Una central nuclear es un establecimiento industrial que produce electricidad aprovechando la energía nuclear, que se libera en forma de energía térmica durante una reacción en cadena de fisión nuclear dentro de un recipiente de reactor. Muchas personas no saben cómo funciona una central nuclear.
Por esta razón, vamos a contarte en detalle cómo funciona una central nuclear desde su interior.
Elementos principales de la central nuclear
El reactor nuclear es el elemento principal de una central eléctrica, ya que contiene el combustible nuclear (normalmente uranio) y está equipado con sistemas que permiten el inicio, el mantenimiento y el cese controlado de la reacción nuclear. El funcionamiento de una central nuclear es similar al de una central térmica tradicional, en la que la energía térmica se genera mediante la combustión de combustibles fósiles. Por el contrario, un reactor nuclear obtiene energía térmica de las reacciones en cadena de fisión nuclear que se producen dentro de los átomos de uranio presentes en el combustible nuclear.
La energía térmica que se genera se utiliza para calentar agua hasta que alcanza el punto de vaporización, convirtiéndose en vapor a presión y temperatura elevadas. Este vapor impulsa una turbina conectada a un generador, que convierte la energía mecánica producida por la rotación de la turbina en energía eléctrica.
Si bien existen varios tipos de reactores nucleares, se destacan dos diseños específicos que, en conjunto, representan más del 80% de las casi 450 unidades operativas en todo el mundo: El reactor de agua a presión (PWR) y el reactor de agua en ebullición (BWR).
Funcionamiento de un reactor de agua a presión (PWR)
Es esencial tener en cuenta que durante la fisión nuclear, los núcleos de los átomos pesados, que son golpeados por neutrones, se descomponen en núcleos más pequeños y ligeros. Este proceso libera la energía que une a los protones y neutrones y da como resultado la emisión de dos o tres neutrones. Estos neutrones emitidos son capaces de inducir fisiones adicionales al interactuar con otros núcleos pesados, que a su vez liberarán más neutrones, perpetuando el ciclo. Este efecto en cascada se conoce como reacción en cadena de fisión nuclear.
El funcionamiento de una central nuclear se puede resumir en las siguientes fases:
- En el reactor nuclear, el uranio sufre una fisión que genera una cantidad sustancial de energía que calienta el agua de refrigeración a alta presión que circula por el sistema. Esta agua calentada se transporta a continuación a través del circuito primario hasta un intercambiador de calor, conocido como generador de vapor, donde facilita la producción de vapor de agua.
- El conjunto turbina-generador recibe el vapor a través de un circuito secundario. Al llegar, el vapor hace girar las palas de la turbina. Esta rotación del eje de la turbina impulsa posteriormente el alternador, convirtiendo la energía mecánica en electricidad.
- Una vez que el vapor de agua ha atravesado la turbina, se dirige a un condensador, donde sufre un enfriamiento y se transforma de nuevo en agua líquida.
- Posteriormente, el agua se devuelve al generador de vapor para generar vapor una vez más, operando dentro de un circuito cerrado.
Componentes clave de una central nuclear
Hemos dicho anteriormente que un reactor nuclear es una instalación diseñada para iniciar, mantener y terminar reacciones en cadena de fisión de forma controlada, equipada con los mecanismos necesarios para extraer el calor producido. El reactor es el elemento principal de una central eléctrica y funciona como el lugar donde se almacena el combustible nuclear.
Los elementos principales de una central nuclear son:
- Combustible: es el material en el que se producen las reacciones de fisión, que normalmente utilizan dióxido de uranio enriquecido. Esta sustancia tiene una doble función: actúa como fuente de energía y como proveedor de neutrones necesarios para mantener la reacción en cadena. Se suministra en forma sólida, que consiste en pastillas cilíndricas envueltas en barras de metal de aproximadamente cuatro metros de longitud.
- Moderador: Sustancia que reduce la velocidad de los neutrones rápidos producidos durante la fisión, facilitando así fisiones adicionales y manteniendo la reacción en cadena.
- Refrigerante: es la misma agua que actúa como moderador y se utiliza para eliminar el calor producido por la reacción de fisión que se produce en el combustible de uranio.
- Barras de control: son los componentes de control del reactor y funcionan como absorbedores de neutrones. Compuestas de carburo de boro o de indio-cadmio, estas barras permiten la gestión continua de la población de neutrones, asegurando la estabilidad del reactor y facilitando su parada cuando sea necesario.
- Blindaje: sirve para inhibir el escape de radiación y neutrones del reactor al ambiente externo. Normalmente, se emplean materiales como hormigón, acero o plomo para este fin.
- Características de seguridad: Toda instalación nuclear está equipada con numerosos sistemas de seguridad diseñados para evitar la liberación de radiactividad al medio ambiente, lo que incluye la estructura de contención.
- Regulador de presión: es un componente crítico del circuito de refrigeración primario. Este regulador mantiene el equilibrio entre las fases líquida y vapor en condiciones de saturación para gestionar eficazmente la presión dentro del reactor.
- Vasija del reactor: encierra el reactor nuclear, donde se produce la reacción de fisión en cadena. El núcleo de esta vasija está formado por elementos combustibles.
- Generadores de vapor: funcionan como intercambiadores de calor, en los que el agua de refrigeración del circuito primario fluye a través de tubos en forma de U invertida y transfiere su energía térmica al agua del circuito secundario, convirtiéndola así en vapor de agua.
- Edificio de contención: Es el recinto que contiene el sistema de refrigeración del reactor junto con varios sistemas auxiliares actúa como barrera protectora durante las operaciones normales, impidiendo eficazmente el escape de sustancias contaminantes al ambiente exterior. En conjunción con otros sistemas de seguridad, tiene la responsabilidad crítica de evitar la posible liberación de productos de fisión a la atmósfera en caso de producirse un accidente.
- Turbina: La instalación está diseñada para capturar el vapor de agua de los generadores de vapor, convirtiendo su energía en energía mecánica rotacional a través de los álabes. Se destinan varias secciones para la expansión del vapor. El eje está unido de forma segura al eje del alternador.
- Alternador: Dispositivo que generan electricidad transformando la energía mecánica rotacional de la turbina en energía eléctrica de media tensión y alta intensidad.
- Transformador: Aparato diseñado para elevar la tensión de la electricidad generada por el alternador con el fin de reducir las pérdidas durante su transmisión a los puntos de consumo.
- Agua de refrigeración: El agua procedente de un río, un embalse o el mar sirve para condensar el vapor de agua en el interior del condensador. Esta agua puede ser devuelta directamente a su fuente original, lo que se conoce como ciclo abierto, o reciclarse a través de una torre de refrigeración en un sistema de ciclo cerrado.
- Torres de refrigeración: facilitan la disipación de una parte del calor residual generado durante la producción de electricidad a la atmósfera, sirviendo como fuente de frío. Este sistema se emplea para enfriar el agua que circula por el condensador, que es un componente integral del circuito auxiliar de refrigeración de la planta.
- Condensador: Un intercambiador de calor consta de una serie de tubos que facilitan la circulación del agua de refrigeración. El agua vaporizada que entra en el condensador desde la turbina sufre un proceso de licuefacción, pasando a la fase líquida. Este proceso genera un vacío que mejora la eficiencia operativa de la turbina.
Espero que con esta información puedan conocer más sobre cómo funciona una central nuclear desde su interior.