Energía nuclear MÁQUINA TÉRMICA: REACTOR NUCLEAR Y SUS PRINCIPIOS BÁSICOS.

U.A.Z

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE ZACATECAS

“FRANCISCO GARCÍA SALINAS”

UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA CIVIL

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MÁQUINA TÉRMICA: REACTOR NUCLEAR Y SUS PRINCIPIOS BÁSICOS.

MAESTRO: Luis Humberto Hernández Monreal.

ALUMNO: José Enrique Ovalle Montoya.

GRADO: 3°RO    GRUPO: “A”

INTRODUCCIÓN:

Primeramente definimos como una máquina térmica a aquella cuyo objetivo es convertir calor en trabajo, que a su vez realiza transformaciones termodinámicas de forma cíclica para que así la máquina pueda funcionar de manera continua. Esta es la idea principal de una máquina térmica.  

Hay diversos aparatos que se les puede considerar “máquinas térmicas”, algunos ejemplos son los condensadores, turbinas de vapor, motor de gasolina, motor de diésel etc. Lo que ahora interesa es una máquina térmica bastante peculiar; esta es el reactor nuclear.

Acerca de estas interesantes máquinas se puede hablar mucho, ya que es un tema que no deja de sorprender hoy en día, pues su desarrollo no ha parado desde los últimos años. Sin embargo queda aclarar que habiendo mucha información acerca de la energía nuclear aun haya personas con poco conocimiento acerca de la misma y por lo consiguiente lo consideren como algo peligroso, y por qué no, un tema tabú en ciertos sectores de la sociedad. Entonces pues, se hablará de una manera breve y somera acerca de los reactores nucleares, su relevancia, su relación con la termodinámica, y por qué no, sus peligros inminentes, que se debe de decir, nada es perfecto y mucho menos si esta hecho por humanos.

¿Qué es una central nuclear?

Citando textualmente: “Desde un punto de vista esquemático, no son más que una central eléctrica en la que el movimiento mecánico se produce con una máquina (una turbina) de vapor que se obtiene de una olla a presión, que produce ese vapor aprovechando el calor de las reacciones nucleares en lugar de quemando combustibles químicos.” (Koldobica Gotxone Villar 2012).

Como se va leído, es una manera de entender qué es una central nuclear; pero tomando otra definición: “Una central nuclear es una instalación para la obtención de energía eléctrica utilizando energía nuclear.” (Energía Nuclear s.f.). Es en sí lo mismo, sólo que más breve.

Partes de una central nuclear.

En la primera definición se hizo una analogía sobre que la energía necesaria para mover una turbina de vapor se obtenía de “una olla a presión” y claro esta es simplemente una analogía, pues es sólo una manera de explicarlo; pero entonces ¿qué es realmente esa “olla a presión”? se debe de decir que en las centrales nucleares es “olla” tiene varios pisos de altura, todo dependiendo de la estructura de la misma central.

A lo que se le dice “olla” coloquialmente hablando, se le conoce como “vasija del reactor” en términos meramente técnicos. [pic 2]

“Vasija del reactor

Recipiente principal que contiene el núcleo del reactor con su refrigerante/moderador a presión, así como el reflector neutrónico, el blindaje térmico, las barras de control y demás estructuras internas. En la mayor parte de los diseños de reactor consiste en un cilindro vertical de placas soldadas y forjadas cerrado por sus extremos superior e inferior por sendas cabezas hemisféricas.” (Desconocido 1962)

Cabe decir también que lo que se encuentra dentro de la vasija del reactor nuclear es radioactivo, lo cual quiere decirnos que en dosis por encima de ciertos niveles resulta mortal. Por ello es justo y necesario controlar muy bien lo que se encuentra adentro, y en lo posible, separarlo de lo que está afuera.  

El principal trabajo de la vasija es producir vapor y este vapor a su vez mover un dinamo o un alternador; ya que no se puede sacar el vapor que ésta dentro, una posible solución sería meter el dinamo o alternador dentro de la vasija y que simplemente saliesen los cables, en algunos casos así se ha hecho, pero las presiones, las temperaturas y la corrosión hacen poco recomendable hacer esto ya que a corto plazo puede dañar irremediablemente la turbina generadora, por lo que simplemente se opta por dejar dentro de la vasija a el núcleo (nombre formal con la que se le suele denominar a la parte de la “olla” en la que reacciona el combustible nuclear de uranio o plutonio), que produce una inmensa cantidad de calor, el cual a su vez calienta agua que circula y se lleva de allí el calor. El agua suele tener además la tarea de “frenar” los neutrones para que sean útiles en la reacción atómica. Luego con esa misma agua muy caliente, se calienta otro circuito de agua que se vaporiza, pero que esta no ha estado nunca dentro de la vasija y que, por lo tanto, no es radioactiva y es inofensiva salvo por la temperatura.  Hay un intercambio de calor entre el circuito de agua (primario) y el circuito de agua (secundario); el agua del circuito primario sale a unos 325°C y calienta al agua de secundario cuyo vapor mueve la turbina.          

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Es una simplificación muy llamativa eso de “La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.” En la central nuclear se demuestra la primera ley de la termodinámica: se convierte radiación en calor, calor en electricidad, y la electricidad se lleva de allí.

El agua del circuito primario, que se le considera radioactiva, no sale de él sin controles muy estrictos, aunque es una radiación de vida muy corta, por lo que cuando se saca de allí basta con mantener su aislamiento por un tiempo limitado para que deje de tener algún peligro para la salud. El agua/vapor calentada por la del circuito primario, que ha recibido ese calor a través de paredes que dejan pasar el calor más no la radiación, sí se puede utilizar con cierta libertad para mover una turbina y producir electricidad. Es el circuito secundario.

LA VASIJA NUCLEAR (LA “OLLA”)

Su tamaño es, por lo tanto, el necesario para contener las barras de uranio, por lo normal de cinco metros de longitud, más para el margen de sus sujeciones y para que circule el agua de refrigeración, que como se ha escrito anteriormente, es la que calienta el circuito secundario y mantiene el flujo de la energía nuclear-térmica-eléctrica. Por lo regular son estructuras de cómo mínimo dos o tres plantas.

Obviamente no es regla general que el tamaño de las centrales tenga que ser así; sino que su tamaño va en función de la cantidad de energía que se producirá; así puede haber centrales relativamente pequeñas y centrales muy extensas.

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