Las energías no renovables

LAS ENERGÍAS
NO
RENOVABLES
Tema 2
Tecnología Industrial I
FUENTES DE ENERGÍA PRIMARIA
Geotérmica -Hidrotérmica
FUENTES DE ENERGÍA SECUNDARIA
Son aquellas resultantes de las energías primarias,
que han sufrido algún proceso de transformación.
Ejemplos:
• Gasolinas
• Gasóleos
• Carbón de coque
• Etc.
La electricidad puede considerarse más que como
una energía secundaria, una energía de transición.
EL CARBÓN (Combustibles fósiles)
Características: color, composición, etc.
Tipos: minerales y artificiales
MINERALES
ARTIFICIALES
Carbón vegetal: obtención y utilización
Carbón de coque: obtención y utilización
APLICACIONES DEL CARBÓN
FABRICACIÓN DE CARBÓN DE COQUE
(a partir de la hulla)
Utilidades:
• Servir de combustible, para fundir el mineral de hierro en los
hornos altos
• Emitir gases que reaccionen con los óxidos ferrosos para obtener
hierro. Proceso de reducción del mineral.
OBTENCIÓN DE PRODUCTOS INDUSTRIALES
•
•
•
•
Gas ciudad
Vapores amoniacales: sulfato amónico (fertilizantes)
Grafito
Brea o alquitrán.- Aceites: medicamentos (ácido acetil salicínico),
colorantes, explosivos, etc.
• Pez.- Asfalto para las carreteras o impermeabilización de paredes.
PRODUCIÓN DE ELECTRICIDAD EN CENTRALES CLÁSICAS
Generadores de vapor VÍDEO
Turbina de vapor VÍDEO
Principal inconveniente: alto grado de contaminación atmosférica.
CHIMENEA
AGUA
Precipitadores _Filtros
LÍNEAS DE
TRANSPORTE
AIRE
GENERADORES
DE CORRIENTE
ALTERNA
CALOR
ROTACIÓN
ENERGÍA ELÉCTRICA
TRANSFORMADORES
20Kv/420 Kv
COMBUSTIÓN EN
LA CALDERA
ENERGÍA CÍNETICA DE
RECEPCIÓN Y
PREPARACIÓN DE LA
MATERIA PRIMA
(CARBÓN)
PRODUCCIÓN
DE VAPOR
VAPOR
TURBINAS
Alta presión
Media presión
Baja presión
VAPOR+ LÍQUIDO
CONDENSADORES
CALIENTE
TRIFÁSICA
CON AGUA
CON AIRE
LÍQUIDO
FRÍO
REFRIGERANTE
DIAGRAMA DE GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD EN UNA CENTRAL
TÉRMICA CLÁSICA
FORMAS DE EXTRAER EL CARBÓN
Hay dos formas de extraer el carbón:
Explotación subterránea.- Se excavan pozos denominados
galerías, hasta llegar a la veta de carbón. Se suele
transportas hasta la superficie en vagonetas o
montacargas.
A veces aparece un gas denominado grisú y compuesto
mayoritariamente de metano, que en contacto con las
chispas produce explosiones. Este sistema es caro y
peligroso.
Explotación a cielo abierto.- Se utiliza en aquellos
yacimientos que están situados a ras de suelo. Su
extracción es menos peligrosa y más barata, aunque
tiene sus inconvenientes.
Animación VÍDEO
NUEVAS TECNOLOGÍAS EN CENTRALES
TERMICAS CLÁSICAS
Combustión en lecho fluido: Carbón pulverizado
mezclado con cal y mediante una corriente
ascendente de aire los hace flotar.
Ventajas:
a) Mayor superficie de contacto (arde mejor)
b) El azufre reacciona con la cal y evita emisiones ácidas.
Gasificación del carbón: inyección de oxígeno o aire y
vapor de agua sobre la masa de carbón, se obtiene un
gas combustible aprovechable.
CARBÓN Y MEDIO AMBIENTE
a) IMPACTO MEDIOAMBIENTAL
La combustión de este mineral provoca una emisión de óxidos de azufre, óxidos de
nitrógeno, partículas sólidas, hidrocarburos y dióxido de carbono. Estos gases son
difícilmente reabsorbidos por los procesos naturales, originando graves
consecuencias, como:
Efecto invernadero: aumento del tanto por ciento de CO2 en la atmósfera. Aumento
de la temperatura media. Entra energía de onda corta y sale energía de onda larga.
Lluvia ácida: las emisiones de azufre y óxido de nitrógeno, reaccionan con el vapor
de agua atmosférico favorecido por la radiación solar, transformándose en ácido
sulfúrico y ácido nítrico.
Pérdida del manto fértil: bosques, hierbas, etc.
Contaminación de los ríos: flora y fauna de estos.
Deterioro del patrimonio arquitectónico: estos gases atacan a la piedra.
b) TRATAMIENTO DE RESIDUOS
Los residuos sólidos, como las cenizas, si se depositan en vertederos controlados no
perjudican el medio ambiente, aun siendo ricas en azufre.
EL PETRÓLEO (Combustibles fósiles)
CARACTERÍSTICAS
Composición:
Carbono entre el 80 y el 90%
Hidrógeno entre el 10 y el 15%
Azufre entre el 0,1 al 8%
Oxígeno valores inferiores al 1,5%
Nitrógeno valores inferiores al 1%
Color: pardo oscuro
Densidad: entre el 0,8 y el 0,95 kg/dm3. No se disuelve en el agua.
Origen: la misma que la del carbón , pero con una doble descomposición de la
materia orgánica
a) Descomposición con bacterias aerobias.
b) Descomposición anaerobia. En roca porosa rodeada de roca impermeable
(arcilla).
POZOS PETROLÍFEROS
El proceso de extracción es complicado y exige un personal muy
especializado con unos equipos costosos.
Se emplean métodos sísmicos, que nos aportan datos muy concretos y
específicos sobre la estructura del subsuelo sin tener que perforar el terreno.
Composición del pozo:
Petróleo dentro de la roca porosa
En la parte superior, gas natural y otros hidrocarburos gaseosos.
En la parte inferior, agua salada.
En los laterales roca impermeable arcillosa.
Todo el conjunto rodeada de roca impermeable (arcilla).
Al perforar lo que sale es el gas natural a presión. Si perforamos más sale el
petróleo empujado por la presión del gas.
Esta presión va disminuyendo llegando un momento en el que hay que
inyectar desde el exterior agua o aire a presión para que el petróleo siga
fluyendo.
Formación del petróleo VÍDEO
LAS REFINERÍAS
En las refinerías se realiza una
destilación fraccionada o múltiple del
petróleo, separándose los distintos
hidrocarburos que lo forman.
Al calentar el crudo a unas
temperaturas de 340 ºC, los gases que
se forman van ascendiendo en la torre
de destilación y condensándose en a
diferentes alturas según sus diferentes
puntos de licuación. Como las
temperaturas de ebullición están muy
próximas de unas de otras, hay un
arrastre de componentes y se hacen
necesarias nuevas y repetidas
destilaciones (múltiples)
Proceso VÍDEO
Refinería VÍDEO
COMPOSICIÓN DE UN LITRO DE CRUDO
Cuando en el mercado hay más
demanda de un producto petrolífero
que de otro, como en el caso de la
gasolina con respecto a otros
subproductos (alquitrán), se recurre
a un proceso que se denomina
craqueo, consistente en calentar el
hidrocarburo por encima de la
temperatura de ebullición
rompiendo esas moléculas
complejas y obteniendo otras de
menor peso molecular que
coincidan con las de producto que
queremos obtener
EL GAS NATURAL (Combustibles fósiles)
Origen: descomposición de la materia orgánica en un proceso similar al del petróleo.
De donde se puede extraer:
a)
De la parte superior de las bolsas de petróleo (gas natural húmedo), mezclado
con hidrocarburos procedentes del petróleo, como el metano CH4, etano
C2H6, propano C3H8 y butano C4H10
a)
En bolsas recubiertas de material impermeable (arcilla) y sometidas a grandes
presiones (gas natural seco). Este gas esta compuesto básicamente por metano
y etano (más del 70%) y pequeñas proporciones de hidrógeno (H2) y nitrógeno
(N2).
En la superficie se licua (grandes presiones) y se almacena en unos depósitos
(gasómetros) y se distribuye mediante gasoductos o licuado en camiones
cisternas.
El gas natural antes de ser utilizado se somete a un proceso de purificación o
limpieza, quedando la siguiente composición 84% de metano, 8% de etano,
2% de propano y algunas pequeñas impurezas
El porcentaje de azufre es muy bajo, siendo poco contaminante, genera CO2 y
H2O. Poder calorífico 8540 kcal/m3
Qué es el gas natural VÍDEO
HIDROCARBUROS SÓLIDOS, LÍQUIDOS Y GASEOSOS
Los GLP es el nombre que reciben el propano y el butano sometidos, para su
comercialización, a grandes presiones y licuados.
OTROS COMBUSTIBLES QUE NO PROCEDEN DE PETRÓLEO
Gas ciudad o manufacturado.
Se obtiene en el proceso de fabricación del carbón de coque procedente de
la hulla. Antiguamente se utilizaba como un gas doméstico (calefacciones,
cocinas, etc). En la actualidad se emplea como combustible en la obtención
del carbón de coque.
Es un gas muy tóxico y contaminante ambiental, al estar formado
básicamente por hidrógeno H2, monóxido de carbono CO y metano CH4.
Se sustituye por el gas natural.
Su poder calorífico en condiciones normales está entre 4000 y 5500
Kcal/m3.
Gas pobre o gas del alumbrado.
Se obtiene a partir de la combustión incompleta de la materia vegetal.
Poder calorífico 1500 Kcal/m3. No se emplea.
Acetileno (C2H2). Se obtiene al añadir agua al carburo de calcio (CaC2). Se
emplea en la soldadura oxiacetilénica.
Poder calorífico alto de 13600 Kcal/m3
IMPACTO MEDIOAMBIENTAL DEL PETRÓLEO
Al ser un combustible fósil de formación similar a la del carbón, los efectos
medioambientales son parecidos (lluvia ácida y efecto invernadero).
Medidas correctoras:
• Utilización de gasolinas sin plomo. Menos gases contaminantes y eliminar las
emisiones de partículas de plomo.
• Gasóleos libres de azufre.
• Instalaciones de centrales térmicas que utilicen gas natural en lugar de gasóleo
o fuel óleo.
El transporte de petróleo se realiza por medio terrestres (oleoductos) o por
medio marítimo (a través de grandes petroleros). Este último tiene el riesgo de
desastre ecológico cuando se produce un accidente en el mar.
Los pocos residuos petrolíferos son fáciles de eliminar. Estos se producen
cuando se está refinando el petróleo, en la parte más alta de la torre de
destilación. Se producen gases (metano+etano) que son muy difíciles de licuar,
pues necesitaríamos presiones muy altas. La forma de eliminarlos es
quemándolos en la propia refinería con la consiguiente emisión a la atmósfera
de monóxido de carbono CO y dióxido de carbono CO2
CENTRALES TÉRMICAS DE CICLO COMBINADO I
CENTRALES TÉRMICAS DE CICLO COMBINADO II
Central de ciclo combinado VÍDEO
CENTRALES TÉRMICAS DE CICLO COMBINADO III
Descripción general:
El ciclo combinado es la utilización conjunta (combinada) de dos ciclos
termodinámicos diferentes para la extracción de la energía del combustible.
El primero es el del gas, denominado Brayton; y el del segundo, el del vapor,
denominado Rankine. La combinación de los dos procesos resulta una
extracción más completa de la energía y obtiene rendimientos que
actualmente superan el 57%, inimaginables en un proceso simple que llega a
unos máximos del 40%.
El gas natural mezclado con aire a presión entra en una combustión. De los
gases que produce se extrae la energía, primero, y de forma directa, en la
turbina de gas y a continuación, los gases de escape que están todavía a unos
500 ºC se hacen circular a través de una caldera de recuperación de calor. En
esta caldera se produce vapor cuya energía es extraída por una turbina de
vapor. Este proceso requiere una refrigeración con agua para condensar el
vapor expandido en la turbina. Esta agua puede circular de forma abierta, es
decir, que entra y sale, pasa por el condensador y vuelve al río algo
recalentada o en forma cerrada, que pasa por el condensador, se enfría en las
torres de refrigeración y vuelve a recircular.
CENTRALES TÉRMICAS DE CICLO COMBINADO III
Características generales de la central térmica de Castejón:
El funcionamiento de una central térmica de ciclo combinado se basa en la turbina de
gas y el posterior aprovechamiento del calor residual en un ciclo de vapor.
Dicha turbina se acciona mediante el calentamiento por combustión de aire
comprimido a través de un compresor, acoplado a la misma. Los gases que salen se
encuentran a temperaturas superiores a 550 ºC. Su calor es aprovechado por una
caldera de recuperación para producir vapor, produce trabajo que también se convierte
en energía eléctrica. Está previsto que vayan equipadas con sistemas de combustión de
baja emisión de NOx . La potencia oscila (en la central de Castejón) entre los 350 y 400
Mw. La instalación tendrá una configuración de eje único longitudinal donde se acopla
la turbina de gas, la de vapor y el alternador, alineados con la caldera de recuperación.
El combustible utilizado es gas natural. . Para suministrarlo se utiliza la acometida al
gasoducto de alta presión (16-72 kp/cm2) que recorre el Valle del Ebro. La cantidad de
gas para que la central trabaje a plena carga será de 66.800 m3/h para una potencia de
400Mw. Como combustible alternativo, durante los periodos de interrupción de
suministro de gas, se utilizará gas-oil con capacidad para que la instalación funcione
durante 48 horas a plena carga.
La refrigeración de la central se realizará mediante un circuito de agua abierto.
CENTRALES TÉRMICAS DE CICLO COMBINADO IV
ENERGÍA NUCLEAR
PROCEDENCIA
Procede de la materia contenida en el núcleo de los átomos. Cuando rompemos o
fisionamos el núcleo de ciertos átomos de uranio o plutonio se libera una gran cantidad
de energía en forma de calor. En otras ocasiones esta energía térmica se obtiene al
fusionar o unir un núcleo de deuterio y otro de tritio formando helio.
En la fisión se sabe que la diferencia de peso inicial y el peso final de sus componentes
es equivalente a la energía liberada:
La masa desintegrada se convierte en energía según la ecuación de Einstein E = m c2
Energía (J); m (kg.)
c = velocidad de la luz (3*108 m/s)
TIPOS DE REACCIONES NUCLEARES
De fisión:
La utilizamos para obtener energía eléctrica en las centrales térmicas nucleares y en
submarinos nucleares como energía de propulsión, además tiene otras aplicaciones
como la médica, la militar, etc.
La totalidad de la energía eléctrica obtenida en el mundo procede de este método.
De fusión:
Está en fase experimental. Se supone que este es el fenómeno es el que produce
espontáneamente en el Sol, pero en la actualidad no se ha conseguido energía comercial
alguna.
ENERGÍA NUCLEAR
(INTRODUCCIÓN)
A nivel tecnológico estudiaremos la energía nuclear sobre todo en función de su
capacidad para generar energía eléctrica, sin olvidarnos de otros fines, como
militares, médicos, etc.
Este tipo de energía tiene muchas ventajas si las medidas de seguridad se llevan
a rajatabla, pero infinidad de inconvenientes, si estas medidas se relajan.
DOSIS RADIOACTIVAS.-
El efecto biológico que una radiación produce se mide en
rem. Una dosis de 25 rem al año no produce efecto alguno clínicamente
detectable, mientras que si alcanza los 600 rem provoca inevitablemente la
muerte.
La radiación ambiente equivale a una dosis anual de unos 100 milirem y la
exposición durante dos horas diarias de televisión en un año a 300 mrem
mientras que vivir en las cercanías de una central nuclear tan solo 1 mrem.
Se define como energía nuclear como aquella energía que desprende o
absorbe el núcleo de un átomo cuando en el se produce una reacción
nuclear.
ENERGÍA NUCLEAR (INTRODUCCIÓN)
En España aproximadamente un 21% de la energía eléctrica que se produce
proviene de la nuclear. En el mundo viene a ser el 15%. Hay países como EEUU
con el 20 %, Japón con el 25 % o Francia donde estos valores llegan hasta el
77%.
ENERGÍA NUCLEAR
(INTRODUCCIÓN)
Radiaciones nucleares de interés energético: son aquellas mediante las cuales
podemos obtener calor o bien de una forma artificial fisionando el núcleo o bien
fusionando núcleos (hasta ahora solamente se produce de una forma natural en el
Sol). En ambos casos se desprende una gran cantidad de energía en forma de
calor.
Ejemplo: una pequeña cantidad de uranio (1gr) produce una gran cantidad de
energía. (como 3 toneladas de carbón).
La energía nuclear tiene su origen en la materia, cuando por ruptura o unión de
átomos, se emite una gran cantidad de calor y otras radiaciones.
La materia está compuesta por moléculas y estas a su vez por partículas, siendo
el átomo la partícula más pequeña que conserva las propiedades de este elemento
químico.
El átomo se compone principalmente de un núcleo donde se sitúan los protones
(+), y los neutrones( ) y alrededor del núcleo se sitúan otras partículas que son
los electrones.Núcleo
Electrones (-)
Protones (+)
Neutrones ( )
ENERGÍA NUCLEAR
El número de protones nos dice el número atómico (Z), se representa ZE. En la tabla
del sistema periódico, el hidrógeno es el 1, el helio el 2, etc.
A la suma de protones y neutrones se le denomina número másico (A)(*), se representa
*E o AE. Un elemento puede presentar diferentes números másicos. Estos núcleos
tienen el mismo número de protones pero diferente número de neutrones, se les
denominan isótopos.
Ejemplo:
El hidrógeno posee un protón en el núcleo (AZH) pero según el número de neutrones,
presentan tres isótopos.
 Protio, con ningún neutrón. La mayoría son de este tipo. Es lo que conocemos
realmente como hidrógeno (11H). Abundancia 99,98%.
 Deuterio, con un neutrón (21H).
 Tritio, con dos neutrones (31H).
La energía obtenida proviene de la desigualdad de la materia que existe en la
reacción entre los elementos radiactivos y los resultantes de la reacción.
Una reacción nuclear no es una combustión (quemar). En una combustión ordinaria hay
una reacción química, los productos obtenidos, son cenizas, humos y calor,
permaneciendo los mismos elementos químicos siendo las masas iníciales y finales
iguales. En las reacciones nucleares los elementos resultantes son distintos pero
además la masa final resultante es ligeramente inferior a la inicial.
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓN
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓN
(REACCIÓN EN CADENA)
n
235U
n
n
235U
n
235U
235U
235U
ENERGÍA NUCLEAR DE FISIÓN
Se provoca la ruptura del núcleo de un átomo pesado, en dos más ligeros, es
decir, rotura o escisión de dicho núcleo mediante el bombardeo de partículas
(protones, rayos gamma, neutrones, etc.). Lo habitual suele ser mediante
impacto de neutrones. En todo el núcleo existe almacenada una gran cantidad
de energía (todas las partículas ligadas unas con otras), al producirse la fisión
parte de esta energía se libera y se manifiesta en forma de calor. Además se
desprende una serie de radiaciones (partículas subatómicas) perjudiciales para
la salud.
Estas reacciones tienen la posibilidad de verificarse en cadena, es decir, que el
número de neutrones desprendidos sea cada vez mayor, aumentando de esta
manera el número de reacciones que se producen en la unidad de tiempo y por
consiguiente la energía liberada con lo que si el proceso no se controlase,
transcurriría con violencia explosiva.
Los neutrones desprendidos son muy rápidos, poseen una energía muy
elevada y son poco aptos para producir reacciones de fisión, por lo que es
necesario frenarlos (bajar su energía) y esto se consigue haciéndolos chocar
repetidas veces contra átomos de pequeño tamaño (moderador).
ENERGÍA NUCLEAR
(FISIÓN)
QUE PUEDEN HACER LOS NEUTRONES PRODUCIDOS:
• Pueden escaparse del material fisionable, sin reacción
alguna.
• Pueden ser absorbidos por las impurezas.
• Pueden ser absorbidos por los núcleos de U-235 y
fisionarlos dando origen a nuevos neutrones.
Resulta evidente que para que se produzca y mantenga
una reacción de fisión nuclear será necesaria una masa
mínima de material fisionable, pues en caso contrario
los neutrones producidos se escaparían sin producir
nuevas fisiones. Esta masa mínima se le conoce con el
nombre de masa crítica y en el caso del U-235 oscila
entre 1 y 2 kg.
Generación de energía nuclear
VÍDEO
EMISIONES DE UNA CENTRAL NUCLEAR
PRODUCTOS DE UNA REACIÓN NUCLEAR
Los materiales reactivos como el uranio emiten además del calor unas radiaciones que
son nocivas para todos los seres vivos. Entre ellas las más importantes son:
• Radiaciones alfa α .- Son núcleos de helio cargados positivamente. Pueden recorrer
distancias pequeñas a una velocidad de 20.000 km/s, siendo detenidos por una hoja fina
de papel o la piel de cuerpo humano.
• Radiaciones beta β .- Están formadas por electrones. Carga negativa con una velocidad
de 200.000 km./s. Para frenarlas hace falta una lámina delgada metálica o una gruesa
de madera.
• Rayos X .- Son de tipo electromagnético. Se desplaza a la velocidad de la luz 300.000
km/s Para frenarlos hace falta una chapa de plomo.
• Radiaciones gamma γ.- Son también de carácter electromagnético, pero de mayor poder
de penetración. Necesitan una capa más gruesa de plomo.
• Neutrones .- Se emiten en las radiaciones en cadena. Son las más penetrantes. Para
frenarlas hace falta un grueso muro de hormigón o agua.
PAPEL
ALUMINIO
PLOMO
HORMIGÓN
COMPONENTES DE UNA CENTRAL NUCLEAR
FUNCIONAMIENTO
CENTRAL
NUCLEAR
VÍDEO
COMPONENTES DE UNA CENTRAL NUCLEAR
EL REACTOR NUCLEAR es el principal componente de una central nuclear. Es la parte
de la instalación donde se producen las reacciones nucleares. Consiste en una vasija de
presión, metálica de acero (20 cm de espesor) que se encuentra en el interior de un
conjunto blindado formado por un grueso recinto exterior de hormigón y dentro de
este un revestimiento de acero. Tiene una forma cilíndrica con una cubierta o cúpula
semiesférica.
El combustible se introduce en unos tubos o vainas metálicas (núcleo activo) de 5 m de
longitud por 1 cm de diámetro, que son de aceros inoxidables o aleados.
En el núcleo hay una fuente de neutrones que se encuentra inmersa en un moderador
(reactor lento) o no inmersa (reactor rápido). El moderador puede ser de agua ligera
(hidrogeno normal o protio), agua pesada (deuterio), berilio o grafito. La función del
moderador es reducir la velocidad de los neutrones (de 20.000 a 2,2 km/s) para asegurar
su impacto sobre otros núcleos de átomos radiactivos.
En el núcleo se encuentra siempre además otro elemento importante, son las barras de
control, cuya misión es regular la actividad dentro del núcleo. Son barras móviles (de
unos 4 m de longitud) que se introducen más o menos en el núcleo y regulan el número
de fisiones en la unidad de tiempo y permiten variar la potencia del reactor. Cuando
las barras de control están todas introducidas en el núcleo la absorción de neutrones es
tal que la reacción en cadena se para. A medida que se van extrayendo del núcleo las
barras, la reacción va aumentando hasta los niveles requeridos. Estas barras suelen ser de
carburo de boro, o de una aleación de plata-cadmio, entre otras, por la gran absorción de
neutrones que estos elementos tienen.
EL REACTOR NUCLEAR
EMISOR DE
NEUTRONES
REFRIGERANTE
MODERADOR
VAINA
BARRAS DE
CONTROL
VASIJA DE
ACERO
GENERADOR
DE VAPOR
TURBOGENERADOR
CIRCUITO
DE AGUA
A
PRESIÓN
(para
evitar la
ebullición)
HORMIGÓN
B
NUCLEO
B
ACERO
HORMIGÓN
B
CONDENSADOR
COMPONENTES DE UNA CENTRAL NUCLEAR
(CONTINUACIÓN)
EL GENERADOR DE VAPOR. El núcleo del reactor está rodeado de un elemento
refrigerante (en muchos casos agua), un fluido que se encarga de transmitir el calor
producido en el mismo a los equipos de transformación de energía con la que generar
energía eléctrica. El elemento refrigerante puede ser agua ligera (protio), agua pesada,
(deuterio), metal liquido o gas. Habitualmente dicho núcleo está recubierto de un primer
blindaje de hormigón, para proteger el recinto.
EL GRUPO TURBINA-GENERADOR. Componentes encargados de transformar la
presión del vapor en energía cinética de rotación y esta en energía eléctrica.
EL CONDENSADOR. Para que la turbina funcione correctamente es necesario licuar el
vapor que sale de ella y esta misión la realiza un intercambiador, que enfría hasta
licuarlo, todo el vapor que sale de la turbina.
EDIFICIO DE ALMACENAMIENTO DE COMBUSTIBLE. En este recinto se guarda
temporalmente el combustible radioactivo (U-235) , tanto el que va ha ser utilizado como
el que ya lo ha hecho. Este último, en espera a ser trasladado o bien a un centro de
reprocesamiento o enriquecimiento o bien a un depósito de almacenamiento definitivo. La
instalación consiste en unas piscinas de hormigón, recubiertas de una plancha de acero y
llenas de agua, donde se introduce el material radiactivo.
EL COMBUSTIBLE
El combustible nuclear. Solo tres isótopos radiactivos cumplen las condiciones
idóneas para ser fisionables, manteniéndose el tiempo suficiente, estables como
para poderse manipular, son:
• Uranio 233.- No se encuentra en la naturaleza en estado natural. Se obtiene a
partir del torio 232. Bombardeándolo con neutrones.
• Plutonio 239.- No se encuentra en estado natural y se obtiene a partir de de una
absorción neutrónica uranio 238.
• Uranio 235.- El único que se encuentra en estado natural es el uranio 238 que
no es fisionable, en forma de óxido de uranio (formado de 0,7% de uranio 235 y
el 99,3% de uranio 238) de donde se obtiene el U235 y se extrae de un mineral
llamado pecblenda o de rocas volcánicas. Suele utilizarse uranio enriquecido (de
forma artificial) con un contenido del 3 al 4%.
En el centro del reactor nuclear se encuentra el núcleo. Es donde se aloja el
material combustible (pastillas de 1 cm de diámetro por 1-2 cm de grosor,
aproximadamente) y es donde se produce y controla la fisión siendo el alma
central del reactor.
TIPOS DE REACTORES
TIPOS DE CENTRALES DE FISIÓN : DE PRESIÓN
TIPOS DE REACTORES
CONSECUENCIAS DE LA
ENERGIA NUCLEAR
TIPOS DE CENTRALES DE FISIÓN : DE EBULLICIÓN
VÍDEO
FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA SEGURIDAD DE UNA
CENTRAL NUCLEAR
a) No tienen posibilidad de explosión debido a la poca
concentración que tienen las pastillas de uranio 235 (U235). Como mucho 4% (enriquecido).
b) Las centrales están diseñadas para resistir terremotos,
inundaciones, temporales, etc.
c) El material radiactivo tiene que pasar varias barreras
entes del escape.
d) Hay una serie de sistemas de seguridad que funcionan
automáticamente.
e) Se realizan varias revisiones periódicas para asegurar el
buen funcionamiento.
f) Los residuos radiactivos, tanto las pastillas como los
objetos que hayan podido ser contaminados son
almacenados y precintados en lugares seguros.
PREGUNTAS DE REPASO
Cuales son los tres isótopos del hidrógeno. Número atómico y peso atómico.
A que denominamos masa critica, en la energía nuclear. De que cantidades
mínimas estamos hablando.
Qué productos que salen de una reacción nuclear de fisión ¿Cuáles son los más
penetrantes y como se paran?
¿Cuál es el elemento principal que hay dentro del edificio del reactor nuclear?
¿Qué son las vainas?. ¿Dónde están situadas?¿para que sirven?
¿Qué es el moderador?. ¿Dónde está situado?¿para que sirve?
¿Qué son las barras de control?. ¿Dónde están situadas?¿para que sirven?
¿Qué es la fuente de neutrones?. ¿Dónde está situada?¿para que sirve?
¿Cuál es el combustible utilizado en una central nuclear de fisión?. Describe sus
características.
¿El uranio utilizado en una central nuclear es puro?. Si no lo es que
concentración tiene.
¿Qué es una central PWR?. Describe sus características?.
¿Qué es una central BWR?. Describe sus características?
ENERGÍA NUCLEAR DE FUSIÓN
ENERGÍA NUCLEAR DE FUSIÓN
• Fusión (reacciones termonucleares).- Consiste en
interaccionar o unir dos núcleos de átomos ligeros para
formar otro átomo más pesado. La diferencia de masa
inicial y final es la que se degrada o desintegra
transformándose en energía en forma de calor.
• El ejemplo típico de esta reacción es la fusión del
hidrógeno, son las que en la actualidad liberan mayor
cantidad de energía, y más concretamente las de dos de
sus isótopos, el deuterio ( 21H) y el tritio ( 31H), para
formar helio (42 He), un neutrón y gran cantidad de
energía (calor).
Fusión nuclear VÍDEO
ENERGÍA NUCLEAR DE FUSIÓN
DEUTERIO
PROTONES
CALOR
HELIO (42He)
NEUTRÓN
TRITIO
NEUTRONES
RADIACIONES
ENERGÍA NUCLEAR
(FUSIÓN)
• Este tipo de reacción nuclear está en vías de investigación,
y por ahora tan solo se ha utilizado en una bomba
atómica, la bomba de hidrógeno o “bomba H” donde para
que esto ocurra y alcance estas temperaturas se coloca en
el interior una pequeña bomba de fisión. Este proceso
proceso, se cree que tan solo lo hace espontáneamente en
el Sol y en las demás estrellas.
• La dificultad mayor, es llegar en estas temperaturas. En la
actualidad hay que invertir más energía que la que
realmente se obtiene.
ENERGÍA NUCLEAR
(FUSIÓN
Hay tres problemas importantes que impiden desarrollar el sistema:
a)
b)
c)
Para conseguir estas reacciones es necesario mantener los elementos a
100.000.000 de grados, pero para que el sistema fuera útil comercialmente,
serian necesarios 300.000.000 de grados durante varios segundos.
No hay materiales lo suficientemente resistentes para construir recipientes
que puedan soportar estas temperaturas durante cierto tiempo. A esta
temperatura la materia está en estado de plasma.
A temperaturas de 100.000 ºC los átomos se ionizan, es decir pierden los
electrones quedando por un lado los núcleos (cargas positivas) y por el otro
los electrones (cargas negativas), a este estado se le denomina plasma. Es
muy difícil de mantenerlo en un recipiente, pues se volatilizaría, pero si
levitando en potentes campos magnéticos.
Sacar y aprovechar esta energía térmica para transformarla en electricidad
MÉTODOS PARA MANTENER EL PLASMA
SE ENSAYA SOBRE DOS SISTEMAS:
a)
b)
Confinamiento inercial. Un finísimo rayo láser comprime partículas de
deuterio durante un tiempo muy pequeño (trillonésimas de segundo),
alcanzando estás partículas densidades 10.000 veces mayores que las del
agua y generándose pequeñas explosiones termonucleares como las de la
bomba H.
Confinamiento magnético. Enormes
electroimanes que producen campos
magnéticos del orden de 50.000 gauss
que hacen que el plasma flote o levite.
Al mismo tiempo se hace pasar una
corriente de varios millones de amperios
a través del plasma, así se incrementa su
temperatura.
Con estos sistemas se ha conseguido obtener energía, pero el problema sigue
siendo que se consume más energía que la que se obtiene
Fusión nuclear (16 mint.) Directo
VÍDEO
ENERGÍA NUCLEAR Y MEDIO AMBIENTE
IMPACTO AMBIENTAL
• El rendimiento de las centrales nucleares es bastante superior a las centrales térmicas
convencionales.
• Como se usan pequeñas cantidades de combustible y las posibilidades de reciclado de
estos materiales eliminan el riesgo de agotarse.
Negativamente influye mucho sobre el medioambiente.
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Impacto paisajístico. Belleza de determinados entornos.
Elevan el nivel térmico de lagos y ríos por donde descargan el agua caliente.
Emisiones de vapor de agua, que pueden hacer variar el microclima de un lugar.
Emisión de ruidos de los turboalternadores y transformadores.
Posibles emisiones radioactivas, bien a través del aire o del agua, pese a los múltiples
sistemas de seguridad. Los efectos sobre los seres vivos son terribles.
Explosiones del reactor, al fundirse las paredes por el exceso de temperatura.
En las “posibles” centrales de fusión los riesgos serían más pequeños: la masa que se
emplea es muy pequeña, las radiaciones menores, así como los efectos de estas, los
residuos sólidos no son tan radiactivos
ENERGÍA NUCLEAR Y MEDIO AMBIENTE
TRATAMIENTO DE RESIDUOS
Se denominan residuos de las centrales nucleares a aquellos materiales que contienen o están
contaminados con radioisótopos (emisión de partículas radioactivas). Su clasificación es la
siguiente:
• De baja actividad: guantes, ropa, herramientas de trabajo, etc.
• De media actividad: filtros de gases y líquidos que han estado en contacto con material
radioactivo.
• De alta actividad: el combustible gastado.
Los de baja y media actividad, se mezclan con el hormigón y se introducen en bidones,
almacenándose momentáneamente en la propia central y trasladados posteriormente a
depósitos definitivos.
Los de alta actividad se almacenan provisionalmente en la propia central, dentro de piscinas de
hormigón con agua. Posteriormente estos residuos se reprocesan para obtener Pu-239, para
combustible (submarinos nucleares) del 50-90% de riqueza, armas más del 85% de riqueza
etc. o se encapsula (mezclándose con vidrio fundido) y depositarlo en minas profundas
abandonadas, geológicamente estables o en otros tipos de depósitos más o menos seguros.