Un reactor de agua en ebullición (BWR, por sus siglas en inglés boiling water reactor) es un tipo de reactor nuclear ampliamente utilizado en las centrales nucleares del mundo, siendo el segundo más común después del reactor de agua a presión (PWR). Representa aproximadamente el 22% de los reactores instalados en plantas nucleares globales.
Diseñado principalmente para la generación de electricidad, el BWR emplea agua ligera tanto como moderador de neutrones como refrigerante del núcleo. Una de sus particularidades es que opera con un único circuito de agua, en contraste con los reactores PWR, que requieren circuitos primarios y secundarios separados.
Además, al trabajar a menores presiones, el BWR no necesita una carcasa tan robusta como la de los PWR, lo que simplifica algunos aspectos de su diseño. No obstante, a diferencia del PWR, el BWR no cuenta con un generador de vapor, lo que influye en su configuración y funcionamiento.
Esquema del funcionamiento de un reactor de agua en ebullición
La potencia del reactor de agua en ebullición se genera en el núcleo del reactor. En el núcleo del reactor genera reacciones de fisión nuclear del elemento combustible para obtener energía térmica.
La potencia del reactor se regula introduciendo o quitando las barras de control del núcleo, dónde se producen las reacciones nucleares en cadena.
En el reactor BWR, el agua que se utiliza es agua ligera (agua corriente). Este tipo de reactor nuclear utiliza un único circuito de refrigeración. El agua ligera circula por el núcleo donde capta el calor de las reacciones nucleares hasta que llega a la temperatura de ebullición y se genera vapor.
El vapor generado en el núcleo del reactor sale por la parte superior. En este punto, unos secadores de vapor y separadores de agua tratan el vapor que sale del reactor. A continuación, se dirige directamente a las turbinas.
Las turbinas serán las encargadas de hacer funcionar el generador eléctrico y generar electricidad.
Finalmente, el vapor pasa por un condensador para convertirlo en agua líquida de nuevo y volver a empezar el ciclo.
El reactor de agua en ebullición utiliza un solo circuito de refrigeración, de forma que el vapor que mueve la turbina está formado por agua que ha pasado por el interior del reactor. Por este motivo el edificio de turbinas debe estar protegido para evitar emisiones radiactivas.
Características principales de un reactor (BWR)
Generación directa de vapor
A diferencia de otros tipos de reactores, como el reactor de agua a presión (PWR), en el BWR el agua se calienta directamente dentro del núcleo del reactor hasta alcanzar su punto de ebullición. Esto significa que el vapor que impulsa las turbinas para generar electricidad proviene directamente del interior del reactor.
Este diseño elimina la necesidad de un circuito secundario, simplificando la transferencia de calor.
Uso del agua como refrigerante y moderador
El reactor utiliza agua ligera (H₂O) para dos funciones esenciales:
- Refrigerante: Absorbe el calor generado durante la fisión nuclear.
- Moderador: Reduce la velocidad de los neutrones, permitiendo que estos sean más efectivos para provocar nuevas fisiones.
Esto asegura que la reacción en cadena sea sostenible y controlada.
Presión de operación relativamente baja
El agua hierve dentro del reactor a una presión menor que en otros reactores como el PWR. Esto se traduce en condiciones operativas más seguras y menores exigencias en términos de materiales de construcción.
Interacción directa del vapor con las turbinas
El vapor generado en el núcleo viaja por un circuito directamente hasta las turbinas. Allí, su energía cinética se transforma en energía mecánica y, posteriormente, en energía eléctrica mediante un generador.
Como no hay un intercambio intermedio de calor, el sistema tiene menos pérdidas energéticas.
Sistema de control de potencia
La potencia del reactor se regula mediante:
- El movimiento de las barras de control, que absorben neutrones para disminuir la reacción en cadena.
- El ajuste del flujo de agua que pasa por el núcleo, lo que afecta la cantidad de vapor producido.
- Este sistema permite una regulación rápida y precisa de la energía generada.
Contaminación radiactiva en el circuito primario
Como el vapor proviene directamente del núcleo del reactor, puede contener pequeñas cantidades de material radiactivo. Por esta razón, todo el circuito que transporta el vapor debe estar cuidadosamente blindado y monitoreado.
Diseño de seguridad avanzado
Aunque los BWR son más sencillos en diseño que otros reactores, incluyen múltiples sistemas de seguridad, como sistemas de enfriamiento de emergencia, contención primaria y secundaria para evitar la liberación de materiales radiactivos.
Ventajas y desventajas del reactor de agua en ebullición
En comparación con otros tipos de ractores de potencia, los BWR tienen los siguientes puntos fuertes y débiles:
Ventajas
- El combustible nuclear utilizado por el reactor nuclear son óxidos de uranio enriquecido entre el 2% y el 4%.
- El reactor de agua en ebullición no utiliza generadores de vapor ni compensadores de presión.
- El primer circuito del reactor funciona a una presión de 70 atmósferas contra 160 atmósferas que utilizan los reactores PWR (reactor de agua a presión).
- Requiere temperaturas de funcionamiento más bajas, incluso en las barras de combustible.
- Debido al rechazo de la absorción de neutrones en el boro y a una moderación de los neutrones ligeramente más débil (debido al vapor), el tiempo de operación del plutonio en un reactor de este tipo será mayor que en el PWR.
- El recipiente a presión está sometido a menos irradiación que en un reactor de agua a presión. Por esta razón, no se vuelve tan frágil con la edad.
Desventajas
- Imposibilidad de recargar combustible nuclear sin parar el reactor nuclear.
- Gestión más complicada.
- Las barras de control se han de introducir desde abajo. En caso de una pérdida de potencia, no podrían caer dentro del reactor por gravedad y el reactor no se pararía.
- Necesidad de un mayor número de sensores de realimentación.
- Se necesita una vasija de reactor de aproximadamente 2 veces más en volumen que la de un PWR de potencia comparable.
- Aunque está diseñado para una menor presión, es más difícil de fabricar y transportar.
- Contaminación de la turbina con productos de activación de agua: N-17 de vida corta y trazas de tritio. Esto complica bastante el trabajo de mantenimiento.
- Una vez las barras de control han entrado completamente, la reacción se para. Sin embargo, el combustible nuclear sigue emitiendo calor. Esto significa que una vez parado el reactor, hay que seguir bombeando refrigerante durante de uno a tres años para que sea seguro.
Ejemplos destacados
Algunos ejemplos destacados de reactores nucleares de agua en ebullición (BWR) incluyen:
1. Central Nuclear de Fukushima Daiichi (Japón)
La planta de Fukushima Daiichi, tristemente célebre por el accidente nuclear de 2011, utilizaba reactores BWR diseñados por General Electric. Era una de las instalaciones nucleares más importantes de Japón antes del desastre, con seis reactores BWR en operación.
Esta central tnía seis reactores BWR operativos: la potencia del reactor era de 460 MW, mientras que la potencia promedio de los reactores 2-6 estaba entre 784 y 1.100 MW.
2. Central Nuclear de Browns Ferry (Estados Unidos)
Ubicada en Alabama, esta central es una de las plantas nucleares más grandes del mundo en capacidad de generación y opera tres reactores BWR. Estos reactores también fueron construidos por General Electric.
Esta central dispone de 3 reactores:
- Reactor 1: 1.065 MW, operando desde 1974.
- Reactor 2: 1.113 MW, operando desde 1975.
- Reactor 3: 1.113 MW, operando desde 1977
3. Central Nuclear de Oskarshamn (Suecia)
La central de Oskarshamn alberga uno de los reactores BWR más grandes del mundo en términos de capacidad de generación, diseñado para suministrar energía a Suecia y sus alrededores
4. Central Nuclear de Laguna Verde (México)
Es la única planta nuclear de México, ubicada en el estado de Veracruz, y opera dos reactores BWR. Contribuye significativamente a la generación de energía eléctrica en el país
5. Central Nuclear de Kashiwazaki-Kariwa (Japón)
Considerada una de las plantas nucleares más grandes del mundo, Kashiwazaki-Kariwa cuenta con siete reactores, de los cuales algunos son de tipo BWR y otros son ABWR (reactores avanzados de agua en ebullición).