La energia
La energía es una de las fuerzas vitales de nuestra sociedad. Nuestro estilo de vida sería imposible sin energía. De ella dependen, entre otras cosas, la iluminación de interiores y exteriores, el calentamiento y refrigeración de nuestras casas, el transporte de personas y mercancías, la obtención de alimento y su preparación, o el funcionamiento de las fábricas.
Hace poco más de un siglo las principales fuentes de energía eran la fuerza de los animales y la de los hombres y el calor obtenido al quemar madera. El ingenio humano también había desarrollado algunas máquinas con las que aprovechaba la fuerza hidráulica para moler los cereales o preparar el hierro en las herrerías, o la fuerza del viento en los barcos de vela y los molinos de viento. Pero la gran revolución vino con la máquina de vapor. Desde entonces se ha producido un gran desarrollo de la industria y de la tecnología.
Nuestro planeta posee grandes cantidades de energía. Sin embargo, uno de los problemas más importantes es la forma de transformarla en energía útil y utilizable con el menor impacto ambiental posible. Esta energía viene en su mayor parte de los combustibles fósiles (carbón, petróleo o gas), aunque éstos tienen dos problemas importantes: son limitados y contaminan. Y por otra parte, los combustibles fósiles se están agotando, y provocan graves daños medioambientales; el llamado “calentamiento global” del planeta puede estar ocasionado por la utilización de dichos combustibles.
MECANISMO DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA EN UNA CENTRAL NUCLEAR: LA FISIÓN La energía eléctrica en las centrales, sean térmicas, nucleares o hidroeléctricas, se produce en el alternador, que está movido gracias a la turbina. Cómo se acciona esta turbina diferencia el tipo de centrales. Por una parte, las centrales hidroeléctricas aprovechan la energía potencial del agua para mover las turbinas tipo Francis o Pelton. Por otra parte, tanto las centrales térmicas como las nucleares calientan agua a alta presión para accionar la turbina.
En las centrales térmicas el agua se caliente mediante la combustión de petróleo, gas o carbón en la caldera, mientras que en las centrales nucleares el agua se calienta gracias a la liberación de calor que se produce en las reacciones nucleares del reactor. En la gran mayoría de reactores, se utiliza el uranio como combustible para obtener calor. ¿Cómo se consigue obtener energía del uranio? El uranio se introduce en un reactor nuclear, y se le “disparan” neutrones, lo que provoca que se rompa el núcleo. En esta ruptura se libera gran cantidad de energía en forma de calor que es la que se aprovecha para calentar agua que permite accionar la turbina. Además de energía, en el proceso de ruptura del núcleo de uranio también se libera un neutrón, que choca con otro núcleo de uranio y vuelve a liberar energía.
La fision nuclear
¿Cómo es una central nuclear?Se puede considerar que una central nuclear consta de cuatro partes:- Generador de calor: reactor o núcleo de la central donde se producen las reacciones nucleares y la liberación de calor.
- Generador de vapor: intercambiador en el que gracias al calor generado en el reactor se forma el vapor para accionar la turbina. Dependiendo del tipo de central puede ser el propio reactor.
- Generador de energía mecánica: turbina en la que se genera energía mecánica a partir de la energía contenida en el vapor.
- Generador de electricidad: generador donde se produce energía eléctrica a partir de la energía mecánica que la turbina transmite al alternador
Actualmente en España, existen dos tipos de centrales nucleares, las centrales de agua a presión y las centrales de agua en ebullición. A continuación se hace una breve descripción de ambas.Centrales de Agua a Presión (PWR)En una central de agua a presión, el agua que se calienta en el reactor para producir posteriormente vapor en el generador de vapor, está presurizada, manteniendo la temperatura por debajo de la temperatura de saturación lo que favorece la refrigeración del combustible.
Esquema central nuclear PWR
En una central PWR existen tres circuitos diferenciados: El circuito primario: está formado por el reactor o vasija y los lazos de refrigeración, que pueden ser dos, tres o cuatro. Cada lazo de refrigeración contiene:- Un generador de vapor. Es la frontera entre el circuito primario y el secundario, por lo que también se considera parte del circuito secundario.
- Una bomba del refrigerante del reactor.
- Un presionador en uno de los lazos.
Circuito primario
En la vasija del reactor están alojados los elementos combustibles. Estos elementos combustibles están formados por múltiples varillas que contienen el uranio necesario para llevar a cabo las reacciones nucleares de fisión. Algunas de estas varillas no contienen combustible. Éstas se utilizarán para alojar las barras de control, que controlan la reacción nuclear. Este control se hace absorbiendo neutrones para que no pueda seguir la reacción en cadena.Para soportar el peso de los elementos combustibles y favorecer su refrigeración, es necesario el uso de componentes estructurales internas (columnas y soportes). Todo, componentes y combustible está envuelto por las paredes de la vasija del reactor, que constituyen una barrera para las partículas radiactivas que provienen de las reacciones nucleares.Cada lazo posee un generador de vapor donde se produce vapor a alta presión. El generador de vapor es un intercambiador de calor en el que el agua del circuito primario (proveniente directamente del reactor) transfiere calor al agua del circuito secundario (que acciona la turbina).Para poder transportar el agua del circuito primario desde los generadores de vapor a la vasija del reactor, es necesario el uso de unas bombas de gran potencia y tamaño, llamadas bombas de refrigerante del reactor. Finalmente, en el circuito primario existe un equipo llamado presionador, que es un elemento muy importante ya que se encarga de mantener la presión del circuito primario constante y en el nivel deseado.
Pastillas de combustible
Elemento combustible
Generador de vapor. Bomba de refrigereante del reactor. Presionador
El circuito secundario: está formado por el generador de vapor, la turbina, el condensador y los equipos de bombeo y de calentamiento.
Esquema básico del circuito secundario
El vapor producido en los generadores de vapor se conduce hacia la turbina, donde la energía térmica contenida en el vapor, se transforma en energía mecánica.La turbina tiene dos cuerpos, uno de alta presión y otro de baja presión. El vapor procedente del generador de vapor entra en la turbina de alta presión. El vapor que sale de la turbina de alta presión se debe recalentar y deshumidificar para aumentar el rendimiento termodinámico de la planta y para evitar daños estructurales de las turbinas de baja presión. El vapor de baja energía que sale de las turbinas de baja presión se conduce al condensador, donde gracias al agua del circuito terciario, agua de circulación, se consigue condensar todo este vapor.El agua condensada vuelve a los generadores de vapor, previo calentamiento, transportada por equipos de bombeo. El circuito terciario: está constituido por el circuito de agua de circulación o agua necesaria para condensar el vapor expansionado en las turbinas de baja presión.El agua de circulación pertenece a un circuito abierto, es decir el agua se toma de una fuente (el mar, un río,…) refrigera el condensador y vuelve a mayor temperatura a la fuente inicial. Para que no haya un cambio brusco de temperatura de la fuente, y pueda influir en el ecosistema, se vigila de forma precisa la temperatura de agua de retorno.
Centrales de Agua en Ebullición (BWR)
A diferencia de las centrales tipo PWR, en las centrales de agua en ebullición (BWR), no existen tres circuitos independientes, sino que sólo hay dos; el vapor no está generado en un circuito secundario, sino directamente en la vasija: el agua se evapora gracias al calor de las reacciones de fisión. En este tipo de centrales no es necesario el uso de un presionador que mantenga la presión en el primario, ya el agua de refrigeración del reactor se evapora. El generador de vapor es el propio reactor.
Esquema central nuclear BWR
Tal y como se observa en el esquema, los teóricos circuitos primario y secundario de las centrales tipo PWR están unidos en un mismo circuito .El agua que refrigera el reactor se evapora dentro de la vasija y llega a la turbina, donde le transmite la energía. Finalmente, vuelve hacia la vasija del reactor.
Otra diferencia fundamental entre ambos tipos de tecnología es la parte de la vasija en la que se insertan las barras de control en los elementos combustibles. En las centrales tipo BWR se introducen las barras por la parte inferior de la vasija del reactor, mientras que en las centrales tipo PWR se hace por la parte superior.
El agua de circulación utilizada para la condensación del vapor que sale de las turbinas de baja presión, puede provenir, igual que en el caso de las PWR, de un río, el mar, embalses u otra fuente de refrigeración.
Conclusiones- En las centrales nucleares el agua se calienta mediante las reacciones nucleares que se producen en el interior del reactor.
- En la gran mayoría se utiliza el uranio como combustible para obtener calor.
- Para producir el calor, se “disparan” neutrones lo que provoca que se rompan los núcleos de uranio, liberando gran cantidad de energía.
- Se puede considerar que una central se genera energía y transforma, desde este calor, convirtiéndolo en vapor, energía mecánica y finalmente electricidad.
- Los dos tipos de centrales nucleares son de agua presurizada (PWR) y de agua en ebullición (BWR) presentan igual rendimiento.
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