Presentación de Transferencia de Calor

1. CONTENEDORES PARA
DESECHOS RADIACTIVOS.
Yánez Omar | Ing. Pumisacho Marylin | Escuela Politécnica Nacional

2. • El grado de estos residuos va a depender del proceso, en el que se los
generan. En nuestra sociedad se produce un aumento continuo de la
producción de residuos por muchos motivos.
• Somos conscientes que necesitamos gestionar estos desechos, algunos
muy nocivos, y afrontar nuestro descuido a este problema, del inmenso y
creciente volumen que se genera.

3. :
• Estudio de los desechos que producen emisiones, daños en las personas y
al medio ambiente.
• Hacer el diseño y simulación de un contenedor para el tipo de desecho
radiactivo en el que seleccionemos.
• Planteamiento y resolución del problema con las ecuaciones que
intervengan.
• Resolución del problema mediante el uso del ordenador y de algún programa
como: COMSOL Multiphysics, ANSYS, etc.

4. • En el Capítulo 3 de la clasificación de los
desechos, Art. 4.- establece que para efectos
del presente reglamento, los desechos
producidos se clasifican en:

5. Clasificación:
Desechos generales o
comunes.
• Son aquellos que no
representan un riesgo
adicional para la salud
humana, animal o el
medio ambiente.
Desechos infecciosos
• Son aquellos que
contienen gérmenes
patógenos que
implican un riesgo
inmediato o potencial
para la salud humana y
para el ambiente.
Desechos especiales.
• Son aquellos que por
sus características
físico-químicas
representan riesgo
para los seres
humanos, animales o
medio ambiente y son
generados en los
servicios auxiliares de
diagnóstico y
tratamiento.

6. Desechos químicos peligrosos con características tóxicas, corrosivas, inflamables y/o
explosivas.
Contienen uno o varios nucleídos que emiten espontáneamente partículas o radiación
electromagnética o que se fusionan de forma espontánea y provienen de laboratorios
de análisis químico, radioterapia y radiología.
Envases de fármacos de más de 5 cm. y de líquidos y reactivos que generen riesgo
para la salud.

8. Es cualquier material o producto de desecho, para el
cual no está previsto ningún uso, que contiene o está
contaminado con radionúclidos en concentraciones o
niveles de actividad superiores a los establecidos por el
Ministerio de Industria y Energía, previo informe del
Consejo de Seguridad Nuclear.
http://simce.ambiente.gob.ec

9. - Media o baja actividad.
- Alta actividad.

10. Actividad
• Durante los 200 primeros años la radiactividad es debida a los productos de fisión emisores
alfa y gamma (137 Cs, 90 Sr )
• Entre 200 y 100.000 años la radiactividad es debida al Pu y Am (emisores alfa).
• Pasados los 100.000 años la radiactividad será casi constante y debida al Pu, Np y U
Temperatura
• La generación de calor proviene principalmente de radio nucleídos de vida corta, como 90Sr
y 137Cs.
• 1 año después de la descarga del reactor, el calor residual es de 10.000 W/tU.
• A los 1.000 años el calor residual es de 65 W/tU

11. Gestión de los desechos radiactivos.

12. Soluciones para los desechos radiactivos
Espacio exterior
Fondos marinosSondeos profundos
Casquetes polares

13. Concepto de Almacenamiento Geológico Profundo
http://www.natureduca.com/images_blog/cienciaytecno/atc02.jpg

14. Ecuador.
Convenios e instrumentos internacionales relacionados con sustancias químicas y
desechos peligrosos
Convenio de Basilea sobre el control de los movimientos transfronterizos de los desechos
peligrosos y su eliminación.
Convenio de Estocolmo sobre Contaminantes Orgánicos Persistentes.
Convenio de Rotterdam sobre el procedimiento de consentimiento fundamentado previo
aplicable a ciertos plaguicidas y productos químicos peligrosos objeto de comercio internacional.
Convenio de Minamata sobre Mercurio.
Enfoque Estratégico para la Gestión de Sustancias Químicas a Nivel Internacional (SAICM).
http://www.ambiente.gob.ec/sistema-de-gestion-de-desechos-peligrosos-y-especiales/

15. A nivel nacional se recolectaron 8’281.784 Kg de residuos peligrosos
hospitalarios, de los cuales el 80,96 % pertenece a establecimientos de salud del
sector público.
Establecimiento Kg
Sector Público 6´705.052
Sector Privado con fines de lucro 1´415.124
Sector Privado sin fines de lucro. 161.608
Nacional 8´281.784
Tabla: Desechos peligrosos recolectados a nivel nacional.

16. Figura: Desechos peligrosos hospitalarios en distintos
sectores.
http://www.ecuadorencifras.gob.ec/documentos/webinec/Encuestas_Ambientales

17. 1. PLANTEAMIENTO.
• 3.9 Se almacenan desechos radioactivos ( kdr = 20 w/m. K) en un
contenedor esférico de acero inoxidable ( kai = 15 w/m. K) de radios
interior y exterior ri = 0.5 m y ro = 0.6m. Se genera calor de forma
volumétrica dentro de los desechos a una razón uniforme de q =
105 w/m3 , en la superficie externa del contenedor se expone a un
flujo de agua para el que
• h = 103 w/k. m2 y T∞ = 25° C.

18. Esquema.
Figura 2. Contenedor esférico de acero.

19. a) Evalúe la temperatura externa en estado estable, Ts,o
Eentra = Esale
qV = qconv
q ∗
4
3
∗ π ∗ ri
3
= 4 ∗ π ∗ ro
2
∗ ℎ ∗ (𝑇𝑠,𝑜 − 𝑇∞)
𝑇𝑠,𝑜 = 𝑇∞ +
𝑞 ∗ ri
3
3 ∗ ro
2 ∗ ℎ
𝑇𝑠,𝑜 = 25 +
105
∗ (0.5)3
3 ∗ 1000 ∗ (0.6)2
𝑇𝑠,𝑜 = 36.6 𝐶°

20. b) Evalúe la temperatura interna en estado estable. Ts,i
𝑞 𝑔 = 𝑞 𝑘
𝑞 ∗
4
3
∗ 𝜋 ∗ ri
3
=
𝑇𝑠,𝑖 − 𝑇𝑠,𝑜
1
4𝜋𝑘
1
𝑟𝑖
−
1
𝑟𝑜
𝑇𝑠,𝑖 = 𝑇𝑠,𝑜 +
𝑞 ∗ ri
3
3𝑘
1
𝑟𝑖
−
1
𝑟𝑜
𝑇𝑠,𝑖 = 36.6 𝐶° +
105∗(0.5)3
3(15)
1
0.5
−
1
0.6
𝑇𝑠,𝑖 = 129.2 𝐶°

21. SOLUCION DEL PROBLEMA EN ESTADO ESTABLE

22. SOLUCION DEL PROBLEMA EN ESTADO ESTABLE

23. SOLUCION DEL PROBLEMA EN ESTADO ESTABLE
De las gráficas obtenidas resolvemos los literales del problema planteado.
a) Temperatura de la superficie externa del tanque.
𝑇𝑠,𝑜 = 309.6 𝐾 = 36.45 𝐶°
a) Temperatura de la superficie interna del tanque.
𝑇𝑠,𝑖 = 402.4 𝐾 = 129.25 𝐶°

24. SOLUCION DEL PROBLEMA EN ESTADO TRANSITORIO

25. SOLUCION DEL PROBLEMA EN ESTADO TRANSITORIO

26. SOLUCION DEL PROBLEMA EN ESTADO TRANSITORIO
De las gráficas obtenidas resolvemos los literales del problema planteado
a) Temperatura de la superficie externa del tanque.
𝑇𝑠,𝑜 = 309.4 𝐾 = 36.25 𝐶°
a) Temperatura de la superficie interna del tanque.
𝑇𝑠,𝑖 = 402.3 𝐾 = 129.15 𝐶°

27. Conclusión:
• En cuanto a la producción de desechos radiactivos podemos concluir que ya que es
un medio indispensable de producción de energía se deben tomar las mayores
seguridades en su tratamiento, siendo un aspecto fundamental la producción de
calor que puede ocasionar problemas en el tratamiento de los desechos.
• El programa COMSOL Multiphysics nos ha permitido tomar en cuenta todas las
variables proporcionadas y resolver el problema rápida y amigablemente tanto en
estado estable como en estado transitorio, por lo que es una herramienta muy
potente para aspectos de ingeniería.
• Podemos concluir que el espesor del tanque de almacenamiento juega un papel muy
importante en la disipación del calor producido, pero tiene sus limitaciones por otros
factores presentes en el proceso por ejemplo la presión interna, corrosión, etc.
• Podemos concluir que los resultados obtenidos mediante la simulación son
satisfactorios ya que tienen una diferencia mínima con los resultados analíticos.

28. Recomendaciones:
• Se debe tener especial cuidado en el diseño de
tanque de almacenamiento de desechos radiactivos
ya que una falla en los mismos puede ocasionar
desastres naturales irremediables.
• Profundizar los conocimientos en la utilización de la
herramienta COMSOL Multiphysics, ya que esto nos
permitirá analizar este problema.

29. Páginas de internet:
• Ihttp://simce.ambiente.gob.ec
• http://www.solocruceros.com/blog/la-energia-atomica-la-investigacion-en-las-
zonas-polares-ante-el-posible-cambio-climatico/
• http://www2.uca.es/serv/prevencion/higiene/inst_radioac/NTP_614.PDF
• http://www.bbc.com/mundo/noticias/2014/03/140306_ciencia_eeuu_carlsbad_ba
surero_nuclear_np
• http://www.ambiente.gob.ec/sistema-de-gestion-de-desechos-peligrosos-y-
especiales/impresas y electrónicas en orden alfabético