Y yo quiero ser...Ingeniero Nuclear
(Por
Emma López-Alonso Conty)
Escucha música mientras lees, vete al final.
Hace ya 75
años, el 2 de diciembre de 1942, tuvo lugar la primera reacción
nuclear en cadena auto-mantenida en el Chicago Pile-1 (Fig. 1.), el primer reactor
nuclear artificial del mundo, nacía así la era de la energía nuclear.
Universidad de
Chicago en el Chicago Pile- I.
Muchos han
sido los avances desde ese primer reactor nuclear, el principal objetivo de
este capítulo es acercar al lector a las nociones básicas de la generación
eléctrica, el funcionamiento y tipos de centrales nucleares.
Actualmente,
la energía es la fuerza que mueve el mundo. Nuestro estilo de vida y la
evolución de nuestra sociedad serían imposibles sin ella. De ella depende,
entre otras cosas, la iluminación de interiores y exteriores, calentamiento y
refrigeración, transporte de personas y mercancías, la obtención de alimentos y
su preparación o el funcionamiento de fábricas...
En una central
nuclear se aprovecha el calor generado mediante la fisión del átomo para
generar el vapor que moverá la turbina para producir el movimiento de alternadores que
transforman dicho trabajo mecánico en energía eléctrica. Habitualmente,
las centrales nucleares constan de uno o más reactores.
El núcleo de
un reactor nuclear está compuesto por una vasija en cuyo interior se hallan los
elementos combustibles formados por material fisible (uranio-235 o plutonio-239).
Para moderar la reacción sostenida de fisión se emplea lo que se denomina
moderador, generalmente agua aunque también se utiliza gas inerte, que absorbe
el exceso de neutrones liberados manteniendo bajo control la reacción
en cadena del material radiactivo. Rodeando al núcleo de un reactor nuclear
está el reflector cuya función consiste en devolver al núcleo parte de los
neutrones que se fugan de la reacción. Para moderar algo más rápido o acelerar
el factor de multiplicación del proceso de reacción en cadena del circuito
nuclear existen las barras de control, que se sumergen facultativamente en
el reactor. Existe un blindaje especial que rodea al reactor para
absorber la radiactividad emitida y proteger la instalación y a sus
trabajadores.
Tipos de centrales nucleares
Existen muchos
diseños diferentes de centrales nucleares en el mundo cada una con sus propias
ventajas e inconvenientes. En España hay instalados únicamente dos tipos:
centrales de agua a presión (Pressurized Water reactor o PWR) y centrales de
agua en ebullición (Boiling Water Reactor o BWR).
-Reactor de agua a presión (PWR)
El reactor
de agua a presión es el reactor nuclear más utilizado en el
mundo. La característica principal de este tipo de centrales es que poseen tres
circuitos diferenciados. En la Fig. 2. se puede observar dichos circuitos
además de los componentes principales.
En el circuito
primario se encuentra el reactor. La energía generada por el núcleo del reactor
es transportada mediante el agua de refrigeración que circula a gran presión
hasta un intercambiador de calor. Esta agua no llega a evaporarse, sino que
permanece en estado líquido gracias a que se encuentra a grandes presiones. El
presionador es el componente que permite controlar la presión del circuito. Este
circuito primario es un circuito cerrado, el agua, que se calienta en el
reactor, circula gracias al impulso de unas bombas, pasando por un generador de
vapor, donde se enfría y vuelve al reactor.
El circuito
secundario es un circuito cerrado, el agua entra en el generador de vapor donde
se calienta y se evapora, sin entrar en contacto con el agua del primario. El
vapor se introduce en una turbina que acciona un generador eléctrico y se
envía a un condensador, donde se enfría y se condensa. El agua condensada es
enviada de nuevo al generador de vapor, empezando el ciclo de nuevo.
El último circuito,
el terciario, a diferencia de los anteriores, es abierto. El agua procedente de
una fuente externa como el mar, un rio o un embalse se bombea hacia el
condensador para enfriar el vapor procedente del generador de vapor del
circuito secundario y se devuelve a su origen o a la atmosfera, en forma de
vapor de agua, a través de las torres de refrigeración.
-Reactor de agua en ebullición (BWR)
El reactor
de agua en ebullición, también se utiliza con frecuencia. A diferencia del PWR,
en este tipo de centrales no existen tres circuitos independientes, sino que
solo hay dos. El calor generado en el núcleo se utiliza para hacer hervir
el agua. El vapor producido se introduce en una turbina que acciona un generador
eléctrico, por lo que no es necesario un generador de vapor, como se observa en
el esquema de la Fig. 3. El vapor que sale de la turbina pasa por
un condensador, donde se transforma nuevamente en agua líquida. Posteriormente
vuelve al reactor al ser impulsada por una bomba.
Otra
diferencia fundamental entre ambos tipos de tecnología es la parte de la vasija
por 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.
Centrales nucleares en España
En España
existen siete reactores en funcionamiento: Almaraz I y II, Ascó I y
II, Cofrentes, Trillo I y Vandellós II. Además de un
reactor desconectado: Santa María de Garoña, y dos en proceso de
desmantelamiento: Vandellós I y José Cabrera (Zorita). Entre todas las centrales
nucleares españolas se produce una potencia de 7.864,7 MW en 2016, liderando
así la producción en el Sistema Eléctrico español al haber producido el 21,39%
de electricidad bruta total. En 2016, la producción eléctrica nuclear supuso el
35,18% de la electricidad generada en España, sin emisiones. En España
resultan esenciales para la estabilidad del sistema eléctrico al estar siempre
disponibles (24 horas 365 días al año). En la última década la energía nuclear
viene aportando una quinta parte de la electricidad que consumimos de manera
constante, sin intermitencias y libre de CO2.
Existen,
además, otras instalaciones nucleares como la fábrica de combustible
nuclear en Juzbado, Salamanca y un centro de almacenamiento
de residuos radiactivos de baja y media actividad en El
Cabril, Córdoba. Además, del proyecto de construcción de Almacén
Temporal Centralizado (ATC) en Villar de Cañas, Cuenca, para
los de mayor radioactividad.
Otras aplicaciones
La ingeniería
nuclear, no solo se refiere a la generación eléctrica, sino a toda aplicación
práctica del átomo, desde las técnicas de análisis de datación arqueológica (arqueometría nuclear)
hasta las técnicas utilizadas en
la medicina nuclear o pilas de mucha duración para sistemas
que requieren poco consumo eléctrico. En la Fig. 4. se observan algunos
ejemplos de dichas aplicaciones.
Conclusiones
La diferencia
fundamental entre una central nuclear y el resto de centrales eléctricas, es la
fuente para la generación de calor. Mientras que en las centrales térmicas, se
usan combustibles fósiles (carbón, gas o petróleo), en las centrales nucleares
se aprovecha la inmensa energía existente en los átomos. En las centrales
nucleares el calor generado de la fisión del átomo se utiliza para calentar
agua y producir vapor. El vapor se convierte en energía mecánica en las
turbinas y esta se transforma finalmente en electricidad en el alternador.
La energía
nuclear produce una gran cantidad de energía eléctrica, pero también
produce residuos nucleares que hay que guardar en depósitos
especializados. Aunque la mayor ventaja de todas es que NO produce contaminación
atmosférica de gases derivados de la combustión que producen el efecto
invernadero, ya que no precisan del empleo de combustibles fósiles para
su operación.
“Sea
lo que sea lo que la naturaleza tiene reservado para la humanidad, por
desagradable que pueda ser, los hombres deben aceptar, que la ignorancia nunca es mejor que el conocimiento” (Enrico Fermi).
Referencias
para lectores curiosos, más información en:
[1]
Foro de la Industria nuclear Española: www.foronuclear.org/
[2]
Westinghouse Company: www.westinghousenuclear.com/
[3]
Consejo de Seguridad Nuclear (CSN): www.csn.es/
[4]
Central Nuclear Almaraz Trillo: www.cnat.es/
Emma López-Alonso Conty
Doctor en Ciencia y Tecnología
Nuclear
Escucha música mientras lees.
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