Acciones en el litoral y defensa de la costa

Al final de cada invierno en la ciudad de A Coruña, siempre es portada la destrucción que han causado los temporales en las construcciones próximas a la costa.

Temporal en A Coruña

La gente de la calle siempre se pregunta: ¿Es que no podemos hacer nada para evitar estos daños? Y es que no nos damos cuentas de que el mar siempre tiende a reclamar lo que una vez fue suyo, y eso incluye los muchos paseos marítimos ganados al mar en el último siglo.

Bien, y ya que la estructura ya esta construída, no podemos protegerlo de alguna manera? Si, claro que hay maneras de protegerlo. Algunas nos dió la idea el propio medio natural y otras son grandes estructuras que atentan contra este último buscando un bien mayor.

El mar, un medio dinámico

La mayor parte de las playas que no sufren la presión del ser humano están en un equilibrio dinámico. Pierden arena en invierno, cuando los temporales se la llevan a la playa sumergida, y la ganan de nuevo en verano, al tener oleajes menos fuertes que tienden a traer la arena de nuevo a la playa. También un oleaje no perpendicular a la línea de costa tendera a transportar la arena longitudinalmente a lo largo de la misma.

Transporte litoral

 En ocasiones, el ser humano necesita realizar actuaciones en el litoral que alteran este equilibrio dinámico, y su resultado final puede ser desagradable para nosotros (aumento de la erosión en una playa, acumulación de arena en las entradas de los puertos...), y para eso realiza una serie de actuaciones que tienen siempre consecuencias positivas y negativas. En esta entrada describiré 3 de las diferentes soluciones que se pueden abarcar en estas situaciones.

Aumentar la superficie de la playa

Relleno de la playa de la Magdalena

La solución consiste en verter en la playa una determinada cantidad de arena (a poder ser de las mismas propiedades que la original). Con esto se consiguen los siguientes efectos:

• Al haber mayor cantidad de arena, el oleaje romperá mas lejos del borde costero, reduciendo su energía y causando menores daños.
• Es una solución que en principio no causa muchos estragos al medioambiente litoral.
• Se aumenta la superficie de playa que puede ser aprovechada por las personas para distintos usos.

Esta solución también entraña algunos problemas:

• En la mayor parte de los casos, los procesos litorales que estaban ocurriendo (erosión, por ejemplo) seguirán ocurriendo, con lo que no se soluciona permanentemente el problema.
• Compromiso en el tamaño de la arena:
• Arena fina: Mayor comodidad para los bañistas, pero mayor velocidad de erosión y de pérdida
• Arena gruesa: Mayor resistencia a la erosión, pero incómoda para los usuarios. 

• La playa siempre tendera a volver a su estado de equilibrio

En conclusión, el relleno es una solución adecuada para solución total o parcial de problemas de erosión, pero conlleva el problema de que el público en general puede no entender que el grosor mayor de la arena tiene un motivo o que la pérdida y entrada de arena es natural por los procesos costeros. De todas maneras se usa con éxito en muchas ocasiones y combinado con la revegetación dunar puede recuperar el buen estado ecológico de las playas.


Los espigones

Los espigones son estructuras rígidas, construidas casi siempre con escollera (bloques de piedra de gran tamaño), que se colocan perpendicularmente a la costa. En ocasiones se confunden con los diques, pero los diques son estructuras que su misión es disipar la energía del oleaje, mientras que las de los espigones es interferir en el transporte de arena en la costa

Al tener esta orientación, los espigones interceptan el transporte longitudinal de la arena de la zona, protegen las playas de la erosión y pueden llegar a crear verdaderas playas en donde antes no existían. Su construcción tiene una importante afectación en la costa de la zona, alterando los procesos de erosión y sedimentación. Al detener el transporte longitudinal, crean erosión a su espalda. Tienen las siguientes características:

Erosión /Acreeción en un espigón

• Estructura rígida, que no tiene porque ser temporal, con gran afección en su zona de influencia
• Destruye el medio ambiente marino sobre el que se apoya
• Interrumpe casi totalmente los procesos de transporte longitudinal de arena en su entorno
• Puede crear playas nuevas
• El resultado que tendrá una vez construido no siempre es conocido de antemano
• Su uso es mas efectivo si se colocan en grupo (campos de espigones)
• Altera totalmente los procesos litorales de su entorno
• Provocan acreción de arena aguas arriba y erosión aguas abajo
• Impide satisfatoriamente la erosión de playas existentes si esta correctamente calculado
• Se suelen combinar con diques exentos (que no están unidos a la costa)
• La erosión puede hacer que queden aislados de la costa y pierdan su utilidad
• El oleaje puede rebasarlos sin causar daños
• Gran impacto visual

Campo de espigones

Diques sumergidos

Los diques sumergidos se están empleando satisfactoriamente en la regeneración de playas desde hace 2 décadas. Consisten en una estructura rígida, normalmente de escollera o hormigón, que se coloca a una cierta distancia de la linea de costa. Se basan en que el oleaje rompe cuando ocurre que la relación:

h / d > 0,8

Siendo h la altura de ola y d la profundidad. Es decir, que a mayor altura de ola y menor profundidad, mayor probabilidad de rotura del oleaje. Los diques sumergidos provocan un "escalón" al paso del oleaje, forzando su rotura antes de tiempo, perdiendo energía y provocando menores daños al llegar a la costa.

Como es el oleaje el factor más importante en los daños a estructuras y la erosión de las playas, los diques sumergidos son una buena solución para la protección litoral, y a eso hay que añadirles que se proyectan para que esten sumergidos y no provoquen impacto visual (aunque también destruirían toda la fauna y flora del fondo marino en el que se asientan) pero tienen problemas de aplicación en lugares donde la carrera de marea (diferencia de nivel del mar en bajamar y en pleamar) es muy grande, como en Galicia por ejemplo. El problema es el siguiente:

Si diseñamos el dique para que no se vea cuando hay marea baja, en momentos de marea alta las olas pasaran por el dique "sin enterarse", no les provocará la rotura y llegarán a la costa con la misma energía (los grandes daños siempre ocurren cuando conciden los temporales con marea alta) no cumpliendo su función

Si lo diseñamos para cuando haya marea alta, durante gran parte del tiempo será visible, y debido a la forma y el tamaño de la estructura, provocaría un fuerte impacto visual como se aprecia en la imagen

Dique "sumergido"

Y esto es todo por hoy. Tambien son de mencionar otros medios de protección como los campos de posidonia, los diques rompeolas o los diques flotantes y exentos, pero eso ya os toca a vosotros investigarlo.

Un saludo!

Introducción a la integración

Hoy hablaremos de una de las ramas de las matemáticas mas temidas por los estudiantes, pero no desde el punto de vista académico, ya que la gente que las estudia en el instituto las ven como una herramienta que no tiene ningún valor en la vida real, cuando realmente no es así. Las integrales están en todas partes, y intentare introducirlas a partir de la resolución de los problemas de movimiento de vehiculos.






Coche con velocidad constante

Imaginemos que tenemos un coche, que se mueve a velocidad constante, 30 kilómetros por hora por ejemplo. Imaginemos también que queremos calcular cuantos kilometros es capaz de recorrer el coche entre la 2º y 4º horas de viaje. La cuenta es bien sencilla, ya que como es sabido por todos, el espacio recorrido (S) por un objeto que se mueve a velocidad (V) constante en un tiempo (T) se calcula:

S = V * T = 30 * 2 = 60 Km

Y obtendriamos que ha recorrido 60 kilómetros. Si se nos ocurriese representar en una gráfica la velocidad de ese coche con respecto del tiempo, obtendriamos algo así:

Si nos damos cuenta, tambien podriamos haber calculado la distancia recorrida calculando el área bajo la recta entre las horas 2º y 4º de esta forma:

Ya que si nos damos cuenta, es un rectángulo de base 4-2 =2 y altura 30-0 = 30. Por tanto su área es:

Área = Espacio recorrido = 2 * 30 = 60 Km

Lo mismo que obteniamos anteriormente!


 La velocidad se vuelve función del tiempo

Ahora compliquemos ligeramente el problema. Imaginemos que en vez de a velocidad constante, el conductor del coche decide ir aumentando su velocidad progresivamente según el siguiente gráfico:

Al no ser la velocidad constante, no nos vale la fórmula que utilizamos anteriormente ya que V ahora cambia con el tiempo (es decir es función del tiempo), y la llamaremos V(t). Pero podemos aproximarnos a la solución correcta si dibujamos rectángulos cada 15 minutos entre las horas 2 y 4 del viaje, por ejemplo, y calculando su área total, de la siguiente manera. (Como la he dibujado yo mismo, los rectangulos no han quedado todos del mismo ancho, pero esa era la intención)

Entonces, calculariamos el espacio recorrido entre la 2º y la 4º hora con una aproximación "razonable" de la siguiente forma:

S =  1/4 de hora * ( V(2 horas) + V(2 horas y 15 minutos) + V ( 2 horas y media) + .......+V (3 horas 45 minutos) )

Siendo 1/4 de hora la base de todos los rectangulos y la V(t) la altura de cada uno de ellos.

Parece razonable que cuanto más pequeños sean los rectángulos, mayor precisión obtendremos. Entonces, igual que hicimos cuando describimos la derivada, haremos un ejercicio de abstracción.

Imaginemos que reducimos la base de los rectángulos a una minúscula fracción de tiempo, una fracción infinitamente pequeña (infinitesimal) de tiempo, una milmillonesima de segundo o menos aún. Nosotros la llamaremos diferencial de tiempo o dt.

De ser asi la base del rectángulo, habría infinitos rectángulos entre las 2 y las 4 horas, y la altura de cada rectángulo sería la velocidad del automóvil en ese momento del tiempo concreto. Usando un intervalo de tiempo infinitesimal, obtendremos no una aproximación, si no el valor exacto de esas áreas, y por tanto, del espacio recorrido. Lo hariamos así:

S = V(2+dt)*dt + V(2+2*dt)*dt + V(2+3*dt)*dt ......+ V(4)dt

A esta suma de infinitos rectángulos infinitesimales se la suele escribir de la siguiente forma:

        4
S = ∫2  V(t) *dt

El símbolo ∫ es el que utilizamos para las integrales. El 4 y el 2, arriba y abajo respectivamente del símbolo de la integral, indica que la suma infinita de rectangulitos se realiza entre tiempo = 2 horas y tiempo = 4 horas. En la práctica, el simbolo dt se utiliza para remarcar la variable sobre la que estamos integrando.

Para poder calcular el valor del espacio recorrido y resolver asi la integral, tendríamos que conocer que tipo de función es V(t), si no, simplemente podemos indicarlo tal como esta escrito más arriba. Asimismo, no todas las funciones son integrables igual que todas las funciones no son derivables. En esta pequeña introducción no me metere con como se calculan las integrales, pero si hablaré de un teorema muy importante que tiene en la integral a su protagonista.

El teorema fundamental del Cálculo

El teorema fundamental del cálculo nos dice, en jerga no muy purista, que:

"Sea F(x) una función continua y derivable, y sea f(x) su función derivada, entonces, si f(x) es integrable, se cumple que:

F(x) = ∫ f (x) dx "

En pocas palabras, dice que la integral de la derivada de una función es esa misma función, o lo que es lo mismo, y la idea fundamental del teorema, que la derivación y la integración son procesos inversos, como lo son el producto y la división. Esto tuvo consecuencias tremendas en los momentos en que se descubrió esta relación. Con esto quedaban resueltos los problemas del movimiento de los cuerpos para velocidades y aceleraciones que variaban con el tiempo, y a partir de ahi, se usaron como herramientas básicas en todos los campos de la física. Os dejo al final del post un video que trata de explicar el teorema fundamental del calculo y también alguna noción de la regla de Barrow, también llamada segundo teorema fundamental del cálculo.


Espero que os haya gustado, a pesar de que era una entrada dura con pocas imagenes. Aprovecho para pedir disculpas por la baja calidad de los dibujos, están hechos con la mejor intención.

Vídeo del teorema fundamental del cálculo

Las leyes de la mecánica de Newton

En esta entrada, hablaremos de las 3 leyes del movimiento de Newton y su aplicación en la vida ordinaria, asi como del concepto de inercia, que es un concepto dificil de "ver" con facilidad, empezamos:

Principia Mathematica, el libro en el que Newton explicó su mecánica entre otras cosas

 Con las tres leyes de Newton y poquito más, podemos explicar la mayor parte de los problemas de mecánica en el mundo ordinario. A pesar de que a principios del siglo XX se vio superada por la mecánica de Einstein para lo muy grande y la cuántica en lo muy pequeño, la mecánica newtoniana es la que se sigue utilizando y explicando en la mayoria de las escuelas de ingeniería del mundo, debido a que para esas escalas, no da problemas sustanciales. Estas leyes forman, entre otras, lo que se conoce como Mecánica Clásica, en contraposición a las otras mecánicas ya mencionadas.

Primera ley de Newton: La ley de Inercia

La ley de inercia dice:

"Todo cuerpo preserva su estado de movimiento uniforme y rectilíneo o reposo a no ser que sea obligado a cambiar ese estado por  fuerzas que actúen sobre él"

Ley de la inercia

Se entiende que las fuerzas que actúan sobre el cuerpo no deben anularse entre sí. Este principio parece no funcionar en la vida ordinaria si no se tiene en cuenta el rozamiento de los cuerpos al moverse sobre otras superficies o fluidos.

De la ley anterior, definimos la inercia mecánica como la tendencia de un cuerpo a mantener su estado de moviento o reposo. Dentro del concepto de inercia mecánica subyacen dos: la masa inercial, de gran importancia en las bases de la teoría de la relatividad y que no describiremos aqui, y la inercia rotacional.

La inercia rotacional es una medida de la dificultad que opone un cuerpo a adquirir una aceleración rotatoria. Se mide con la magnitud física conocida como el momento de inercia, y depende de la forma del cuerpo respecto del eje sobre el que pretenda girar y de la dirección del propio eje. La siguiente imagen intenta expresar como 4 cuerpos de igual masa se aceleran de forma diferente debido a que su inercia es distinta.

"Carrera" entre momentos de inercia

Segunda ley de Newton: La ley de fuerza

Una fuerza es toda acción capaz de variar el estado de movimiento de un cuerpo o su forma. La fuerza es un vector (ya explicado en una entrada anterior), y como tal siempre tiene una dirección, una intensidad y un sentido.

La segunda ley de Newton nos dice:

"El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime."

En pocas palabras, tras trilear un poco con ciertas magnitudes relacionadas con el movimiento que describiré en otra entrada ( cantidad de movimiento (P)) , se obtiene la siguiente ecuación, una de las más importantes de la mecánica clásica:

 ∑ F = m * a

Esta ecuación nos dice que la suma ( que es lo que significa la letra ∑, la suma de todos...) las fuerzas que actuan en un sistema es igual al producto de la masa por la aceleración.

A la suma de fuerzas que actúan en un sistema se le conoce con el nombre de resultante o fuerza resultante. Como detalle añadiré que esta ecuación es absolutamente crucial en temas de estructuras, ya que la teoría de estructuras parte de las leyes de la estática, y éstas a su vez de igualar a 0 la suma de fuerzas que actúan en el sistema.


Tercera ley de Newton: El principio de acción-reacción

 Esto es lo que dice el principio de acción reacción:

"Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: quiere decir que las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto."

Principio de acción-reacción

Estamos cansados de ver pruebas del funcionamiento de este principio. Un arma que dispara provoca un retroceso en el tirador, el empujar hacia abajo gases a gran velocidad hace que un cohete se eleve.... 

Este principio es de aplicación en casi todos los campos de la física. Por relacionarlo un poco con la rama de la física que yo estudio, las fuerzas que tienen que realizar los apoyos de una viga para que esta no se caiga son reacciones a las acciones (los pesos de los materiales que tienen encima, etc) que se aplican sobre la viga.

Viga sometida a una acción F, apoyada en dos puntos, que reaccionan con las fuerzas Ra y Rb

Una pregunta que en ocasiones viene a la mente cuando se estudia esta ley es: ¿ Si cada acción provoca una reacción igual y de sentido contrario, como es que ambas no se anulan mutuamente ? La respues es porque actuan sobre cuerpos distintos!


Y esto es todo por hoy. Concluimos esta brevísima explicación de las tres leyes de Newton. La próxima actualización será de matemáticas.

Un saludo!

Notación matemática y teoría de conjuntos

Saludos! Volvemos pronto y como prometí con matemáticas de nuevo. Hablare de los principios de los conjuntos y, para entenderlo bien, empezare describiendo la notación matemática básica que se utiliza en general en todos los ámbitos de la matemática.

Esquema que explica nociones de la teoría de conjuntos

Notación matématica:

Aquí describiré los caracteres matemáticos más importantes, antes es importante comentar que en conjuntos se denotan los conjuntos con letras mayúsculas A,B,C y sus elementos con letras minúsculas: a,b,c .. etc

• ∃, significa "existe".
• ∄, significa "no existe".
• ∀, significa "para todo".
• ∈, indica pertenencia a un conjunto o clase.
• ∉, indica no pertenencia a un conjunto o clase.
• ⊂, escrito como A⊂B indica que todos los elementos del conjunto A están en B.
• ≃ significa "aproximadamente igual".
• ⇒ significa "Implica", o "Es condición necesaria de:"
• ⇐ significa "Es condición suficiente de"
• ⇔ significa " Es condición necesaria y suficiente de" o "Si y sólo si"

Conjuntos:

Un conjunto no es más que una colección de elementos. Por ejemplo, un conjunto A, si esta formado por a,b,c y d se escribe:

A={a,b,c,d}

Ejemplo de conjunto

Si todos los elementos de un conjunto A están contenidos en un conjunto B, entonces A es un subconjunto de B, y se escribe A⊂B como se explicó antes. Para que dos conjuntos sean iguales, ha de cumplirse:

A=B ⇔ A⊂B y B⊂A

Se suele denotar como ∅ al conjunto vacío, esto es, al que no tiene ningún elemento.

Operaciones con conjuntos:

Con los conjuntos se pueden realizar algunas operaciones, que se suelen representar esquemáticamente con los diagramas de Venn, de forma que se vuelven mucho mas comprensibles para todos.

Unión:

La unión de dos conjuntos es aquel conjunto que contiene a todos los elementos de ambos conjuntos, se escribe de la siguiente forma:

Si A={a,c,m} y B={k,l,p} ,por ejemplo, entonces, su unión es igual a:

A∪B = {a,c,k,l,m,p}

Diagrama de Venn de la Unión

Esta definición se extiende a cualquier número de conjuntos.

Intersección:

La intersección de 2 conjuntos es el conjunto formado por los elementos comunes entre los 2 conjuntos. Lo expresaremos con un ejemplo:

A={1,6,9}, B={7,4,3,1,6,34,}

Entonces, su intersección será:

 A∩B = {1,6}

Diagrama de Venn de la intersección

Complementario:

La siguiente operación es el complementario. Dados dos conjuntos, A y B, que cumplan que A⊂B, llamamos complementario de A en B al conjunto de elementos de B que no están en A. De nuevo, utilizaremos un ejemplo:

A={3,5,12,87}, B={1,3,5,12,25,54,65,68,87,89}

El complementario de A en B será:    B \ A = {1,25,54,65,68,89}

Diagrama de Venn del complementario

Propiedades de estas operaciones son las siguientes (solo mencionadas):

1. (A∪B)∩C = (A∩C)∪ (B∩C)
2. (A∩B)∪C = (A∪C)∩(B∪C)
3. B \ (B \ A ) = A

Y además de estás, las dos leyes de De Morgan son las siguientes:

• C \ (A ∪ B) = ( C \ A) ∩ ( C \ B)  

Que viene a decir que: "El complementario de la unión es la intersección de los complementarios"

• C \ (A ∩ B) = ( C \ A) ∪ ( C \ B)  

Indicando que: "El complementario de la intersección es la unión de los complementarios"



Y esto es todo por hoy, termino aqui mi introducción a la teoría de conjuntos, espero que os fuese amena. la próxima entrada, física.

Excentricidades de grandes científicos

Saludos! Vuelvo a escribir prontamente en el blog y lo haré con unas letras dedicadas a hablaros de algunas de las excentricidades y rarezas mas desconcertantes de algunos de los científicos  más famosos de la historia. Empecemos:


Robert Oppenheimer:

El director del proyecto Manhattan y uno de los padres de la bomba atómica, además de sus labores científicas se dedicaba también a estudiar la religión hindú. También es de destacar que durante la guerra civil española, el científico donaba una parte de sus sueldo para ayudar al bando republicano.






Albert Einstein:

Einstein es seguramente el científico más famoso de la historia, gracias a su teoría de la relatividad. Lo que no es tan conocido es que este hombre se dedicaba a navegar en velero cuando no hacía viento solo "por asumir el reto", no usaba ropa interior, le daba charlas sobre física de 2 horas a su sobrino de 8 años,  y pasaba tardes dando vueltas a museos en solitario.








Nikola Tesla:

El gran científico Nikola Tesla, que dio grandes pasos en la electricidad y sentó las bases de la robótica, era asimismo una de las mentes brillantes más excéntricas que ha pisado la faz de la Tierra. Mantenía celibato debido a que pensaba que el sexo reduciría su actividad científica, no podía tocar objetos esféricos, vivía en hoteles y dijo haber inventado un rayo de la muerte, cuyos diseños fueron incautados por el FBI tras su muerte.





Isaac Newton:

El que en su día formuló la ley de gravitación universal también tiene sitio en esta lista. No realizaba su higiene personal, desconfiaba de los médicos y se automedicaba, y dedicó 10 años al estudio de la alquimia y a intentar transformar mercurio en oro. Otra anécdota suyas es que, a pesar de que historia de la manzana quizás no fuera cierta, el manzano que tenia en el entorno de su casa sigue dando fruta aún hoy.

 Es de comentar también, que en 1697, un gran matemático europeo retó a la comunidad matemática internacional a resolver 2 problemas matemáticos de gran dificultad y dio para ello 6 meses. Al terminar el plazo solo Liebnitz había conseguido resolver uno de los problemas. Newton se enteró del desafió pasado un año, y en 10 horas resolvió ambos problemas y los envió anónimamente a quién los propuso. Éste, al ver los problemas impecablemente resueltos, acuño la famosa frase: "Reconozco las zarpas del león"



Richard Feynman:

Para terminar, el más extraño de todos.Feynman es sobretodo conocido por haber desarrollado la teoría de la electrodinámica cuántica y haber recibido el premio nobel en 1965. Por lo que no es tan conocido es por sus excentricidades. Bailaba samba, tocaba instrumentos de percusión, se dedicaba a hacer de cerrajero en sus ratos libres, frecuentaba bares de topless y en uno de sus libros ("¿Esta usted de broma señor Feynman?") escribió que aceptaba encargos para pintar cuadros en prostíbulos.



Y esto es todo por hoy, espero que os divirtierais! Con la siguiente entrada volveremos a las matématicas, intentare escribir una pequeña introducción a la teoria de conjuntos y a la simbología que se usa en esos campos.

Un saludo!

El espectro electromagnético

Al final no he podido cumplir mi propósito de una entrada bisemanal, pero aquí estoy un mes después para seguir con la física. Hoy hablaremos del espectro electromagnético.

El espectro electromagnético

Es archiconocido por todos que la luz blanca que recibimos del Sol por ejemplo, se puede descomponer por un prisma o una gota de agua (en el caso del arco iris) en 7 colores diferentes que van desde el rojo hasta el violeta.

Lo cierto es que la luz solo es una pequeñisima parte del espectro de radiaciones electromagnéticas que se diferencian fundamentalmente en su longitud de onda. Nuestros ojos solo son capaces de captar una banda de longitudes de onda muy pequeña a la que llamamos luz visible, pero de hecho otros animales son capaces de ver en el infrarrojo (como las serpientes).

Basicamente, en función de su longitud de onda, las radiaciones electromagnéticas se clasifican en (de menor a mayor energía):

• Ondas de radio
• Microondas
• Rayos Infrarrojos
• Luz visible
• Rayos ultravioleta
• Rayos X
• Rayos gamma
• Rayos cósmicos

Procedamos a describirlos.

-Ondas de radio

Las ondas de radio son la franja del espectro que tiene mayor longitud de onda, pudiendo llegar a los cientos de miles de kilómetros. Debido a eso, son la parte del espectro menos energética, pero tienen una importancia vital en nuestro tiempo, ya que no solo la radio, si no la televisión y la telefonía móvil emiten y reciben en estas frecuencias. Y no sólo eso, su uso está muy extendido en campos como medicina y astronomía.

Radiotelescopios

-Microondas

Las microondas son ondas cuyas longitudes de onda van desde los 30 centímetros a 1 milímetro. Entre sus aplicaciones están las telecomunicaciones y los hornos de microondas, tan extendidos desde finales del siglo pasado, que mediante la emisión de ondas en esta banda de frecuencias, excitan las moléculas haciéndolas vibrar, aumentando así su temperatura

-Rayos infrarrojos

La radiación infrarroja tiene su longitud de onda en el orden de los milímetros. Tiene una importancia especial por el hecho de que según la ley de Wien todos los cuerpos emiten radiaciones en función de su temperatura, y todos los objetos cotidianos (incluidas las personas) emiten radiación infrarroja constantemente, por eso también se les conoce coloquialmente como rayos de calor. Este tipo de radiaciones tienen uso en las cámaras de visión nocturna e infrarrojos,  astronomía,  y otros campos; y es esta radiación, la que reflejada de vuelta a la tierra causa el efecto invernadero.

Descripción del efecto invernadero

Una vez atravesado el rango de la luz visible, la radiaciones electromagnéticas se vuelven cada vez más energéticas, siendo las que vamos a describir a partir de aqui peligrosas para la salud si no se toman precauciones.

-Radiación ultravioleta

La radiación ultravioleta (rayos UV) es una de las radiaciones que posee la luz emitida por el Sol. Posee diferentes efectos en la salud de los seres vivos, tanto benignos como perniciosos. La radiación ultravioleta en nuestra piel hace que nos pongamos morenos, precisamente para protegernos de las quemaduras del sol y de las radiaciones dañinas como ésta y estimula la producción de vitamina D. En exceso, se ha demostrado también que su absorción por la piel o ojos puede provocar diversas enfermedades como tumores o cataratas. La capa de ozono atmosférica actúa como un filtro protegiéndonos de las radiaciones ultravioletas mas dañinas.

Esquema de la capa de como actúa la cpaa de ozono

En cuanto a sus usos, podemos comentar el de los solariums, que no es otra cosa que una serie de lamparas de luz ultravioleta, su uso como desinfectante, y en astronomía.

Las 3 últimas radiaciones a comentar tienen algo en común, son radiaciones ionizantes, es decir son capaces de ionizar atomos al chocar su radiación con los electrones de los mismos, transformandolos en iones. Es por eso por lo que son especialmente peligrosas para la salud.

Ejemplo de ionización atómica

-Rayos X

Los rayos X, famosos por sus aplicaciones en medicina, son una serie de radiaciones capaces de atravesar cuerpos opacos sin gran dificultad. Se diferencian de los rayos Gamma fundamentalmente en su origen y en su energía, siendo estos últimos mucho mas energéticos. Debido a la capacidad de los rayos X para velar placas fotográficas, se han usado en medicina desde su descubrimiento, pero los rayos X entrañan una serie de peligros para la salud, ya que su exposición prolongada es capaz de provocar mutaciones en el ADN, asi como tumores o otros trastornos.

La primera radiografía de la historia, hecha por el descubridor de los rayos X, Roentgen

-Rayos Gamma

Los rayos Gamma son más energéticos que los rayos X. Tienen su origen en reacciones que ocurren en los nucleos atómicos, como la desintegración radiactiva o la fisión nuclear. También se producen en el espacio, pero la atmósfera los detiene en su camino a la superficie de la Tierra. Tienen una gran capacidad de penetración ( Pueden penetrar chapas de 2 cm de plomo o 6 cm de hormigón) y por eso son muy peligrosos para la salud. Interactúan con la materia como el resto de radiaciones ionizantes ya descritas, pudiendo causar los mismos trastornos de salud que los rayos X. En el universo se desarrollan en ocasiones explosiones de rayos Gamma en galaxias distantes, siendo los eventos más luminosos conocidos del universo.

Idealización de un brote de rayos Gamma

-Radiación cosmica

Los rayos cosmicos son partículas (la luz es a la vez una onda y una partícula llamada fotón) de altísima energía que provienen del espacio, y son la banda más energética del espectro. Proceden de zonas del espacio de gran turbulencia en las que han ocurrido eventos catastróficos en el pasado, como explosiones estelares (supernovas). Viajan casi a la velocidad de la luz y tienen energías enormes , pero los que llegan a la superficie terrestre están muy degradados debido a su interacción con las capas superiores de la atmósfera. 

Restos de una explosión estelar: la nebulosa del Cangrejo

Con esto terminamos nuestra descripición del espectro. Como seguramente ya sabreis, los objetos emisores de radiacion no emiten todo el espectro, si no bandas del mismo. Una bombilla ordinaria solo emite luz visible y infrarroja, mientras que el Sol emite en todas las frecuencias. Es una descripción muy breve de un montón de conceptos, pero si os ha interesado por vuestra cuenta podréis encontrar cantidad de información en internet sobre este tema. Espero que os haya gustado

Un saludo!

El ciclo del combustible nuclear

Después de 2 años vuelvo a escribir en este blog. Esta vez intentaré no dejarlo abandonado y seguir actualizándolo bisemanalmente aproximadamente.

¿Alguna vez tuvisteis curiosidad de que le pasa al uranio desde que es extraído de la mina hasta que se usa como central y se convierte en un residuo? Pues de eso vamos a hablar hoy, del ciclo de combustible de las centrales nucleares.

Ciclo del Combustible

La figura anterior es, en resumen. el ciclo de combustible nuclear.Las etapas del ciclo de combustible son las siguientes:

1. Minería del Uranio
2. Concentración
3. Conversión y enriquecimiento
4. Fabricación de elementos combustibles
5. Uso de combustible en el reactor
6. Reproceso
7. Almacenamiento

Hay dos tipos de ciclos de combustible:

• Abierto: Sin reproceso, es el ciclo que tenemos en España.
• Cerrado: Con reproceso, ocurre por ejemplo en Francia. 

Vamos ahora a describir el proceso sin entrar en grandes detalles

-Minería 

El uranio en la corteza terrestre tiene una concentración de aproximadamente 0.0002 %. Os puede parecer poco, pero de hecho es 40 veces mas abundante que la plata y 800 veces mas abundante que el oro. El uranio se extrae, sobretodo, de los minerales de pechblenda y uraninita.

Pechblenda

Los mayores productores de mineral de Uranio son Canadá, Australia y Kazakstán. En España se extrajo hasta el 1 de enero del 2001.

-Concentración

Una vez el Uranio sale la mina, se le somete a un proceso físico-químico para aumentar el contenido de uranio hasta el 70% y conseguir un polvo fino con una riqueza en oxido de uranio del 99% Su formula química es U3O8 y se le conoce como "Yellow Cake"

Yellow Cake

Para que un reactor de 1000MW de potencia ( la mayoría de los que tenemos en España) funcione un año se necesitan aproximadamente 200 toneladas de Yellow Cake. Hasta 2001 se realizaban procesos de concentración en España. Hoy por hoy nuestros reactores lo obtienen del extranjero.

-Conversión y Enriquecimiento

El uranio, en la naturaleza es una concentración de fundamentalmente dos isótopos, el U-238 con una abundancia natural del 99.2762 % y el U-235, con una abundancia del 0,7182 %.

Algunos reactores funcionan con uranio natural, pero la mayoría de ellos funcionan debido a la fisión del U-235 principalmente. Para favorecer el proceso de fisión, interesa conseguir concentraciones de U-235 mayores, del orden del 3-5 %. A esto se le llama enriquecimiento.

Antes de poder realizar el enriquecimiento es necesario realizar la conversión del yellow cake U3O8 a fase gaseosa como Hexafloruro de Uranio (UF6), mediante sucesivas disoluciones y precipitaciones. 

Mediante el enriquecimiento, se consigue eliminar un 85 % del U-238. 200 toneladas de "yellow cake" se transforman en 32 toneladas de UF6 enriquecido. Esta etapa del ciclo de combustible nunca se ha realizado en España. Muy pocos paises tienen el ciclo completo del uranio, y esta es la parte mas polemica, ya que este proceso es el mismo que se utiliza en la fabricación de armas nucleares (aunque parte de los residuos del ciclo de combustible (Pu) son de mayor importancia en la fabricación de armas nucleares)

 

"Explicación" del enriquecimiento. (La Razón)

-Fabricación de elementos combustibles (EC)

 Una vez tenemos el uranio enriquecido en forma de UF6, se somete a un proceso quimico y se transforma en dioxido de uranio en polvo. Este polvo se calienta a gran temperatura y se prensa, obteniendose las pastillas de dioxido de uranio sinterizado, de 1 dm de diametro aproximadamente.

 

"Pellets" de Dióxido de Uranio

 Estas pastillas se introducen en unas varillas de una aleación de circonio (Zircalloy) de 4 metros de altura que son las propias varillas de combustible. Las varillas se agrupan en los elementos de combustible, que consiguen darle estabilidad a la estructura, asi como añadir las huecos en donde se introducen las barras de control del reactor.

Elemento de Combustible

Hasta aqui para conseguir combustible fresco para el reactor. En España se fabrican EC desde 1985 en Salamanca. Trabajan para los reactores españoles y también exporta a otros paises.

-Uso en el reactor

 

Los elementos de combustible se introducen en el núcleo del reactor. Tras una serie de ciclos de quemado y concluido su ciclo de producción energética, los elementos de combustible son almacenados en las piscinas de la central. El agua sirve como blindaje contra la radiación y elimina el intenso calor que producen los elementos combustibles ya gastados.

Piscinas en la central nuclear de Vandellós II

Una vez han pasados unos años (entre 2 y 10) se considera que el combustible es un residuo radiactivo ( si el ciclo es abierto) o que está preparado para el reproceso (en el ciclo cerrado).

-Reproceso

El combustible gastado esta compuesto por:

• 95.52 % de Uranio empobrecido
• 0.97 % de Plutonio
• 3.43 % de productos de fisión y activación
• 0.078 % de actínidos minoritarios

El reproceso consiste en la extracción del combustible gastado del uranio y plutonio para volver a ser usados en el ciclo nuclear. El Uranio recuperado se envía de nuevo a la planta de conversión y enriquecimiento para volver a obtener uranio enriquecido y el plutonio se traslada a la fabrica de Elementos Combustibles, en donde se fabrican pastillas de mezcla de uranio y plutonio llamadas pastillas MOX. El resto de actínidos y productos de fusión se vitrifican, con la intención de inmovilizarlos y darles estabilidad química, y se introducen en bidones de acero inoxidable. En la jerga atómica, a estos residuos se les conoce como "Vidrios".

El reproceso consigue reducir el volumen de residuos nucleares en un 97 % y se obtiene nuevo combustible para la central nuclear. En España nunca se adoptó, y es porque entre sus grandes ventajas, el reproceso tiene una desventaja fundamental, es más caro que producir nuevos elementos combustibles.

-Almacenamiento de residuos

En la primera parte del ciclo, hasta el uso en el reactor, se generan residuos de vida corta y poca producción de calor, que tienen su almacenamiento definitivo en España en el Cabril (Cordoba).

El Cabril (Córdoba)

En la segunda parte del ciclo se producen elementos combustibles gastados (ciclo abierto) o vidrios (ciclo cerrado) como residuos. Estos residuos generan grandes cantidades de calor, tienen periodos de actividad muy largos (cerca de 1.000.000 años para reducirse a la del uranio natural).  Hasta hoy, en el mundo solo se ha llegado a instalaciones de almacenamiento temporal (ATC), en piscinas o en contenedor metálicos; pero se están produciendo grandes avances en este tema, ya que en Finlandia se está realizando la construcción del primer AGP (Almacenamiento Geológico Profundo) en donde se realizaría un almacenamiento definitivo de estos residuos.

Esquema del ATC español (En proyecto)

Esquema de un AGP

Espero haberos despejado lagunas acerca del ciclo del combustible. El tema de los residuos ha sido algo escueto, pero en otra actualización espero cubrirlo con mas detalle.

 Os dejo aqui también una animación muy buena realizada por el País en la que viene esquematizado el ciclo explicando con algún detalle los diferentes procesos

Animación sobre el ciclo del combustible

Adios amigos!