CENTRALES NUCLEARES Componentes Características Rendimiento Impacto Ambiental 1 GyTEE 2024. Ing- María Sandra Udrízar Una central nuclear es una instalación industrial en la que se genera electricidad a partir de la energía térmica producida mediante reacciones de fisión en la vasija de un reactor nuclear. 2 GyTEE 2024. Ing- María Sandra Udrízar Reactor Nuclear Es una instalación capaz de iniciar, mantener y controlar las reacciones de fisión en cadena, y poseer los medios adecuados para extraer el calor generado. El reactor consta fundamentalmente de los Siguientes elementos: 1. Combustible 2. Moderador 3. Elementos o barras de control 4. Refrigerante 5. Reflector 6. Blindaje 3 GyTEE 2024. Ing- María Sandra Udrízar 1. El combustible de un reactor nuclear es un material sólido fisionable (Uranio natural U-238 enriquecido con U-235 ), el enriquecimiento se realiza en cantidades tales que alcance la masa crítica, y dispuesto de manera que sea posible realizar la extracción rápida del calor que se produce en su interior como consecuencia de la reacción en cadena. PROCESO DE FISIÓN NUCLEAR 4 GyTEE 2024. Ing- María Sandra Udrízar Combustible Si el combustible contiene Plutonio se llama MOX El combustible nuclear tiene gran capacidad energética por unidad de masa. El consumo anual de combustible de una central nuclear estándar de 500Mw es de unos 25 tn de U. Atucha I 360 Mw Atucha II 745 MW 5 Embalse 656 Mw GyTEE 2024. Ing- María Sandra Udrízar La fabricación de elementos combustibles se divide en dos procesos: •Proceso cerámico en el que partiendo de polvo de óxido de uranio se fabrican pastillas y dichas pastillas se introducen en tubos de aleaciones de circonio que una vez cargados, presurizados y sellados reciben el nombre de barras combustibles. •Proceso mecánico: Las barras combustibles son ensambladas formando los elementos combustibles que se envían a las centrales. Pastillas de Combustible o Pellets 6 GyTEE 2023. Ing- María Sandra Udrízar 2. Moderador grafito, agua ligera y agua pesada. Los neutrones que se liberan en las fisiones, si no se frenan (moderan), tienen muy baja probabilidad de fisionar un núcleo de U-235. Algunos son capturados por el U-238 (que no fisiona) y la mayor parte escapan del núcleo o son absorbidos por el boro y las barras de control. 7 GyTEE 2024. Ing- María Sandra Udrízar 3. Elementos de control Para controlar que un reactor nuclear funcione a mayor, o menor, potencia. Estas barras están fabricadas con material de carburo de boro o de gran sección eficaz de captura, como metales o aleaciones de plata, indio y cadmio. GyTEE 2024. Ing- María Sandra Udrízar 8 4. Refrigerante: Agua ligera Agua pesada Anhídrido carbónico Es el mismo agua que hace las funciones de moderador, y sirve para extraer el calor generado por la reacción de fisión del uranio del combustible. 5. Reflector Parte del reactor en forma de capa alrededor del núcleo con el fin de retener y devolver al núcleo los neutrones que tienden a escapar, aumentando la eficiencia del reactor (generalmente es el propio moderador). Materiales habituales utilizados son el grafito, berilio, agua y uranio natural. 6. Blindaje. Evita que les radiaciones y los neutrones del reactor se escapen al exterior. Por lo general, se utiliza hormigón, agua o plomo. 9 GyTEE 2024. Ing- María Sandra Udrízar Control de la reacción por medio de barras Controlar la reactividad significa controlar la cantidad de neutrones en el reactor. Una disminución del número de neutrones producirá una disminución de las fisiones y un aumento producirá un aumento de las fisiones. El control lo realizamos con barras de control y boro. 10 GyTEE 2024. Ing- María Sandra Udrízar Tipos de REACTORES NUCLEARES 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 (0.7%), o reactores de uranio enriquecido, en los que la proporción de uranio se ha aumentado hasta alcanzar un 3-5%, reactores que usan un porcentaje de plutonio - MOX (óxidos mixtos). Según el moderador utilizado: agua ligera, agua pesada o grafito. Según el refrigerante: 11 agua (ligera o pesada) o gas (dióxido de carbono y helio) GyTEE 2024. Ing- María Sandra Udrízar Reactores Térmicos Los reactores nucleares térmicos son los más comunes. Una clasifican de acuerdo al moderador empleado es : reactores de agua ligera, Reactores de agua pesada y Reactores de grafito Los reactores de agua ligera más utilizados en la actualidad son: BWR (Boiling Water Reactor o Reactor de Agua en Ebullición). PWR (Pressure Water Reactor o Reactor de Agua a Presión). PHWR- Pressure Heavy Water Reactor o Reactor de Agua Pesada a Presión, es del tipo PWR, pero utiliza agua pesada como refrigerante y moderador y U natural o ligeramente enriquecido como combustible. Uno de estos reactores es el CANDU (Canada Deterium Uranium). 12 GyTEE 2024. Ing- María Sandra Udrízar REACTOR PWR 13 GyTEE 2024. Ing- María Sandra Udrízar GyTEE 2024. Ing- María Sandra Udrízar 14 Circuito Primario de una PWR P= 15,2 Mpa (unas 150 veces la Patm para que no hierva) El sistema posee un presurizador para evitar que el agua hierva. Fuente: Antonio González Fernández GyTEE 2024. Ing- María Sandra Udrízar 15 GyTEE 2024. Ing- María Sandra Udrízar 16 Central Nuclear de Agua a Presión PWR 17 GyTEE 2024. Ing- María Sandra Udrízar Circuitos hidráulicos principales 18 GyTEE 2024. Ing- María Sandra Udrízar VASIJA DEL REACTOR 19 GyTEE 2024. Ing- María Sandra Udrízar Tapa vasija del reactor Bomba de refrigeración 9,3 m de altura. Accionada por motor eléctrico de 4500 a 7500 Kw. 20 GyTEE 2024. Ing- María Sandra Udrízar 21 GyTEE 2024. Ing- María Sandra Udrízar 22 GyTEE 2024. Ing- María Sandra Udrízar 23 GyTEE 2024. Ing- María Sandra Udrízar Reactor BWR 24 GyTEE 2024. Ing- María Sandra Udrízar Central con BWR 25 GyTEE 2024. Ing- María Sandra Udrízar Ensambles o Elementos Combustibles 26 GyTEE 2024. Ing- María Sandra Udrízar Reactores BWR y Edificio de contención 27 GyTEE 2024. Ing- María Sandra Udrízar Reactor CANDU GyTEE 2024. Ing- María Sandra Udrízar 28 Central PHWR CANDU 29 GyTEE 2024. Ing- María Sandra Udrízar El diseño del tubo de presión permite que el reactor puede reabastecerse con nuevo combustible progresivamente sin apagarse, aislando los tubos de presión individuales del circuito de enfriamiento Las barras de control penetran en la calandria verticalmente, y un sistema de apagado secundario implica agregar gadolinio al moderador 30 GyTEE 2024. Ing- María Sandra Udrízar Haces de Combustible de un Reactor Tipo CANDU 31 GyTEE 2024. Ing- María Sandra Udrízar Características de los distintos tipos de reactores 32 GyTEE 2024. Ing- María Sandra Udrízar Reactores del tipo RBMK (LWGR) El RBMK de diseño soviético es un reactor enfriado por agua con canales de combustible individuales y que utiliza grafito como moderador. Al igual que en un reactor del tipo BWR, el agua hierve en los canales de combustible (a aproximadamente 6,9 MPa) y el vapor se separa sobre ellos en un solo circuito. 33 GyTEE 2024. Ing- María Sandra Udrízar Cómo funciona una Central con reactor PWR? 34 GyTEE 2024. Ing- María Sandra Udrízar
