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Contacto NuclearContacto NuclearContacto NuclearContacto NuclearContacto NuclearContacto NuclearContacto NuclearContacto NuclearContacto NuclearContacto Nuclear44444
La línea de tiempo nuclearPrimera parte
Entorno nuclear
Por Lydia C. Paredes Gutiérrez ([email protected]) y Javier M. Ortega Escalona ([email protected])
Para poder comprender la evolución que ha tenido el área nuclear y predecir su futuro, es
importante hacer una reseña de los eventos más relevantes que se han presentado desde la
época de los grandes filósofos griegos hasta nuestros días. A continuación se presenta la prime-
ra parte de estos descubrimientos en la línea del tiempo.
En Grecia, Demócrito proclama que todos los materiales
están formados por pequeñas partículas, a las cuales él
llamó átomos, cuyo significado en griego es “no divisible”.
400 a. C.
El elemento uranio es descubierto por Martin Klaproth.
1789
Michael Faraday propuso el concepto de campo eléctrico.
1833
Julius Plücker identifica por vez primera los
rayos catódicos.
1862
29
Modelado matemáticode sistemas de protección catódica
Por: Fís. Eduardo Sáinz Mejía, Depto. de Automa-
tización e Instrumentación ([email protected])
En estructuras metálicas que están en contac-
to o inmersas en un medio conductor eléctri-
co (como el suelo), ocurre la corrosión de ori-
gen electroquímico, que consiste en la disolu-
ción por oxidación de los iones de la superfi-
cie metálica hacia el medio como consecuen-
cia del transporte de carga eléctrica. El objeti-
vo de los sistemas de protección catódica es
inhibir o invertir el sentido de las corrientes
eléctricas en la superficie del metal a proteger
y evitar así esta disolución iónica. Esto último
se logra mediante el uso de ánodos adiciona-
les, que ya sea por su potencial natural de
equilibrio con el suelo (ánodos de sacrificio o
pasivos) o por un potencial aplicado por una
fuente externa (corriente impresa o activos),
impiden la disolución de los iones metálicos
de la superficie a proteger a expensas de di-
solver (corroer) las superficies de los ánodos
adicionales.
Fueron varias las tareas desarrolladas para
este proyecto e involucraron a personal de
diversos departamentos del ININ. Una de ellas
consistió en desarrollar un programa de com-
putadora. El objetivo del sistema de software
denominado MASPC (Modelo mAtemático de
Sistemas de Protección Catódica) es el de ob-
tener las distribuciones de potencial y de den-
sidad de corriente eléctrica en los fondos de
tanques verticales de almacenamiento de hi-
drocarburos cuando éstos se protegen de la
corrosión mediante sistemas catódicos. El pro-
grama permite al usuario definir de manera
interactiva un arreglo de superficies que deli-
mitan a un volumen cerrado de suelo en don-
de se incluyen tanto el fondo del tanque como
las superficies de los ánodos. También de
manera interactiva el usuario puede estable-
cer “condiciones de frontera” (como pueden
ser para las superficies de los ánodos, ya sea
los potenciales en un sistema activo, o bien
las densidades de corriente en un sistema
pasivo), y finalmente el programa resuelve la
ecuación diferencial parcial de Laplace en tres
dimensiones para obtener los potenciales e
intensidades de los campos eléctricos que no
se conozcan previamente. Las soluciones ob-
tenidas pueden visualizarse de dos maneras,
ya sea con vectores o flechas dibujadas sobre
las superficies, lo que permite juzgar la mag-
nitud y dirección de un campo eléctrico o in-
tensidad de corriente, o bien mediante super-
ficies coloreadas, lo que permite juzgar la dis-
tribución y la magnitud de las variables.
Para cumplir con las restricciones de tiempo y
el presupuesto del proyecto, se utilizó el méto-
do de elemento frontera como técnica de
Entorno nuclear
Contacto NuclearContacto NuclearContacto NuclearContacto NuclearContacto NuclearContacto NuclearContacto NuclearContacto NuclearContacto NuclearContacto Nuclear 3
Presentación
Destacan, entre otros artículos, los referentes a
los adelantos en la Investigación y Desarrollo
de Radiofármacos ya sea para radioterapia
dirigida, para la detección por imagen de pro-
cesos infecciosos, como es el caso del 99mTc, o
para tratamiento de artritis reumatoides y otros,
con objeto de optimizar formulaciones esta-
bles de radiofármacos análogos a la
somatostatina y evaluar su cinética de
internalización y externalización en células
tumorales, junto con otras metas.
En base a un programa de cooperación técni-
ca con el Organismo Internacional de Energía
Atómica, OIEA, se ha logrado que desde el
2004 se recojan muestras de aire en diversos
puntos de la ciudad de México y se analicen
en el ININ mediante la técnica PIXE (Emisión
de rayos X inducida por protones). Los datos
son de utilidad para promover un Aire Más
Limpio en la Ciudad de México.
Otro importante proyecto con el OIEA, es el
relativo a la Evaluación de la Integridad y Ex-
tensión de Vida de la Planta Nuclear Laguna
Verde. Se comenta sobre el Programa Piloto
de Manejo del Envejecimiento, y de que se
tiene identificada y documentada la informa-
ción esencial que permite describir el estado
de la envolvente del núcleo del reactor de la
U-1, lo cual es base para el Programa de Ma-
nejo de Vida de Planta.
Bajo la óptica del Presidente de la
Westinghouse Company se expone La Situa-
ción Actual de la Energía Nuclear. El autor re-
salta el costo creciente de los combustibles de
origen fósil, destacando la competitividad de
la energía nuclear para substituirlos, en la ge-
neración de electricidad. Reconoce además que
el calentamiento global es una realidad, de
donde surge la necesidad de proteger el me-
dio ambiente. Aunque no se cita en el artículo,
es sabido que el calentamiento global provie-
ne en buena medida del efecto invernadero,
provocado por los gases generados al que-
mar los citados combustibles fósiles. Alude tam-
bién a estímulos para la instalación de nuevas
plantas núcleoeléctricas en su país, y a la de-
manda creciente de nuevas unidades a nivel
mundial.
Motivo de júbilo, es que nuestro compañero, el
Doctor Francisco Granados Correa, haya reci-
bido la presea que se le otorgó, como hijo dis-
tinguido de su natal ciudad de Zitácuaro
Michoacán. Lo felicitamos.
Para muchos, la carta de presentación de la
energía nuclear a nivel mundial se dio en las
postrimerías de la Segunda Guerra Mudial. No
obstante, cincuenta años antes de este evento,
la radiación comenzaba a tener aplicaciones
significativas en diversos campos. De estos
avances, así como de los inseparables descu-
brimientos que los precedieron, se da cuenta
en el artículo La línea de tiempo nuclear (pri-
mera parte).
OSG
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aproximación numérica para solución de la
ecuación diferencial. Después de valorar di-
versos lenguajes, como plataforma de desa-
rrollo del software se decidió utilizar el len-
guaje PYTHON, que es un lenguaje interpreta-
do, interactivo y orientado a objetos que co-
menzó a ser desarrollado desde 1990 en el
Centrum voor Wiskunde en Informatica (CWI)
de Holanda y actualmente está bajo la pro-
piedad de la Python Software Foundation que
lo distribuye bajo la licencia de software de
fuente abierta.
Dentro de un amplio espectro de aplicacio-
nes, en el país del norte los científicos de la
División de Física Teórica del Laboratorio Na-
cional de Los Álamos emplean PYTHON para
controlar programas de física de gran escala
(astrofísica) que ejecutan tanto en
supercomputadoras masivamente paralelas
como en servidores de alto rendimiento y
clusters. PYTHON juega un papel muy impor-
tante en estas simulaciones tanto en el análi-
sis de datos como en la visualización.
Adicionalmente, PYTHON ha sido utilizado
para ejecutar MPI (Interfaz de Paso de Men-
sajes).
Para este proyecto, la versión PYTHON 2.3 fue
instalada en computadoras tipo PC con ca-
racterísticas promedio en cuanto a cantidad
de memoria, velocidad y sistemas operativos
de la familia WINDOWS, junto con los módu-
los auxiliares siguientes:
NUMERIC. Biblioteca de clases y objetos
que incrementa el rendimiento en el ma-
nejo de grandes arreglos numéricos y su
manipulación.
SCIENTIFIC-PYTHON. Biblioteca de clases
Fig. 1. Volumen cúbico
y objetos para manejo de Vectores,
Tensores, Interfaz MPI, biblioteca de fun-
ciones científicas y de álgebra lineal y bi-
blioteca de visualización entre otras.
WX-PYTHON. Biblioteca de interfaces gráfi-
cas de usuario.
La secuencia de desarrollo fue:
1. Plantear la discretización de la ecuación di-
ferencial y el algoritmo de solución.[ 1 ] Se plan-
tearon las expresiones matemáticas para im-
plantar el método de elemento frontera de la
manera más directa, que es dividir las superfi-
cies en triángulos y suponer constante el po-
tencial y la intensidad de campo eléctrico den-
tro de cada uno de ellos. Se diseñó la estructu-
ra del programa y se desarrolló la programa-
ción de los principales módulos.
2. Desarrollo del software y su validación ini-
cial con dos ejemplos que tengan solución ana-
lítica. [ 2 ]. Se seleccionaron dos problemas de
referencia en tres dimensiones con solución ana-
lítica, uno que corresponde a un volumen cú-
bico (Fig. 1) y el otro que corresponde a un
volumen anular (Fig. 2, siguiente página). Se
generaron modelos con diferentes tamaños de
malla y se compararon los resultados con la
solución analítica.
Contacto NuclearContacto NuclearContacto NuclearContacto NuclearContacto NuclearContacto NuclearContacto NuclearContacto NuclearContacto NuclearContacto Nuclear22222
DIRECTORIO ININ
DIRECTOR GENERAL
M. en C. José Raúl Ortiz Magaña
SECRETARIO TÉCNICO
Dr. Julián Sánchez Gutiérrez
DIRECTOR DE INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA
Dr. Luis Carlos Longoria Gándara
DIRECTORA DE INVESTIGACIÓN TECNOLÓGICA
M. en C. Lydia Paredes Gutiérrez
DIRECTOR DE SERVICIOS TECNOLÓGICOS
Ing. Walter Rangel Urrea
DIRECTOR DE ADMINISTRACIÓN
M. en A. Hernán Rico Núñez
DIRECTORIO CONTACTO NUCLEAR
CONSEJO EDITORIAL
Carlos Arredondo Sánchez
Matilde Breña Valle
Guillermo Duque y Mojica
Homero Jiménez Domínguez
Gustavo Molina
EDITOR
Omar Sarabia Guajardo
REALIZACIÓN
Javier Martín Ortega Escalona
FOTOGRAFÍA
Armando Iturbe German
ASISTENTE TÉCNICO
Laura Gallegos Celada del Castillo
Contacto Nuclear es el órgano informativo interno ofi-cial del Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares,organismo público descentralizado del Gobierno Federal.El ININ tiene entre sus fines la investigación y el desarrollode excelencia en ciencia y tecnología nucleares, orienta-dos a satisfacer la demanda de servicios especializadosde los sectores productivos. Tiene su domicilio en el CentroNuclear «Dr. Nabor Carrillo Flores», Carretera México-Tolucas/n La Marquesa, Ocoyoacac, Estado de México, C. P.52750. e-mail [email protected], Ing. Omar SarabiaGuajardo.
Contenido
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PRESENTACIÓN
EL ININ HOY
AIRE MÁS LIMPIO EN LA CIUDAD DE MÉXICO GRA-
CIAS A LA CIENCIA NUCLEAR
Evaluación de la integridad y extensión de vida de
la planta nuclear Laguna Verde Programa de Mane-
jo de Vida de Planta.
Investigación y desarrollo de RADIOFÁRMACOS. Pri-
mera parte: 2001-2003
Investigación y desarrollo de RADIOFÁRMACOS. Se-
gunda parte: 2004-2006
Presea Suprema Junta Nacional Americana 2006
para Francisco Granados, investigador del ININ
ENTORNO NUCLEAR
La línea de tiempo nuclear: primera parte
Disposición de DESECHOS RADIACTIVOS en Estados
Unidos
La situación actual de la energía nuclear. Entrevista
a Stephen Tritch. Presidente de Westinghouse Elec-
tric Company
Modelado matemático de sistemas de protección
catódica
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3. ·Elaboración del modelo discreto de un tan-
que [ 3,4 ]. Se programaron los módulos
PYTHON para generar los conjuntos de su-
perficies para dos modelos geométricos, uno
de tipo cilíndrico (Fig. 3) y otro de tipo esférico
(Fig.4).
4. Estudio de sensibilidad.[ 5 ] Se realizó un
estudio paramétrico para evaluar los efectos
del tamaño del suelo a considerar en los aná-
lisis. Se consideraron tres tamaños de suelo
que son del doble, triple y cuádruple del radio
de la placa del fondo de los tanques y tam-
bién se generaron modelos para observar el
efecto del anillo de cimentación y el efecto de
la orientación y profundidad de los ánodos
en un arreglo.
5. Validación final del procedimiento de aná-
lisis.[ 6 ] Se generó un modelo para un siste-
ma mixto de protección catódica que consiste
de una configuración de 6 ánodos de
magnesio (sistema pasivo) y cuatro de ferro-
silicio (sistema activo). Debido a la peculiar
simetría del arreglo, se utilizó un modelo de
180º de sector.[ 6 ]
6. Generación del manual de usuario.[ 7] Se
editó un manual de usuario con las instruc-
ciones precisas acerca de la instalación del
sistema (en la familia de sistemas operativos
WINDOWS® ) y sobre el uso y administración
de la información generada.
El sistema MASPC continúa desarrollándose
para simplificar la interfaz al usuario. Se ge-
neraron dos geometrías genéricas, una cilín-
drica y otra esférica, para que sólo sea nece-
sario ingresar unos pocos datos geométricos
como las dimensiones de la placa y del suelo
a considerar; las condiciones de frontera se
imponen de manera automática. También se
está incorporando un módulo que permite la
selección de los ánodos a partir de una no-
menclatura o modelo comercial. Además la
interfaz al usuario se está migrando a la bi-
blioteca PYTHON-GTK. Esto último con el ob-
Fig. 3. Volumen cilíndrico
Fig. 4. Volumen esférico
Fig. 2. Volumen anular
Contacto NuclearContacto NuclearContacto NuclearContacto NuclearContacto NuclearContacto NuclearContacto NuclearContacto NuclearContacto NuclearContacto Nuclear3232323232
jeto de que el sistema sea totalmente transpor-
table a la familia de sistemas operativos LINUX/
UNIX. La versión prototipo de MASPC (sin
interfaz de usuario mediante controles) ejecu-
ta correctamente en el sistema operativo LINUX
DEBIAN 3.1.r.1.
CONCLUSIÓN
El sistema MASPC en su estado actual de
desarrollo aporta una plataforma flexible que
permite ampliar sus aplicaciones hacia los
diversos campos en donde los fenómenos de
difusión estan presentes tales como en la
electroquímica, conducción de calor, difusión
de agua en el subsuelo y electromagnetismo
entre otros.Fig. 5. Modelo de protección catódico con 6 ánodospasivosy 4 ánodos activos
REFERENCIAS
[1] Sáinz, M. E. “Planteamiento del Desarrollo del Modelo Matemático”. Proyecto PE-006 MASPC (PEMEX)”, MC. AU-0501 Rev. 0, ININ Agosto 2005.
[2] Sáinz, M. E. , Bucio V. F. J. “Validación del Modelo Matemático”. Proyecto PE-006 MASPC (PEMEX), MC. AU-0502Rev. 0, ININ Septiembre 2005.
[3] Sáinz, M. E., Benítez Read, J. S., Palacios, H. J. C. “Memoria de Cálculo del Modelo Discreto de un Tanque”.Proyecto PE-006 MASPC (PEMEX), MC. AU-0503 Rev. 0, ININ Agosto 2005.
[4] Sáinz, M. E., Benítez Read, J. S., Palacios H. J. C. “Programación del Modelo Discreto». Proyecto PE-006 MASPC(PEMEX), IT. AU-0510 Rev. 0, ININ Agosto 2005.
[5] Sáinz, M. E., Benítez Read, J. S., Palacios H. J. C. “Estudio de los sistemas Pasivo y Mixto”. Proyecto PE-006MASPC (PEMEX), IT. AU-0511 Rev. 0, ININ Agosto 2005.
[6] Bucio V. F. J., Sáinz, M. E., J.S., Palacios,H,J.C. “Análisis de 3 geometrías en el Sistema Mixto”. Proyecto PE-006MASPC (PEMEX), IT. AU-0518 Rev. 0, ININ Noviembre 2005.
[7] Bucio V. F. J., Sáinz, M. E., J.S., Palacios,H,J.C. “Manual de usuario del sistema MASPC”. Proyecto PE-006 MASPC(PEMEX), IT. AU-0517 Rev. 0, ININ Diciembre 2005.
