En las centrales térmicas convencionales (o termoeléctricas convencionales)
se produce electricidad a partir de combustibles fósiles como carbón, fueloil o
gas natural, mediante
un ciclo termodinámico de agua-vapor. El término ‘convencionales’ sirve para
diferenciarlas de otras centrales térmicas, como
las
nucleares o
las
de ciclo combinado.
2. Componentes principales de una central térmica convencional
Caldera. En
este espacio el agua se transforma en
vapor, cambiando su estado. Esta acción se produce gracias
a la combustión del gas natural (o cualquier otro combustible fósil que pueda
utilizar la central), con la que se generan gases a muy alta temperatura que al entrar en contacto
con el agua líquida la convierten en vapor.
El agua que se transforma en vapor circula por unas cañerías llamadas
serpentines, donde se produce el intercambio de calor entre los gases de la
combustión y el agua.
Turbina de vapor. Máquina que recoge el vapor de agua y que, gracias a un complejo
sistema de presiones y temperaturas,
consigue que se mueva el eje que la atraviesa. Esta turbina normalmente tiene
varios cuerpos,
de alta, media y baja presión, para aprovechar al máximo el vapor de agua.
El eje que atraviesa los diferentes cuerpos está conectado con el generador.
Generador.
Máquina que recoge la energía mecánica generada en el eje que atraviesa la turbina y la transforma
en eléctrica mediante
inducción
electromagnética. Las centrales eléctricas transforman la energía mecánica del eje en una
corriente eléctrica trifásica y
alterna.
3. Funcionamiento de una central térmica convencional
El funcionamiento de las centrales termoeléctricas convencionales es el mismo
independientemente del combustible que se utilice.
Sin embargo, sí hay diferencias en el
tratamiento previo que se hace al combustible y del diseño de los quemadores de las
calderas de las centrales.
Centrales de carbón. Donde el combustible debe ser
triturado previamente.
Centrales de fueloil. Donde el combustible se
calienta para una utilización más fácil.
Centralesde gas natural. Que no precisa almacenaje, llegando así directamente por
gaseoductos.
Centrales mixtas. Que pueden utilizar diferentes combustibles, siendo necesarios
los tratamientos previos anteriormente citados.
El consumo de electricidad en Argentina ha crecido fuertemente
desde 1990. El consumo per cápita fue de poco más de 2.000 kWh / año en
2002 y aumentó a más de 2.600 kWh / año en 2007. La producción bruta de
energía eléctrica en 2007 fue de 115 millones de kWh, el 54% de la de
gas, 27% de energía hidroeléctrica, el 9,4% del petróleo, un 2,2% a
partir del carbón, y el 6,3% (7,2 millones de kWh) de origen nuclear. En
2008, la energía nuclear proporciona más de 6,8 millones de kWh de
electricidad - alrededor del 6,2% de la generación total de energía eléctrica.
En Argentina, la producción de energía eléctrica
es en gran parte privatizada, y está regulada por el ENRE (Ente
Nacional Regulador de la Electricidad). La capacidad instalada es de
unos 35 GW, alrededor del 11% de los cuales es de autoproductores y los
generadores privados.
Desarrollo de la industria nuclear argentina
La Comisión Atómica de energía de Argentina (Comisión Nacional de
Energía Atómica, CNEA) se creó en 1950 y dio lugar a una serie de
actividades centradas en la investigación y desarrollo de la energía
nuclear, incluyendo la construcción de varios reactores nucleares de investigación. Actualmente están operando cinco reactores de investigación con la previsión de construir un sexto reactor.
En 1964 Argentina empezó a interesarse plenamente en la energía
nuclear y realizó un estudio de viabilidad para construir una planta en
la región de Buenos Aires de 300 a 500 MW. La política del país se
basaba firmemente por el uso de reactores nucleares de agua pesada utilizando uranio
natural como combustible. Las ofertas más atractivas y que finalmente
se aceptaron fueron las de Canadá y Alemania. Como resultado se
construyó la central nuclear de Atucha, en Lima, a 115 km al noroeste de Buenos Aires. La cental nuclear Atucha 1 entró en funcionamiento en 1974 convirtiéndose en la primera central nuclear argentina.
En 1967, se realizó un segundo estudio de viabilidad de una planta
más grande en el Embalse de la región de Córdoba, a 500 km tierra
adentro. En este caso, se seleccionó un reactor CANDU-6 de la Atomic
Energy of Canada Ltd. (AECL), en parte debido al acuerdo de
transferencia de tecnología que acompañaba, y fue construido con la
empresa italiana Italimpianti. La central nuclear de Embalse
entró en funcionamiento en 1984. En 2010, se firmó un acuerdo para la
renovación de la planta y ampliar su vida útil por 25 años. Se aprovechó
para aumentar la potencia aproximadamente en un 7% con una inversión de
$ 240 millones. Actualmente está funcionando alrededor del 80% de su
capacidad para limitar el daño de neutrones en los tubos de presión.
En 1979 se proyectó una terceracentral nuclear
en Argentina - Atucha 2 - a raíz de una decisión del gobierno argentino
de tener cuatro unidades más que entraran en funcionamiento entre 1987 y
1997. Fue un diseño de Siemens. La construcción se inició en 1981. Sin
embargo, el trabajo avanzó lentamente debido a la falta de fondos y se
suspendió en 1994 con un 81% de la planta construida.
En 1994, se creó Nucleoeléctrica Argentina SA (NASA) para hacerse
cargo de las centrales nucleares de la CNEA y supervisar la construcción
de Atucha 2.
El diseño de las unidades de Siemens Atucha PHWR era exclusivo de
Argentina, y la NASA buscó la experiencia de Alemania, España y Brasil
para completar la unidad. En 2003, se presentaron los planes para
completar los 692 MW de Atucha 2. En agosto del 2006, el gobierno
anunció un plan de EE.UU. de 3500 millones de dólares para desarrollar
la energía nuclear en Argentina. Se trataba de terminar Atucha 2 y
extender la vida útil de funcionamiento de Atucha 1 y Embalse.
El objetivo era que la energía nuclear formara parte de una expansión
de la capacidad de generación para satisfacer la creciente demanda.
Mientras tanto, se llevó a cabo un estudio de viabilidad sobre un
reactor de cuarta generación para iniciar la construcción a partir del
2010.
Reactor nuclear CAREM
Otro
aspecto del plan del 2006 fue un paso hacia la construcción de un
prototipo de 27 MW del reactor CAREM. Actualmente está en la etapa de
pre-construcción en la provincia noroeste de Formosa.
Desarrollado por la CNEA e INVAP ( Investigación Aplicada ), el reactor CAREM nuclear es un sistema modular de 100 MWt con un reactor nuclear
simplificado de agua presurizada con los generadores de vapor integral
diseñado para ser utilizado para la generación de electricidad (27 MWe
netos) o como un reactor de investigación o para la desalación de agua.
Estudios recientes han valorado la posibilidad de aumentar la escala de
100 o 300 MWe. Se trata de un diseño maduro que podría ser desplegado
dentro de una década.
Los recursos de uranio de Argentina, son sólo unas 15.000 tU, a pesar
de que la CNEA estima que hay unas 55.000 tU como "objetivos de
exploración". A partir de mediados de 1950 se llevó a cabo una
exploración de uranio y un poco de la minería, pero la última mina cerró en 1997 por razones económicas.
Sin embargo, hay planes para reabrir la mina de Sierra Pintada CNEA
en Mendoza, en el centro-oeste, cerrada desde 1997.También es conocida
como la mina de San Rafael y el Molino. La reanudación de la minería del
uranio forma parte del plan del 2006.
En 2007, la CNEA llegó a un acuerdo con el Gobierno Provincial de Salta, en el norte del país para reabrir la mina de uranio Don Otto, que funcionó de manera intermitente desde 1963 hasta 1981.
Gestión de residuos radiactivos en Argentina
Desde abril del 1997 la Ley Nacional de la Actividad Nuclear asigna
la responsabilidad de la CNEA para la gestión de los residuos
radiactivos, que crea un fondo especial para tal fin.
Los residuos de baja y media actividad, incluido el combustible usado
de los reactores de investigación se manejan en las instalaciones de la
CNEA Ezeiza. El combustible utilizado se almacena en cada central.
La CNEA es también responsable de desmontar los equipos, que deben
ser financiados progresivamente por cada operación de la planta.
Regulación y seguridad
En 1994, la Autoridad Regulatoria Nuclear ( Autoridad Regulatoria
Nuclear de , ARN) se formó y se hizo cargo de todas las funciones de
regulación de la Junta Nacional de Regulación Nuclear ( Ente Nacional
Regulador Nuclear de , ENREN) y la CNEA. Así como del la protección
contra las radiaciones, también es responsable de la seguridad, licencias y garantías. Depende directamente del Presidente.
La no proliferación
Argentina es parte en el Tratado de No Proliferación (TNP) desde 1995
como un estado sin armas nucleares, y ha sido parte en el Tratado de
Tlatelolco desde 1994. Sin embargo, las salvaguardias totales han
operado desde 1991 en colaboración con la Agencia Brasileño-Argentina de
Contabilidad y Control de Materiales Nucleares (ABACC), bajo los
auspicios del Organismo Internacional de la Energía Atómica (OIEA).
Argentina no ha firmado el Protocolo Adicional en relación con sus
acuerdos de salvaguardias con el OIEA. El país es miembro del Grupo de
Suministradores Nucleares.
La
radiación es
la
emisión o propagación de energía en forma de ondas o de partículas subatómicas como, por
ejemplo, las ondas electromagnéticas emitidas por el Sol o las partículas emitidas por sustancias
radioactivas.
La radioactividad es una propiedad interna de los átomos, por eso está muy relacionada con el
estudio de la estructura de la materia. Numerosos científicos colaboraron en estos descubrimientos:
Rutherford, Pierre y Marie Curie, Bequerel, Geiger y Marsden, Planck, Bohr, Hertz, entre muchos
más.
Emisiones radioactivas
Cuando se produce alguna transformación en los núcleos atómicos se emiten partículas y
radiaciones electromagnéticas de elevada frecuencia. Hay elementos que pueden producir este
fenómeno de manera natural y hay otros de los cuales se pueden obtener isótopos radioactivos de
forma artificial.
Radioactividad natural
Puede ofrecer tres tipos de transiciones radioactivas, a cada una de las cuales le corresponde
un tipo de radiación:
Radiación
Alfa. Una desestabilización del
núcleo
puede llegar a hacer que dos protones y dos neutrones se junten y formen un núcleo de helio con
energía suficiente como para abandonar el núcleo inicial.
Radiación Beta. En esta radiación un neutrón se transforma en un protón. Esta
radiación es mucho más penetrante que la radiación Alfa y para frenarla es necesaria una lámina de
aluminio de unos cuantos milímetros de grosor. Por lo tanto, puede afectar fácilmente a los tejidos
humanos.
Radiación Gamma. Consiste en una radiación electromagnética emitida por un núcleo
en
estado de excitación. Cuando desparece la excitación siempre se forma un núcleo
más estable. Esta es muy difícil de parar, pudiendo traspasar con naturalidad el cuerpo humano.
Radioactividad artificial
Cuando se bombardea un núcleo con las partículas adecuadas
, estas pueden penetrar en el núcleo y formar uno nuevo.
La radioactividad artificial fue descubierta en el año 1939 por el matrimonio Curie.
La fisión nuclear
La fisión nuclear consiste en la
división del núcleo de un átomo pesado (como puede ser el uranio) en otros
elementos más ligeros, de forma que en esta reacción se genere una
gran cantidad de energía. Esta división es provocada por el choque del
átomo
con un neutrón.
El proceso de fisión es posible a causa de la inestabilidad que tienen los núcleos de algunos
elementos químicos de elevado número atómico. En estas condiciones solo hace falta una pequeña
cantidad de energía para provocar que
el núcleo se rompa en dos trozos.
Tienes a tu disposición
un
juego interactivo que explica la fisión nuclear de una manera sencilla.
La reacción nuclear de fisión fue descubierta por los científicos O. Hahn y F. Strassmann el año
1938.
2. ¿Qué es una central nuclear?
Una central nuclear es una instalación industrial construida para generar electricidad a partir
de la energía nuclear.
Las centrales nucleares forman parte de la familia de
las centrales termoeléctricas, lo que implica que utilizan el calor para generar
la energía eléctrica. Este calor proviene de la
fisión
de materiales como el uranio y el plutonio.
3. Funcionamiento de una central nuclear
El funcionamiento de una central nuclear se basa en el
aprovechamiento del calor para mover una turbina por la acción del vapor de agua,
la cual está conectada a un
generador
eléctrico. Para conseguir el vapor de agua se utiliza como combustible el uranio o el
plutonio.
El proceso se puede simplificar en cinco fases:
Debido a
la
fisión del uranio que se lleva a cabo en el
reactor nuclear,
se libera una gran cantidad de energía que calienta el agua hasta
evaporarla.
Este vapor se transporta al conjunto turbina–generador mediante
un circuito de vapor.
Una vez ahí, las aspas de la turbina giran por la acción del vapor y mueven
el
generador que trasforma la energía mecánica en
electricidad.
Una vez el vapor de agua ha pasado por la turbina, se envía a un
condensador donde se enfría y se vuelve líquido.
Y nuevamente se transporta el agua para volver a conseguir vapor,
cerrando así el circuito del agua.
Los residuos generados por la fisión del uranio son almacenados dentro de la propia central, en
unas piscinas de hormigón especiales para materiales radioactivos.
4. Reactores nucleares de fisión
Un reactor nuclear de fisión es una instalación capaz de
iniciar, mantener y controlar las reacciones de fisión en cadena, disponiendo de
los medios adecuados para extraer el calor generado.
Los elementos esenciales que forman un reactor nuclear son:
Combustible. Formado por un material fisionable, generalmente compuesto de uranio
en el que tienen lugar las reacciones de fisión. Es, por lo tanto,
la fuente de generación de calor.
Moderador. Hace disminuir la velocidad de los neutrones rápidos generados en la
fisión, manteniendo la reacción. Se acostumbra a utilizar agua, agua pesada, helio, grafito o sodio
metálico.
Elementos de control. Permiten controlar en todo momento la población de neutrones
y
mantener estable el reactor.
Refrigerante. Extrae el calor generado por el combustible. Generalmente se
utilizan refrigerantes líquidos como el agua ligera y el agua pesada o gases como el
anhídrido carbónico y el helio.
Blindaje. Evita que les radiaciones y los neutrones del reactor se escapen al
exterior. Se acostumbra a usar hormigón, acero o plomo.
Elementos de seguridad. Todas las centrales nucleares de fisión disponen de
múltiples sistemas que evitan que se produzcan accidentes que provoquen una liberación de la
radioactividad al exterior del reactor nuclear.
5. Tipos de reactores nucleares
Los reactores térmicos se pueden clasificar
según el moderador que utilicen. Generalmente, cada moderador tiene asociado un
tipo de combustible y un tipo de refrigerante. Las diferencias esenciales entre estos reactores son
los siguientes:
Reactor de agua ligera
Dentro de este grupo existen dos tipos de reactores:
Reactor de agua a presión (PWR –
Pressurized water reactor). Utilizan agua como moderador y refrigerante. El combustible utilizado es el uranio
ligeramente enriquecido en forma de dióxido de uranio. Este tipo de reactor se ha desarrollado
principalmente en los Estados Unidos, Rusia, Alemania, Francia y Japón.
Reactor de agua en
ebullición (BWR – Boiling water reactor). En este tipo de reactor, una parte del agua del refrigerante (que a la vez actúa como
moderador) pasa a la fase vapor en el propio reactor. Se ha desarrollado principalmente en los
Estados Unidos.
Reactor de agua pesada
El reactor de agua pesada usa como combustible uranio natural y el agua pesada se utiliza como
moderador y como refrigerante.
Este tipo de reactor se ha desarrollado principalmente en Canadá.
Reactor de uranio natural, gas y grafito
Este tipo de reactor utiliza como combustible uranio natural en forma metálica. Utilizan grafito
como moderador y anhídrido carbónico como refrigerante.
Estos reactores se han desarrollado principalmente en Francia y Gran Bretaña.
Reactor avanzado de gas
Las principales diferencias se presentan en el combustible. Estos utilizan óxido de uranio
ligeramente enriquecido y dispuesto en tubos de acero inoxidable.
Reactor de grafito y agua ligera
Este diseño, exclusivamente soviético, utiliza uranio ligeramente enriquecido como combustible,
grafito como moderador y agua como refrigerante, que se transforma en vapor en el propio
reactor.
6. Características de una central nuclear de agua a presión (PWR)
El combustible que utilizan las centrales nucleares PWR es dióxido de uranio enriquecido y el
proceso comienza introduciéndolo
en forma de
pastillas en unos tubos.
Los elementos de combustible se refrigeran mediante un circuito de agua (llamado
circuito primario
) que, a su vez, sirve como moderador.
El agua aumenta la temperatura y se mantiene en estado líquido a causa de la elevada presión del
sistema.
El refrigerante circula por los generadores de vapor, cediendo el calor a
otro circuito de agua diferente y totalmente independiente (circuito secundario
) que se transforma en vapor, haciendo girar los álabes de la turbina, que está acoplada
a un
generador
eléctrico.
El vapor, una vez ha pasado por la turbina, se condensa y vuelve al generador de vapor.
Todo este circuito está situado en el interior de un
edifico de contención, constituido de hormigón armado con un espesor de entre 50 y
100 cm y con un cubrimiento interior de acero que hace que sea hermético. Este edificio de
contención se mantiene por debajo de la presión atmosférica para evitar, en caso de accidente, que
los posibles escapes salgan al exterior.
Puedes entender mejor
el
funcionamiento de una central nuclear de agua a presión mediante un juego.
7. Características de una central nuclear de agua en ebullición (BWR)
Las centrales BWR se diferencian de las anteriores principalmente en que no tienen
circuito de agua secundario. Además, el
circuito primario trabaja a una presión inferior y
el vapor se produce en el reactor desde donde se envía directamente a la turbina
para mover el generador.
Tanto las centrales PWR como las BWR disponen de un edificio de combustible que sirve para
almacenar los elementos de combustible nuevos y para guardar el combustible ya utilizado hasta que
se pueda trasladar a un centro de almacenaje final de combustible gastado.
El edificio de combustible y el de contención están conectados entre sí para poder trasladar los
elementos combustibles sin salir de la zona controlada de la central y que se encuentra totalmente
aislada del resto de instalaciones de la central.
Además, las centrales nucleares disponen de edificios auxiliares en los que están situados los
equipos y sistemas de seguridad.
Puedes profundizar en
el
funcionamiento de una central nuclear de agua en ebullición con el siguiente juego
interactivo.
8. Impacto ambiental de las centrales nucleares
Cabe destacar que
las centrales nucleares no envían a la atmósfera óxidos de carbono, azufre, nitrógeno ni otros
elementos derivados a la combustión, como las cenizas. Por lo tanto, no contribuyen
al
calentamiento global, el cual es el responsable del clima del planeta o
la
lluvia ácida.
No obstante, debe tenerse precaución en la generación de electricidad mediante la energía
nuclear, tanto en la extracción, el concentrado y enriquecimiento del uranio como en la propia
producción de energía eléctrica.
La producción de energía eléctrica en centrales nucleares genera residuos radioactivos de larga
duración que deben almacenarse en la misma central y en depósitos especiales para materiales
radioactivos.
Las centrales nucleares han estado siempre sujetas a un estricto control reglamentario
institucional difícil de igualar por otras actividades industriales. Esta reglamentación tiene en
cuenta todas y cada una de las fases que forman el ciclo de producción, contemplando también la
protección de los trabajadores, el público en general y el desmantelamiento de la central al final
de su vida útil.
domingo, 11 de octubre de 2015
El hidrógeno y la pila de combustible
Dentro de los
coches eléctricos podemos distinguir dos tipos fundamentales: los que
disponen de baterías (que necesitan recargarse, conectándose a una toma de
corriente), y aquellos en los que la energía eléctrica es aportada por
una pila de combustible que
emplea hidrógeno como combustible. El hidrógeno es el elemento más abundante
del universo, la energía de todas las estrellas, de nuestro propio sol.
El hidrógenoestá en todas partes, (el 90% de los átomos
del universo son de hidrógeno).
Combinado con el oxígeno forma el agua, añadiéndole carbono es la base de
nuestra vida; y en estado puro puede ser un combustible potente, limpio y
seguro.
Descubierto en
1838, por Christian Friedrich Schönbein, el principio de funcionamiento de la pila de combustible
es extremadamente simple. Dos electrodos conectados externamente por un circuito
eléctrico y separados por un electrolito son alimentados, en presencia de un
catalizador, la una por hidrógeno(que hace las veces de combustible), la otra por oxígeno
atmosférico. El átomo de hidrógeno se disocia formando un protón (H+) , cargado
positivamente y un electrón. El (H+) se mueve a través del electrolito
hacia el cátodo, donde se combina con el oxígeno para formar agua
(desprendiendo calor), mientras que el electrón recorre el circuito eléctrico
originando una corriente eléctrica.
Animaciones 3D Mecanismos
Leonardo Da Vincifue el hombre del Renacimiento
por excelencia, ocupándose de campos tan variados como la arquitectura,
escultura, pintura, ingeniería.... Ha llegado a ser considerado como uno de los
más grandes pintores (La
Gioconda, la Última Cena...), así como una de las
personas con más talento de la historia.
Leonardo
Da Vinci recopiló la tecnología de los artesanos e ingenieros militares
que le precedieron e hizo gala de una gran percepción científica e
inventiva. Una de las máximas aportaciones de Leonardo fue la
representación que realizó de muchas de estas máquinas. Todas estaban
basadas en la famosa Ley de Oro: si conseguimos reducir esfuerzo hay que recorrer más espacio.
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Leonardo Da Vinci recopiló la
tecnología de los artesanos e ingenieros militares que le precedieron e hizo
gala de una gran percepción científica e inventiva. Una de las máximas
aportaciones de Leonardo fue la representación que realizó de muchas de estas máquinas.
Todas estaban basadas en la famosa Ley de Oro: si conseguimos reducir
esfuerzo hay que recorrer más espacio.
Sin embargo, la gran mayoría de
estos inventos no pasó a la fase de diseño. Para sus diseños, Leonardo se basó
en los estudios que 1.600 años antes habían hecho Herón y Arquímedes en
la escuela de Alejandría. Los mecanismos eran simples y se basaban en cinco
elementos: Un plano inclinado, una cuña, un tornillo, una palanca y una rueda.
Arquímedes los llamaba los cinco grandes y combinándolos obtenía otras máquinas
como tornos o engranajes.
Leonardo, entre otros, realizó
las primeras observaciones científicas del vuelo de las aves, proyectó y
construyó una máquina de volar, ideó el primer tanque, paracaídas, bicicleta,
ametralladora, una máquina parecida al actual helicóptero, inventó la
bobinadora de seda y el reloj despertador, la carretilla de mano, el quinqué,
unas botas de agua, el rodamiento a bolas de antifricción, el sistema de
articulación universal, la transmisión por cuerdas o por correas, las cadenas
de eslabones, los engranajes cónicos, los tornillos sin fin, y muchos otros
más.
Aquí algunas animaciones sobre los mecanismos ideados por Leonardo
* Dragadora
* Máquina voladora
* Carro blindado
fue
el hombre del Renacimiento por excelencia, ocupándose de campos tan
variados como la arquitectura, escultura, pintura, ingeniería.... Ha
llegado a ser considerado como uno de los más grandes pintores (La Gioconda, la Última Cena...), así como una de las personas con más talento de la historia.
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fue
el hombre del Renacimiento por excelencia, ocupándose de campos tan
variados como la arquitectura, escultura, pintura, ingeniería.... Ha
llegado a ser considerado como uno de los más grandes pintores (La Gioconda, la Última Cena...), así como una de las personas con más talento de la historia.
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fue
el hombre del Renacimiento por excelencia, ocupándose de campos tan
variados como la arquitectura, escultura, pintura, ingeniería.... Ha
llegado a ser considerado como uno de los más grandes pintores (La Gioconda, la Última Cena...), así como una de las personas con más talento de la historia.
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Caldera. En este espacio el agua se transforma en vapor, cambiando su estado. Esta acción se produce gracias a la combustión del gas natural (o cualquier otro combustible fósil que pueda utilizar la central), con la que se generan gases a muy alta temperatura que al entrar en contacto con el agua líquida la convierten en vapor.
Radiación
Alfa. Una desestabilización del
en forma de
pastillas en unos tubos.
Además, el
circuito primario trabaja a una presión inferior y
el vapor se produce en el reactor desde donde se envía directamente a la turbina
para mover el generador.
Cabe destacar que
las centrales nucleares no envían a la atmósfera óxidos de carbono, azufre, nitrógeno ni otros
elementos derivados a la combustión, como las cenizas. Por lo tanto, no contribuyen
