Funcionamiento de una central de energía nuclear






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fecha de publicación18.07.2015
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QUÉ ES LA ENERGÍA NUCLEAR

Estrictamente hablando la energía nuclear es la energía que se libera al dividir el núcleo de un átomo (fisión nuclear) o al unir dos átomos para convertirse en un átomo individual (fusión nuclear). De hecho, nuclear viene de núcleo.

Cuando se produce una de estas dos reacciones físicas (la fisión o la fusión nuclear) los átomos experimentan una ligera pérdida de masa. Esta masa que se pierde se convierte en una gran cantidad de energía calorífica como descubrió el Albert Einstein con su famosa ecuación E=mc2.

Sin embargo, a menudo, cuando se hablamos de energía nuclear nos referimos a generación de energía eléctrica utilizando reacciones nucleares.

Hay que tener presente que aunque la producción de energía eléctrica sea la utilidad más habitual, la energía nuclear se puede aplicar en muchos otros sectores, como en aplicaciones médicasmedioambientales o bélicas. Podéis verlo en más detalle en el apartado de aplicaciones de la energía nuclear de este sitio.

FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL DE ENERGÍA NUCLEAR


Aunque la primera vez en utilizarse la energía nuclear fue con una finalidad bélica durante la Segunda Guerra Mundial, en la actualidad el principal uso que se da a la energía nuclear es la de la producción de energía eléctrica en las centrales de energía nuclear.

En las reacciones nucleares de fisión se genera una gran cantidad de energía en forma de calor que 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 acciona las turbinas que van a generar la energía eléctrica de un modo parecido a una central térmica.

Actualmente todas las centrales nucleares de producción eléctrica utilizan las reacciones de fisión (por contra de las de fusión que todavía no se pueden controlar).

FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL NUCLEAR


El principio básico de una central nuclear es utilizar el calor producido en la fisión nuclear para calentar agua hasta convertirla en vapor a alta temperatura y presión. El vapor, llega hasta una gran turbina que hace girar. La turbina está conectada a un generador que convertirá el movimiento circular en energía eléctrica.

El encargado de calentar y transformar el agua en vapor es el reactor nuclear que se encuentra dentro de un edificio llamado edificio de contención. En el reactor nuclear se produce la fisión del núcleo de los átomos. Ésta es una reacción que genera gran cantidad de calor que se aprovecha para calentar el agua mediante elementos con alta conductividad térmica.

El agua transformada en vapor a alta temperatura sale del edificio de contención debido a la alta presión a la que está sometido hasta llegar a la turbina y hacerla girar. En este momento parte de la energía calorífica del vapor se transforma en energía cinética. Ésta turbina está conectada a un generador eléctrico mediante el cual podrá transformar la energía cinética en energía eléctrica.

Por otra parte, el vapor de agua que salió de la turbina, aunque ha perdido energía calorífica sigue estando en estado gas y muy caliente, por lo que hay que refrigerarlo antes de volverlo a meter en el circuito. Por este motivo, que al salir de la turbina se dirige a un depósito de condensación donde estará en contacto térmico con unas tuberias de agua fría. El vapor de agua se vuelve líquido y mediante una bomba se manda de nuevo al reactor nuclear para volver a repetir el ciclo.

explicación sobre el funcionamiento de una central de energía nuclear


Ventajas de la energía nuclear


Un tercio de la energía generada en Europa proviene de la energía nuclear, esto supone que se emiten 700 millones de toneladas de CO2 y otros contaminantes generados a partir de la quema de combustibles fósiles.

Actualmente se consumen más combustibles fósiles de los que se producen de modo que en un futuro no muy lejano se agotarian estos recursos. Una de las grandes ventajas del uso de la energía nuclear és la relación entre la cantidad de combustible utilizado y la energía obtenida. Esto se traduce, también, en un ahorro en transportes, residuos, etc.

Al ser una alternativa a los combustibles fósiles como el carbón o el petróleo, evitaríamos el problema del llamado calentamiento global, el qual, se cree que tiene una influéncia más que importante con el cambio climático del planeta. Mejoraría la calidad del aire que respiramos con lo que ello implicaria en el descenso de enfermedades y calidad de vida.

Sobre éste último punto conviene destacar que lo que realmente tiene una influéncia importante con el calentamiento global son las emisiones provocadas por el transporte por carretera y que las que generan la generación de energía por combustibles fósiles són relativamente muy pocas. Aún así, una de las aplicaciones de la energía nuclear (aunque muy poco utilizada) és convertirla en energía mecánica para el transporte.

Actualmente la generación de energía eléctrica se realiza mediante reacciones de fisión nuclear, pero 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.

Inconvenientes 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.

A nivel civil, 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.

Apenas incide favorablemente en el cambio climático porqué la principal fuente de emisiones es el transporte por carretera.

Si bien económicamente es rentable desde el punto de vista del combustible consumido respecto a la energía obtenida no lo es 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 fallasen provocarían una explosión radiactiva.

Residuos nucleares


Uno de los principales problemas del uso de la energía nuclear es la gestión de los residuos nucleares ya que son muy peligrosos y difíciles de eliminar.

Que se hace con los residuos de la energía nuclear?


Los residuos nucleares son uno de los principales problemas relacionados la energía nuclear. Si estos residuos no se tratan debidamente, resultan altamente peligrosos para la población y el medio ambiente.

Los residuos radiactivos se pueden clasificar según sus características físicas y químicas y por su actividad.

Clasificándolos por su actividad tenemos:

  • Residuos nucleares de alta actividad, compuestos por los elementos del combustible ganado.

  • Residuos nucleares de media actividad, són radionucleidos producidos en el proceso de fisión nuclear.

  • Residuos nucleares de baja actividad, básicamente se trata de las herramientas, ropas y material diverso utilizado para el mantenimiento de una central de energía nuclear.

Los protocolos para el tratamiento de los residuos nucleares depende de su nivel de actividad radiactiva:

Residuos nucleares de media y baja actividad


Los residuos nucleares de media actividad se generan por radionucleidos liberados en el proceso de fisión (el que actualmente se utiliza en las centrales de energía nuclear) en cantidades pequeñas, muy inferiores a las consideradas peligrosas para la seguridad y la protección de las personas.

Con un tratamiento se separan los elementos radioactivos que contienen en estos subproductos y los residuos resultantes se depositan en bidones de acero solidificandolos con alquitrán, resinas o cemento.

Los residuos nucleares de baja actividad radiactiva (ropas, herramientas, etc) se prensan y se mezclan con hormigón formando un bloque sólido. Al igual que en el caso anterior éstos también se introducen en bidones de acero.

Residuos nucleares de alta actividad


Una vez se ha gastado el combustible en una central de energía nuclear, se extrae del reactor para almacenarse temporalmente en una piscina de agua construida de hormigón y paredes de acero inoxidable dentro de la central para crear una barrera a las radiaciones y evitar escapes.

Si bien es cierto que estas piscinas pueden ampliarse mediante una operación llamada “reracking”, los últimos Planes Generales de Residuos prevén la construcción de almacenes temporales en seco dentro de la propia central nuclear. Éste sería un complemento a las piscinas en el paso intermedio hasta definir una localización definitiva.

Una de las soluciones que más se aceptan entre expertos es el Almacenamiento Geológico Profundo (AGP), generalmente en minas excavadas en formaciones geológicas estables.

Clasificación europea de residuos nucleares


  • Residuos nucleares de transición: residuos, principalmente de origen médico, que se desintegran durante el período de almacenamiento temporal, pudiendo a continuación gestionarse como residuos no radiactivos, siempre que se respeten unos valores de desclasificación.

  • Residuos nucleares de baja y media actividad: su concentración en radionucleidos es tal que la generación de energía térmica durante su evacuación es suficientemente baja. A su vez se clasifican en residuos de vida corta –que contienen nucleidos cuya vida media es inferior o igual a 30 años, con una concentración limitada de radionucleidos alfa de vida larga–y en residuos de vida larga –con radionucleidos y emisores alfa de vida larga cuya concentración es superior a los limites aplicables a los residuos de vida corta.

  • Residuos nucleares de alta actividad: Residuos con una concentración de radionucleidos tal que debe tenerse en cuenta la generación térmica durante su almacenamiento y evacuación. Este tipo de residuos se obtiene principalmente del tratamiento y acondicionamiento del combustible gastado.

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