2 centrales termoeléctricas nucleares

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CHIHUAHUA
FUENTES DE AHORRO DE ENERGÍA
CENTRALES TERMOELÉCTRICAS NUCLEARES
EQUIPO 3
JOSÉ LUIS CABALLERO TALAVERA
JOSÉ EDUARDO VARGAS TORRES
CÉSAR AUGUSTO OHORAN ESTRADA
CARLOS JOSUÉ VALDEZ HINOSTROZA
INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA
CENTRALES TERMOELÉCTRICAS NUCLEARES
Las centrales nucleares constituyen un tipo específico de instalaciones termoeléctricas;
aprovechan una fuente de calor para convertir en vapor a alta temperatura un líquido
que circula por una red de conductos. El vapor acciona el grupo turbina-alternador,
generando energía eléctrica. La principal diferencia entre centrales nucleares y las
demás centrales es que, en las primeras, la fuente de calor se obtiene a partir de la fisión
de núcleos de uranio
La Fisión Nuclear
Con el nombre de fisión se conoce la reacción mediante la cual ciertos núcleos de
elementos químicos pesados se fisionan en dos fragmentos como consecuencia del
impacto de un neutrón. El resultado es la liberación de gran cantidad de energía que se
manifiesta en forma de calor. Los neutrones emitidos en la reacción de fisión pueden
provocar, a su vez, nuevas fisiones de otros núcleos, siempre que se den determinadas
condiciones. El proceso se conoce como reacción nuclear en cadena.
Los reactores: Los reactores nucleares son máquinas preparadas para iniciar, mantener
y controlar una reacción en cadena de fisión nuclear; en cierto sentido, son las
«calderas» de las centrales nucleares. El combustible que se consume en las centrales
nucleares es el uranio. A diferencia de lo que ocurre en las instalaciones termoeléctricas
convencionales en las primeras no se produce reacción de combustión química alguna.
El conjunto de núcleo del reactor está contenido en un recipiente de acero de varios
metros de diámetro y cuya altura supera, generalmente, los 12 m. Las paredes de la
denominada vasija del reactor alcanzan espesores de 25 o 30 cm. La vasija del reactor y
el conjunto de conductos por donde circula el líquido refrigerante, denominado circuito
primario se encuentran en el edificio de contención, provisto de espesos muros
preparados resistir hipotéticos movimientos sísmicos y evitar el escape de radiactividad
en caso de accidente. Su forma suele ser esférica y está rematado por una cúpula.
Componentes de una central nuclear
Combustible: Se encuentra en el núcleo del reactor y está formado, habitualmente, por
una mezcla de isótopos fisionables. Dicho combustible ha de ser un elemento fisionable
que, en ausencia de neutrones se mantenga estable el mayor tiempo posible, para que
pueda ser manipulado el uranio-233, el uranio-235 y el plutonio-239 son los tres
isótopos que cumplen esta condición. Entre ellos, únicamente el uranio-235 se halla
presente en la naturaleza (aunque en muy baja proporción: el 0,7% del uranio natural);
los otros dos se obtienen de manera artificial. En función del tipo de reactor que posea
la central nuclear se empleará una clase u otra de combustible. Los más comunes son
uranio natural, óxido de uranio natural y óxido de uranio enriquecido en su isótopo
235U. Habitualmente, el combustible se presenta en forma de pastillas incorporadas en
el interior de vainas de acero inoxidable, de 1 cm. de diámetro y 4 o 5 m de longitud.
Las vainas forman conjuntos de sección cuadrada o circular, denominados elementos de
combustible.
Moderador: Es otro de los elementos básicos de la central nuclear; se trata de un
mecanismo que controla la velocidad con que los neutrones impactan en nuevos núcleos
de uranio. La presencia de determinadas sustancias, como el agua pesada, el berilio, el
grafito o el agua ligera aseguran este proceso. El berilio es el menos empleado, debido a
su elevada toxicidad.
Barras de Control: Es el tercer componente fundamental que se encuentran en el
núcleo del reactor. Las barras de control permiten regular el nivel de potencia. La
potencia del reactor depende del calor generado en su núcleo, que se encuentra, a su
vez, en relación con el número de neutrones que se ponen en acción durante la reacción
de fisión en cadena. Cuanto menor es el número de neutrones menor es la energía
calorífica y, consecuentemente, la potencia.
Si no se actúa sobre el número de neutrones que se ponen en acción durante la reacción
en cadena se logra el efecto contrario. Para regular el número de neutrones, se insertan
en el núcleo determinadas sustancias que los absorben parcialmente; dichas sustancias
reciben el nombre de barras de control del reactor. Cuando las barras se encuentran
totalmente introducidas en el núcleo del reactor, la absorción de neutrones intensa que el
proceso de reacción en cadena no continúa. A la inversa, que se van retirando, el
número de neutrones que se ponen en acción se incrementa, consiguiéndose así el
restablecimiento de la reacción en cadena.
Generalmente las barras de control se fabrican a partir de la aleación de cadmio con
plata, se incorporan berilio y aluminio, con el objetivo de incrementar su resistencia su
resistencia a la corrosión. Es también habitual la aleación de boro con acero. La
extracción del calor del núcleo y su transporte hasta el grupo turbo-alternador se realiza
a través de un fluido refrigerante, que se encuentra también en el interior del núcleo, en
contacto con los elementos de combustible, el moderador y las de control. El líquido
refrigerante traslada el calor generado en el núcleo, de ra directa o bien a través de un
circuito secundario, hasta el conjunto turbina-alternador, retornando posteriormente al
núcleo del reactor, donde comienza nuevamente y el proceso. Como refrigerantes más
habituales hay que mencionar el agua ligera, el agua pesada, el Sodio, el litio y el
potasio (todos ellos líquidos), así como el nitrógeno, el helio, el hidrógeno y el dióxido
de carbono (entre los gaseosos).
OTRAS INSTALACIONES
Junto al edificio de contención, las centrales nucleares poseen instalaciones destinadas a
operaciones concretas. El edificio de turbinas contiene el grupo o grupos turbinaalternador. En las centrales con sistemas de refrigeración integrados por un único
circuito, el edificio está protegido, puesto que el vapor que mueve los alabes de la
turbina puede arrastrar elementos radiactivos. Los reactores provistos de dos circuitos
de refrigeración no precisan de este control, dado que el líquido del circuito secundario
no entra en contacto con el refrigerante del reactor y, consecuentemente, no transporta
elementos radiactivos.
En el recinto de manipulación de combustible se almacenan las nuevas cargas de este
elemento así como combustible ya empleado, que, posteriormente, se traslada al centro
de reprocesamiento para extraer de él los materiales aprovechables. Este edificio y el de
contención están interconectados para asegurar el traslado de elementos radiactivos sin
salir de la zona controlada de la central, que se encuentra aislada de las restantes de
dependencias. Las centrales nucleares cuentan, asimismo, con un sistema que permite
refrigerar el vapor a alta temperatura que acciona los alabes de la turbina antes de que
éste retorne al reactor, donde se reinicia el ciclo productivo. Finalmente, existen en una
planta nuclear edificios de salvaguardia y equipos auxiliares, donde se los sistemas de
emergencia (para los casos de avería) y los sistemas auxiliares propiamente dichos
(recarga del combustible, puesta en marcha del reactor, etc.
dependencias destinadas al tratamiento de aguas y al almacenamiento temporal de
residuos, laboratorios, talleres y un parque eléctrico propio —empleado para las
operaciones de parada segura del reactor en casos de emergencia— completan las
instalaciones y edificios de una central nuclear.
Funcionamiento de una central nuclear
Una vez que se ha realizado la carga de combustible en el reactor se inicia la reacción
de fisión en cadena mediante un isótopo generador de neutrones, que permite la entrada
en actividad de los átomos de uranio contenidos en el combustible. El moderador
proporciona a los neutrones el nivel de energía cinética que garantiza la Continuidad de
la reacción en cadena. Las barras de control se introducen en el núcleo del reactor en
mayor o menor medida, para absorber más o menos neutrones y mantener el grado de
Potencia adecuado.
Las continuas reacciones de fisión que se verifican en el núcleo determinan grandes
cantidades de energía en forma de calor. Esta energía calorífica eleva la temperatura del
fluido refrigerante que circula por la red de conductores A partir de aquí, en función del
tipo de reactor, el proceso varía.
En los reactores de agua a presión, el fluido (agua ligera) circula de manera continua por
un circuito primario cerrado, que conduce el refrigerante hasta el generador de vapor.
Allí, el fluido a elevada temperatura convierte en vapor el agua que circula por un
circuito secundario también cerrado. El agua del primer circuito no entra nunca en
contacto con la del segundo.
Por su parte, el vapor de agua del circuito secundario es enviado al grupo o grupos
turbina-alternador En los reactores de agua en ebullición sólo existe un circuito; el
propio refrigerante se convierte en vapor por efecto del calor, en la misma vasija, y es
enviado al grupo turbina-alternador Tras accionarlo, el fluido se refrigera y se condensa
de nuevo, para volver al núcleo y reiniciar el proceso. En ambos casos, el vapor mueve
los alabes , la turbina y el alternador unido a ella generando energía eléctrica como
resultado de un ciclo termodinámico convencional. En los reactores de agua a presión,
el fluido refrigerante, una vez que ha vaporizado el agua del circuito secundario, retorna
al núcleo del reactor El vapor, tras accionar el grupo turbina-alternador es enfriado
nuevamente y vuelve a su estado líquido, para pasar inmediatamente por una batería de
precalentadores. A continuación retorna al generador de vapor, para repetir el ciclo.
CENTRALES NUCLEARES EN EL MUNDO
Fuente: Agencia Internacional para la Energía Atómica
La central nuclear existente en México es la de Laguna Verde ubicada en el estado de Veracruz,
cuenta con dos unidades y cada una tiene una capacidad de generación de 650MW.
Las plantas nucleares de USA producen en conjunto un total 100,683 MW.
Riesgo de las centrales nucleares
El riesgo de las centrales nucleares se debe a la presencia y posible escape de las
radiaciones y de los productos radiactivos producidos en el núcleo del reactor. Por este
motivo, la seguridad nuclear se basa en diseñar, construir y operar las centrales
nucleares para obtener de forma segura la producción de energía eléctrica, sin que ello
suponga un riesgo superior al tolerable para la población y para los trabajadores de la
central.
Se observa que el número de fallecidos por cualquier actividad relacionada con
centrales eléctricas es menor que por cualquier otra actividad humana. Si nos centramos
en el empleo de centrales nucleares y analizamos su riesgo, tenemos que referirnos al
informe Rasmussen en donde se compara la frecuencia de daños materiales originados
por fenómenos naturales y a sucesos de actividades humanas, con los ocasionados por el
funcionamiento de 100 centrales nucleares. Los riesgos nucleares son siempre
extraordinariamente bajos, por la aplicación del concepto de seguridad a ultranza.
Comparación de las centrales generadoras de electricidad