¿Cómo funciona una central nuclear?
Descubre la energía nuclear

¿Cómo funciona una central nuclear?

Una central nuclear es una instalación industrial en la que se genera electricidad a partir de la energía nuclear que se libera en forma de energía térmica mediante una reacción nuclear de fisión en cadena en la vasija de un reactor nuclear.

El componente principal de una central es el reactor nuclear, en el que se aloja el combustible nuclear (habitualmente uranio) y que cuenta con sistemas que permiten iniciar, mantener y detener, de forma controlada, la reacción nuclear.

¿Cómo funciona una central nuclear?

El funcionamiento de una central nuclear sigue un proceso similar al de una central térmica convencional, en la que la energía térmica se obtiene mediante la combustión de combustibles fósiles. Sin embargo, en un reactor nuclear se obtiene a través de las reacciones de fisión nuclear en cadena de los átomos de uranio del combustible nuclear.

Una central nuclear es una instalación industrial en la que se genera electricidad a partir de la energía térmica producida mediante reacciones de fisión en la vasija de un reactor nuclear

La energía térmica liberada se utiliza para calentar agua hasta convertirla en vapor a alta presión y temperatura. Este vapor hace girar una turbina que está conectada a un generador, que transforma la energía mecánica del giro de la turbina en energía eléctrica.

Existen distintos tipos de reactores nucleares, pero se pueden destacar dos diseños que suponen más del 80% de las casi 450 unidades en funcionamiento en el mundo:

  • El reactor de agua a presión (Pressurized Water Reactor, PWR, por sus siglas en inglés)
  • El reactor de agua en ebullición (Boiling Water Reactor, BWR, por su siglas en inglés)

Funcionamiento de un reactor PWR

Es importante recordar que, en la fisión nuclear, núcleos de átomos pesados, sobre los que se hacen incidir neutrones, se descomponen en núcleos más pequeños y ligeros, liberando la energía que mantiene unidos los neutrones y protones que los forman y emitiendo dos o tres neutrones. Éstos, a su vez, pueden producir más fisiones al interaccionar con nuevos núcleos pesados que emitirán nuevos neutrones y así sucesivamente, de manera que la reacción se mantenga por sí misma. Este efecto multiplicador se conoce como reacción de fisión nuclear en cadena.

¿Cómo funciona una central nuclear?

El funcionamiento de una central nuclear se puede simplificar en estas fases:

  1. La fisión del uranio se lleva a cabo en el reactor nuclear, liberando una gran cantidad de energía que calienta el agua de refrigeración que circula a gran presión. Esta agua se lleva mediante el circuito primario a un intercambiador de calor (generador de vapor), en el que se produce vapor de agua.
  2. Este vapor se transporta al conjunto turbina–generador mediante un circuito secundario.
  3. Una vez ahí, los álabes o palas de la turbina giran por la acción del vapor. El eje de la turbina mueve el alternador, que trasforma la energía mecánica en electricidad.
  4. Cuando el vapor de agua ha pasado por la turbina, se envía a un condensador donde se enfría y se convierte de nuevo en agua líquida.

Después, el agua se transporta de nuevo al generador de vapor para volver a conseguir vapor, en circuito cerrado.

Funcionamiento de una central nuclear en un minuto

Principales componentes

Anteriormente se ha indicado que un reactor nuclear es una instalación capaz de iniciar, mantener y detener, de forma controlada, las reacciones de fisión en cadena, disponiendo de los medios adecuados para extraer el calor generado.

El componente central de una central es el reactor, que es la instalación donde se aloja el combustible nuclear

Sus componentes principales son:

  • Combustible. Material en el que tiene lugar las reacciones de fisión, normalmente se emplea dióxido de uranio enriquecido. Se utiliza simultáneamente como fuente de energía y de neutrones para mantener la reacción en cadena. Se presenta en estado sólido en forma de pastillas cilíndricas encapsuladas en varillas metálicas de unos cuatro metros de longitud.
¿Cómo funciona una central nuclear?
Pastillas de uranio
  • Moderador. Agua que hace disminuir la velocidad de los neutrones rápidos generados en la fisión, lo que posibilita nuevas fisiones y el mantenimiento de la reacción en cadena.
  • Refrigerante. Es el mismo agua que hace las funciones de moderador, y sirve para extraer el calor generado por la reacción de fisión del uranio del combustible.
  • Barras de control. Son los elementos de control del reactor y actúan como absorbentes de neutrones. Son barras de indio-cadmio o carburo de boro, que Permiten controlar en todo momento la población de neutrones y mantener estable el reactor y también su parada cuando es necesario.
  • Blindaje. Evita que les radiaciones y los neutrones del reactor se escapen al exterior. Por lo general, se utiliza hormigón, acero o plomo.
  • Elementos de seguridad. Todas las centrales nucleares disponen de múltiples sistemas de seguridad para evitar que se libere radiactividad al exterior, entre los que se encuentra el edificio de contención.
¿Cómo funciona una central nuclear?
Edificio de contención
¿Cómo funciona una central nuclear?
Edificio de contención

Los componentes de una central nuclear

Componente del circuito de refrigeración primario, en el que se mantienen en equilibrio la fase líquida y la fase vapor en condiciones de saturación, con el fin de controlar la presión del mismo.

Vasija de acero en la que se aloja el reactor nuclear, componente principal de la central nuclear en la que se produce la reacción de fisión en cadena. Su núcleo está formado por los elementos de combustible.

Material en el que tiene lugar las reacciones de fisión, normalmente se emplea dióxido de uranio enriquecido. Se utiliza simultáneamente como fuente de energía y de neutrones para mantener la reacción en cadena. Se presenta en estado sólido en forma de pastillas cilíndricas encapsuladas en varillas metálicas de unos cuatro metros de longitud.

Son los elementos de control del reactor y actúan como absorbentes de neutrones. Son barras de indio-cadmio o carburo de boro, que permiten controlar en todo momento la población de neutrones y la reactividad del reactor, haciendo que sea crítico durante su funcionamiento y subcrítico durante las paradas.

Son intercambiadores de calor en los que el agua de refrigeración del circuito primario, que circula por el interior de los tubos con forma de U invertida, cede su energía al agua del circuito secundario, transformándose ésta en vapor de agua.

Recinto que alberga el sistema de refrigeración del reactor y diversos sistemas auxiliares. Sirve de blindaje en operación normal e impide la fuga de productos contaminantes al exterior. Tiene la responsabilidad funcional, junto con otros sistemas de salvaguardias, de impedir la liberación, en último término, de productos de fisión a la atmósfera en caso de accidente.

Instalación a la que llega el vapor de agua proveniente de los generadores de vapor, cuya energía se transforma, a través de los álabes, en energía mecánica de rotación. Existen varias secciones para la expansión del vapor. Su eje está solidariamente unido al eje del alternador.

Equipo que produce la electricidad al convertir la energía mecánica de rotación de la turbina en energía eléctrica de media tensión y alta intensidad.

Equipo que eleva la tensión de la electricidad producida en el alternador para minimizar las pérdidas en su transporte hasta los puntos de consumo.

Agua que se toma de un río, un embalse o el mar y que se utiliza para licuar el vapor de agua en el condensador. Puede ser devuelta directamente al origen (ciclo abierto) o reutilizarse a través de la torre de refrigeración (ciclo cerrado).

Instalación que permite ceder a la atmósfera, que actúa como foco frío, una parte del calor residual producido en la generación de electricidad. Se utiliza para enfriar el agua que circula por el condensador, formando parte del circuito auxiliar de refrigeración de la central.

Intercambiador de calor formado por un conjunto de tubos por los que circula el agua de refrigeración. El vapor de agua que entra en el condensador procedente de la turbina se licúa pasando a fase líquida. Esta conversión produce un vacío que mejora el rendimiento de la turbina.

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