Una central nuclear es una central térmica cuya fuente de energía es la energía nuclear.
Su funcionamiento es similar al de cualquier otra central térmica: a partir de una fuente de energía se genera energía térmica para accionar una turbina de vapor conectada a un generador eléctrico.
Las centrales nucleares son instalaciones clave en el mundo de la energía, desempeñando un papel esencial en la producción de electricidad. En este artículo, explicaremos qué son las centrales nucleares, su propósito, su funcionamiento y los tipos más comunes de centrales nucleares.
¿Qué es una central nuclear?
Una central nuclear, también conocida como planta de energía nuclear, es una instalación diseñada para generar electricidad a partir de la energía liberada durante el proceso de fisión nuclear.
La fisión nuclear implica dividir núcleos atómicos pesados, como el uranio-235, en fragmentos más pequeños mediante la colisión con neutrones. Este proceso libera una gran cantidad de energía en forma de calor, que luego se convierte en electricidad.
¿Para qué sirve una central nuclear?
El propósito principal de una central nuclear es producir electricidad de manera eficiente y continua. A través del proceso de fisión nuclear, estas instalaciones generan calor que se utiliza para producir vapor, que luego impulsa turbinas conectadas a generadores eléctricos para generar electricidad.
Otros propósitos de las plantas nucleares es la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero. Las centrales nucleares emiten muy bajas cantidades de dióxido de carbono (CO2) durante la generación de electricidad en comparación con las plantas de energía que queman combustibles fósiles como el carbón y el gas natural.
Además de la generación de electricidad, algunas centrales nucleares se utilizan para la investigación científica y médica. Por ejemplo, producen isótopos radiactivos utilizados en medicina para diagnóstico y tratamiento de enfermedades, así como para investigaciones en física nuclear.
Partes de una central nuclear
Las centrales nucleares constan de múltiples componentes esenciales, entre ellos:
-
Reactor nuclear: Donde tiene lugar la fisión nuclear, incluyendo barras de combustible, moderador y refrigerante.
-
Generador de vapor: Con tuberías, válvulas y una turbina para convertir el calor en vapor y electricidad.
-
Generador eléctrico: Con un generador y, a menudo, un transformador para convertir la energía mecánica en electricidad.
-
Sistema de control y seguridad: Monitorea y regula la reacción nuclear y garantiza la seguridad de la instalación.
-
Almacenamiento de residuos radiactivos: Incluyendo piscinas de almacenamiento temporal y planes para la gestión a largo plazo de residuos radiactivos.
-
Estructuras de contención: Para garantizar la seguridad y prevenir la liberación de materiales radiactivos en caso de accidente.
¿Cómo funciona una planta nuclear?
El funcionamiento de una central nuclear es un proceso altamente especializado que implica la conversión de energía nuclear en electricidad de manera eficiente y controlada. Esto se logra a través de una serie de pasos interconectados que explicamos a continuación:
Fisión del átomo de uranio
El proceso comienza en el núcleo del reactor nuclear, donde se encuentra el corazón de la central. En este núcleo, se encuentran las barras de combustible, generalmente compuestas de uranio enriquecido o plutonio.
Aquí es donde tiene lugar la fisión nuclear, un proceso en el que los núcleos de los átomos pesados se dividen en fragmentos más pequeños al ser bombardeados con neutrones. Esta fisión libera una cantidad masiva de calor y más neutrones.
Generación de vapor
El calor generado por la fisión nuclear es el componente clave para la generación de electricidad. Este calor se transfiere a un sistema de refrigeración, que generalmente utiliza agua, para evitar que el reactor se sobrecaliente. El agua se convierte en vapor debido al calor intenso, y este vapor a alta presión se dirige hacia un generador de vapor.
El generador de vapor es un componente crucial en el proceso. En su interior, el vapor de agua caliente pasa por tuberías y válvulas que lo llevan a una turbina.
Turbinas y generador eléctrico
La turbina, que está conectada a un generador eléctrico, aprovecha la energía cinética del vapor en movimiento y la convierte en energía mecánica. La turbina gira a alta velocidad, lo que hace que el generador eléctrico produzca electricidad.
Condensación del vapor
El ciclo no termina aquí. El vapor agotado, después de pasar por la turbina, se enfría y se condensa nuevamente en agua.
Este proceso de condensación se completa en un sistema de refrigeración, y el agua resultante se devuelve al núcleo del reactor para comenzar el ciclo nuevamente.
Repetición del ciclo
Este ciclo de calentamiento, generación de vapor, impulsión de la turbina y producción de electricidad se repite constantemente para mantener un suministro constante de energía eléctrica.
Además, se implementan sistemas de control y seguridad para monitorear y regular la reacción nuclear, garantizando la operación segura de la central.
Tipos de reactores nucleares
Existen diferentes tipos de reactores nucleares, todos de fisión. La ONU los clasifica de la siguiente manera:
-
El reactor de agua a presión (PWR y VVER). Utilizan agua a alta presión para producir vapor a los generadores de vapor. Tienen tres circuitos.
-
El reactor de agua en ebullición (BWR): El segundo más común en el mundo. El agua hierve, generando vapor directamente en el núcleo del reactor. Tienen sólo dos circuitos.
-
El reactor de agua pesada a presión (PHWR): Utiliza agua pesada a alta presión como moderador de neutrones y como refrigerante.
-
El reactor refrigerado por gas (GCR: AGR y Magnox): Usan grafito como moderador de los neutrones y dióxido de carbono en estado gaseoso como refrigerante.
-
El reactor moderado por grafito y refrigerado por agua ligera (LGR y RBMK): Modelos de origen ruso. El "agua ligera" es agua normal.
-
El reactor rápido (LBR, o LMFBR): No desacelera los neutrones de la reacción en cadena y refrigera con sodio líquido. Están en fase de prototipo y de investigación.
-
Reactores de sal fundida: Son una tecnología en desarrollo que utiliza una mezcla de sal fundida como refrigerante y combustible.