Centrales Térmicas y Nucleares: Ciclos, Sistemas y Componentes

Centrales Térmicas

Ciclo Rankine (Turbina de Vapor)

Proceso 1-2: Expansión isoentrópica del fluido en la turbina desde la presión de la caldera hasta la presión del condensador.

Proceso 2-3: Transmisión de calor a presión constante desde el fluido de trabajo hacia el circuito de refrigeración.

Proceso 3-4: Compresión isoentrópica del fluido de trabajo en fase líquida mediante una bomba.

Proceso 4-1: Transmisión de calor hacia el fluido de trabajo a presión constante en la caldera.

Ciclo Brayton o Joule (Turbina de Gas)

Admisión-Compresor: El aire frío entra a la turbina, se comprime y se inyecta en la cámara de combustión.

Cámara de combustión: El aire se calienta por la combustión del queroseno/gas.

Turbina: El aire caliente pasa por la turbina, se expande y se enfría.

Escape: El aire enfriado sale al exterior.

Subsistemas de una Central Térmica Convencional

1. Sistema de Almacenamiento/Procesado de Combustible

   Alimenta la caldera con el combustible necesario modificando sus características físicas y químicas.

2. Sistema de Agua/Vapor

   El agua se transforma en vapor a elevada presión, en este proceso la temperatura del vapor disminuye y pasa al condensador. Sus elementos son: la caldera, la turbina de vapor y el condensador.

3. Sistema de Aire/Gases

   El sistema de aire aporta los elementos comburentes para la cámara de combustión, y el sistema de gases procesa los residuos de la combustión.

4. Sistema de Refrigeración Principal

   Aporta el agua de refrigeración necesaria para asegurar la condensación del vapor procedente del escape.

5. Sistema Eléctrico de Distribución

   Inyecta en la red de distribución la energía eléctrica producida en el turbogenerador.

Centrales Nucleares

Sistemas Auxiliares de una Central Nuclear

1. Sistema de Control Químico y Volumétrico

   Cumple funciones de apoyo en operación normal y funciones de emergencia en caso de accidente, constituyendo parte del sistema de refrigeración de emergencia.

2. Sistema de Aportación de Ácido Bórico

   Tiene por misión procesar y reciclar agua borada y reducir el contenido de los efluentes químicos y productos radiactivos.

3. Sistema de Extracción del Calor Residual

   Consiste en dos trenes iguales y paralelos que aspiran normalmente agua de la rama caliente del sistema de refrigeración del reactor y la descargan en las ramas frías.

Clasificación de Residuos Radiactivos

Se clasifican por el estado físico, por el tipo de radiación emitida, por el período de semidesintegración, por la actividad específica o por la radiotoxicidad. Los residuos se generan en las siguientes actividades: producción de energía eléctrica de origen nuclear; aplicaciones de los radioisótopos en la medicina, industria e investigación; clausura de instalaciones nucleares y radiactivas; y otras industrias que utilizan materias primas que contienen radionucleidos de origen natural.

Etapas de Gestión de Residuos Radiactivos

1. Minimización: Reduce los residuos radiactivos.
2. Tratamiento previo: Recolección, segregación, ajuste químico y la descontaminación.
3. Tratamiento de residuos radiactivos: Reducción de volumen, extracción de radionucleidos y modificación de la composición.
4. Acondicionamiento: Da a los residuos una forma adecuada para su manipulación, transporte, almacenamiento y evacuación.
5. Almacenamiento temporal: Proporciona el confinamiento, la vigilancia y la protección durante un período de tiempo limitado.
6. Transporte: Fuera de la instalación generadora hacia otra instalación.
7. Evacuación: Colocación de los mismos en un almacén definitivo y seguro, sin intención de recuperarlos.

Bombas de Chorro

Proporcionan un caudal forzado de refrigerante a través del núcleo del reactor, para poder producir una mayor potencia de salida. Pertenecen al sistema de recirculación y se encuentran dentro de la vasija y fuera del núcleo del reactor. Se instalan en los reactores tipo BWR.

Interior de un Rodete

Se produce la transformación energética de la máquina, es decir, la energía hidráulica se convierte en mecánica, o a la inversa. La distribución final de las velocidades relativas en el rodete es la composición de las velocidades relativas de los dos tipos de movimiento, que tienen lugar simultáneamente. Cuando ocurre esto se produce la cavitación.

Parámetro de Thomas

σ = (Ha - Hs) / Hn
donde:
Ha = presión atmosférica local, Ha = 10.33mca - A / 900
A = altitud del punto donde se encuentre la turbina
Hs = altura del tubo difusor
Hn = altura neta.
Para turbinas de reacción.

Generador de Vapor

Es un generador de vapor que produce vapor saturado. El agua del circuito primario que proviene de la vasija del reactor llega a la caja de aguas y recorre el interior del haz tubular, cediendo su calor al agua del sistema de alimentación, convirtiéndola en vapor. Este vapor pasa a través de unos separadores de humedad y de unos secadores. Así se obtiene vapor saturado y seco. Sirven para ceder el calor al agua que circula por el circuito secundario y se encuentran en centrales nucleares de agua ligera PWR.