De la energía nuclear de fisión (5): Reactores nucleares de agua en ebullición

En la entrada anterior analizamos uno de los dos tipo más importantes de reactores nucleares de agua ligera, los reactores de agua a presión o PWR. Ahora vamos a tratar el otro tipo más común, los reactores de agua en ebullición o BWR.

Mientras que el fundamento para la generación de electricidad es el mismo que en los PWR, generación de vapor de agua utilizando el calor desprendido en las reacciones nucleares del combustible para mover una turbina, dicha generación de vapor se lleva a cabo de una manera diferente en los reactores BWR.

El agua utilizada como refrigerante dentro de la vasija del reactor, absorbe directamente el calor de las reacciones nucleares del combustible. Al absorber el calor, el agua entra en ebullición y, de la misma manera que cuando ponemos un cazo con agua a hervir, se genera vapor de agua que asciende hacia arriba. Es decir, en este caso el vapor de agua se genera en el propio interior de la vasija y no se requiere de generadores de vapor como en el caso de los PWR.

Cuando el vapor alcanza la parte superior del núcleo comienza un proceso de separación de la humedad que lleva el vapor para poder eliminar las gotas de agua que pueda haber en el vapor. Este vapor, libre de gotas de agua, es introducido en la línea de vapor que lo redirige hacia la turbina principal que generará la electricidad.

No todo el vapor de agua generado se utilizará, por lo que el remanente se podrá reutilizar en el núcleo del reactor como refrigerante, por lo que hay que convertirlo de nuevo en agua líquida por medio de un condensador. Tras ser condensado, el vapor es redirigido hacia la vasija del reactor a través de una serie de bombas.

student-bwrEsquema de funcionamiento de un reactor BWR (Fuente: http://www.nrc.gov)

Además de redirigir el agua hacia el núcleo, estas bombas tienen una función de seguridad ya que controlando la cantidad de agua que entra en el núcleo, el operador de la central nuclear puede variar la cantidad de agua refrigerante y así controlar la potencia que el reactor suministra.

Al contrario que los reactores PWR en los que el vapor generado, al no estar en contacto con el combustible, no era radiactivo, en el caso de las centrales BWR el agua que está en contacto con el combustible sí tiene isótopos radiactivos. La radiactividad se debe principalmente al isótopo 16N. Este isótopo tiene una vida media muy corta, 7,13 segundos. Esta vida media tan corta, permite que la radiactividad sólo persista mientras el agua está dentro de la vasija del reactor, de manera que cuando el vapor comienza el proceso de separación de humedad, esté libre de radiactividad, ya que todos los isótopos de 16N se habrán desintegrado. A través de análisis posteriores en todos las centrales BWR durante todos los años de operación, se ha visto que la existencia de isótopos más pesados que el 16N es nula.

El núcleo del reactor de una central BWR consiste en las barras de combustible y las barras de control en el interior de la vasija del reactor, que está inmersa en agua y rodeada de un sistema de recirculación de agua que permite que esta esté siendo inyectada a la vasija. Otra diferencia con las centrales PWR es que, en el caso de las BWR, las barras de control se introducen por la parte inferior del reactor, así la potencia del reactor se puede controlar tanto con las barras como con el agua que entra al núcleo a través del sistema de recirculación de agua que hemos descrito anteriormente.

El hecho de que las centrales BWR permitan introducir las barras de control por la parte inferior, también permite que estas puedan permanecer insertadas cuando se están reemplazando las vainas de combustible.

Debido a que el mecanismo de generación de vapor es el propio agua en ebullición, estos reactores trabajan a presión constante, por lo que no es necesario utilizar los presionadores o presurizadores de las centrales PWR.

Referencias

Nuclear Regulatory Commission
General description of a boiling water reactor, General Electric Nuclear Energy

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