ENERGIA NUCLEAR : TIPOS DE CENTRALES


Partiendo de la estructura básica de central nuclear (ver: estructura básica de una central nuclear), se construyen diferentes tipos de reactores.

Se diferencia en las características del refrigerante, moderador, forma de transferir la energía o simplemente la disposición del combustible.
"El agua del núcleo puede llegar a alcanzar 300 grados centígrados, por ese motivo se le mantiene a gran presión para evitar que se transforme en vapor de agua"

Reactores PWR


Los reactores nucleares más utilizados en el mundo (alrededor de las tres cuartas partes) son del tipo PWR. El combustible utilizado es uranio enriquecido, y se emplea agua normal tanto para el moderador como para el refrigerante.

En una cuba con agua a alta presión se introduce el núcleo del reactor, que consta de dos placas metálicas donde se sujeta el soporte del combustible, consistente en varios cientos de varillas metálicas en cuyo interior se encuentra el uranio. Estas varillas son insertadas mediante unos motores por la parte superior. Todo el conjunto, incluido intercambiadores de calor y sistemas de control, se encuentra protegido por una cúpula de hormigón de notable grosor.

El agua del núcleo puede llegar a alcanzar 300 grados centígrados, por ese motivo se le mantiene a gran presión para evitar que se transforme en vapor de agua. Donde sí se forma vapor de agua es en el intercambiador de calor, por donde pasa el agua calentada, que posteriormente moverán las turbinas.

Los problemas más relevantes de estas centrales están referidos al cambio de combustible y el sistema del refrigerante. Reemplazar el combustible implica parar la central durante varias semanas, al ser necesario sustituir todo el bloque a la vez. Por su parte, el sistema de refrigerante precisa unos controles de seguridad muy importantes ante cualquier posible fuga de del líquido. Hay que tener en cuenta que una fuga del agua refrigerante, que se encuentra a alta presión, produciría su transformación en vapor de agua en muy pocos segundos, y el núcleo se calentaría peligrosamente al perder refrigeración. Además, aunque el reactor se detendría al perder moderador (el agua refrigerante también actúa como tal), no impediría que siguiera calentándose. Como medida de seguridad en el caso de que se produjese una fuga, se dota al reactor de unos depósitos de agua complementarios, que inundarían el núcleo en el momento en que se produjera.

Reactores BWR

Otro tipo de reactor muy similar al PWR es el BWR, que utiliza un sistema que genera un mayor rendimiento, aunque en su defecto existe también un mayor riesgo.

En los reactores BMR, el combustible es introducido en el tanque por su parte inferior, al contrario que en los PWR. Asimismo, y como elemento más significativo, en este tipo de centrales el refrigerante sí se convierte en vapor, con lo cual es innecesario utilizar intercambiadores de calor, generándose más rendimiento (los intercambiadores de calor siempre sufren pérdidas), además de que el agua puede trabajar a menor presión. El riesgo estriba en que ese vapor, que se encuentra altamente contaminado, se utiliza para mover directamente las palas de las turbinas, y por tanto a mayor cantidad de circuitos por donde circula, mayor riesgo de que se produzcan fugas.

Otro punto de atención en lo que respecta a seguridad, es el balance de agua y vapor de agua que debe mantener el reactor; existe un factor crítico que debe ser controlado para evitar un sobrecalentamiento. Recordemos que el refrigerante utilizado es agua, por tanto si aumenta el vapor de agua será a costa de reducirse el nivel del líquido, lo cual acarrearía un sobrecalentamiento del núcleo del reactor que podría destruirlo. Para mantener el equilibrio se dispone dos cubas de agua; una bajo el reactor, la cual facilita que el vapor se condense; y otra sobre él que permitiría, en caso de necesidad, soltar agua en grandes cantidades.

Las centrales con reactores nucleares tipo AGR son de diseño totalmente distinto a las PWR y BWR. Cuentan teóricamente con mejores características de seguridad.

Aunque el combustible utilizado es uranio enriquecido, se emplea sin embargo dióxido de carbono a alta presión como refrigerante, y grafito como moderador. Las varillas de combustible van insertadas en trescientos agujeros practicados en un gran bloque de grafito, lo cual implica que el moderador no pueda ser retirado como en otros tipos de reactor; este hecho es quizá el punto negativo de este tipo de central, pues si es necesario detener la reacción hay que extraer las varillas de combustible del núcleo. El dióxido de carbono utilizado como gas refrigerante, se mantiene a presión en el bloque de grafito, el cual absorbe el calor producido en la reacción.

Todo el conjunto descrito se encuentra protegido por una gran envoltura de hormigón totalmente hermética, de grosor muy superior al de otras centrales, lo que minimiza las posibilidades de fugas radiactivas. De todas formas, en el supuesto de producirse una pérdida de refrigerante, la gruesa estructura de hormigón es capaz de absorber el calor durante el tiempo suficiente para que los sistemas de control detengan la reacción.

Aunque el reactor suele ser parado para efectuar la sustitución de combustible, en realidad esta central posee la ventaja de que las varillas de combustible podrían ser extraídas e insertadas en el núcleo de forma individual, permitiendo mantener el reactor en funcionamiento.

Reactores CANDU

Las centrales dotadas de reactores CANDU (de desarrollo canadiense), han competido con éxito con las centrales PWR y BWR.

La estructura de estas centrales consta de un tambor de acero denominado calandria, el cual acoge el moderador que consiste en agua pesada a baja presión. Todo este conjunto generador de energía se encuentra alojado dentro de una bóveda de hormigón.

Al igual que el moderador, el líquido refrigerante es agua pesada, que se le hace circular a través de unos tubos que atraviesan horizontalmente la calandria. Asimismo, dentro de los tubos se sitúan las varillas de combustible (uranio enriquecido). El líquido refrigerante que circula por el interior de los tubos, se encuentra sometida a una gran presión para evitar que se transforme en vapor de agua, incluso a temperaturas elevadas.

En el tambor se encuentran también otro tipo de conductos, mediante los cuales se pueden introducir varillas de control que absorben neutrones (los frenan), permitiendo actuar sobre la reacción en el supuesto de que se produjese una pérdida de líquido refrigerante. Al igual que en las centrales AGR, en este tipo de reactor la pérdida de refrigerante no implica pérdida de moderador, por lo que el mantenimiento de la reacción llegaría a sobrecalentar el núcleo finalizando con su destrucción, motivo por el que se disponen las varillas de control de emergencia.

La gran ventaja de este tipo de central radica en el rendimiento útil que proporcionan (hasta un 78%), mejorando las de su mayor competidora, las de tipo PWR, que sólo llegan a un 75%.

Reactores de enriquecimiento

Un reactor de enriquecimiento no se utiliza básicamente para generar energía con destino al consumo. El objetivo principal es el de producir combustible que pueda ser utilizado en otros reactores.

El combustible utilizado en estos reactores es uranio 238. Se trata de un isótopo del uranio no fisionable, al contrario del uranio 235 que sí se utiliza en los reactores convencionales.

El plutonio 239 es un material fisionable. Se obtiene bombardeando el átomo de uranio 238 con un neutrón, que al descomponerse (debido a su inestabilidad) se desprende de un electrón, transformándose en plutonio 239. A su vez, una parte del plutonio generado se fisiona al recibir el impacto de un neutrón, que a su vez origina otros tres neutrones. Una cantidad de ese plutonio es conservado como combustible para su utilización por otras centrales nucleares.

VIDEO PARTE 1 (ver parte 2 líneas abajo)






Estructuralmente, la central posee un núcleo de uranio y plutonio enriquecidos, que generan los neutrones para bombardear los átomos de uranio 238. Éste último se encuentra situado alrededor del núcleo del reactor en forma de varillas, y es el material que se enriquecerá absorbiendo neutrones, para posteriormente convertirse en el combustible útil.

Este tipo de reactores se denominan de neutrones rápidos, debido a que no disponen de moderador. Los neutrones a alta velocidad tienen mayor dificultad para producir fisiones, por este motivo es necesario concentrar mucha más cantidad de material para que se produzca la reacción, sin embargo tienen la ventaja de incrementar la producción de plutonio 239, que es la razón de funcionamiento de este tipo de reactores.

Un reactor de enriquecimiento produce temperaturas de funcionamiento de unos 500 grados centígrados, muy superior al de otras centrales nucleares, por ello precisa disponer de un sistema de absorción del calor, que a su vez no absorba neutrones, con objeto de no actuar como moderador (del que no dispone). Para ello se emplea sodio, que es sólido a temperatura ambiente, pero que se torna líquido a la temperatura de trabajo. En un tanque de sodio actuando como refrigerante se halla sumergido todo el bloque; el sodio cede su calor a un intercambiador de calor que también contiene sodio (el motivo de aislarlos es que el sodio explosiona con el agua) y de ahí se transfiere finalmente a un circuito de vapor de agua para su aprovechamiento.

El núcleo del reactor dispone de unos agujeros por donde se pueden introducir varillas de control, con objeto de detenerlo si fuera preciso.

VIDEO PARTE 2







:fuente: Naturaleza educativa

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