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Central nuclear
Las centrales nucleares convierten la energía liberada durante la fisión nuclear en energía eléctrica.
Geografía
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Central nuclear
- estructura de toma de agua
- sistema de refrigeración
- bloques de reactores
- red de transporte de la energía eléctrica
- almacenamiento de residuos
Una central nuclear es un tipo de central térmica, ya que el combustible se utiliza para generar calor. El calor desprendido dentro de la caldera (llamada reactor) es transmitido por un refrigerante y se utiliza para generar vapor de agua. El calor necesario se libera mediante un proceso diferente al que otros tipos de centrales térmicas aplican, se llama fisión nuclear.
Las centrales que utilizan reactores de agua a presión constituyen la gran mayoría de las plantas nucleares que operan en el mundo. En total, funcionan alrededor de 300 reactores de este tipo, que proporcionan el 60% de la energía nuclear del mundo.
En reactores de agua a presión el agua circula en dos sistemas cerrados, aislados uno de otro.
En el circuito primario, el calor se genera en los tanques de acero del reactor, donde los elementos combustibles se encuentran rodeados de agua a presión, de ahí el nombre “reactor de agua a presión”.
El agua tiene un doble papel: por un lado, actúa como moderador de neutrones, por otro lado, sirve para transferir el calor al intercambiador de calor, donde la energía térmica se transfiere a un sistema de baja presión (circuito secundario).
Circuito primario:
En el circuito primario la temperatura del agua entrante es de 275 °C que tras la reacción nuclear del dióxido de uranio poco enriquecido (de 3 a 4%), se calienta a 315 °C. Para prevenir que el agua calentada se evapore, se mantiene bajo una presión elevada (entre 100 y 150 bares).
El agua en el circuito primario, que contiene partículas radiactivas (como resultado de haber estado en contacto con el núcleo del reactor) circula en un sistema cerrado y aislado.
Circuito secundario:
El agua calentada se transfiere al intercambiador de calor, donde el calor es transferido al agua que circula en el circuito secundario.
Aquí la presión es mucho menor (entre 40 y 60 bares). Por esta razón el agua hierve y conduce el vapor resultante hasta las turbinas.
La presión inmensa del vapor hace rotar las hélices de la turbina, la energía cinética resultante es transformada en energía eléctrica por un generador. La corriente eléctrica pasa por los transformadores hasta llegar a la red de transmisión de alta presión.
La construcción de las plantas nucleares es bastante costosa pero su mantenimiento es barato: algunos gramos de dióxido de uranio pueden abastecer de electricidad a una familia media durante un año.
Su funcionamiento es ecológico, no emiten contaminantes perjudiciales, pero se tiene que procurar un almacenamiento seguro de los residuos radiactivos.
La contaminación radiactiva es mínima: constituye sólo un 0,01% de la radiación que afecta a la población. La mayor parte de la contaminación radiactiva de las personas se origina de la corteza terrestre, de la radiación cósmica y de instrumentos médicos.
Una planta de carbón causa una mayor radiactividad que un reactor atómico. De hecho, al comer un plátano absorbemos una mayor dosis de radiación que absorberíamos estando durante un año a unos 80 kilómetros de un reactor nuclear.
Reactor de agua a presión
- turbina
- generador
- intercambiador del calor
- red de transporte de la energía eléctrica
- transformador
- vasija del reactor
- doble muro de hormigón
Producción de energía
- turbina
- generador
- intercambiador del calor
- red de transporte de la energía eléctrica
- transformador
- vasija del reactor
- agua caliente
- dióxido de uranio
- emisión de vapor
- agua de refrigeración
- corriente eléctrica
- barras de control
- circuito primario
- circuito secundario
- circuito de refrigeración
Circuito primario
- varillas combustibles
- barras de control
- intercambiador del calor
- agua caliente
- zona activa
- ciclo primario
- bomba
Circuito secundario
- intercambiador del calor
- vapor
- turbina
- vapor de escape
- circuito secundario
- bomba
- condensador - En el circuito secundario, el vapor de escape procedente de las turbinas se convierte en agua en el condensador que es enfriado por el circuito de refrigeración. Por consiguiente, la presión reduce significativamente, así proporcionando un efecto de succión para el vapor que llega desde la turbina. Si el vapor no se condensara después de salir de la turbina, la turbina no rotaría, ya que la presión sería igual en ambos lados.
Reacción en cadena
- U₂₃₅
- neutrón
- barra de control
En el reactor se produce una reacción en cadena controlada. Los átomos de uranio absorben neutrones y se dividen, liberando 2 o 3 neutrones y energía. La energía creada se utiliza para calentar el agua al tiempo que los neutrones dividen otros núcleos. Se trata de una reacción controlada, regulada mediante barras de control que absorben parte de los neutrones. Sin este control la reacción sería igual a la que se produce en una bomba atómica, una reacción en cadena descontrolada.
La reacción se puede acelerar sacando parcialmente las barras de control del elemento combustible o se puede aminorar introduciéndolas más.
Para frenar la velocidad de los neutrones se utilizan sustancias de moderación, porque es más probable que los neutrones lentos causen más fisiones nucleares dividiendo átomos de uranio y así sostengan una reacción en cadena. En los reactores de agua a presión el agua se utiliza también como elemento moderador.
Circuito de refrigeración
- agua de refrigeración
- condensador - En el circuito secundario, el vapor de escape procedente de las turbinas se convierte en agua en el condensador que es enfriado por el circuito de refrigeración. Por consiguiente, la presión reduce significativamente, así proporcionando un efecto de succión para el vapor que llega desde la turbina. Si el vapor no se condensara después de salir de la turbina, la turbina no rotaría, ya que la presión sería igual en ambos lados.
- circuito de refrigeración
- bomba
Narración
Los primeros reactores atómicos fueron puestos en funcionamiento en los Estados Unidos en 1942. En su desarrollo jugaron un papel muy importante Enrico Fermi, Leó Szilárd y Jenő Wigner.
En las décadas siguientes las plantas nucleares se propagaron por todo el mundo. Actualmente hay unas 200 plantas nucleares activas en el mundo con 400 reactores atómicos.
Los reactores de agua a presión utilizan varillas combustibles formadas por dióxido de uranio. Durante la fisión nuclear se libera energía térmica que se utiliza para calentar el agua en el primer circuito a una temperatura de casi 300 grados Celsius. Debido a la muy elevada presión con la que cuenta el circuito, el agua no hierve.
En el intercambiador de calor, el calor generado se transfiere al agua del segundo circuito. Como aquí la presión es más baja, el agua hierve y el vapor producido se dirige a las turbinas. Luego, con la ayuda del generador se genera energía eléctrica.
El vapor de escape se enfría con agua fría. Como en los circuitos el agua fluye en sistemas cerrados y aislados, es imposible la contaminación radiactiva del agua de refrigeración.
En el reactor se produce una reacción en cadena controlada. Los átomos de uranio absorben neutrones y se dividen, liberando 2 o 3 neutrones y energía. La energía creada se utiliza para calentar el agua al tiempo que los neutrones dividen otros núcleos. Se trata de una reacción controlada, regulada mediante barras de control que absorben parte de los neutrones. Sin este control la reacción sería igual a la que se produce en una bomba atómica, una reacción en cadena descontrolada.
La reacción se puede acelerar sacando parcialmente las barras de control del elemento combustible o se puede aminorar introduciéndolas más.
Para frenar la velocidad de los neutrones se utilizan sustancias de moderación, porque es más probable que los neutrones lentos causen más fisiones nucleares dividiendo átomos de uranio y así sostengan una reacción en cadena. En los reactores de agua a presión el agua se utiliza también como elemento moderador.
Los reactores modernos utilizan realimentación negativa en caso de avería para apagarse automáticamente sin ninguna ayuda externa.