Centrales Nucleoeléctricas

Rocío Eileen Briseño Ortega

Energía Térmica y Calorífica La fuente más importante de energía de este tipo es el sol. Los hidrocarburos y el carbón, siguen en orden de importancia como fuentes de energía térmica ya que liberan calor al quemarse.

Energía Térmica y CaloríficaLa fuente más moderna de energía térmica es el núcleo del átomo. Albert Einstein postulo que la materia puede transformarse en energía y que entre ambas existe una relación que puede expresarse con (Energía E, m masa y c es la velocidad de la luz).

Energía Térmica y CaloríficaEn el año de 1942 en la Universidad de Chicago se llevaron a cabo los experimentos que culminaron con la fisión o ruptura de los núcleos de átomos de Uranio 235 y la transformación de una pequeña parte de la materia en energía térmica.

FISION NUCLEARLas centrales Nucleares generan calor a través de una reacción en cadena de fisiones nucleares. El Uranio es el elemento natural mas pesado de la Tierra, y por consiguiente la “Interacción Fuerte’’ que mantiene unido el núcleo de todo átomo es mas débil porque el núcleo contiene 92 protones. Esto permite dividir un átomo de Uranio mas fácilmente cuando choca con un neutrón.

FISION NUCLEAREl núcleo se convierte en diversos fragmentos con una masa casi igual a la mitad de la masa original más dos o tres neutrones.La suma de las masas de estos fragmentos es menor que la masa original. Esta “falta’’ de masas (alrededor del 0.1% de la masa original) se ha convertido en energía según la ecuación de Einstein (E=mc2).

Reaccion en CadenaEl átomo uranio libera una gran cantidad de energía en forma de calor y radiación. Se emiten 2 0 3 neutrones que chocan con los núcleos de los átomos de uranio cercanos lo que causa una constante liberación de calor y mas neutrones, el proceso se repite.

FUSION NUCLEARDurante muchos Años ha habido entusiasmo acerca del potencial de una forma diferente de energía nuclear: la Fusión, los reactores tradicionales la producen por fisión, la Fusión produce cantidades mucho mayores de calor por medio de la combinación de átomos ligeros (hidrogeno y sus isotopos deuterio y tritio. La reacción del deuterio sobre el tritio produce helio. Se esta investigando aun para el uso en reactores nucleares.

Barras de ControlEsta reacción se puede modular y controlar mediante la inserción de Barras de Control (de Cadmio, Boro, Indio, Plata o Hafnio) que absorben algunos de los neutrones liberados (por cada 2 o 3 neutrones puestos en libertad, sólo a uno se le debe permitir dar a otro núcleo de uranio) que, de otro modo dividirían otros átomos. El proceso también puede ser incontrolado (armas nucleares).

CALDERA O GENERADOR DE VAPORAparto que permite producir vapor a alta presión y temperatura mediante la aplicación del calor resultante de la combustión de Carbón, Combustóleo o Gas, a un serpentín de tubos por donde circula agua. Este proceso se realiza en el interior de una vasija cerrada. El rendimiento típico de una caldera es de 83%, medido como la relación entre el incremento de la energía en el fluido y la energía liberada en el proceso de combustión.

TURBINA

Maquina Rotativa accionada por agua, vapor o gases calientes; lleva unas paletas llamadas alabes, montadas alrededor de un eje. La fuerza del agua, vapor o gases calientes, al chocar contra ellas, hace girar el eje proporcionándole energía mecánica. Las turbinas se usan actualmente en las centrales termoeléctricas e hidroeléctricas. La apariencia física de las turbinas depende de su aplicación, por ejemplo las turbinas de vapor y gas tienen varios rodetes de alabes montados sobre el mismo eje. El rendimiento típico de una turbina de vapor es de 45% y el de una de gas es de 34%.

Como Funciona una Turbina

FUNCIONAMIENTO DE UNA NUCLEOLECTRICA

El Calor producido por la Fisión Nuclear se utiliza para crear vapor de agua calentándola por medio de unas barras de metal que están en contacto con material radioactivo. La presión del vapor de agua a alta temperatura acciona las turbinas que están conectadas a un generador eléctrico.

FUNCIONAMIENTO DE UNA NUCLEOLECTRICA

Reactor Nuclear. Dispositivo en el cual se produce la fisión nuclear. El calor producido dentro del reactor es recogido por un fluido que pasa alrededor del combustible llamado fluido refrigerante o fluido portador de calor.

Componentes Principales de un Reactor:

1. Núcleo. Contenedor metálico el cual posee: las barras de combustible, las barras de control y el moderador del proceso de fisión y el refrigerante.

2. Sistema de Control y Seguridad. Para regular los niveles de calor del interior del núcleo del reactor.

3. Estructura de Contención. Dentro del cual se encuentra el material nuclear, constituye un blindaje biológico para proteger a los trabajadores.

Moderador. intercalado entre los elementos combustibles, es un material que pone resistencia al paso de los neutrones liberados en la fisión, reduciendo su velocidad y asegurando una reacción en cadena estable, eficaz y continua.

Condensación (sistema de Enfriamiento)El vapor de agua que salió de la turbina, aunque ha perdido energía calorífica sigue estando muy caliente, al salir de la turbina se dirige a un depósito de condensación donde estará en contacto térmico con unas tuberías de agua fría que se toma del mar o un rio. El vapor de agua se vuelve líquido y mediante una bomba se manda de nuevo al reactor nuclear para volver a repetir el ciclo.

FUNCIONAMIENTO

Funcionamiento

Reactores de Agua Ligera1. Utilizan el agua como refrigerante y

combustible el Uranio Enriquecido ( 2 a 3% de contenido de uranio 235). Existen 2 tipos de Reactores:

Agua Hirviente (BWR boiling water reactor).

Agua a Presión (PWR pressurized water reactor).

Central Nucleoeléctrica tipo PWRAgua a Presión. El agua circula a través de un circuito cerrado con una bomba, y el refrigerante circula a través del núcleo se mantiene a una presión alta de tal forma que esta no hierve. En el interior del generador de vapor, el circuito primario cede su energía al circuito secundario, en el que el agua se transforma en vapor que se envía a la turbina.

2/3 de las Centrales de EUA y mas del 60% de todas las del mundo.

Central Nucleoeléctrica tipo BWREl Refrigerante que pasa por el núcleo no esta a presión muy alta, el agua hierve y el vapor producido se separa y se seca dentro de la misma vasija, después se envía directamente a la turbina.

Reactores de Agua Pesada

Se diferencian de los anteriores porque utilizan como combustible Uranio Natural y como refrigerante el agua pesada: donde D es el isotopo deuterio del Hidrogeno.

Residuos Nucleares:La Comisión Reguladora Nuclear de EE.UU. Divide los residuos en 4 Categorías:1. Residuos de Alta Actividad. Es el combustible que

proviene de los reactores. Un Típico reactor de agua ligera de 1.000 MW (megavatios) produce aprox. 27 toneladas de residuos cada año.

La Industria Nuclear crea Globalmente cada año alrededor de 10.000 metros cúbicos de este residuo. Representa el 3% de los residuos radioactivos totales que provienen de un Reactor Nuclear, son responsable del 95% de la Radiactividad.

Residuos Nucleares:2. Residuos de Baja Actividad. Material producido en mayores cantidades, es menos radiactivo. Incluye vestimentas, filtros, trapos, tubos, herramientas y otros objetos contaminados.

Residuos Nucleares:3. Residuos Provenientes del Reprocesamiento. Productos secundarios al reprocesamiento del combustible nuclear gastado. En respuesta a la escases potencial de Uranio procesado se reprocesa el combustible gastado de los reactores. Los reactores actuales solo utilizan el 1% de la energía disponible del Uranio. Lo esta haciendo Rusia, Japón, partes de Europa.

Residuos Nucleares:4. Relaves de Molino de Uranio. Son productos residuales generados durante el procesamiento del mineral de uranio para convertirlo en combustible nuclear. Estos relaves contienen radio el cual tiene un periodo de semidesintegracion de mas de 1000 años.

Huellas Relativas de CO2

CADA DIA LANZAMOS 90MILLONES DE TONELADASDE CO2 A LA ATMOSFERA

Ventajas de la Energía Nuclear Es la relación entre la cantidad de combustible

utilizado y la energía obtenida. Esto se traduce, también, en un ahorro en transportes, residuos, etc.

Los Argumentos a favor de la electricidad de origen Nuclear, que una ves fueron convincentes, todavía resultan seductores. Medio Kg de Uranio contiene tanta energía como casi 1.500 toneladas de Carbón.

Ventajas de la Energía Nuclear

Al ser una alternativa a los combustibles fósiles como el carbón o el petróleo, disminuiríamos el calentamiento global.

si la fusión nuclear fuera practicable, ofrecería las siguientes ventajas:• Obtendríamos una fuente de combustible inagotable.• Evitaríamos accidentes en el reactor por las

reacciones en cadena que se producen en las fisiones.• Los residuos generados son mucho menos radiactivos.

Desventajas de la Energía Nuclear El principal inconveniente y lo que la hace más

peligrosa es que seguridad en su uso recae sobre la responsabilidad de las personas. Decisiones irresponsables pueden provocar accidentes en las centrales nucleares pero, aún mucho peor, se puede utilizar con fines militares como se demuestra en la historia de la energía nuclear en que la primera vez que se utilizó la energía nuclear tras las oportunas investigaciones fue para atacar Japón en la Segunda Guerra Mundial con dos bombas nucleares.

Desventajas de la Energía Nuclear

Uno de los principales inconvenientes es la generación de residuos nucleares y la dificultad para gestionarlos ya que tardan muchísimos años en perder su radiactividad y peligrosidad.

En los principales países de producción de energía nuclear para mantener constante el número de reactores operativos deberían construirse 80 nuevos reactores en los próximos diez años.

Desventajas de la Energía Nuclear Si bien económicamente es rentable desde el punto de vista

del combustible consumido respecto a la energía obtenida no lo tanto si se analizan los costes de la construcción y puesta en marcha de una planta nuclear teniendo en cuenta que, por ejemplo en España, la vida útil de las plantas nucleares es de 40 años.

Inconvenientes de seguridad incrementados ahora con el terrorismo internacional. Además de la proliferación de energía nuclear que obligaría a recurrir al plutonio como combustible.

Aunque los sistemas de seguridad son muy avanzados, las reacciones nucleares por fisión generan unas reacciones en cadena que si los sistemas de control fallan provocarían una explosión radiactiva.

La Alternativa NuclearA finales de los sesenta, la Comisión de Energía Atómica de Estados Unidos predijo que en el año 2000, la nación tendría mas de 1000 centrales nucleares en funcionamiento. Sin embargo solo se construyo una decima parte, la energía nuclear ha sido una fuente energética en crisis durante los últimos 30 años.

La Alternativa NuclearUn amplio estudio sobre el futuro de la Energía Nuclear, realizado por el MIT en 2003 y actualizado en el 2009, concluyo que: La energía Nuclear podría ser una buena opción para reducir las emisiones de carbono. En la actualidad, esto resulta poco probable, el sector se enfrenta al estancamiento y la decadencia.

La Alternativa Nuclear La Vida Útil prevista de la mayoría de las Centrales Antiguas se

ha extendido de 40 años a unos 60 años. Las centrales nucleares ofrecen la promesa de reducir de forma

modesta la dependencia de fuentes extranjeras de Energía. Las Inversiones Privadas en nuevas centrales proyectadas

después de 1972 se detuvieron en la década de los setenta, fueron aplazados por tiempo indefinido.

En Eua, no se ha acabado de construir ninguna planta proyectada después de 1972.

La Alternativa Nuclear

De los 253 reactores nucleares que fueron proyectados originalmente en EUA entre 1953 y 2008:

48%

11%

14%

27%

FUE CANCELADOCERRO PREMATURAMENTESUFRIO ALGO MAS DE UN AÑO INTERRUPCION DE SUMINISTROFUNCIONA SIN HABER EXPERIMENTADO INTERRUPCIONES MAYORES A UN AÑO

La Alternativa NuclearSuele atribuirse la culpa de todos los

problemas de la industria nuclear a 2 factores:1. El Accidente de Three Mile Island en 1979.

2. El Accidente de Chernobyl entre Ucrania y Bielorrusia. Debido a resolver acerca de que hacer con el almacenamiento a largo plazo de los desechos nucleares, que continúan siendo peligrosos durante muchos miles de años.

La Alternativa Nuclear El Coste de Construcción de una Central Nuclear se ha

incrementado de una manera descontrolada, de alrededor de 400 millones de dólares en los setenta a 4.000 millones en los noventa. La Experiencia muestra que cada año de retraso en la construcción se añade 1.000 millones de dólares mas al coste.

Los partidarios de la Energía Nuclear señalan el éxito en Francia, Corea del Sur.

A menudo se señala a Francia que obtiene mas de ¾ de su electricidad de reactores nucleares como la historia de un Triunfo en la energía Nuclear.

LA ENERGIA NUCLEAR EN EL MUNDO

LA ENERGIA NUCLEAR EN EL MUNDO

DISTRIBUCION GEOGRAFICA

Energía Nuclear en México

La primera central Nucleoeléctrica en México. Con 2 unidades de 675 MW cada una y los reactores son de tipo BWR.