CENTRAL NUCLEAR DE PRODUCCIÓN DE ELECTRICIDAD

Afortunadamente los usos mas extendidos de la energía nuclear son los civiles, tanto para producir la electricidad que utilizamos en nuestras casas y en la industria, como para usos médicos y de investigación.

Muchos de los procesos de producción de energía eléctrica se basan en el movimiento de generadores eléctricos por la acción del vapor de agua a presión. Tanto a través de la fisión como de la fusión, como en las centrales térmicas -entre otras instalaciones-, se aprovecha el calor generado para mover un generador de corriente eléctrica.

En el caso concreto de las centrales nucleares el calor lo produce la fisión del Uranio.

Este combustible se presenta en forma de pastillas cilíndricas de 9,1 mm de diámetro, apiladas en unos tubos o vainas de aleación metálica de zircaloy de algo mas de 4 metros de longitud y 10,7 mm de diámetro. Las vainas, a su vez, se agrupan en haces de 236 unidades (16 x 16), denominados "elementos combustibles".

La recarga del reactor se realiza de forma periódica, sustituyéndose un cuarto de los elementos combustibles.

Comparativamente y a modo de ejemplo, un dma de producción de una central nuclear equivale al consumo de 34.000 barriles de petróleo en una central de fuel de la misma potencia y 6.850 toneladas diarias de carbón en una térmica convencional.

LA GENERACIÓN DE VAPOR - EL CIRCUITO PRIMARIO

Vamos a considerar un caso como ejemplo tipo. El circuito primario es estanco y esta formado por la vasija que contiene el núcleo, el presionado y tres lazos. Cada uno de estos incorpora un generador de vapor y una bomba principal.

El agua desmineralizada que circula por su interior toma el calor producido en el reactor por la fisión nuclear y lo transporta hasta el generador de vapor. En él, un segundo flujo de agua, independiente del primero, absorbe el calor a través de su contacto exterior con las tuberías por las que circula el agua desmineralizada del circuito primario. Por fin, dicho fluido retorna a la vasija del reactor tras ser impulsado por las bombas principales.

El reactor y su circuito de refrigeración están contenidos dentro de un recinto hermético y estanco, llamado "Contención", consistente en una estructura esférica de acero de alrededor de 50 metros de diámetro, construida mediante chapas de acero soldadas de 40 mm de espesor medio y que se soporta en una estructura de hormigón en forma de cáliz que se apoya sobre la losa de cimentación de 3,5 m. de espesor. La Contención esta ubicado en el interior de un segundo edificio, también de hormigón y cuyas paredes exteriores tienen un espesor de 60 cm, llamado edificio del Anillo del Reactor. Este tiene forma cilíndrica y esta rematado por una copula semiesférica, que sirve de blindaje biológico. Alberga parte de los sistemas de salvaguardia.

El funcionamiento del circuito primario se complementa con la presencia de una serie de sistemas auxiliares que aseguran el control de volumen, la purificación y desgasificación del refrigerante, el control químico, el tratamiento de residuos líquidos, gaseosos y sólidos, así como otras diferentes funciones necesarias para su correcta operación.

LA PRODUCIÓN DE ELECTRICIDAD - EL CIRCUITO SECUNDARIO

El diseño y el funcionamiento de los equipos de este sistema son similares a los existentes en las demás centrales de tipo térmico convencional. En el circuito secundario, el vapor producido en los generadores se conduce al foco frío o condensador, a través de la turbina que transforma la energía térmica (calor) en energía mecánica. La rotación de la turbina acciona directamente el alternador de la central y produce energía eléctrica.

El vapor de agua que sale de la turbina pasa a estado liquido en el condensador, retornando, mediante el concurso de las bombas de condensado y de agua de alimentación, al generador de vapor para reiniciar el ciclo. En esta fase se incorporan varios procesos de precalentamiento para optimizar el rendimiento termodinámico. Asimismo, se dispone de un deposito de agua de alimentación para mejorar la disponibilidad del sistema.

Existe, además, una conducción directa (by-pass) que conduce el agua desde la entrada a la turbina de alta presión y hasta el condensador. Permite, cuando se desconecta el turbo grupo de la red eléctrica exterior, conducir el vapor para su condensación, en tanto se reduce la producción de calor en el reactor.

Unidos a la turbina por un mismo eje se encuentran el alternador y la excitatriz. La tensión de generación es normalmente de alrededor de 27 kilovatios y se eleva a 400 kV en un parque de transformación.

El condensador de doble por cuyo interior circula el agua exterior de un tercer circuito, denominado sistema de agua de circulación.

EL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN

Mediante un caudal de agua aportado por un tercer circuito semiabierto, denominado "sistema de circulación", se realiza la refrigeración del condensador. Este sistema consta de dos torres de refrigeración de tiro natural, un canal de recogida del agua y las correspondientes bombas de impulsión para la refrigeración del condensador y elevación del agua a las torres.

CENTRALES - Principios de funcionamiento

La energía eléctrica obtenida a partir del calor, sé, consigue calentando agua hasta generar vapor, el cual mueve los álabes de una turbina. Esta última gira unida a un generador eléctrico produciendo en su movimiento electricidad. El calor se puede obtener a partir de la combustión de carbón, gas, fuel-oil, o bien a partir de la fisión nuclear de átomos pesados.

En las centrales convencionales el combustible se quema en el interior de una caldera rodeada de tubos llenos de agua en los que se produce la ebullición.

En una central nuclear, el combustible se encuentra dentro de una vasija rodeada de agua. En algunas centrales nucleares se deja que el agua hierva dentro de la vasija (reactores de agua en ebullición o BWR). En otras el agua se calienta sin llegar a hervir, manteniéndola a presión (reactores de agua a presión o PWR).

Este agua se conduce a través del interior de los tubos de un intercambiador de calor (Generador de Vapor). Exteriormente los tubos del generador de vapor se encuentran rodeados por agua del "circuito secundario" la cual entra en ebullición generando el vapor necesario para mover la turbina. El vapor de agua que mueve la turbina no se libera a la atmósfera, sino que es transformado de nuevo en agua en un condensador y recirculado al Generador de Vapor, en un circuito cerrado.

Se conocen como PHWR a las centrales tipo PWR que utilizan "agua pesada" como refrigerante y moderador.

Pueden ser con "vasija de presión" (Central Nuclear Atucha II) o con "tubos de presión" (modelo CANDU, como la Central Nuclear Embalse).

En la Central Nuclear Atucha I, existen cuatro circuitos de agua:

CIRCUITO PRIMARIO

El agua pesada del circuito primario circula a través de los canales refrigerantes donde se encuentra el combustible y se calienta como consecuencia de la fisión nuclear. Este agua se mueve impulsada por una bomba fuera de la vasija hacia los tubos de un Generador de Vapor donde cede parte de su calor a otro circuito de agua (circuito secundario) y retorna de nuevo a la vasija para volver a calentarse. Existen dos circuitos iguales.

CIRCUITO MODERADOR

El agua pesada de este circuito cumple la función de reducir la velocidad de los neutrones producidos por la fisión nuclear, a través de sucesivos choques capaces de extraerles energía sin absorberlos. Además extrae parte del calor generado por la fisión. El agua del moderador se mueve impulsada por una bomba hacia un intercambiador de calor donde cede su calor al circuito secundario, para retornar a la vasija nuevamente. Existen dos circuitos idénticos.

CIRCUITO SECUNDARIO

Este circuito de agua común desmineralizada, recoge el calor cedido por el agua de los circuitos moderador y refrigerante, vaporizándose en el Generador de Vapor. Este vapor cede su energía a los álabes de la turbina, que a su vez hace girar el generador eléctrico produciendo energía, enfriándose y perdiendo presión para entrar en el condensador. Aquí se convierte en agua que es recogida por bombas e impulsada nuevamente al Generador de Vapor. Cabe hacer notar, que el agua del circuito secundario nunca se mezcla con el "agua pesada" de los circuitos primario y moderador. Existen dos circuitos similares.

CIRCUITO DE REFRIGERACION

Para conseguir la condensación del vapor procedente de la turbina se emplea agua del río Paraná de las Palmas. Este agua es impulsada por tres bombas a los tubos del condensador, desde donde retorna nuevamente al río, pasando por una turbina hidráulica.