Circuitos

• BWR: Presenta dos circuitos de fluido: el primario y el de refrigeración para condensar el vapor de agua.
• PWR: Consta de tres circuitos de refrigeración independientes: primario, secundario y de refrigeración (terciario), para condensar el vapor de agua.

Funcionamiento

• BWR: El combustible nuclear hace hervir el agua, produciendo vapor. Este asciende hacia una serie de separadores y secadores que lo separan del caudal del agua de refrigeración, reduciendo el contenido de humedad del vapor, lo cual aumenta la calidad de este. El vapor seco fluye entonces en dirección a la turbina que mueve el generador eléctrico.
• PWR: El refrigerante circula a una presión tal que el agua no alcanza la ebullición, extrayendo el calor del reactor y pasando luego por un intercambiador de calor, donde se genera el vapor que alimenta a la turbina y hace funcionar al generador eléctrico.

Control de Potencia

• BWR: Se puede realizar por medio del movimiento de las barras de control, combinado con la regulación del caudal del refrigerante que pasa por el reactor.
• PWR: La potencia del reactor se controla normalmente variando la concentración de ácido bórico en el refrigerante del circuito primario. Además, el reactor utiliza barras de control que se insertan desde arriba (a diferencia del BWR) entre los elementos combustibles, las cuales normalmente solo se usan para las operaciones de arranque y parada del reactor.

Moderación

• BWR: Cuando se incrementa el flujo, las burbujas de vapor de agua son removidas más rápidamente del reactor, aumentando la cantidad de agua líquida que circula por el mismo. Por lo tanto, se moderan más neutrones, hay más fisiones y el reactor aumenta su potencia. Esta característica de autorregulación es muy importante para la seguridad nuclear de los BWR:
  • Si existe un aumento incontrolado de la potencia del reactor:
  • Aumenta la ebullición del agua.
  • Mayor producción de burbujas.
  • Menor moderación de neutrones.
  • Menor número de fisiones.
  • Disminuye la potencia del reactor.
• PWR: El uso de agua como moderador es una importante característica de seguridad de estos reactores, ya que, en caso de un incremento en la temperatura del moderador (por ejemplo, durante una subida incontrolada de la potencia del reactor), la densidad del agua disminuye, reduciendo el efecto de moderación y, por lo tanto, la probabilidad de que los neutrones rápidos pierdan velocidad y alcancen la velocidad necesaria para inducir una nueva fisión (resultando en una reducción de la potencia del reactor). Este efecto hace que los reactores PWR sean muy estables.

¿Cuáles son los elementos que componen un reactor de agua a ebullición (BWR)?

Los principales elementos que componen un reactor de agua a ebullición (BWR) son:

• Vasija del reactor
• Elemento de fisión
• Barras de control
• Bombas de circulación
• Motores de las barras de control
• Vapor
• Entrada de agua
• Turbina de alta presión
• Turbina de baja presión
• Generador eléctrico
• Excitador del generador eléctrico
• Condensador de vapor
• Agua fría para el condensador
• Precalentador
• Bomba de circulación de agua
• Bomba de agua fría del condensador
• Cámara de hormigón
• Conexión a la red eléctrica

En una central con reactor BWR, ¿qué función cumplen el circuito primario y el circuito de refrigeración? ¿Qué combustible se usa y cómo se controla la potencia?

En un reactor de agua a ebullición (BWR) se utiliza como combustible el Uranio enriquecido (U²³⁸).

• Función del circuito primario: Cuando la fisión del uranio crea un foco de calor, su energía es recogida y transportada por el refrigerante, que fluye por el sistema de tuberías de este circuito impulsado por una bomba. El refrigerante del reactor no trabaja a gran presión, por lo que alcanza la temperatura de ebullición a 280 °C al pasar por el núcleo. Parte del líquido se transforma en vapor; luego de separarlo y reducirle su contenido de humedad (produciendo vapor seco), se conduce directamente hacia la turbina.
• Función del circuito de refrigeración: Se presenta en la condensación del vapor a la salida de la turbina. Para ello, se necesita un circuito con agua que, al fluir por el interior del condensador, logre la extracción del calor del vapor. Para mantener la temperatura de esta agua a los niveles deseados, se utiliza un sistema de ciclo abierto (torres de tiro natural), cuya fuente de agua es un río o una represa. Esta agua es impulsada por bombas al condensador, retornando luego nuevamente al río.
• Control de potencia del reactor: La potencia del reactor se controla por el movimiento de las barras de control, combinado con la regulación del caudal del refrigerante que pasa por el reactor. Las burbujas de vapor de agua son removidas más rápidamente del reactor, aumentando la cantidad de agua líquida que circula por el mismo. Esto resulta en una mayor moderación de neutrones, más fisiones y un aumento de la potencia del reactor. Esta característica de autorregulación es muy importante para la seguridad nuclear de los reactores de agua a ebullición.

En una central con reactor PWR, ¿qué función cumplen el circuito primario, el circuito secundario y el circuito de refrigeración? ¿Qué combustible se usa y cómo se controla la potencia?

En un reactor de agua a presión (PWR) se utiliza como combustible el Uranio enriquecido (U²³⁸).

• Función del circuito primario: La energía producida en la fisión es recogida y transportada por el refrigerante que circula por el sistema de tuberías de este circuito, impulsado por una bomba centrífuga de alto flujo que, además de transportar calor, controla la temperatura del reactor. El circuito primario está presurizado a unas 150 atm por medio de un presurizador, con el fin de evitar que el agua alcance su punto de ebullición. Este es un recipiente cilíndrico vertical a presión que contiene agua y vapor en equilibrio, manteniendo, por medio de un sistema de calentadores eléctricos y atomizadores, una presión controlada del recipiente y del circuito primario.
• Función del circuito secundario: El refrigerante del circuito primario fluye por tubos metálicos (generador de vapor) que están bañados exteriormente por un flujo de agua liviana (circuito secundario) que absorbe el calor que cede el refrigerante, de forma tal que el agua del circuito secundario, que está a una presión menor, pasa del estado líquido al estado de vapor.
• Función del circuito de refrigeración (terciario): Realiza el mismo procedimiento que en el reactor de agua a ebullición, condensando el vapor a la salida de la turbina.
• Control de potencia del reactor: La potencia del reactor se controla variando la concentración de ácido bórico en el refrigerante del circuito primario. El boro es un absorbente de neutrones muy eficaz y, por lo tanto, incrementando o reduciendo la concentración de boro en el reactor se afecta la población de neutrones en el reactor. Además, el reactor utiliza barras de control que se insertan desde arriba entre los elementos combustibles, las cuales normalmente solo se usan para las operaciones de arranque y parada del reactor.

¿Qué modificaciones posee un reactor PHWR respecto a un reactor PWR?

Las modificaciones que posee el reactor de agua pesada a presión (PHWR) con respecto a un reactor de agua a presión (PWR) son las siguientes:

• Emplea como combustible uranio natural o ligeramente enriquecido, introducido en tubos de zircaloy (aleación de circonio con estaño relativamente transparente a los neutrones), y agua pesada como moderador y refrigerante.
• Los tubos del combustible están introducidos en una vasija que contiene el moderador (agua pesada) y el refrigerante primario que circula por el interior de los tubos (agua pesada) se mantiene a presión para que no entre en ebullición.
• El moderador y el refrigerante primario no se mezclan.
• El refrigerante primario se encuentra en estado líquido y se distribuye a través de generadores de vapor que transfieren el calor al refrigerante secundario (agua liviana, del circuito secundario).

¿Qué es un reactor de enriquecimiento? ¿Qué combustible utiliza y qué produce?

Un reactor de enriquecimiento es un reactor que tiene como objetivo principal producir combustible que pueda ser utilizado en otros reactores.

• Combustible utilizado: Uranio-238 (U²³⁸), un isótopo del uranio no fisionable, a diferencia del uranio-235 (U²³⁵) que sí se utiliza en los reactores convencionales.
• Producción: En estos reactores se produce plutonio-239 (Pu²³⁹), que es un material fisionable. Se obtiene bombardeando el átomo de uranio-238 con un neutrón que, al descomponerse (debido a su inestabilidad), se desprende de un electrón, transformándose en plutonio-239. A su vez, una parte del plutonio generado se fisiona al recibir el impacto de un neutrón, que a su vez origina otros tres neutrones. Una cantidad de ese plutonio es conservada como combustible para su utilización en otras centrales nucleares.