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Central electronuclear

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Central electronuclear
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Concepto:La central nuclear es una instalación empleada para la generación de energía eléctrica a partir de la energía nuclear.

Central o planta nuclear. Es una instalación industrial empleada para la generación de energía eléctrica a partir de energía nuclear. Prácticamente todas las centrales nucleares en producción utilizan la fisión nuclear ya que la fusión nuclear actualmente es inviable a pesar de estar en proceso de desarrollo. Estas plantas generadoras de electricidad, se caracteriza por el emplear el combustible nuclear para producir calor que es empleado, a través de un ciclo termodinámico convencional, para producir el movimiento que transforman el trabajo mecánico en energía eléctrica.

Historia

A lo largo de los últimos cincuenta años, los avances científicos y tecnológicos en la utilización de la energía nuclear han sido notables.

Las centrales nucleares surgieron de los años sesenta como la gran solución a las creciente demanda energética, siendo la crisis del petróleo un elemento clave en su desarrollo, más de treinta países reúnen una cifra cercana a los quinientos reactores, con una potencia de 400 millones de kilovatios, que aportan más del 16% de la energía eléctrica generada.

Desde 1954 hasta 1957, durante la Guerra Fría, el único país del mundo con una central nuclear era Rusia, hasta que en el 57 Reino unido construyó dos. Para el año 1960 Reino Unido ya contaba con 8 centrales nucleares, EEUU con 4 y Rusia seguía con una. Sólo otro país en el mundo contaba con una central nuclear hace 51 años, Francia. A partir de aquí muchos empezaron a construir este tipo de plantas energéticas, hasta llegar a las 443 centrales nucleares que hay en el mundo. De esas el país que más tiene en la actualidad es EEUU con 104, pero más sorprendente son las 58 centrales de Francia, más de la mitad que EEUU con casi 15 veces menos superficie. Aunque Japón no se queda nada lejos con 54 o Corea del Sur con 21 en menos de 100.000 Km cuadrados.

El desarrollo de zonas con fuertes deficiencias energéticas es un reto que todas las naciones deberán de asumir en un futuro cercano, en este panorama mundial las centrales nucleares jugarán un papel revelante, aportando una energía segura, competitiva y protectora del medio ambiente.

Funcionamiento de la central nuclear

Esquema en bloque

El funcionamiento de una central nuclear es idéntico al de una central térmica que funcione con carbón, petróleo la diferencia que la distingue es la forma de proporcionar calor al agua para convertirla en vapor. Que en este caso es mediante las reacciones de fisión de los átomos del combustible.

A nivel mundial el 90% de los reactores destinados a la producción de energía eléctrica son reactores de agua ligera (en las versiones de agua a presión o de agua en ebullición). Más extensamente el funcionamiento de este tipo de reactor.

El principio básico del funcionamiento de una central nuclear se basa en la obtención de energía calorífica mediante la fisión nuclear del núcleo de los átomos del combustible. Con esta energía calorífica, que tenemos en forma de vapor de agua, la convertiremos en energía mecánica en una turbina y, finalmente, convertiremos la energía mecánica en energía eléctrica mediante un generador.

Las centrales nucleares constan principalmente de cuatro partes:

Reactor nuclear, donde se produce la reacción nuclear.

Generador de vapor de agua (sólo en las centrales de tipo PWR).

Turbina, que mueve un generador eléctrico para producir electricidad con la expansión del vapor.

Condensador, un intercambiador de calor que enfría el vapor transformándolo nuevamente en líquido.

El reactor nuclear es el encargado de provocar y controlar estas fisiones atómicas que generarán una gran cantidad de calor. Con este calor se calienta agua para convertirla en vapor a alta presión y temperatura.

El agua transformada en vapor sale del edificio de contención debido a la alta presión a que está sometido hasta llegar a la turbina y hacerla girar. En este momento parte de la energía calorífica del vapor se transforma en energía cinética. Esta turbina está conectada a un generador eléctrico mediante el cual se transformará la energía cinética en energía eléctrica.

El generador de vapor es un intercambiador de calor que transmite calor del circuito primario, por el que circula el agua que se calienta en el reactor, al circuito secundario, transformando el agua en vapor de agua que posteriormente se expande en las turbinas, produciendo el movimiento de éstas que a la vez hacen girar los generadores, produciendo la energía eléctrica. Mediante un transformador se aumenta la tensión eléctrica a la de la red de transporte de energía eléctrica.

Turbinas estas son máquinas de fluido, a través de las cuales pasa el vapor de agua en forma continua y éste le entrega su energía a través de un rodete con paletas o álabes en el que se convirtiendo la energía del flujo en un movimiento mecánico.

Condensador es el lugar donde se produce el enfriamiento del vapor de agua que salió de la turbina, aunque ha perdido energía calorífica sigue estando en estado gas y muy caliente. Para reutilizar esta agua hay refrigerarla antes de volverla a introducir en el circuito. Para ello, una vez ha salido de la turbina, el vapor entra en un tanque (depósito de condensación) donde este se enfría al estar en contacto con las tuberías de agua fría. El vapor de agua se vuelve líquido y mediante una bomba se redirige nuevamente al reactor nuclear para volver a repetir el ciclo.

Las centrales nucleares siempre están cercanas a un suministro de agua fría, como un río, un lago o el mar, para el circuito de refrigeración, ya sea utilizando torres de refrigeración o no.

Tipos de centrales nucleares

Existen muchos tipos de centrales nucleares cada una con sus propias ventajas e inconvenientes. En primer lugar hay centrales basadas en fisión nuclear y en fusión nuclear, aunque estas se encuentran actualmente en fase experimental y son solo de muy baja potencia.

A partir de aquí, nos centraremos en las centrales de fisión. Estas se dividen en dos grandes grupos: por un lado los reactores térmicos y por otro los rápidos. La diferencia principal entre estos dos tipos de reactores es que los primeros presentan moderador y los últimos no. Los reactores térmicos(los más utilizados en la actualidad) necesitan para su correcto funcionamiento que los neutrones emitidos en la fisión, de muy alta energía sean frenados por una sustancia a la que se llama moderador, cuya función es precisamente esa. Los reactores rápidos(de muy alta importancia en la generación III+ y IV)sin embargo no precisan de este material ya que trabajan directamente con los neutrones de elevada energía sin una previa moderación

De aquí podemos deducir que el tipo de central nuclear está muy estrechamente relacionado con los reactores nucleares que usen.

Reactores más empleados

Reactor de agua a presión (PWR), que emplea agua ligera como moderador y refrigerante; óxido de uranio enriquecido como combustible. El refrigerante circula a una presión tal que el agua no alcanza la ebullición, y extrae el calor del reactor, que después lleva a un intercambiador de calor, donde se genera el vapor que alimenta a la turbina.

Reactor de agua en ebullición (BWR), que emplea elementos similares al anterior, pero ahora el refrigerante, al trabajar a menor presión, alcanza la temperatura de ebullición al pasar por el núcleo del reactor, y parte del líquido se transforma en vapor, el cual una vez separado de aquél y reducido su contenido de humedad, se conduce hacia la turbina sin necesidad de emplear el generador de vapor.

Reactor de agua pesada (HWR), emplea agua pesada como moderador. Existen versiones en las que el refrigerante es agua pesada a presión, o agua pesada en ebullición. Puede emplear uranio natural o ligeramnte enriquecido como combustible.

Reactor de grafito-gas. Este tipo de reactores usan grafito como moderador y CO2 como refrigerante. Mientras que los primeros reactores de este tipo emplearon uranio natural en forma metálica, los actuales denominados avanzados de gas (AGR) utilizan óxido de uranio enriquecido; y los denominados reactores de alta temperatura (HTGR), usan helio como refrigerante.

Reactor de agua en ebullición (RBMK), moderado por grafito, desarrollado en la Unión Soviética, que consiste en un reactor moderado por grafito, con uranio enriquecido, y refrigerado por agua en ebullición. Este tipo de reactores no se han empleado en Europa occidental.

Seguridad en una central nuclear

En las centrales nucleares habituales el núcleo del reactor está colocado dentro de una vasija gigantesca de acero diseñada para que si ocurre un accidente no salga radiación al ambiente. Esta vasija junto con el generador de vapor están colocados en un edificio construido con grandes medidas de seguridad con paredes de hormigón armado de uno a dos metros de espesor diseñadas para soportar terremotos, huracanes y hasta colisiones de aviones que chocaran contra él.

Las salvaguardias técnicas deben mantener las siguientes funciones vitales deducidas del objetivo principal de la seguridad nuclear.

El control de la reacción nuclear La refrigeración del reactor.

Junto con otras medidas pasivas e intrínsecas, los sistemas de seguridad responden ante la indisponibilidad y fallos de los sistemas principales, así como a los posibles transitorios de operación.

En el "esquema simplificado" se indican los principales sistemas que salvaguardan la refrigeración del Reactor y una síntesis de su funcionamiento.

Cerca de un centenar de sistemas prestan funciones de soporte a esta función y en su caso complementan el cumplimiento del objetivo de seguridad nuclear.

Ventajas e inconvenientes

Ventajas

  • No contaminan directamente a la atmósfera
  • No dependen de los combustibles fósiles.
  • Generan gran cantidad de energía.
  • Posible reaprovechamiento del combustible

Inconvenientes

  • Estas centrales producen residuos tóxicos y radiactivos que pueden causar enfermedades
  • Daña al medio ambiente debido a las partículas radioactivas de los residuos
  • El almacenamiento de residuos radioactivos es un gran problema.
  • Periodo de funcionamiento corto al rededor de 40 años combustible caro

Fuentes