Tabla 2. Buques militares de propulsión nuclear (Continuación). Pais. Tipo. RUSIA. CVN CGN AGEN SSBN. SSGN. SSN. Clase. Número. Año. Ulyanovosk Kirov Kapusta Typhoon Delta IV Delta III Delta II Delta I Yankee I Oscar II Oscar I Charlie II Charlie I Echo II Echo I Papa Yankee-mod Yankee-notch Alfa Akula Sierra Victor III Victor II Victor I November. 0(+2) 3(+1) 1 6 6(+2) 14 4 18 16 10 2 6 9 29 3 1 1(+?) 3(+?) 5 11 3 24 7 16 9. 1996-98 1980-92 1988 1983-90 1985-90 1975-83 1974-75 1972-77 1967-74 1986... 1982-84 1973-82 1968-73 1960-67 1960-67 1970 ≈1970 ≈1970 1979-84 1984-90 1984-90 1978-90 1972-78 1968-75 1959-64. Desplazamiento (t). 24 000 32 000 18 500 10 800 10 600 10 550 9 000 7 900 13 000 11 500 4 300 4 000 5 000 4 600 6 400 10 500 8 300 2 900 6 800 6 300 4 900 4 500 4 300 4 500. 75 000 28 000 41 100 25 000 13 500 13 250 13 250 11 000 10 000 16 400 13 900 5 500 4 900 6 000 5 400 8 000 13 600 10 400 3 680 8 300 7 800 6 000 5 900 5 100 5 400. Tamaño (m). Reactor. Hélices. ? 248 x 28 x 9 265 x 29 x 9 171 x 24 x 12 164 x 12 x 8 155 x 12 x 8 155 x 12 x 8 137 x 12 x 8 130 x 12 x 9 154 x 18 x 10 146 x 18 x 10 103 x 10 x 8 94 x 10 x 7 115 x 9 x 7 114 x 9 x 6 109 x 12 x 9 153 x 15 x 9 142 x 14 x ? 81 x 9 x 7 106 x 12 x 7 110 x 12 x 7 106 x 11 x 7 102 x 11 x 7 95 x 10 x 7 110 x 9 x 7. ? 2 2 2/PWR 2/PWR 2/PWR 2/PWR 2/PWR 2/PWR 2/PWR 2/PWR 1/PWR 1/PWR 1/PWR 1/PWR 2/PWR 2/PWR 2/PWR 1/LMR 1/PWR 2/PWR 1/PWR 1/PWR 2/PWR 1/PWR. ? 2 4 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 2. Potencia (SHP) ? 150 000 98 000 ? 50 000 50 000 50 000 50 000 45 000 90 000 90 000 30 000 30 000 30 000 25 000 75 000 45 000 45 000 45 000 45 000 40 000 30 000 30 000 30 000 30 000. Velocidad (nudos) ? 32 27 25 24 24 24 25 27 33 33 26 27 23 25 39 23 ? 45 35 35 29 30 30 30. 25 25.

(32) 26 Tabla 2. Buques militares de propulsión nuclear (Continuación). Pais. Tipo. Gran SSBN Bretaña SSN. Francia CVN SSBN SSN China. SSBN SSN. Clase. Número. Año. Vanguard Resolution Trafalgar Swiftsure Valiant Charles De Gaulle Le Triomphant Le Redoutable Amethyste Rubis Xia Han. 4 4 7 5 5 1 1(+6) 5 2 4(+4) 1(+1) 5(+1). 1992-97 1967-69 1983-91 1973-81 1966-71 1998 1994... 1971-80 1983-99 1986... 1974.... Desplazamiento (t). 7 500 4 700 4 000 4 200 33 500 12 700 8 000 2 400. Tamaño (m). Reactor. Hélices 1 1 1 1 1 2 1 1. Potencia (SHP) 27 500 15 000 15 000 15 000 15 000 83 000 41 500 16 000. Velocidad (nudos) 25 25 30 28 28 27 25 >20. 15 850 8 400 5 200 4 500 4 900 36 000 14 200 9 000. 149 x 12 x 10 129 x 10 x 9 85 x 9 x 8 82 x 9 x 8 86 x 10 x 8 261 x 64 x 8 138 x 12 x 12 128 x 10 x 10. 1/PWR2 1/PWR1 1/S5W 1/PWR1 1/PWR1 2/K15 1 1. 2 660 7 000 4 500. 73 x 7 x 6 120 x 10 x ? 90 x 8 x ?. 1 1 1. 1 1 1. 9 500 ? ?. 25 20 25. 26.

(33) Más tarde el objetivo en el desarrollo de los submarinos nucleares (los nucs como los denominan los anglosajones) fue la reducción de los ruidos producidos. Los trabajos se orientaron en este sentido en tres direcciones:. La reducción de los ruidos de la hélice y del reductor con la ayuda de hélices contrarotativas, que fue experimentado en un submarino de la clase Permit, encontrando sin embargo, varios problemas de realización.. La reducción de los ruidos auxiliares, en el submarino Narwhal puesto en servicio a finales de 1968, fue realizada mediante su equipamiento con un reactor de convección natural que se deriva directamente del prototipo S5G. Este, permite eliminar a velocidades moderadas el ruido de las bombas del circuito primario y serán entonces los sistemas auxiliares los más ruidosos.. La eliminación de los ruidos del reductor, mediante la utilización de propulsión por motores eléctricos ha sido la solución probada en el submarino Tullibee.. En Estados Unidos, los astilleros más activos en la construcción de submarinos nucleares son los de Groton (Connecticut), Mare Island (California) y Newport (Virginia). El constructor principal de submarinos es General Dynamics Electric Boat División.. Los puertos donde recalan los submarinos SSN son los de New London (Connecticut), Norfolk (Virginia), Charleston (South Carolina), San Diego, y Mare Island (California), y Pearl Harbor (Hawai); y para los submarinos SSBN son los de Bangor (Washington), Kings Bay (Georgia), Charleston (South Carolina) y Holy Loch (Escocia).. Por otra parte, la marina rusa dispone desde 1960 de submarinos nucleares que se construyen en los astilleros de Severodinsk, Kamosomolsk, Nizway Novgorod y San Petersburgo. Estos submarinos son propulsados por una o dos hélices y la forma de sus cascos son poco hidrodinámicas, limitándose su velocidad máxima en inmersión a aproximadamente 25 nudos, a excepción de los más modernos Alfa, Akula y Sierra.. 27.

(34) En Europa, solamente las armadas francesa e inglesa han abordado programas de construcción de submarinos nucleares de características muy similares a las de los submarinos americanos SSN y SSBN. A Alemania y Japón, no se les permite por las convenciones internacionales la utilización militar de la energía nuclear.. En Francia, los primeros estudios comenzaron en 1954 con un proyecto de reactor que utilizaba el uranio enriquecido producido entonces por el Comisariado de Energía Atómica (CEA), este proyecto fue abandonado en 1959 a beneficio de un proyecto de reactor de agua a presión de uranio enriquecido del tipo del reactor americano S5W.. Ese nuevo programa. comenzó con la realización en Cadarache de un prototipo de reactor nuclear para SSBN con base en tierra, (PAT), que empezó a operar en 1964 [7].. La planta de separación isotópica de Pierrelate ha permitido fabricar elementos combustibles de uranio enriquecido para el primer submarino nuclear francés Le Redoutable (SSBN), construido en Cherburgo en 1969. Estos submarinos tienen un desplazamiento ligeramente superior al de los submarinos ingleses y americanos del mismo tipo, y su reactor deriva directamente del prototipo PAT, estando provisto de 2 generadores de vapor verticales con tubos en U.. Durante ese tiempo, en Inglaterra se estudiaba un reactor de propulsión nuclear y después de varios ensayos infructuosos, y de un acuerdo con los Estados Unidos en 1958, para la realización de un prototipo de propulsión, el submarino Dreadnought (SSN) fue puesto en operación en 1963. El Dreadnought ha sido seguido del Valiant y del Warspite, así como del Churchill y el Conqueror, continuando con la construcción de algunos submarinos más de este tipo.. A partir de la información que se ha hecho disponible más recientemente se ha preparado, la tabla 3 en que se encuentra el estado actual de la propulsión nuclear de submarinos operativos por países; y la tabla 4 en que se encuentran desglosados según el tipo de submarino y su clase (destacando en negrita los de diseño más moderno).. La marina de los Estados Unidos tiene actualmente gran parte de su armada basada en la propulsión nuclear, así de los 71 submarinos operativos, 18 son portadores de misiles (SSBN), 53 son de ataque (SSN), y 5 submarinos más en construcción. Todos ellos con un reactor PWR 28.

(35) de Westinghouse, excepto los de la clase Ohio, Los Angeles y los Seawolf con un reactor PWR de General Electric, de diseño integrado.. Tabla 3. Estado actual de la propulsión nuclear militar. Submarinos País. SSBN. SSN. SSGN. Total. Construc.. EEUU Rusia Inglaterra Francia China Total. 18 24 4 6 1 53. 53 28 12 6 5 104. 0 8 0 0 0 8. 71 60 16 12 6 168. 5 4 3 2. País. Portaaviones (CVN). EEUU Francia Rusia. 9(+1 constr.) 1 2 (constr.). Estos submarinos se reparten como submarinos de ataque en: 1 de la clase Benjamín Franklin, 50 de la clase Los Angeles (Fig. 6), y 2 de la nueva clase Seawolf (S9G) que van equipados con misiles de crucero Tomahawk; y como submarinos balísticos en: 18 de la clase Ohio (Figs. 8 y 9), equipados con 24 misiles balísticos Trident (Fig. 10). También se encuentran en construcción como submarinos de ataque; 1 de la clase Seawolf, y 4 de la nueva clase Virginia.. El más moderno de los de ataque el Seawolf, es muy silencioso y tiene un reactor PWR con un ciclo de quemado extendido, con un periodo de operación de más de 15 años entre recargas de combustible.. Los 18 submarinos de la clase Ohio llevan el 50% de las cabezas nucleares estratégicas de Estados Unidos, y son capaces de orientar rápidamente sus misiles hacia el objetivo cuando es necesario.. 29.

(36) En cuanto al coste de estos buques se puede decir que los submarinos de ataque son de 2.100 M$ (Seawolf), y 1.050M$ (Virginia). Y en cuanto a la tripulación que precisan es de unos 120 (de los cuales 13 serán oficiales) para los submarinos de ataque, y de unos 140 (de los cuales 15 serán oficiales) para los submarinos balísticos.. Tabla 4. Submarinos y portaaviones operativos. País. Tipo. Clase. Número. Reactor. Rusia. SSN SSN SSN SSN SSGN SSBN SSBN SSBN. Victor III Sierra I/II Alfa Akula Oscar II (Kursk) Delta III Delta IV Typhoon. 18 4 1 5 8 12 6 6. PWR PWR-BLK LMR PWR-BLK PWR-BLK PWR PWR PWR-BLK. Francia. SSN SSN SSBN SSBN CVN. Rubis Amethyste Le Redoutable Le Triomphant Charles De Gaulle. 4 2 5 1 1. IPWR IPWR PWR IPWR IPWR. Inglaterra. SSN SSN SSBN. Swiftsure Trafalgar (Tireless) Vanguard. 5 7 4. PWR PWR PWR. China. SSN SSBN. Han Xia. 5 1. PWR PWR. EEUU. SSN SSN SSN SSBN CVN CVN CVN. Los Angeles Benjamin Franklin Seawolf Ohio Enterprise Nimitz Roosevelt. 50 1 2 18 1 3 5. IPWR PWR IPWR IPWR PWR PWR PWR. Los submarinos americanos SSN (Fig. 11) y SSBN (Fig. 12) van equipados con un reactor de agua a presión (PWR) y con 1 o 2 generadores de vapor, y también llevan un turbogenerador para generar la energía eléctrica necesaria para el abastecimiento propio (Fig. 13).. 30.

(37) Tabla 5. Submarinos y portaaviones operativos americanos SSN Submarinos de ataque Clase Los Angeles (50). Identificación. Los Angeles (SSN688) Philadelphia (SSN690) Menphis (SSN691) Bremerton (SSN698) Jacksonville (SSN699) Dallas (SSN700) La Jolla (SSN701) City of Corpus Chisti (SSN705) Alburquerque (SSN706) Portsmouth (SSN707) Minneapolis-St. Paul (SSN708) Hyman G. Rickover (SSN709) Augusta (SSN710) San Francisco (SSN711) Houston (SSN713) Norfolk (SSN714) Buffalo (SSN715) Salt Lake City (SSN716) Olympia (SSN717) Honolulu (SSN718) Providence (SSN719) Pittsburg (SSN720) Chicago (SSN721) Key West (SSN722) Oklahoma City (SSN723) Louisville (SSN724) Helena (SSN725) Newport News(SSN750) San Juan (SSN751) Pasadena (SSN752) Albany (SSN753) Topeka (SSN754) Miami (SSN755) Scranton (SSN756) Alexandria (SSN757) Asheville (SSN758) Jefferson City (SSN759) Annapolis (SSN760) Springfield (SSN761) Columbus (SSN762) Santa Fe (SSN763) Boise (SSN764) Montpelier (SSN765) Charlotte (SSN766) Hampton (SSN767) Hartford (SSN768) Toledo (SSN769) Tucson (SSN770) Columbia (SSN771) Greeneville (SSN772). Puerto Pearl Harbor, Hawai Groton, Conn. Groton, Conn. San Diego, Calif. Norfolk, Va. Groton, Conn. San Diego, Calif. Groton, Conn. Groton, Conn. San Diego, Calif. Norfolk, Va. Norfolk, Va. Groton, Conn. Pearl Harbor, Hawai San Diego, Calif. Norfolk, Va. Pearl Harbor, Hawai San Diego, Calif. Pearl Harbor, Hawai Pearl Harbor, Hawai Groton, Conn. Groton, Conn. Pearl Harbor Pearl Harbor Norfolk, Va. Pearl Harbor, Hawai San Diego, Calif. Norfolk, Va. Groton, Conn. Pearl Harbor, Hawai Norfolk, Va. Pearl Harbor, Hawai Groton, Conn. Norfolk, Va. Groton, Conn. Pearl Harbor, Hawai San Diego, Calif. Groton, Conn. Groton, Conn. Pearl Harbor Pearl Harbor Norfolk, Va. Norfolk, Va. Pearl Harbor, Hawai Norfolk, Va. Groton, Conn. Groton, Conn. Pearl Harbor, Hawai Pearl Harbor, Hawai Pearl Harbor, Hawai. 31.

(38) Benjamin Franklin. Kamehameha (SSN642). Pearl Harbor, Hawai. Seawolf (3). Seawolf (SSN21) Connecticut (SSN22) Jimmy Carter (SSN23). Groton, Conn. Groton, Conn. en construcción. Virginia (4). Virginia (SSN774) Texas (SSN775) Hawai (SSN776) North Carolina (SSN777). en construcción en construcción en construcción en construcción. SSBN Submarinos balísticos Clase Identificación Ohio (18). CVN Portaaviones Clase Identificación Enterprise Nimitz (3). Roosevelt (6). Puerto. Ohio (SSBN726) Michigan (SSBN727) Florida (SSBN728) Georgia (SSBN729) Henry M. Jackson (SSBN730) Alabama (SSBN731) Alaska (SSBN732) Nevada (SSBN733) Tenesse (SSBN734) Pensylvania (SSBN735) West Virginia (SSBN736) Kentucky (SSBN737) Maryland (SSBN738) Nebraska (SSBN739) Rhode Island (SSBN740) Maine (SSBN741) Wyoming (SSBN742) Louisiana (SSBN743). Enterprise (CVN65) Nimitz (CVN68) Dwight D. Eisenhower (CVN69) Carl Vinson (CVN70) Theodore Roosevelt (CVN71) Abraham Lincoln (CVN72) George Washington (CVN73) John C. Stennis (CVN74) Harry S. Truman (CVN75) Ronald Reagan (CVN76). Bangor, Wash. Bangor, Wash. Bangor, Wash. Bangor, Wash Bangor, Wash. Bangor, Wash. Bangor, Wash. Bangor, Wash Kings Bay, Georgia Kings Bay, Georgia Kings Bay, Georgia Kings Bay, Georgia Kings Bay, Georgia Kings Bay, Georgia Kings Bay, Georgia Kings Bay, Georgia Kings Bay, Georgia Kings Bay, Georgia. Puerto Norfolk, Va. Norfolk, Va. Norfolk, Va. Bremerton, Was. Norfolk, Va. Everett, Wash. Norfolk, Va. San Diego, Calif. Norfolk, Va. En construcción. Año operación 1961 1975 1977 1982 1986 1989 1992 1995 1998. Los submarinos más modernos llevan un reactor PWR de diseño integrado, estando los generadores de vapor situados encima del núcleo y dentro también de la vasija del reactor, de. 32.

(39) este tipo es el reactor que llevan los submarinos de la clase Ohio (S8G), Los Angeles (S6G), los Virginia (S9G) y los Seawolf (S9G).. En la tabla 5 se muestran los submarinos y portaaviones americanos con su puerto base.. Rusia dispone actualmente de 60 submarinos nucleares, repartidos entre 24 submarinos con misiles balísticos (SSBN) equipados con 2 reactores PWR, 8 submarinos con misiles crucero guiados (SSGN) equipados con 1 ó 2 reactores PWR, y 28 submarinos de ataque (SSN) equipados en general con dos reactores PWR, excepto uno de la clase Alfa que es de metal líquido plomo-bismuto (LMR), y un pequeño submarino de investigación oceanográfica.. Los submarinos de ataque más modernos en Rusia son los de la clase Akula, los Victor III, y los Sierra I/II. Los portadores de misiles crucero más modernos son los Oscar II y como submarinos balísticos los Delta III/IV y Typhoon. El tipo Typhoon es el mayor submarino de los construidos, y esta armado con 24 tubos lanzamisiles nucleares. El submarino Kursk, hundido en el verano del 2000 en el mar de Barents era del tipo Oscar II.. Los submarinos rusos van dotados con 1 ó 2 reactores PWR, y solamente los de la clase Alfa llevan un reactor refrigerado por metal líquido plomo-bismuto (LMR), de los que solamente queda uno operativo. Los de la última generación llevan un diseño compacto para el conjunto de la vasija, circuito primario y generador de vapor, esto es un diseño denominado del tipo Block en el que el circuito primario queda reducido a una longitud muy pequeña pero de diámetro mayor, mejorando la transmisión del calor generado en el núcleo.. Alguno de los submarinos rusos llevan casco de Titanio que los hace más resistentes, y les permite alcanzar la asombrosa velocidad de 42 nudos y sumergirse hasta más de 700 m. Estos son los de la clase Sierra y los Alfa.. Inglaterra tiene 16 submarinos nucleares con reactores construidos por Rolls Royce bajo licencia americana, 4 con misiles balísticos (clase Vanguard) y 12 de ataque (clase Switfsure y Trafalgar) basados en la misma tecnología, y además 4 submarinos en construcción. El submarino Tireless que atracó en Mayo del 2000 en Gibraltar para ser reparado de una fuga en el circuito primario pertenece a la clase Trafalgar.. 33.

(40) Francia ha desarrollado y puesto en operación 12 submarinos de propulsión nuclear, 6 portamisiles y 6 de ataque, además tiene 1 portamisiles y 2 de ataque en construcción. Los de ataque son de la clase Rubis, de diseño integrado y compacto con el generador de vapor incorporado en la vasija del reactor siendo los SSN más pequeños del mundo, y el más reciente Amethyste; y los portamisiles son de la clase Le Redoutable, siendo los más recientes los SSBN de la clase Le Triomphant, que llevan también un reactor de diseño integrado.. La República Popular China tiene 6 submarinos nucleares en servicio, 1 portamisiles (clase Xia) y 5 de ataque (clase Han), además de 2 en construcción, todos de tecnología rusa.. La India está desarrollando desde hace pocos años un submarino nuclear de ataque de tecnología rusa.. Mientras los diseños americano, ruso y británico utilizan la propulsión con turbina de vapor que va acoplada a un reductor que mueve el eje de la hélice, los franceses (Rubis y Amethyste) y chinos han optado por la propulsión turbo-eléctrica, es decir, generar electricidad en la turbina mediante un alternador y alimentar un motor que es el que mueve la hélice.. 3.2 Buques de superficie.. En cuanto a los buques de superficie, la propulsión nuclear proporciona: un radio de acción prácticamente ilimitado a gran velocidad punta y de crucero, lo que permite una gran independencia de los apoyos logísticos. Así se pueden utilizar rutas de tránsito más favorables y suprimir los barcos de apoyo logístico. Por otra parte, estas embarcaciones pueden navegar a gran velocidad en las zonas de combate para evitar permanecer en las bases amenazadas. La eliminación de la entrada de aire a sus calderas, permiten mejorar la estanqueidad de los compartimentos del equipo propulsor, disminuyendo así el riesgo de contaminación en caso de guerra nuclear, biológica o química. La ausencia de humos de combustión, permite evitar la corrosión de las superestructuras, de las antenas de radar, y de la aviación embarcada, de manera que estas ventajas compensan el aumento del coste de su construcción.. Los portaaviones convencionales de combate agotan en general mas rápidamente el combustible de la propulsión, que los combustibles y recargas del armamento de la aviación 34.

(41) embarcada. Los portaaviones de propulsión nuclear sin embargo tienen una autonomía mayor entre recargas de combustible, y además han sido dotados de una mayor capacidad para el soporte logístico de la aviación embarcada, así tienen un 90% más de capacidad de aviación y un 50% más de capacidad de munición. La propulsión nuclear también permite aumentar su velocidad y crear así un viento relativo más favorable para el despegue y aterrizaje de los aviones.. En el apartado de buques de superficie, la marina americana comenzó con el crucero Long Beach y la fragata Bainbridge que han sido construidos. en el astillero Quincy. (Massachussets). La segunda fragata nuclear, Truxtun, ha sido construida en Camden (New Jersey). El portaaviones Enterprise, fué construido en Newport (Virginia), así como el segundo portaaviones nuclear el Nimitz, de los que ya hay 8 en operación y 1 en construcción. Este es el único astillero americano capaz de construir estos portaaviones gigantes; 95.000 t a plena carga para el Nimitz. También se construyeron otros 6 cruceros, clase Virginia y California, que fueron declarados inoperativos al final de 1998.. El constructor de portaaviones es Newport News Shipbuilding, y los puertos bases son los de Norfolk (Virginia) y San Diego (California).. Las cuatro primeras fragatas de propulsión nuclear, entre ellas la Bainbridge y la Truxtun, estaban equipadas con 2 reactores D2G. El circuito primario de cada uno de estos reactores disponía de 3 generadores de vapor que alimentaban una turbina principal. La protección radiológica tenía una gran importancia en estos buques de relativamente bajo desplazamiento, así en el Bainbridge representaba alrededor del 60% del peso y del 30% del empacho total del equipo nuclear. El Long Beach estába equipado con 2 reactores C1W, similares a los reactores A2W del portaviones Enterprise.. El portaaviones Enterprise, equipado con 8 reactores A2W, puede desarrollar 280.000 SHP. Cada reactor está equipado con 4 generadores de vapor, aunque solamente 3 son suficientes para alimentar la turbina principal. Así, el equipo de propulsión consta de 8 reactores, 8 presurizadores, 32 bombas de primario, 32 generadores de vapor y 8 turbinas principales. Sin embargo, el Nimitz, sólo tiene 2 reactores y cada uno de ellos puede desarrollar una potencia de alrededor de 150.000 SHP. Los portaaviones Nimitz son lo buques de guerra más grandes del. 35.

(42) mundo. El coste de un portaaviones Nimitz es de unos 4.500M$. La tripulación que precisa es de unas 3.300 personas, y de las fuerzas aéreas unas 2.500 personas.. En 1974 el Congreso americano decidió que a partir de entonces en el apartado de buques de superficie únicamente se utilizará la propulsión nuclear en los portaaviones, no construyéndose desde entonces más cruceros o fragatas nucleares. En la tabla 3 se encuentra el estado actual de la propulsión nuclear en cuanto al número de portaaviones operativos por país y en la tabla 4 se recoge la clase de portaaviones en cada caso.. Rusia tiene dos portaaviones en construcción y 3 cruceros lanzamisiles en operación.. Francia tiene el portaaviones Charles De Gaulle que lleva 2 reactores de diseño integrado, basados en el prototipo CAP para SSN, y en el prototipo RNG (CAP avanzado). El combustible empleado es del tipo Caramel, placas de U02 envainadas en zircaloy.. 4. CARACTERÍSTICAS DE LOS SISTEMAS DE PROPULSIÓN NAVAL.. A diferencia de las instalaciones nucleares terrestres, los reactores de propulsión naval, están sometidos a movimientos importantes del buque, debido al movimiento del mar y a las vibraciones transmitidas por el casco y eventualmente, a los choques por colisión o varada, y para los submarinos a situaciones de fuerte inclinación en inmersión. Los buques nucleares, que están la mayor parte del tiempo aislados en el mar y en consecuencia desprovistos de todo apoyo exterior, deben llevar dispositivos de seguridad fiables y redundantes que aseguren el funcionamiento de los sistemas auxiliares y de seguridad del reactor y la maniobrabilidad del navío.. Además, para no dañar a la flotabilidad, la estabilidad y la capacidad del transporte, los reactores que los propulsen deben tener un peso y empacho limitado. Esto impone requisitos particulares para la elección de los parámetros de funcionamiento del equipo de propulsión, así como para la realización de la protección radiológica que constituye una de las partes más pesadas de la instalación. En la concepción de los equipos y de su fijación a bordo, es necesario tener en cuenta las condiciones de funcionamiento del tipo de navío considerado.. 36.

(43) A título de ejemplo, se deben tener en cuenta los movimientos del buque (de balance o cabeceo), y las aceleraciones periódicas (verticales, transversales o longitudinales). El reactor debe funcionar normalmente en esas condiciones y en el caso de sobrepasarse los valores límites, las perturbaciones en el funcionamiento del equipo, deben ir en el sentido de una reducción en la reactividad del núcleo. Por ejemplo, si el movimiento de balance es superior al valor establecido para el servicio normal, las barras de control no deben salir del núcleo. Para los submarinos se tienen en cuenta estos movimientos, ya que tienen que navegar en superficie en ocasiones, aunque cuando están en inmersión estos movimientos son mínimos. Además, se procurará la reducción al mínimo de las vibraciones del casco, especialmente aquellas asociadas al movimiento de la hélice y la turbina, así como las posibilidades de resonancia mecánica de los sistemas esenciales del reactor.. El funcionamiento de un reactor de agua a presión es particularmente estable debido a su coeficiente de temperatura del moderador negativo; un aumento en su temperatura produce una disminución de reactividad, y hace posible la capacidad de cambio rápido de régimen. Así un sistema de propulsión nuclear está considerado actualmente con una capacidad de cambio de régimen superior a la de los sistemas de propulsión convencionales, sin que sea necesario efectuar un bypass de la turbina para prever las posibles fuertes variaciones de presión que resultan de un cierre brusco de la admisión de vapor en las turbinas.. Los reactores de propulsión naval deben dar una capacidad de maniobra mucho mayor que la del reactor instalado en tierra. Como datos típicos de la facilidad de adaptación a los cambios bruscos en la demanda de potencia que se exigen en un buque, en un reactor naval de agua a presión se admite perfectamente un ciclo del 90% al 20% y vuelta al 90% de la potencia nominal en 60 segundos. El núcleo responde a la demanda de potencia de la turbina con un desplazamiento mínimo de las barras de control.. Por otro lado, una parada imprevista del reactor, podría disminuir la capacidad de maniobra del buque, de manera que deben contar con un sistema de propulsión de emergencia y una fuente de energía eléctrica alternativa de emergencia indispensable para los equipos eléctricos de a bordo. La propulsión de emergencia puede estar asegurada por un motor eléctrico alimentado por baterías o por un motor diesel. En el caso de un submarino en inmersión, las únicas fuentes de energía de emergencia posibles son las baterías.. 37.

(44) La construcción naval ha tratado durante los últimos 30 años de limitar el peso y el empacho del sistema de propulsión, a la vez que mejorar su rendimiento. La mejora del rendimiento ha permitido realizar mejoras económicas importantes debido a las necesidades reducidas de combustible y también reducir el peso de combustible a embarcar en el buque. Todo aumento del peso entraña un aumento en el desplazamiento del buque, es decir, una disminución de su velocidad media, a menos que se decida aumentar la potencia del equipo nuclear a costa de un aumento suplementario de su peso. El empacho del sistema de propulsión puede ser también un factor importante para ciertos tipos de navíos pues se reduce el volumen disponible para ciertos equipos o para la carga en los buques de transporte.. A bordo de un buque de propulsión nuclear, el peso del combustible es constante. Sin embargo, toda mejora en el rendimiento reduce la potencia térmica a extraer del núcleo e influye sobre el dimensionado de otras componentes del equipo propulsor, permitiendo, por ejemplo, reducir la cantidad de calor a evacuar por los condensadores y por tanto su tamaño. El empacho del circuito primario tiene una particular importancia pues tiene una repercusión inmediata sobre el peso de la protección radiológica que lo rodea, lo cual puede representar hasta la mitad del peso total de la instalación. Así, la búsqueda adecuada de ciertos parámetros de funcionamiento influye sobre el peso y el empacho del equipo propulsor. Una presión pequeña en el primario permite reducir el espesor de la vasija, de los cambiadores de calor y de las tuberías. Así se puede decir que aproximadamente un 15% del peso del equipo propulsor depende directamente de la presión del primario. Es posible utilizar presiones relativamente bajas en el primario si se admite una ligera ebullición del agua en el reactor, como era el caso del buque de transporte alemán Otto Hahn que llevaba un PWR integrado [8].. Para una temperatura dada del agua en el primario, la temperatura del vapor producido aumenta con la superficie de los generadores de vapor. Un rendimiento más elevado de la instalación entraña una reducción del caudal de agua en el secundario y de la potencia a extraer del reactor.. Si se aumenta el caudal de agua en el primario se puede reducir el aumento de la temperatura del agua a su paso por el núcleo, además, los generadores de vapor mejoran su rendimiento por el hecho de una mayor velocidad de circulación del agua. Esos dos fenómenos van en el sentido favorable a un aumento en la temperatura media de agua en el primario, acompañado de un aumento de caudal y por tanto, de su rendimiento. Sin embargo, la potencia 38.

(45) de bombeo, que consume una fracción importante de la energía producida, crece con el caudal y la velocidad de circulación de agua en el primario, y el aumento de la corrosión y la erosión que entraña un aumento en la velocidad de circulación, limita en la práctica el caudal de agua del primario.. Los reactores para la propulsión de submarinos deben tener, además, ciertas características especiales: los circuitos de agua de mar deben ser resistentes a las fuertes presiones externas existentes en la inmersión a grandes profundidades, y la utilización militar de estos submarinos exige además, sistemas tan silenciosos como sea posible con una gran resistencia a las colisiones. Sin embargo, el gran número de reactores nucleares instalados actualmente a bordo de submarinos ha demostrado que es posible satisfacer estas condiciones.. 5. CARACTERÍSTICAS DE LOS REACTORES NAVALES. Todos los reactores actualmente embarcados excepto uno ruso de la clase Alfa, son del tipo de agua a presión (PWR) pero diferenciándose de los comerciales en algunos aspectos esenciales [6] como son: •. Combustible muy enriquecido, ya que tienen que ser reactores compactos debido a la poca disponibilidad de espacio. Este hecho ha llevado a enriquecimientos en U235 del orden del 93% en los reactores para submarinos occidentales, y del 20 o 40% para los rusos. El acceso a un combustible tan enriquecido y su coste limita de manera crucial las posibilidades de disponer de este tipo de buques en algunos países. Para los buques mercantes el enriquecimiento es por estas causas de un 5%.. El alto enriquecimiento hace que se amortigüe el pico de producción del producto de fisión Xe135 después de una parada del reactor, ya que el nivel del flujo neutrónico es menor para producir las mismas reacciones de fisión, y al disminuir el nivel del flujo, disminuye e incluso puede desaparecer el pico del Xenon. •. El combustible es una aleación metálica Uranio-Zirconio, envainado en Zircaloy, llegando al 85% del Zr cuando el enriquecimiento de U235 es del 93%, y con menos Zr si la 39.

(46) concentración de U235 es menor. En los submarinos el combustible avanzado tiene forma de placa para aumentar la compacidad del núcleo y aumentar la eficiencia de la transmisión de calor, así en los reactores PWR franceses el combustible es en placas (tipo Caramel) de UO2 y envainados en Zircaloy.. La dimensión del núcleo es del orden de 1 ó 1,5 m y la vasija del reactor de 2 m. •. El control se realiza mediante aleaciones de Hafmio o Cadmio, que van en forma de cruz (cuando el combustible es en placas) o en barras, que se insertan por la parte superior del núcleo.. Las barras se introducen durante la operación mediante un mecanismo de rotación deslizándose sobre una rosca, que impide su expulsión accidental.. También pueden llevar barras de absorbente consumible, porque no llevan ácido bórico en el refrigerante por seguridad, y hacer frente a los accidentes de inundación del núcleo por agua del mar. •. La vida estimada de los núcleos es mucho más larga que la de los reactores comerciales (más de 10 años), llegándose a alcanzar a veces el tiempo de vida de funcionamiento de la propia nave, así en los submarinos de la clase Ohio el ciclo de quemado puede durar 9 años, en los Seawolf 13 años, y en los portaaviones Nimitz puede durar 13 años.. Este largo periodo de funcionamiento es debido en parte al alto enriquecimiento del núcleo, y a la carga de absorbentes consumibles. Dichos absorbentes desaparecen a la vez que aparecen los actínidos transuránidos y productos de fisión cancelándose sus efectos mutuamente. •. Se conserva la integridad de la vasija incorporando blindajes neutrónicos internos, lo que no ocurría en los primeros PWR soviéticos, donde se ha observado el efecto de fragilización debido al pequeño espesor de la pared de la vasija.. El diseño obliga a la miniaturización y compactación del diseño y de todas las componentes mecánicas (bombas, cambiadores de calor, ...) a la vez que se mantienen los niveles de 40.