Nov 24, 2017

Agua y energía nuclear: un binomio imprescindible

El uso del agua es un componente indispensable para el funcionamiento de la energía nuclear.

El circuito cerrado

En las centrales nucleares, los elementos combustibles del núcleo ceden su calor, directa o indirectamente, al circuito cerrado de agua/vapor. En los reactores de agua en ebullición el agua se vaporiza directamente en la misma vasija del reactor; el vapor a alta presión va después a la turbina; el vapor de escape, a baja presión, se condensa en el condensador y el agua condensada regresa a la vasija como agua de alimentación, todo ello en circuito cerrado. En los reactores de agua a presión se utiliza, además, un circuito cerrado (o primario) de agua que no se convierte en vapor y que circula por el exterior de los elementos combustibles, trasladando el calor recibido a un generador de vapor donde el agua pasa al circuito cerrado (o secundario) de agua/vapor.

En ambos casos, la condensación del vapor de escape de la turbina corre a cargo del agua de refrigeración exterior (foco frío), que circula por los tubos del condensador y, por tanto, no está en contacto con ningún material ni fluido que haya pasado por el reactor. La necesidad de agua de refrigeración exterior está determinada por la energía térmica perdida en el ciclo agua-vapor que, según las leyes termodinámicas, va desde 1,25 a 2 kWh térmicos por cada kWh eléctrico generado, según haya o no sobrecalentamiento del vapor y según la temperatura del foco frío. La cifra más alta corresponde a las centrales nucleares de agua ligera, que utilizan vapor saturado, no sobrecalentado, a causa de la limitación de temperatura del foco caliente impuesta por la presión máxima de la vasija. Una central nuclear de agua ligera de 1.000 MWe entrega constantemente al agua de refrigeración exterior unos 2.000 MWt, aumentando su temperatura ligeramente.

El circuito abierto

En el circuito abierto, el agua de refrigeración de los condensadores se toma del mar y se devuelve a él lo suficientemente lejos de la toma para que el calor que transporta no influya en la temperatura de la toma. Si el agua procede de un río, lago o embalse próximos, se toma aguas arriba de la central y se vierte aguas abajo, es decir, se devuelve enteramente al medio del que se tomó. Este esquema, válido para las localizaciones costeras o ríos muy caudalosos, se conoce como circuito abierto de refrigeración, y con él no existe prácticamente consumo de agua.

Los aproximadamente 2.000 MWt perdidos en el ciclo equivalen a 480 millones de calorías por segundo (Mcal/s). 1 caloría calienta 1 gramo de agua 1 grado centígrado, luego 1 Mcal calienta1Mg (es decir, 1 tonelada o 1 m3 de agua) 1 grado centígrado. Por consiguiente las 480 Mcal/s calientan un caudal de Q m3/s una temperatura ?t grados, siempre que Qx?t = 480.

El problema puede surgir en localizaciones en el interior, cerca de cursos de agua, donde las autoridades hidrográficas pueden establecer, y establecen, limitaciones tanto en los caudales de agua que se pueden captar como en los aumentos máximos admitidos en su temperatura aguas abajo de la central (no más de 3ºC de aumento de temperatura y capacidades máximas en función del caudal del río). Es fácil calcular que una captación de unos 40 m3/s, normal en una central de 1.000 MW, calentándose 12ºC y mezclándose después con 120 m3/s no captados dan aguas abajo del río 160 m3/s de agua con un aumento de temperatura de 3ºC. No hay consumo de agua, pero sí utilización necesaria.

En el ciclo cerrado, si no se dispone de ningún curso de agua abundante cerca de la central, se puede utilizar un embalse artificial que sirva para refrigerar el agua por evaporación natural antes de devolverla al río a la temperatura adecuada.

Torres de refrigeración

Más frecuentemente se utilizan torres de refrigeración que mantienen la temperatura del agua a bajos niveles. El agua de refrigeración que sale caliente del condensador se lleva a la parte superior de las torres de refrigeración, donde cae en forma de lluvia y se evapora en parte en contacto con el aire ascendente que entra por la base. El resto del agua, que ha aportado el calor de evaporación, se recircula después al condensador. Este esquema se conoce como circuito cerrado de refrigeración. En este caso, la cantidad de agua tomada del medio acuático es mucho menor, ya que solo se requiere la necesaria para reponer el agua evaporada en las torres de refrigeración.

torre-de-refrigeracion
Interior de una torre de refrigeración. © Stock Photo 

Cada central nuclear tiene una concesión de consumo de agua. Por ejemplo, una central nuclear de 1.000 MW utiliza entre 15 y 20 hm3/año. De esta cantidad se devuelve al medio alrededor del 95%. En todos los casos la devolución del agua al mar, río o embalse, se vigila de acuerdo con la normativa vigente y después de pasar a través de un sistema de enfriamiento, para que no haya un cambio térmico brusco en el ecosistema.

Artículos relacionados:

¿Cuáles son los disstintos componentes de una central nuclear

Técnicas nucleares para gestionar los recursos de agua

 

Utilizamos cookies propias y de terceros para mejorar nuestros productos y servicios mediante el análisis de sus hábitos de navegación. Al aceptar el presente aviso entendemos que das tu consentimiento a nuestra Política de cookies.

  Aceptar Política de cookies.