Qué es una central nuclear : Funcionamiento y sus aplicaciones

La energía térmica en la central nuclear puede generarse mediante una reacción nuclear o fisión nuclear. Los elementos pesados de la fisión nuclear son el Uranio/Torio se lleva a cabo dentro de un dispositivo especial llamado reactor nuclear. Mediante la fisión nuclear se puede generar una enorme cantidad de energía. El resto de piezas dentro de las centrales nucleares, así como de las térmicas convencionales, son las mismas. La fisión de 1 kg de uranio genera una energía calorífica que equivale a la energía generada por 4500 toneladas de carbón de alta calidad. Esto disminuye significativamente el coste de transporte del combustible, por lo que es una gran ventaja de estas centrales. En todo el mundo existen enormes depósitos de combustibles, por lo que estas centrales pueden suministrar energía eléctrica de forma continua durante cientos de años. Las centrales nucleares generan el 10% de la electricidad de todo el mundo

¿Qué es una central nuclear?

Definición: Planta de energía que se utiliza para calentar el agua para generar vapor, luego este vapor se puede utilizar para hacer girar enormes turbinas para generar electricidad. Estas centrales utilizan el calor para calentar el agua que se genera por fisión nuclear. Así, los átomos de la fisión nuclear se dividirán en diferentes átomos más pequeños para generar energía. El diagrama de la central nuclear se muestra a continuación.

Principio de funcionamiento de la central nuclear

En la central, la fisión tiene lugar en el reactor y el centro del reactor se conoce como el núcleo que incluye el combustible de uranio, y éste puede formarse en pastillas de cerámica. Cada pellet genera 150 galones de energía de petróleo. La energía total generada a partir de las pastillas se apila en varillas metálicas de combustible. Un grupo de estas varillas se conoce como conjunto de combustible y el núcleo de un reactor incluye varios conjuntos de combustible.

Durante la fisión nuclear, se puede generar calor dentro del núcleo del reactor. Este calor puede utilizarse para calentar el agua y convertirla en vapor, de modo que puedan activarse los álabes de la turbina. Una vez activadas las palas de la turbina, éstas accionan los generadores para producir electricidad. En una central eléctrica, se dispone de una torre de refrigeración para enfriar el vapor en el agua, o bien utilizan el agua de diferentes recursos. Finalmente, el agua enfriada puede reutilizarse para generar vapor.

Componentes de la central nuclear

En el diagrama de bloques de la central nuclear anterior, hay diferentes componentes que incluyen lo siguiente

Reactor nuclear

En una central eléctrica, un reactor nuclear es un componente esencial como fuente de calor que incluye el combustible & su reacción de la cadena nuclear incluyendo los productos de desecho de la misma. El combustible nuclear utilizado en el reactor nuclear es el uranio y sus reacciones generan calor en el reactor. Entonces, este calor puede transferirse al refrigerante del reactor para generar calor a todas las partes de la central.

Hay diferentes tipos de reactores nucleares que se utilizan en la fabricación de plutonio, barcos, satélites y aviones, tanto para la investigación como para fines médicos. La central no sólo incluye el reactor, sino también turbinas, generadores, torres de refrigeración y diversos sistemas de seguridad.

Generación de vapor

En todas las centrales eléctricas, la producción de vapor es general; sin embargo, la forma de generarlo cambia. La mayoría de las centrales utilizan reactores de agua, empleando dos bucles de agua en rotación para generar vapor. El bucle primario transporta agua muy caliente para calentar un intercambio una vez que se hace circular el agua a baja presión, entonces calienta el agua para generar el vapor que se transmite a la sección de la turbina.

Generador y turbina

Una vez generado el vapor, éste se desplaza con altas presiones para acelerar la turbina. El giro de las turbinas puede utilizarse para hacer girar un generador eléctrico para generar electricidad que se transmite a la red eléctrica.

Torres de refrigeración

En una central nuclear, la parte más esencial es una torre de refrigeración que se utiliza para reducir el calor del agua. Consulta este enlace para saber más sobre qué es una torre de refrigeración: componentes, construcción y aplicaciones

Funcionamiento de una central nuclear

Los elementos como el Uranio o el Torio se someten a la reacción de fisión nuclear de un reactor nuclear. Debido a esta fisión, se puede generar una enorme cantidad de energía térmica que se transmite al reactor refrigerante. Aquí, el refrigerante no es más que agua, metal líquido o bien gas. El agua se calienta para que fluya en un intercambiador de calor y se transforme en vapor a alta temperatura. A continuación, se permite que el vapor producido haga funcionar una turbina de vapor. De nuevo, el vapor puede volver a convertirse en refrigerante y reciclarse para utilizarlo en el intercambiador de calor. Entonces, la turbina y el alternador se conectan para producir electricidad. Utilizando un transformador, la electricidad producida puede aumentarse para utilizarla en la comunicación a larga distancia.

La eficacia de la central nuclear

La eficiencia de la central nuclear puede decidirse igual que la de otros motores térmicos, porque técnicamente la central es un gran motor térmico. La suma de la energía eléctrica generada por cada unidad de energía térmica proporcionará a la central es eficiencia térmica y, debido a la segunda ley de la termodinámica, hay un límite superior a la eficiencia que pueden tener estas centrales.

Las centrales nucleares normales alcanzan eficiencias de entre el 33 y el 37% aproximadamente, equivalentes a las centrales de combustible fósil. Los diseños de alta temperatura y más actuales, como los reactores de la Generación IV, podrían adquirir una eficiencia superior al 45%.

Tipos de centrales nucleares

Hay dos tipos de centrales nucleares: el reactor de agua a presión y el reactor de agua en ebullición.

Reactor de agua a presión

En este tipo de reactor se utiliza agua normal como refrigerante. Ésta se mantiene a una fuerza extremadamente alta para que no llegue a hervir. Un intercambiador de calor en este reactor transfiere el agua calentada donde el agua del círculo de refrigerante secundario se convierte en vapor. Por lo tanto, este círculo está totalmente libre de material radiactivo. En este reactor, el agua refrigerante funciona como moderador. Debido a estas ventajas, estos reactores se utilizan con mayor frecuencia.

Reactor de agua en ebullición

En este tipo de reactor sólo se dispone de un único bucle de refrigerante. El agua se puede calentar dentro del reactor. Al salir del reactor se produce vapor y éste fluye por la turbina de vapor. El principal inconveniente de este reactor es que el agua de refrigeración se acerca a las barras de combustible y a la turbina. Por tanto, el material radiactivo podría situarse sobre la turbina.

Selección del emplazamiento de una central nuclear

La selección del emplazamiento para la central nuclear puede hacerse teniendo en cuenta los requisitos técnicos. La disposición y el funcionamiento de una central nuclear dependen principalmente de las características del emplazamiento.
Al diseñar la central, hay que tener en cuenta los riesgos del emplazamiento. El diseño de la central tiene que hacer frente a las tremendas ocurrencias naturales y a las acciones inducidas por el hombre, sin dañar la seguridad operativa de la central.

Cada emplazamiento tiene que proporcionar las necesidades necesarias, como disipadores de calor de desecho y decaimiento, disponibilidad de suministro de energía, excelentes comunicaciones y una gestión eficaz de las crisis, etc. En el caso de una central eléctrica, la estimación del emplazamiento suele ocupar diferentes etapas como la selección, la caracterización, la preoperacional y la operacional.

Centrales nucleares en la India

Hay siete centrales nucleares en la India, entre las que se encuentran las siguientes

• La central nuclear de Kudankulam, situada en Tamil Nadu
• Reactor nuclear de Tarapur, situado en Maharashtra
• Planta de energía atómica de Rajasthan, situada en Rajasthan
• Planta de energía atómica de Kaiga, situada en Karnataka
• Central nuclear de Kalapakkam, situada en Tamil Nadu
• Reactor nuclear de Narora, situado en Uttar Pradesh
• Planta de energía atómica de Kakarapar, situada en Gujarat

Ventajas

El ventajas de las centrales nucleares incluyen las siguientes.

• Utiliza menos espacio en comparación con otras centrales eléctricas
• Es extremadamente económica y genera una gran cantidad de energía eléctrica.
• Estas plantas se sitúan cerca del centro de carga porque no se necesita un gran combustible.
• Genera una enorme cantidad de energía en el proceso de cada fisión nuclear
• Utiliza menos combustible para generar una gran energía
• Su funcionamiento es fiable
• En comparación con las centrales de vapor, es muy limpio y ordenado
• El coste de funcionamiento es pequeño
• No produce gases contaminantes

Desventajas

El desventajas de las centrales nucleares incluyen las siguientes.

• El coste de la instalación primaria es extremadamente alto en comparación con otras centrales eléctricas.
• El combustible nuclear es caro, por lo que su recuperación es difícil
• Alto coste de capital en comparación con otras centrales eléctricas
• Se requieren conocimientos técnicos para hacer funcionar esta planta. Así que el mantenimiento, así como el salario, serán elevados.
• Existe la posibilidad de contaminación radiactiva
• La respuesta no es eficaz
• La necesidad de agua de refrigeración es doble en comparación con una central de vapor.

Aplicaciones

El aplicaciones de las centrales nucleares incluyen las siguientes.

La energía nuclear se utiliza en diferentes industrias de todo el mundo para la desalinización del agua de los océanos, la producción de hidrógeno, la refrigeración/calefacción de distritos, la extracción de recursos petrolíferos terciarios y se utiliza en aplicaciones de procesos térmicos como la cogeneración, la conversión de carbón en líquidos y la ayuda en la síntesis de materias primas químicas.

Preguntas frecuentes

1). ¿Qué es una central nuclear?

Es una central térmica que utiliza un reactor nuclear como fuente de calor. El calor generado puede utilizarse para accionar una turbina que está conectada a un generador para generar electricidad.

2), En la India, ¿cuántas centrales nucleares hay?

En la India hay siete centrales nucleares

3). ¿Qué estado de EEUU tiene más centrales nucleares?

Pensilvania

4). ¿Cuál es la mayor central eléctrica del mundo?

Actualmente, la "central eléctrica de Kashiwazaki-Kariwa", en Japón, es la mayor central eléctrica del mundo.

5). ¿Cuál es el diseño más seguro para los reactores nucleares?

El SMR (reactor modular pequeño) es el diseño más seguro.

6). ¿Cuáles son los tipos comunes de centrales nucleares?

Existen dos tipos: reactores de agua a presión y de agua en ebullición

7). ¿Cuáles son los componentes utilizados en una central nuclear?

Son los reactores nucleares, la generación de vapor, la torre de refrigeración, la turbina, el generador, etc.

Por tanto, se trata de una visión general de las centrales nucleares. En la India, las centrales nucleares generan 6,7GW de energía aportando el 2% de la electricidad del país. El control de estas centrales en la India se realiza a través de la NPCIL - Nuclear Power Corporation of India. He aquí una pregunta para ti, ¿cuál es la famosa central nuclear de la India?