11 Ago
Tipos de Turbinas Hidráulicas
Turbina Ossberger (Banki-Mitchell)
La Turbina Banki-Mitchell está formada por un rodete con una serie de álabes dispuestos entre dos discos. La tubería forzada concluye en un inyector troncocónico de sección rectangular, equipado con una válvula de perfil aerodinámico similar a la de mariposa. Esta válvula puede dividirse en dos partes (de 1/3 y 2/3 de su longitud, respectivamente) mediante un plano normal a su eje. Esto permite regular el caudal a un tercio, dos tercios o el caudal total, actuando sobre una u otra parte del perfil. Además, el perfil puede girar sobre su eje para una regulación más fina del caudal. El rodete está formado por una serie de álabes o placas alabeadas, dispuestos en la periferia de un círculo y unidos mediante dos discos laterales. El agua procedente del inyector incide puntualmente sobre los álabes del rodete, atravesándolos de manera centrípeta y penetrando en la parte central. Posteriormente, incide de nuevo sobre otros álabes y los atraviesa, esta vez de manera centrífuga, dirigiéndose finalmente al canal de desagüe. La utilización de este tipo de turbinas se limita a potencias reducidas, con caudales y alturas pequeñas, siendo su simplicidad una ventaja para microcentrales.
Turbina Straflo
La Turbina Straflo es un diseño reciente, experimentado con éxito en la central mareomotriz de Annapolis Royal. Es una turbina apta para grandes caudales con un salto muy reducido, lo que implica una velocidad específica muy elevada. La diferencia con la turbina bulbo es que el rotor del generador se sitúa en la periferia de la rueda y es solidario a sus álabes, mientras que el estator se encuentra en su exterior. Los álabes pueden girar para adaptarse a las variaciones de caudal, estando unidos al rotor mediante una rótula.
Sistemas Auxiliares de Reactores PWR
Sistema de Control Químico y Volumétrico (CVCS)
El Sistema de Control Químico y Volumétrico (CVCS) garantiza el funcionamiento seguro del sistema primario. Mantiene el inventario de agua, controla sus propiedades químicas y ajusta la concentración de ácido bórico para regular la reactividad.
Sistema de Ácido Bórico
El Sistema de Ácido Bórico procesa y recicla agua borada. Suministra disoluciones al CVCS para ajustar la concentración de boro o llenar el circuito primario.
Sistema de Extracción de Calor Residual (RHRS)
El Sistema de Extracción de Calor Residual (RHRS) evacúa el calor generado tras la parada del reactor mediante dos trenes paralelos con bombas e intercambiadores. Funciona a baja presión cuando el reactor ya no está en operación, evitando el sobrecalentamiento del núcleo.
Sistema de Instrumentación Nuclear
El Sistema de Instrumentación Nuclear permite medir continuamente el nivel de potencia y flujo neutrónico del reactor mediante sistemas internos y externos. Proporciona alarmas, señales de protección y control durante toda la operación.
Sistema de Protección del Reactor
El Sistema de Protección del Reactor actúa automáticamente ante parámetros anómalos para llevar el reactor a una condición segura y evitar daños al combustible o al sistema de refrigeración.
Sistema de Refrigeración de Componentes y Servicios
El Sistema de Refrigeración de Componentes y Servicios disipa el calor de equipos esenciales o que manejan fluidos radiactivos, asegurando el funcionamiento seguro durante la operación y parada.
Sistema de Salvaguardias Tecnológicas
El Sistema de Salvaguardias Tecnológicas limita las consecuencias de accidentes graves, como un LOCA (pérdida de refrigerante), reduciendo el impacto de liberaciones de energía o radiactividad.
Sistema de Vapor Principal y Contención
El Sistema de Vapor Principal y Contención: La contención alberga el sistema de refrigeración del reactor y sus auxiliares, actúa como blindaje y evita fugas al exterior.
Ingeniería Civil y Aerodinámica
Viaducto de Millau: Diseño Aerodinámico
El Viaducto de Millau se ha diseñado aplicando la teoría hidrodinámica del ala portante, que explica cómo un flujo de aire al pasar sobre un cuerpo perfilado genera diferencias de presión entre la parte superior e inferior. Cuando el aire fluye alrededor del tablero (actuando como un ala), se divide en dos trayectorias: una por encima del perfil y otra por debajo. Según el principio de Bernoulli, la velocidad del aire es mayor por la parte superior, lo que implica una presión menor en esa zona. En cambio, la velocidad por la parte inferior es menor y la presión mayor, lo que genera una fuerza de sustentación vertical hacia arriba. Sin embargo, en una estructura como este viaducto, dicha sustentación puede ser peligrosa, ya que podría provocar una elevación del tablero que comprimiría los tirantes del puente atirantado, los cuales están diseñados para trabajar únicamente en tracción. Para evitarlo, el perfil del tablero se ha diseñado de forma que la resultante aerodinámica no supere las fuerzas gravitatorias y estructurales descendentes. Es decir, la forma del perfil limita la sustentación para mantener los esfuerzos en los cables dentro del régimen de tracción y evitar inestabilidades estructurales.
Teoría del Ala Portante
La Teoría del Ala Portante estudia el comportamiento del flujo sobre un álabe con perfil aerodinámico. Al generarse una circulación en el fluido, aparece una diferencia de presiones entre el extradós e intradós, originando una fuerza de sustentación perpendicular a la velocidad relativa. En turbomáquinas, cada álabe actúa como un ala portante, modificando la dirección del flujo y permitiendo el intercambio de energía. El ángulo de ataque influye directamente en la magnitud de la sustentación.
Fundamentos de la Energía Nuclear
Reacciones Nucleares
Las Reacciones Nucleares son procesos que tienen lugar cuando un núcleo reacciona con otro núcleo. Ejemplo: desintegración del nitrógeno al bombardearlo con partículas alfa: 7N14 + 2He4 → 8O17 + 1H1, que también puede representarse como: N-14 (α, p) O-17. Otro ejemplo: bombardeo del Pd con neutrones para producir Rh y energía: 46Pd106 + n → 45Rh106 + p + β– + ν̄ + 3.54 MeV, donde ν̄ es un antineutrino.
Fisión Nuclear
La Fisión Nuclear es un proceso en el que un núcleo pesado, como el uranio-235 o el plutonio-239, se divide en dos núcleos más ligeros al absorber un neutrón. Esto libera grandes cantidades de energía debido al defecto de masa, junto con neutrones y radiación. La energía proviene de la energía de enlace nuclear, que es la fuerza que mantiene unido el núcleo. Los neutrones liberados pueden causar fisión en otros núcleos, generando una reacción en cadena. En los reactores nucleares, la fisión se controla mediante barras de control que absorben neutrones y moderadores que reducen su velocidad, lo que permite liberar energía de forma segura para generar electricidad.
Componentes y Fenómenos en Turbomáquinas
Rodete
El Rodete es el componente donde se transforma la energía hidráulica en mecánica (o viceversa). Está formado por un cubo, una llanta y álabes, que forman conductos para el paso del fluido. Su función principal es cambiar la dirección y velocidad del fluido, generando un intercambio de energía mediante la variación del momento cinético. El rendimiento óptimo se logra cuando el fluido entra tangente a los álabes y sale con velocidad absoluta radial, evitando pérdidas. Según la dirección del flujo, los rodetes pueden ser radiales (para altas alturas y bajo caudal), axiales (para alto caudal y baja altura) o diagonales (casos intermedios). Los álabes suelen tener forma de perfil aerodinámico para minimizar pérdidas, y el estudio con triángulos de velocidades es clave para optimizar su diseño y rendimiento.
Cavitación
La Cavitación es un fenómeno que ocurre cuando la presión en un líquido baja por debajo de su tensión de vapor, formando burbujas que implosionan al pasar a zonas de mayor presión. Esto causa erosión, ruidos, vibraciones y daños en la máquina. Aunque se trabaja cerca del límite de cavitación para mejorar el rendimiento, se realizan ensayos para evitar que llegue a producirse.
Sistemas Auxiliares de Reactores BWR
ECCS (Sistema de Refrigeración de Emergencia del Núcleo)
El ECCS (Sistema de Refrigeración de Emergencia del Núcleo) evita la liberación de radiactividad en caso de accidente (LOCA), manteniendo la integridad de las vainas de combustible.
RHR (Sistema de Evacuación de Calor Residual)
El RHR (Sistema de Evacuación de Calor Residual) extrae el calor residual durante la parada o recarga. Mantiene el nivel de agua en el reactor y limita la temperatura de las piscinas de supresión.
RCIC (Sistema de Refrigeración del Núcleo Aislado)
El RCIC (Sistema de Refrigeración del Núcleo Aislado) mantiene refrigerado el núcleo en condiciones de aislamiento del reactor y permite su parada si falla el suministro de agua.
RWCU (Sistema de Purificación del Agua del Reactor)
El RWCU (Sistema de Purificación del Agua del Reactor) elimina impurezas del agua del reactor para conservar su pureza y ayuda a mantener el inventario de agua en el circuito primario.
Sistema de Piscinas de Combustible y Contención
El Sistema de Piscinas de Combustible y Contención purifica el agua y evacúa el calor generado por el combustible gastado y el transferido desde el pozo seco del reactor.
SBLC (Sistema de Control Líquido de Reserva)
El SBLC (Sistema de Control Líquido de Reserva) actúa si no pueden insertarse suficientes barras de control, permitiendo la parada segura del reactor.
Contención
La Contención es una envolvente de acero al carbono que rodea al reactor, diseñada para evitar fugas radiactivas. Resiste cargas térmicas, sísmicas, vivas, muertas, de viento, hidrostáticas y de pretensado. Alberga todo el circuito primario.
Deja un comentario