La ingeniería mecánica desempeña un papel fundamental en la industria de la energía nuclear, donde la precisión, la seguridad y la eficiencia son de suma importancia.
En una central nuclear, la energía se genera mediante la fisión nuclear, un proceso en el que núcleos de átomos se dividen en núcleos más pequeños, liberando una cantidad significativa de energía.
Para controlar esta reacción y garantizar su seguridad, se utilizan varios mecanismos que unen la mecánica clásica con la física nuclear:
1. Reactor nuclear: introducción de las barras de control
El reactor nuclear es el corazón de una central nuclear. En su interior, se encuentran las barras de combustible, generalmente de uranio enriquecido, que al ser bombardeadas con neutrones, inician la fisión nuclear.
Para controlar la tasa de reacción y evitar sobrecalentamientos, se utilizan barras de control hechas de materiales como el boro o el cadmio, que absorben los neutrones y ajustan la actividad nuclear.
Automatización
En muchos reactores, el proceso de introducción de barras de control puede ser controlado automáticamente por sistemas de control computarizados que monitorean constantemente la actividad nuclear y la temperatura del reactor.
Elementos mecánicos
Los sistemas mecánicos que realizan el movimiento de las barras de control suelen incluir:
-
Actuadores y sistemas hidráulicos: Estos actuadores pueden proporcionar un control fino y preciso.
-
Motores eléctricos: Estos motores pueden ser controlados electrónicamente para lograr un movimiento suave y preciso.
-
Sistemas de engranajes: los sistemas de engranajes pueden utilizarse para transmitir la energía del motor o el actuador hidráulico a las barras de control.
-
Guías y estructuras de soporte: estos componentes aseguran que las barras se muevan en la dirección deseada sin desviaciones no deseadas.
2. Sistema de refrigeración
El calor generado en el reactor nuclear debe ser controlado para evitar daños a los componentes y garantizar un funcionamiento seguro. Para esto, se utiliza un sistema de refrigeración que circula un fluido, generalmente agua, a través del reactor para absorber el calor.
Por esta razón, los principios y leyes de la mecánica de fluidos juegan un papel fundamental en el diseño de bombas, válvulas y tuberías en este sistema.
La ingeniería mecánica garantiza que estos componentes sean resistentes a la radiación y a las altas temperaturas.
A continuación se muestra una descripción de los principales elementos mecánicos en el sistema de refrigeración:
Bombas de circulación
Las bombas de circulación impulsan el refrigerante a través del circuito de refrigeración. Estas bombas están diseñadas para manejar grandes volúmenes de refrigerante y proporcionar el flujo necesario para enfriar el reactor y otros componentes.
Mecánicamente deben ser robustas y confiables, ya que el fallo de una bomba podría tener graves consecuencias.
Intercambiadores de calor
Los intercambiadores de calor están diseñados para transferir calor entre el refrigerante que circula por el reactor y otro medio, generalmente agua o vapor de agua, que se utiliza para generar energía.
Estos intercambiadores pueden ser de varios tipos, como tubos y aletas o placas.
Tuberías y válvulas
El sistema de refrigeración utiliza una red de tuberías, válvulas y presostatos para transportar y regular el flujo de refrigerante.
Las tuberías deben ser resistentes a la radiación y a las altas temperaturas, y las válvulas deben ser capaces de controlar el flujo con precisión.
Condensadores (en sistemas de circuito abierto)
En las centrales nucleares de circuito abierto, se utilizan condensadores para convertir el vapor de agua en líquido, liberando así el calor.
Los condensadores son componentes mecánicos que involucran el paso del vapor a través de una serie de tubos y superficies de intercambio de calor.
Ventiladores y sistemas de refrigeración auxiliares
Para mantener la temperatura adecuada en el sistema de refrigeración y en el área circundante, se utilizan ventiladores y sistemas de refrigeración auxiliares.
Estos componentes mecánicos ayudan a controlar la temperatura y a mantener los niveles de presión adecuados en el sistema.
Sistemas de filtración
Los sistemas de refrigeración también pueden incluir sistemas de filtración mecánica para eliminar impurezas y partículas del refrigerante, evitando obstrucciones en las tuberías y el desgaste prematuro de los componentes.
3. Generador de vapor y turbinas
El calor retirado del reactor por el sistema de refrigeración se utiliza para calentar agua y producir vapor de alta presión. Este vapor se dirige hacia una turbina mecánica.
Las turbinas de vapor convierten la energía cinética del vapor en energía mecánica, que luego se convierte en electricidad mediante un generador eléctrico.
4. Sistema de seguridad
La seguridad en las centrales nucleares es prioritaria. Se instalan mecanismos de seguridad como válvulas de alivio de presión, sistemas de extinción de incendios y sistemas de respaldo para garantizar que, en caso de una emergencia, la central pueda ser apagada y enfriada de manera segura.
