Tipos de reactores nucleares

República Bolivariana de Venezuela.
Misterio del Poder Popular para la Defensa.
Universidad Nacional Experimental Politécnica
De la Fuerza Armada.
UNEFA - LARA
Integrante:
Edgar Vásquez CI: 18949379
Sección: 7M1IE
Barquisimeto, 12 de Mayo del 2011
Introducción
A continuación presentamos una descripción simplificad de los concepto
básicos de la física del núcleo, de las reacciones nucleares y de su control para
facilitar la comprensión del funcionamiento de los reactores nucleares. Se describen
como los estos dispositivos producen reacciones nucleares controladas, la cual se
puede utilizar para la obtención en la denominadas centrales nucleares, la producción
de materiales fisionables, como el plutonio, para ser usados en armamentos nuclear,
propulsión de buques o de satélites solares o de investigación. Se describen las
distintas familias y tipos de reactores, con especial énfasis en los modelos más
utilizados, y se muestra, de manera esquemática, el funcionamiento de las centrales
nucleares.
Finalmente, se hace una revisión sobre las perspectivas de evolución de
nuevos diseños de reactores en el futuro próximo.
Índice
Introducción .............................................................................................................................. 2
Estructura atómica nuclear ........................................................................................................ 5
Numero atómico (Z) ................................................................................................................. 5
Numero másico ......................................................................................................................... 6
Isotopos ..................................................................................................................................... 6
Elementos químicos .................................................................................................................. 6
Estabilidad nuclear .................................................................................................................... 7
Reacciones nuclear con neutrón................................................................................................ 7
La fisión nuclear ....................................................................................................................... 8
Reacción nuclear de fisión inducida ......................................................................................... 9
Por neutrones sobre núcleos de uranio .................................................................................. 9
Reacción en cadena ............................................................................................................. 10
Reacción nuclear en cadena ................................................................................................ 10
Reactores nucleares ................................................................................................................. 10
Componentes del núcleo del reactor ....................................................................................... 11
Combustible ........................................................................................................................ 11
Barras de control ................................................................................................................. 12
Moderador ........................................................................................................................... 12
Refrigerante......................................................................................................................... 13
Reflector.............................................................................................................................. 13
Blindaje ............................................................................................................................... 13
Control de los reactores nucleares .......................................................................................... 14
Tipos de reactores nucleares ................................................................................................... 15
Según el combustible utilizado: .......................................................................................... 15
Según el moderador utilizado: ............................................................................................ 15
Reactor de agua a presión (PWR) ....................................................................................... 16
Reactor de agua en ebullición (BWR) ................................................................................ 16
Reactor de uranio natural, gas y grafito (GCR) .................................................................. 16
Reactor avanzado de gas (AGR) ......................................................................................... 17
Reactor refrigerado por gas a temperatura elevada (HTGCR) ............................................ 17
Reactor de agua pesada (HWR) .......................................................................................... 17
Reactor reproductor rápido (FBR) ...................................................................................... 18
Funcionamiento de las centrales nucleares ............................................................................. 18
Central térmica ........................................................................................................................ 19
Central nuclear ........................................................................................................................ 19
Centrales de agua a presión (pwr) – pressuarized wáter Reactor........................................ 19
En este tipo de centrales hay tres circuitos bien diferenciados ........................................... 19
Circuito primario. ............................................................................................................ 19
Circuito secundario: ........................................................................................................ 21
Circuito terciario. ............................................................................................................ 23
Centrales de agua a ebullición (bwr) – boiling wáter Reactor ............................................ 23
Nuevas generaciones de reactores........................................................................................... 24
Anexos .................................................................................................................................... 26
Conclusiones ........................................................................................................................... 30
Estructura atómica nuclear
Se define como la partícula más pequeña en que
puede dividirse
un
elemento sin perder las propiedades químicas que lo caracterizan. En el núcleo del
átomo en su parte central tiene carga positiva, y él se concentra casi toda la masa del
mismo. Sin embargo, ocupa una fracción muy pequeña del volumen del átomo. Su
radio es unas diez mil veces más pequeño. El núcleo está formado por protones y
electrones.
Alrededor del núcleo se encuentra los electrones, partículas de carga negativa
de masa muy pequeña comparada con la de los protones y neutrones, 0.5%
aproximadamente. Los electrones se encuentran alrededor del núcleo, ligados por la
fuerza electromagnética que este ejerce sobre ellos, y ocupa la mayor parte del átomo,
en la llamada nube de electrones.
Electrón
Protón
neutrón
Masa (Kg)
9.11𝑥10−31
1.673𝑥10−27
1.696𝑥10−27
Carga C
1.602𝑥10−19 (−) 1.602𝑥10−19 (+) 0
Partículas elementos constituyentes del átomo
Numero atómico (Z)
En química, el número atómico es el número entero positivo que es igual al
número total de protones en el núcleo del átomo, El número atómico es característico
de cada elemento químico y representa una propiedad fundamental del átomo, su
carga nuclear.
Numero másico
En química, el número másico o número de masa representa el número de
los protones y neutrones. Se simboliza con la letra A. Es el número total de nucleones
(protones más neutrones) existentes en el núcleo atómico.
(A = Z+N, donde N = número de neutrones).
Los átomos se definen, cada uno de ellos, por su número atómico (Z) y su
número másico (A).
Isotopos
Se denominan isótopos a los c. La mayoría de los elementos químicos poseen
más de un isótopo. Solamente 21 elementos poseen un solo isótopo natural, en
contraste, el estaño es el elemento con más isótopos estables
Elementos químicos
El número de elementos conocidos se presenta en la Tabla Periódica de los
Elementos químico. Un elemento químico es un tipo de materia, constituida
por átomos de la misma clase. En su forma más simple posee un número determinado
de protones en su núcleo, haciéndolo pertenecer a una categoría única clasificada con
el número atómico, aun cuando este pueda ostentar distintas masas atómicas.
Estabilidad nuclear
Un núcleo es estable cuando existe un equilibrio entre las fuerzas que actúan,
o las fuerzas atractivas son mayores que las repulsivas. Es decir, la interacción
nuclear fuerte que experimentan los neutrones y protones es mayor que las fuerzas de
repulsión eléctrica de los protones. De lo contrario el núcleo sufrirá alguna
transformación con el fin de estabilizarse.
Las energías que mantienen unidos los protones y neutrones en el núcleo
varían, como se muestra en la figura siguiente, siendo mayor en los elementos
intermedios y menor en los más ligeros, menor Z, y en los más pesados, mayor Z.
Esto comporta una mayor estabilidad en los elementos intermedios. Por tanto, el
fraccionamiento (fisión) de un núcleo de Uranio en dos o tres elementos intermedios
o la unión (fusión) de núcleos muy ligeros, como hidrógeno y sus isótopos daría
lugar a una nueva configuración más estable.
Reacciones nuclear con neutrón
Las reacciones nucleares son procesos de combinación y transformación de
las partículas sub-atómicas y núcleos atómicos. Las reacciones nucleares pueden
ser endotérmicas o exotérmicas, atendiendo si precisan energía para producirse o si la
desprenden respectivamente.
Las reacciones en las que interviene un neutrón que impacta con un núcleo,
con gran diferencia, las más importantes de la física nuclear aplicada. En ellas se basa
el funcionamiento de los reactores nucleares.
Los núcleos de átomos pesados, al ser bombardeados con neutrones pueden
dividirse en varios fragmentos formados por núcleos de átomos más ligeros, con
emisión de neutrones y con un gran desprendimiento de energía. A este tipo de
reacciones nucleares se las denomina reacciones de fisión nuclear. Las reacciones de
fisión que tienen lugar en los reactores nucleares se producen con núcleos de átomos
pesados.
La fisión nuclear
Es un proceso de desintegración radiactiva de un núcleo inestable para
producir núcleos menos pesados y más estables con la liberación de una enorme
cantidad de energía.
Se logra mediante el bombardeo con partículas, generalmente neutrones,
aceleradas con aparatos especiales tales como el ciclotrón, betatrón y sincrotón, que
les proporcionan la energía cinética mínima necesaria como para que, al sufrir
colisión con el núcleo, ocurra la ruptura, originando fragmentos atómicos y neutrones
capaces de repetir el mismo proceso con otros átomos, produciendo de esta manera
una reacción en cadena.
Otras reacciones nucleares inducidas por neutrones son las de dispersión
elástica (en las que el neutrón choca elásticamente con un núcleo, perdiendo parte de
su energía, siendo menor esta pérdida cuanto mayor sea el número másico del núcleo
con el que choca).
La dispersión inelástica, producida por neutrones de energía alta, con núcleos
de elementos pesados, captura radiante (cuando el neutrón es absorbido por el núcleo
con el que colisiona. La probabilidad de que esto ocurra disminuye con la energía del
neutrón).
A los neutrones inmediatos que aparecen en la fisión nuclear, se les denomina
rápido y se emiten con una alta energía y una muy alta velocidad. Estos neutrones que
aparecen en el instante de la fisión provocan en el medio una serie de reacciones
nucleares, entre las cuales, la fisión es la más importante, ya que dará lugar a las
reacciones en cadena. Normalmente, el número de neutrones que aparecen por cada
fisión es de 2 ó 3, según el núcleo que se fisione.
Reacción nuclear de fisión inducida
Por neutrones sobre núcleos de uranio.
Desde el punto de vista energético, la energía total desprendida en la fisión
nuclear inducida por neutrones procede de la energía cinética de los productos de
fisión, aproximadamente el 80%, y el resto debido, básicamente, a los neutrones. Por
término medio, la fisión de un núcleo de un átomo pesado (U, Th, Pu…) produce una
elevada energía. Como referencia, si todos los núcleos contenidos en un gramo de U235 fisionaran, llegarían a producir una energía de 1 MWD, o, lo que es lo mismo,
una potencia constante de 1 MW (1.000 kW) durante un día.
Reacción en cadena
Una reacción en cadena es una secuencia de reacciones en las que un
producto o subproducto reactivo produce reacciones adicionales.
Reacción nuclear en cadena
Una reacción nuclear en cadena es una reacción que se sostiene en el tiempo
al provocar el neutrón la fisión de un átomo fisible, liberándose varios neutrones que
a su vez causan otras fisiones. Esta reacción en cadena sólo se producirá si al menos
uno de los neutrones emitidos en la fisión es apto para provocar una nueva fisión.
Esquema básico de una reacción en cadena. Un núcleo de uranio fisiona
emitiendo neutrones, los cuales provocan nuevas reacciones de fisión. Este tipo de
reacciones son básicas para el funcionamiento del reactor nuclear.
Reactores nucleares
Un reactor nuclear es un dispositivo en donde se produce una reacción
nuclear controlada. Esta es capaz de iniciar, mantener y controlar las reacciones de
fisión en cadena que tienen lugar en el núcleo del reactor, compuesto por el
combustible, el refrigerante, los elementos de control, los materiales estructurales y el
moderador en el caso de los reactores nucleares térmicos.
Hay dos formas de diseñar un reactor nuclear, térmico, bien sea retardando los
neutrones veloces o bien incrementando la proporción de átomos fisibles.
Para la tarea de retardar los neutrones se emplea un moderador (agua ligera,
agua pesada, grafito) y a los neutrones lentos resultantes se les denomina térmico, de
modo que los reactores basados en esta técnica se conocen como reactores térmicos,
a diferencia de los que emplean neutrones rápidos, denominados reactores rápidos.
Componentes del núcleo del reactor
El núcleo es la parte del reactor donde se produce y se mantiene la reacción
nuclear en cadena. Su objetivo es calentar el agua del circuito primario. Se diseña
para operar de forma segura y controlada, de modo que se maximice la cantidad de
energía extraída del combustible.
Combustible
El combustible de un reactor nuclear es un material fisionable en cantidades
tales que se alcance la masa crítica, y colocado de tal forma que sea posible extraer
rápidamente el calor que se produce en su interior debido a la reacción nuclear en
cadena.
Los combustibles empleados en las centrales nucleares están en forma sólida,
aunque varían desde el dióxido de uranio cerámico ligeramente enriquecido, uranio
en tubos de aleación de magnesio hasta dióxido de uranio enriquecido o natural en
tubos de aleación de zirconio, todo depende del tipo de reactor.
Barras de control
Los haces de barras de control proporcionan un medio rápido para el control
de la reacción nuclear, permitiendo efectuar cambios rápidos de potencia del reactor y
su parada eventual en caso de emergencia.
Están fabricadas con materiales absorbentes de neutrones (carburo de boro o
aleaciones de plata, indio y cadmio, entre otros) y suelen tener las mismas
dimensiones que los elementos de combustible.
La reactividad del núcleo aumenta o disminuye subiendo o bajando las barras
de control, es decir, modificando la presencia de material absorbente de neutrones
contenido en ellas en el núcleo.
En funcionamiento normal, un reactor nuclear tiene las barras de control total
o parcialmente extraídas del núcleo, pero el diseño de las centrales nucleares es tal
que ante un fallo en un sistema de seguridad o de control del reactor, siempre actúa
en el sentido de seguridad de reactor introduciéndose totalmente todas las barras de
control en el núcleo y llevando el reactor a parada segura en pocos segundos.
Moderador
Los neutrones producidos en la fisión tienen una elevada energía en forma de
velocidad. Conviene disminuir su velocidad de modo que aumente la probabilidad de
que fisionen otros átomos y no se detenga la reacción en cadena. Esto se consigue
mediante choques elásticos de los neutrones con los núcleos del moderador.
los moderadores más utilizados están el agua ligera, el agua pesada y el grafito.
Entre
Refrigerante
La mayor parte de la energía desprendida por fisión es en forma de calor. A
fin de poder emplear éste, por el interior del reactor debe pasar un refrigerante que
absorba y transporte dicho calor. El refrigerante debe ser anticorrosivo, tener una gran
capacidad calorífica y no debe absorber neutrones. Los refrigerantes más usuales son
gases, como el anhídrido carbónico y el helio, y líquidos como el agua ligera y el
agua pesada. Incluso hay algunos compuestos orgánicos y metales líquidos como el
sodio, que también se empleen para este fin.
Reflector
Es una reacción nuclear en cadena, un cierto número de neutrones tiende a
escapar de la región donde ésta se produce. Esta fuga neutrónica puede minimizarse
con la existencia de un medio reflector, aumentando así la eficiencia del reactor.
El medio reflector que rodea al núcleo debe tener una baja sección eficaz de
captura para no reducir el número de neutrones y que se reflejen el mayor número
posible de ellos.
Blindaje
Cuando el reactor esté en operación, se genera gran cantidad de radiación. Es
necesaria una protección para aislar a los trabajadores de la instalación de las
radiaciones ocasionadas por los productos de fisión.
Por ello, se coloca un blindaje biológico alrededor del reactor para interceptar
estas emisiones. Los materiales más usados para construir este blindaje son el
hormigón, el agua y el plomo.
Control de los reactores nucleares
Para que un reactor nuclear funcione durante un periodo de tiempo tiene que
tener un exceso de reactividad sobre el valor crítico, para compensar las pérdidas de
neutrones que, por diversos fenómenos, tiende a reducirlos.
El reactor tiene que funcionar en condiciones de criticidad, lo que significa
que el exceso de reactividad tiene que mantenerse en un valor cero.
Para controlar la reactividad en los reactores nucleares de agua natural, se
puede proceder de varias formas, que pueden actuar de forma simultánea y no. La
introducción de absorbentes de neutrones en el núcleo por medio de barras de control,
es un medio rápido y eficaz de control.
En determinadas circunstancias, puede disolverse en el moderador cuando éste
es líquido, un absorbente de neutrones como el ácido bórico.
El diseño de las centrales nucleares es tal que un fallo en los equipos de la
instalación siempre actúa en el sentido de máxima seguridad del reactor, insertando
todas las barras de control en el núcleo, compensando instantáneamente la reactividad
del mismo y parándose el reactor.
Tipos de reactores nucleares
Los tipos de reactores nucleares pueden clasificarse ateniéndose a diversos
criterios, los más comunes son los siguientes:
Según la velocidad de los neutrones que producen las reacciones de fisión:
reactores rápidos y reactores térmicos.
Según el combustible utilizado:
Reactores de uranio natural, en los que la proporción de uranio 235 en el
combustible es la misma que se encuentra en la Naturaleza, esto es, aproximadamente
0,7%, reactores de uranio enriquecido en los que la proporción de uranio 235 se ha
aumentado hasta alcanzar un 3 ó 4%. Otros utilizan óxidos mixtos de U y P, etc.
Según el moderador utilizado:
Los que utilizan agua ligera, agua pesada o grafito. Según el material usado
como refrigerante, los materiales más utilizados son el agua (ligera o pesada) o un gas
(anhídrido carbónico o helio), que a veces actúan simultáneamente como refrigerante
y moderador. Otros refrigerantes posibles son aire, vapor de agua, metales líquidos o
sales fundidas.
Reactor de agua a presión (PWR)
El reactor de agua a presión es el tipo de reactor más ampliamente utilizado
en el mundo y ha sido desarrollado principalmente en Estados Unidos, R.F.
Alemania, Francia y Japón. En este reactor, el agua se utiliza como moderador y
como refrigerante. El combustible es uranio enriquecido, en forma de óxido. Las
centrales españolas de Almaraz, Ascó, Vandellós II y Trillo, todas en explotación,
pertenecen a este tipo. El agua de refrigeración que circula a gran presión, lleva la
energía generada en el núcleo del reactor a un intercambiador de calor, donde se
produce el vapor que alimentará el turbo grupo.
Reactor de agua en ebullición (BWR)
El reactor de agua en ebullición, al igual que el anterior, es ampliamente
utilizado y su tecnología ha sido desarrollada, principalmente, en Estados Unidos,
Suecia y la R.F. Alemana. En este reactor, el agua se utiliza como moderador y como
refrigerante. El combustible es uranio enriquecido en forma de óxido. En España
pertenecen a este tipo las de Santa María de Garoña y Cofrentes, ambas en
explotación.
Reactor de uranio natural, gas y grafito (GCR)
Estos reactores, cuyo combustible es uranio natural en forma de metal,
introducido en tubos de una aleación de magnesio llamado magnox, emplean grafito
como moderador y se refrigeran por anhídrido carbónico. Este tipo de reactores,
desarrollado principalmente en Francia y Reino Unido, genera el vapor mediante un
circuito cambiador de calor, exterior o interior a la vasija que contiene el núcleo.
Reactor avanzado de gas (AGR)
Ha sido desarrollado en el Reino Unido como sucesor del uranio naturalgrafito-gas. Las principales diferencias introducidas son que el combustible, en forma
de óxido de uranio enriquecido, está introducido en tubos de acero inoxidable y que la
vasija, de hormigón pretensado, contiene en su interior los cambiadores de calor.
Reactor refrigerado por gas a temperatura elevada (HTGCR)
Este reactor representa la siguiente etapa en la serie de reactores refrigerados
por gas. Se viene desarrollando en R.F. Alemana, Reino Unido y Estados Unidos.
Difiere del anterior en tres aspectos principales: utilización del helio como
refrigerante, en lugar del anhídrido carbónico, combustible cerámico, en vez de
metálico, y temperaturas del gas mucho más elevadas.
Reactor de agua pesada (HWR)
Este tipo de reactor ha sido desarrollado principalmente en Canadá. Emplea
como combustible uranio natural, en
forma de óxido, introducido en tubos de
circonio aleado. Su principal característica es el uso de agua pesada como moderador
y refrigerante.
Reactor reproductor rápido (FBR)
Hay varios diseños, siendo el ruso y el francés los que se encuentran más
avanzados. La principal característica de los reactores rápidos es que no utilizan
moderador y que, por tanto, la mayoría de las fisiones se producen por neutrones
rápidos.
El núcleo del reactor consta de una zona fisionable, rodeada de una zona fértil
en la que el uranio 238 o uranio natural se transforma en plutonio. También puede
utilizarse el ciclo uranio 233-torio. El refrigerante es sodio líquido, el vapor se
produce en intercambiadores de calor.
Su nombre de “reproductor” alude a que en la zona fértil se produce mayor
cantidad de material fisionable que la que consume el reactor en su funcionamiento,
es decir más combustible nuevo que el que se gasta.
Funcionamiento de las centrales nucleares
Los reactores de agua ligera, en sus dos versiones de agua a presión y en
ebullición, representan el 90% de los reactores de potencia que existen en el mundo,
por lo que nos vamos a referir a ellos más detenidamente. Las centrales nucleares se
diferencian de las térmicas de carbón, petróleo o gas, solamente en la forma de
proporcionar el calor al agua para que se convierta en vapor y actúe sobre la turbina.
El resto de la instalación de una central nuclear es idéntica a una de carbón, como se
ilustra en el esquema adjunto.
Central térmica
Central nuclear
Centrales de agua a presión (pwr) – pressuarized wáter Reactor
Este tipo de centrales se denominan así porque el agua natural o ligera, que actúa
como refrigerante y moderador del reactor nuclear, está a una presión superior a la
saturación con el fin de impedir su ebullición. La presión media del refrigerante es de
157 at y su temperatura de 327ºC a la potencia normal.
En este tipo de centrales hay tres circuitos bien diferenciados:
Circuito primario.
El circuito primario es el del agua que se hace circular por el reactor y por el haz
tubular de los generadores de vapor, cuyos elementos principales son:
- Vasija del reactor.
- Generador de vapor
- Bomba del refrigerante del reactor
- Presionador
La vasija del reactor para una central de unos 1.000 MWe de potencia es un
recipiente de acero especial de unas 400 t de peso. En ella está el núcleo del reactor
compuesto por pastillas de dióxido de uranio ligeramente enriquecido (2-4%) en U235, confinados en vainas de zircaloy (aleación de Zr), los cuales se agrupan en
forma cuadrangular, formando los elementos combustibles. La fisión nuclear produce
una gran cantidad de calor que pasa del combustible al agua de refrigeración
incrementando su temperatura en unos 350ºC. El agua de refrigeración actúa también
como moderador de la energía de los neutrones en la reacción nuclear de fisión en
cadena.
El reactor se controla por medio de las barras de control y por ácido bórico
disuelto en el refrigerante. Tanto las barras de control como el boro son buenos
absorbentes de neutrones y tienden a hacer menos reactivo el núcleo, de forma que
ajustando cada barra de control que se inserta en el núcleo puede variarse el nivel de
potencia de reactor e incluso pararlo.
El agua a presión calentada en la vasija circula al generador de vapor, o
cambiador de calor, donde pasa por el haz de tubos e intercambia su calor con el agua
que los rodea transformándola en vapor.
Los generadores de vapor aseguran una separación física entre el agua del
refrigerante del reactor del circuito primario y el ciclo del vapor secundario. El haz
tubular está formado por un número elevado de tubos de pared delgada para
conseguir una superficie de intercambios adecuada y una buena transmisión de calor
de acuerdo al diseño termohidráulico.
El agua enfriada que sale del generador por la zona fría del circuito es
impulsada hacia el reactor por una bomba, cerrando así el circuito primario.
En todo el sistema del refrigerante del reactor, circuito primario, se controla la
presión, mediante un elemento denominado “presiurizadorr” que está conectado a uno
de los lazos de refrigeración. Es un cilindro de acero que en funcionamiento normal
de la central, un 60% de su volumen está ocupado por agua y un 40% de vapor.
Interiormente lleva unas resistencias eléctricas para mantener el agua a temperatura
de saturación. La existencia de las fases líquido-vapor permite atenuar el cambio de
volumen del agua, debido a una variación de la temperatura del refrigerante, mediante
la creación de más vapor o disminución de éste y corregir de esta forma la variación
de presión en el primario.
Todo el circuito primario va dentro del edificio de contención. Este edificio de
pared cilíndrica va rematado de una cúpula semiesférica o semielíptica. La estructura
de la obra puede ser de hormigón armado o pretensado e incluso de acero. Las
paredes interiores van recubiertas de chapas de acero soldadas, que aseguran la más
completa estanqueidad. La estructura de la contención puede ser de tipo simple o
doble. Este edificio tiene que estar diseñado para cargas normales y para cargas
debidas a accidentes, tanto internos como externos, así como las cargas de servicio
(de construcción, de ensayo, terremoto básico de diseño) y las cargas factoriales que
incluyen las cargas de presión y temperatura como consecuencia del accidente
máximo de diseño, terremoto con parada segura, etc.
La finalidad de este edificio de contención es impedir la salida de los productos de
fisión, tanto en condiciones normales como de accidente, así como actuar de barrera
biológica.
Circuito secundario:
Es el del agua que se calienta y se vaporiza en el generador de vapor y pasa en
forma de vapor por la turbina y se condensa en el condensador. Este circuito
comprende los elementos:
- Generador de vapor
- Turbina-generador eléctrica
- Condensador
La separación física de los circuitos primario y secundario se realiza a través
del generador de vapor que, en su parte del secundario, está formado por una carcasa
que actúa de barrera de presión alrededor del haz de tubos (primario) y de una parte
superior donde se aloja el separador de humedad del vapor.
El agua de alimentación entra en el generador por la tobera correspondiente y
el agua baja a través del espacio anular entre la carcasa y la camisa del haz tubular y
sube entre los tubos del haz donde absorbe el calor que le transfiere el agua que
circula por el interior de los tubos hasta convertirse en vapor. Este vapor va mezclado
con agua, por lo que debe eliminarse ésta en el separador de humedad ya que la
turbina requiere vapor con un nivel reducido de humedad.
El vapor “seco” llega a la turbina, acciona los álabes de la misma y hace girar
el generador eléctrico acoplado a ella produciendo energía eléctrica.
La turbina tiene una sección de alta presión y varias de baja presión. El vapor,
al salir de la turbina de alta presión, tiene una cantidad de humedad, de nuevo, que
hay que quitar para mejorar el rendimiento de la turbina. Esto se consigue pasando el
vapor por un recalentador de humedad. El vapor recalentado se transfiere a las
turbinas de baja presión, cuyo número depende de la potencia eléctrica de la central.
El vapor, una vez que ha pasado por la turbina, se enfría en el condensador
que es un cambiador de calor de grandes dimensiones. El agua condensada se recoge
en una cámara llamada “pozo caliente”, desde donde es impulsada por las bombas
correspondientes a un sistema de precalentamiento y, de ahí, a los generadores de
vapor, cerrándose el ciclo.
Circuito terciario.
Es el del agua de refrigeración del condensador y puede ser en circuito
cerrado o abierto.
Para enfriar el vapor en el condensador se requiere una gran cantidad de agua.
Esta agua puede provenir del mar, lagos o ríos, devolviendo el agua a su origen pero
algo más caliente.
A este sistema de refrigeración se le denomina de “ciclo abierto”.
En un sistema de “ciclo cerrado”, el agua pasa a una torre de refrigeración
donde se evapora una pequeña parte, se refrigera el resto y vuelve a entrar en el ciclo.
La Administración ha impuesto unas limitaciones en el calentamiento del agua
vertida después de ser utilizada en la refrigeración del condensador, de forma que una
vez mezclada esta agua con la del caudal del medio se mantengan las condiciones
ambientales requeridas.
Centrales de agua a ebullición (bwr) – boiling wáter Reactor
En estas centrales el agua natural o ligera actúa como refrigerante y
moderador del reactor nuclear. El agua, mantenida a una presión de
unas 70
atmósferas, entra en ebullición y el vapor producido va directamente a la turbina. Por
esta razón, a diferencia de las PWR, no tienen generador de vapor.
El combustible nuclear está encerrado dentro de la gran vasija llena de agua,
donde se produce la ebullición de la misma. El vapor pasa por un sistema de
separación y secado del vapor, situado en el interior de la vasija del reactor, antes de
ser enviado a la turbina. El vapor, una vez que ha pasado por los álabes de la turbina
para mover el generador eléctrico, se condensa en el condensador y se envía
directamente a la vasija.
El agua de refrigeración se recircula en la vasija para controlar el nivel de
ebullición y, en último término, la potencia del reactor. También, en este tipo de
reactores se utilizan recalentadores de humedad.
Nuevas generaciones de reactores
En la industria nuclear, conocimiento científico y tecnología avanzan
continuamente. Los requisitos y normas sobre seguridad evolucionan en base a los
nuevos conocimientos y a la experiencia adquirida. Dentro del alto ritmo de
investigación, desarrollo e innovación que siempre ha caracterizado al mundo nuclear
frente a otras industrias, se han preparado “Documentos de Requisitos” en varios
países, entre ellos EE.UU., Japón y Comunidad Europea.
Entre sus objetivos se encuentra el de reducir incertidumbres en la
planificación, diseño y operación de las futuras centrales nucleares. Comparaciones
sistemáticas entre estos documentos han demostrado una clara coherencia en sus
requisitos. Entre otros, pueden destacarse:
- 60 años de funcionamiento.
- Operación segura y flexible con un alto grado de disponibilidad global.
- Aumento de la automatización y la mejora de los factores humanos proporcionando
al operador mayor tiempo para la toma de decisiones y reduciendo las probabilidades
de errores.
- Reducción de la frecuencia de daños al núcleo a menos de 1 en 100.000 veces por
reactor y año y la frecuencia acumulada de emisiones después de un daño en el
núcleo a menos de 1 en un millón de veces por reactor y año.
- Incorporación de diseños para hacer frente a accidentes severos.
- Limitación de las acciones de protección necesarias en el entorno, en el caso
hipotético de una emergencia mediante medidas adicionales incorporadas en el diseño
de las plantas
Anexos
Reacciones nuclear con neutrón
Reacciones nuclear con neutrón
Fisión Nuclear
Reacción nuclear de fisión inducida
Reactores nucleares
Componentes del núcleo del reactor
Central nuclear
Reactor de agua a presión (PWR)
Reactor avanzado de gas (AGR)
Reactor de agua en ebullición (BWR)
Reactor de uranio natural, gas y
grafito (GCR)
Conclusiones
El esfuerzo innovador de la industria nuclear a través de la colaboración de
multitud de países y organizaciones internacionales es una realidad que conducirá a la
disponibilidad de nuevos modelos acordes con las exigencias de competitividad,
medio ambiente y sostenibilidad declaradas condicionantes para las energías a utilizar
en el futuro. Para ello, esta industria dispone de un proceso bien establecido desde
hace muchos años, que evoluciona sobre las bases conjuntas de la experiencia y la
investigación asegurando así la consecución de sus objetivos, en cada momento,
ahora y en el futuro.