La importancia de la metrología en el aprovechamiento de la energía solar

Entrevista con Dave Wilson, líder del grupo de metrología de ITER

Seguimiento láser con el ATS600 en la preparación de la soldadura del cilindro inferior del ITER

Recientemente tuvimos la oportunidad de dialogar con Dave Wilson, líder del grupo de metrología de ITER, acerca de cómo este equipo ha aplicado las soluciones de medición para garantizar una construcción precisa de uno de los proyectos de investigación energética más interesantes del mundo.

Gracias por aceptar esta entrevista Dave. ¿Qué es ITER?

Bueno, ITER es una máquina experimental que se está construyendo en Saint Paul Lez Durance, en el sur de Francia, para probar la viabilidad de la fusión nuclear como una fuente de energía. La fusión nuclear es el proceso que se lleva a cabo en las estrellas en todo el sistema solar, y es un proceso de fusión de isótopos de hidrógeno que al hacerlo crea energía.

Lo que estamos tratando de hacer aquí es crear una pequeña estrella en la Tierra. La máquna del ITER funciona prácticamente igual a las estrellas. La reacción de la fusión ocurre en el vacío, tal como sucede en el espacio. Tenemos una cámara de vacío en la cual se inyecta un combustible de hidrógeno de deuterio y tritio, los cuales se fusionan creando helio y una inmensa cantidad de energía.

En el sol existe una presión masiva producida por su atracción gravitacional. Nosotros no podemos generar esa presión, por lo que es necesario aumentar la temperatura. La temperatura de la reacción en el ITER es diez veces mayor que en el sol; el sol está a 15 millones de grados, así que nosotros aplicamos 150 millones de grados.

Esto suena como una cantidad impresionante de temperatura...y definitivamente lo es. Se trata de un gas extremadamente caliente, el cual se denomina plasma, y el plasma debe estar bajo control, ya que obviamente no deseamos que esta temperatura llegue a los componentes en el interior de la máquina del ITER. La forma de controlarlo es ionizando el gas y utiizando imanes muy poderosos para confinar el plasma, darle forma y colocarlo cuando sea necesario.

En ITER contamos con imanes superconductores muy poderosos que nos permiten controlar el plasma. Cuando se produce la reacción, se desprenden enormes cantidades de energía y es esa energía la que intentamos aprovechar.

¿Qué papel juega la metrología en ITER?

Estos imanes deben ser muy pero que muy precisos, y deben estar alineados con gran precisión para que la máquina funcione según la especificación necesaria. Estamos hablando de imanes de 17 metros de altura, con una tolerancia de alineación de 1 milímetro. Para lograrlo, se requiere el mejor equipo posible y aquí es donde Hexagon entra en acción.

¿Nos puede explicar un poco acerca del equipo específico de Hexagon que utiizan en ITER?

Comencé a trabajar en ITER en 2008, poco después de que se estableciera la plataforma de 1km sobre la cual se construyeron los edificios y la infraestructura del ITER.  Lo primero que necesitamos fue establecer los sistemas de referencia para la construcción de los edificios, los cuales posteriormente se transferirían a los propios edificios.

Metrología del cilindro inferior con Absolute TrackerNuestra primera experiencia con los productos de Hexagon fue con estaciones totales muy precisas, que podían medir a una distancia de un par de kilómetros con codificadores angulares de muy alta precisión. La red se midió con este equipo, en combinación con GPS y tecnología de nivelación digital. Se unió toda esta tecnología y a partir de los datos combinados se estableció una red con una incertidumbre sobre esta amplísima zona de tan solo 2 milímetros.

A partir de ahí, hemos comenzado la construcción de la máquina de ITER. Tenemos necesidades muy precisas, por lo que se requiere del mejor equipo disponible. Utilizamos láser trackers, tanto convencionales que miden hacia prismas como los de nueva tecnología láser como el ATS600, que puede medir sin un prisma.

Cuando es necesario medir hacia un prisma, se debe colocar el prisma, virar hacia él y moverlo cuando se mueve el instrumento y todo esto puede llevar mucho tiempo cuando se trata de un enorme componente. Utilizando el ATS600, que tiene una función de escaneo directo que nos permite medir directamente hacia una superficie sin un prisma, se elimina la necesidad en muchos casos de tener que colocar los prismas. Es posible medir directamente hacia la superficie y obtener un resultado inmediato. También es posible medir muy rápidamente, por lo que la nube de puntos general que se genera es representativa de un volumen muy grande, pero sin dejar de obtener los datos en un plazo conveniente.

La razón por la que se necesita un tiempo expedito es porque se requiere hacer ingeniería inversa, es necesario un análisis de choque para determinar de una etapa a otra que es posible juntar los componentes. Estos componentes son muy, muy caros. En muchos casos están recubiertos con materiales muy delicados, como por ejemplo el escudo térmico, que está recubierto con chapa de plata y estará envuelto por las bobinas de TF. Por lo tanto, tenemos que estar absolutamente seguros de que al definir las trayectorias de estas bobinas, podemos unir los componentes sin problema, de tal forma que garantice que no dañamos nada.

¿Nos puede explicar un poco más de las diferentes funciones y responsabilidades de su equipo de calidad aquí, en ITER?

Soy líder de un grupo de cuatro personas y también empleamos subcontratistas que nos ayudan en el trabajo que realizamos. El grupo tiene múltiples funciones. No nos limitamos a medir las cosas; también somos responsables de garantizar la calidad a través de la cadena de suministro y a través de nuestros contratistas que están trabajando para construir la máquina.

Gran parte de nuestro trabajo consiste en proponer métodos de alineación, métodos de inspección, calificar estos procesos, evaluar y aprobar los procedimientos, evaluar los datos que nos llegan de los provedores y de nuestros socios, y luego aprobarlos para que el proyecto ITER tenga una buena comprensión de calidad.

Hace 13 años, cuando comencé a trabajar aquí en ITER, la tecnología metrológica era muy diferente a la actual. ¿Nos puede explicar cómo era cuando comenzó y cómo ha seguido la evolución de la tecnología metrológica hasta el día de hoy?

ITERMi experiencia con la metrología comenzó hace 25 años. En aquel entonces, alineábamos los objetos con portapiezas y dispositivos para sujeción, pero muy pronto quedó claro que los requisitos de alineación eran cada vez más estrictos y por lo tanto, era necesario un sistema mejorado.

Los primeros sistemas que llegaron de Hexagon en ese caso fueron teodolitos de intersección. Ofrecían la tolerancia necesaria, pero eran muy lentos y consumían mucho tiempo. El software tampoco era muy inteligente: ofrecía lo necesario, pero no era suficiente para el punto donde estamos ahora.

Cuando comencé a trabajar en ITER, empezamos con los teodolitos y GPS, pero ahora estamos en una etapa donde la precisión es absolutamente necesaria y la velocidad de adquisición, la utilización del equipo en el proceso es extremadamente importante. Tiempo es dinero en cualquier industria, y en ITER es extremadamente importante.

Asimismo, la necesidad de descubrir faltas de conformidad en una etapa temprana es fundamental, ya que cuanto más adelante en la fase de construcción se encuentre un problema, más difícil será resolverlo. La comprensión de la variación que se presenta en los componentes en el proceso en una etapa temprana es extremadamente importante.

En ITER nos esforzamos por examinar el proceso en una etapa temprana, evaluar los datos que recibimos, evaluar los procesos que se ejecutan, evaluar el riesgo de lo que está ocurriendo y, con toda esta infomación, elaborar un proceso que sea de bajo riesgo y eficiente y que nos proporcione a nosotros y a nuestos socios el resultado necesario. La metrología es extremadamente importante en este proceso.