De la energía nuclear de fisión (4): Reactores nucleares de agua a presión

Seguimos con nuestra serie sobre la generación de energía por fisión nuclear. Tras haber obtenido el combustible a través del procesamiento del uranio, haberlo transportado a las instalaciones nucleares y haber entendido los procesos nucleares que tienen lugar en el interior del reactor, ahora nos toca ver que tipos de reactores nucleares existen y como funcionan.

El reactor nuclear es el sistema donde tiene lugar la reacción nuclear controlada. Existen varios tipos de reactores:

  • Reactores de agua ligera en los que el refrigerante y el moderador son agua
  • CANDU (de Canada Deuterium Uranium) que utiliza agua pesada para moderar y refrigerar.
  • FRB (de Fast Breeder Reactor) que en lugar de utilizar neutrones térmicos para llevar a cabo la reacción de fisión, utiliza neutrones rápidos
  • AGR (de Advance Gas-cooled reactor) en los que el refrigerante es dióxido de carbono y el moderador es grafito
  • RBMK (de Reactor Bolshoy Moshchnosty Kanalny) que utiliza agua para refrigerar y grafito para moderar.

De todos ellos los más comunes son los reactores de agua ligera, en concreto los denominados reactores de agua a presión (PWR – Pressurized Water Reactor) y reactores de agua en ebullición (BWR – Boiling Water Reactor). Al ser estos los más comunes, nos vamos a centrar en ellos. Empezaremos por los reactores PWR y en una siguiente entrada hablaremos de los BWR.

PressurizedWaterReactor

Esquema de funcionamiento de un reactor PWR (Wikimedia Commons)

El ciclo completo se puede resumir de la siguiente manera. El sistema primario transfiere el calor generado por el combustible a el generador de vapor, donde comienza el sistema secundario. El vapor generado es transferido por el sistema secundario a la turbina que es la encargada de generar la electricidad. Vamos a ver que se entiende por sistema primario y secundario.

El sistema primario, que también es conocido como Sistema de refrigeración del reactor o RCS (Reactor Coolant System) está compuesto por la vasija del reactor, donde se encuentra el combustible, las bombas de refrigeración del reactor, un presionador o presurizador (del inglés pressurizer), que da nombre a este tipo de reactores, y las tuberías que conectan los diferentes componentes.

La función del RCS es transferir el calor desde el combustible al generador de vapor además de evitar que los productos de fisión del combustible se escapen y generen daños materiales y radiológicos.

La vasija del reactor contiene las vainas de combustible. Esta tiene una forma cilíndrica en la que las tapas inferiores y superiores son semiesféricas. La tapa inferior es fija mientras que la superior se puede abrir para poder introducir las vainas de combustible. El material de que está hecha es una aleación de acero al manganeso y molibdeno, mientras que la parte que está en contacto con el refrigerante está recubierta con acero inoxidable para incrementar la resistencia a la corrosión.

Cuando el reactor está en operación, el refrigerante (primario) fluye desde el reactor al generador de vapor a través de tuberías. Estas tuberías están inmersas en un refrigerante secundario que recoge el calor que lleva el refrigerante primario. Cuando este refrigerante secundario absorbe suficiente calor, entra en ebullición y genera vapor. Las bombas de refrigeración del reactor ayudan a extraer el calor para que el refrigerante secundario entre en ebullición.

La función del presurizador es controlar la presión del sistema. Si la temperatura del RCS aumentara, la densidad del refrigerante del reactor disminuiría y el agua ocuparía un volumen mayor lo que genera un aumento de presión. Si la temperatura disminuyera el agua ocuparía un volumen menor y la presión disminuiría. El presurizador se encarga de mantener la presión dentro de los márgenes adecuados para la operación del reactor.

Pasamos al sistema secundario. Este está compuesto por el sistema principal de vapor y el sistema de condensación. Un aspecto importante de cara a la protección radiológica es que, al estar separados físicamente los sistemas primario y secundario, el secundario no contendrá nunca, o lo hará en cantidades ínfimas, elementos radiactivos.

El propósito del sistema secundario es volver a condensar el vapor en agua a la vez que la purifica para evitar la corrosión de las tuberías y una pérdida de las propiedades del agua para transmitir el calor. Esta agua es posteriormente reenviada al generador de vapor del sistema primario donde es reutilizada como refrigerante.

Además de todos estos sistemas que realizan las funciones principales de la central nuclear, existen muchos otros encargados de controlar la seguridad de la instalación nuclear durante todo el proceso de generación de energía e incluso cuando el reactor no está en funcionamiento.

Referencias

Nuclear Regulatory Commission

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