Informe técnico-Energia Nuclear-Contino,Echegaray-5to C

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IPET N°267 "ANTONIO GRAZIANO"
Informe de investigación
Generación de energía eléctrica en una
central nuclear
Contino,Luz.
Echegaray,Tatiana.
Electrotecnia II/Lengua y Literatura 5°"C"
Ciclo lectivo-2021
1
ÍNDICE GENERAL
Resumen……………………………………………………………….3
Introducción…………………………………………………………...4;5
Marco teórico …………………………………………………………6;7
Reseña histórica ……………………………………………………..7;8
Partes de una central nuclear ……………………………………. 8;9
Centrales preexistentes……………………………………………. 10:11
Funcionamiento de la central………………………………………11;12
Producción …………………………………………………………...13
Aspectos positivos y negativos…………………………………... 14 a 16
Conclusiones…………………………………………………... ….. 16;17
Anexos …………………………………………………... ……….. 18 a 21
Referencias webgraficas …………………………………………. 22
2
Resumen
En dicho informe la energía nuclear, se tomará como objeto de
estudio,centralizando la obtención de energía eléctrica a partir de está.
Analizaremos su funcionamiento, componentes o partes que constituyen una
central nuclear, y sus aspectos positivos y negativos en relación a los
distintos tipos de energías, que generan electricidad.
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Introducción
Si bien la energía eléctrica se ha transformando en un elemento
imprescindible para la actualidad, se esta estudiando como generarla,
cuidando los recursos, y haciendo un uso más eficiente de la energía.
Por otro lado, la energía nuclear nos ofrece una energía confiable, con
abastecimiento asegurado de combustible y ambientalmente sustentable.
Para lograr demostrarlo, hemos estado investigando, analizando y
seleccionando información, que se detallara en el siguiente informe.
Se define como la energía generada a partir de reacciones nucleares.Dicha
energía liberada en forma de calor como producto de estas reacciones se
aprovecha para generar energía mecánica, y así poner en funcionamiento el
generador que transformara la energía en eléctrica.
Si bien el principio de funcionamiento de una central nuclear es relativamente
sencillo. Es la tecnología aplicada la que es compleja, debido a los
fenómenos físicos en juego, las potencias alcanzadas y las medidas de
seguridad necesarias para garantizar en todo momento, tanto la seguridad de
los trabajadores y de la población, como la protección del medio ambiente.
Podríamos decir que los inicios de la energía nuclear se remontan a la
filosofía griega, ya que fueron los filósofos los primeros en darle una
definición al átomo. Pero se decidió darle énfasis luego del bombardeo a las
ciudades de Japón, donde se demostró el potencial de esta.
La energía nuclear no es sólo el producto de un proceso físico-químico,
sino que conforma una de las formas del desarrollo científico-tecnológico
mas avanzados, ya que además de la producción de la energía eléctrica
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contribuye con el avance de otras disciplinas y ciencias, como la ingeniería, la
metalúrgica, la siderurgia, la mecánica y la medicina, entre otras. Impactando
favorablemente en el desarrollo de sectores de salud, agrícola e industrial.
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Marco teórico
Principio de funcionamiento
Para responder a nuestra pregunta planteada, primero debemos conocer
como se opera la energía nuclear, y como se la aprovecha para la generación
de la energía eléctrica. Está se obtiene a partir de reacciones nucleares en
cadena realizadas en un reactor que las contiene, debido a su alta
reactividad, donde liberan energía almacenada en el núcleo de un
átomo,estas son la fisión o fusión nuclear. Un átomo es una partícula que
posee un núcleo donde se encuentran los neutrones (partículas sin carga), y
protones (partículas con carga positiva) y a su alrededor orbitando los
electrones (partículas con carga negativa).
La fusión es el proceso por el cual varios núcleos de átomos se unen para
formar uno más grande. Por el contrario, la fisión(Fig. 1) es el proceso en
donde los núcleos de los átomos se separan para formar uno más pequeño.
Enrico Fermi y sus colaboradores, fueron quienes descubrieron las
primeras fisiones artificiales, mediante el bombardeo de Uranio con
neutrones, donde obtenían núcleos de bario como producto de la división de
los núcleos de Uranio. Consiguiendo la primera fisión nuclear controlada.
Años más tarde, Joliot Curie descubrió que en dicha reacción, además del
bario se emitían neutrones secundarios, haciendo factible la reacción en
cadena. Sin embargo, quienes consiguieron explicar este fenómeno fueron
Lise Meitner, Otto Hahn y Fritz Strassmann.
De este modo, se aprovecha la energía liberada de estas reacciones en
cadena en forma de vapor de agua, para activar un grupo turbina-generador
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que convertirá la energía calorífica en energía mecánica, y posteriormente en
eléctrica a través de un generador eléctrico. Terminado este proceso se
enfriará el vapor de agua, regresando al punto de inicio para volver a
comenzar con el mismo proceso.
Breve reseña histórica
Si bien actualmente la energía nuclear, es empleada para contribuir con la
demanda de la energía eléctrica, en sus principios se utilizó con fines
militares, para desarrollar un nuevo tipo de arma, una bomba atómica. Está
se dio durante la segunda guerra mundial, cuando Estados Unidos lanzó las
bombas sobre las ciudades, de Hiroshima, y Nagasaki. Impactando y
destruyendo las ciudades por completo. Posteriormente a estos eventos, se
establecieron tratados donde se proponía hacer un uso pacífico de esta
energía, sin embargo, no fue fácil que los países de mayor potencia
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accedieran a dichas condiciones. Pero finalmente luego de varios años se
logró concretar, promoviendo el desarrollo de la energía nuclear para la
generación de la energía eléctrica. Fue Gran Bretaña quién instaló en 1954
la primera central nuclear comercial de la historia, si bien años antes se
habían fabricado los primeros reactores nucleares, por empresas
estadounidenses, los cuales fueron empleados para la propulsión de buques,
tanto de uso militar como civil. A partir de entonces, este tipo de centrales se
han extendido por el mundo y se han convertido en una fuente de producción
de electricidad importante en muchos países.
Componentes de una central nuclear
Una central nuclear está constituida por un reactor nuclear(Fig.2), allí se
encuentra alojado el uranio enriquecido(combustible)para concretar las
reacciones en cadena de la fisión . Dicho uranio se encuentra en forma de
pastillas cilíndricas dentro de unos tubos de aproximadamente cuatro metros
de longitud, que se unen para formar elementos de combustible que
constituyen el núcleo del reactor(Fig.3). Una vasija de acero, donde a su vez
el reactor nuclear se aloja, denominada vasija del reactor. Un presionador,
componente del circuito de refrigeración primario, en el que se mantienen en
equilibrio la fase líquida y la fase vapor en condiciones de saturación.Barras
de control, que controlan en todo momento la población de neutrones y la
reactividad del reactor. Generadores de vapor, los cuales ceden la energía del
agua de refrigeración del circuito primario, que circula por los tubos, al agua
del circuito secundario, transformándose en vapor de agua. Por un
intercambiador de calor, denominado condensador, conformado por un
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conjunto de tubos por los que circula el agua de refrigeración. Una torre de
refrigeración, que permite liberar hacía a la atmósfera( que actúa como foco
frío) una parte del calor residual, es decir, que se encarga de enfriar el agua
que circula por el condensador. Agua de refrigeración, encargada de licuar el
vapor de agua en el condensador, siendo agua que formo parte de un río,
embalse o mar. La cual puede ser devuelta a su origen (ciclo abierto) o ser
reutilizada mediante la torre de refrigeración (ciclo cerrado). Un edificio de
contención, que alberga el sistema de refrigeración del reactor y diversos
sistemas auxiliares, con la función de impedir la fuga de productos
contaminantes hacia el exterior. Un equipo turbina-alternador, los cuales se
encuentran acopladoseje con eje. La turbina se emplea para transformar el
vapor de agua recibido desde el condensador, en energía mecánica de
rotación, siendo su rotación de 1500 rpm. Por el contrario, el alternador,
convierte dicha energía mecánica, en energía eléctrica de media tensión y
alta intensidad. Cuya energía eléctrica elevara su tensión, gracias al
transformador, para minimizar las pérdidas de su transporte hasta los puntos
de consumo.
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Centrales preexistentes
En Argentina contamos con 3 centrales de este tipo, una de las principales es la
Central Nuclear Atucha I, situada en el partido de Zarate,Buenos Aires. Esta fue la
primera central nuclear de América Latina. Es refrigerada y moderada con agua
pesada (D20) y pertenece al tipo de reactores PHWR (reactor de agua pesada
presurizada). Cuenta con una potencia eléctrica de 362 megavatios y emplea como
combustible uranio levemente enriquecido al 0,85%. El núcleo del reactor está
compuesto por 252 posiciones con canales refrigerantes. Dentro de cada uno de
ellos, se alojan los elementos combustibles en forma de pastillas de dióxido de
uranio (UO2) sinterizadas. Atucha II, se encuentra situada en el mismo complejo
que la Central Nuclear Atucha I.Con una potencia de 745 MW, a base de uranio
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natural y agua pesada. Sin embargo, esta a diferencia de Atucha I, posee un diseño
y construcción más moderna, cuenta con sistemas de seguridad actualizados; con el
concepto de defensa en profundidad con barreras sucesivas; esfera de contención;
separación física entre sistemas de seguridad, y un programa de vigilancia en
servicio. En la costa sur del Embalse del Río Tercero nos encontramos con otra
Central Nuclear, de tipo CANDU (Canadian Uranium Deuterium), pertenece al tipo
de centrales de tubos de presión, que emplea como combustible el uranio natural y
su refrigerante y moderador es el agua pesada.Suministra la energía suficiente para
cumplir con los requerimientos de 3 a 4 millones de personas.
A nivel mundial podemos encontrarnos con diversas centrales, actualmente la
central de mayor extensión se encuentra en Japón, en los pueblos de Kashiwazaki y
Kariwa. Cuenta con una salida de 8.212 MW. Siendo capaz de proveer de
electricidad a 16 millones de hogares, sobre un total de 47 millones de hogares
existentes en Japón. Dentro de las de mayor extensión podemos hacer mención de
la central nuclear Bruce, situada en Bruce County, en la provincia de Ontario,
Canadá, Zaporizhia, en Ucrania, Hanul, en Corea del Sur, entre otras.
Funcionamiento de la central
Dentro del reactor nuclear, se genera calor, gracias al efecto de la fisión en cadena,
que se produce cuando los núcleos de los isótopos fisionables de uranio 235, son
impactados por neutrones, provocando su ruptura, y dando lugar a la aparición de
nuevos isótopos
(llamados productos de fisión) y de neutrones. Que a su vez, impactaran sobre otros
átomos de uranio(reacción en cadena). La elevación de temperatura generada por la
fusión, se mantiene constante le transfiere el calor a los generadores de
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vapor(reactor de agua a presión ) o al interior de la vasija(reactor de agua en
ebullición), cuyo vapor impulsa grandes turbinas. Acopladas a un generador
eléctrico , permiten concretar el proceso de producción de electricidad. Finalmente el
vapor se dirige al condensador, para que el agua condensada regrese al generador
para completar nuevamente el ciclo. (Fig 4)
Existen dos tipos de centrales nucleares:Las centrales de reactores a presión, y las
de reactor de agua en ebullición.
Reactores de agua a presión(PWR): Siendo los más abundantes entre las diversas
centrales.Estos operan de manera que el agua calentada por el combustible nuclear,
pase al generador de vapor, donde el calor del agua del circuito primario se
transfiere hacia el agua del circuito secundario para convertirla en vapor.El vapor
que sale del generador de vapor se utiliza para mover una turbina que mueve un
generador eléctrico. El mismo se enfría en un condensador ,obteniendo nuevamente
agua líquida para ser bombeada hacia el generador de vapor.
Reactores de agua en ebullición(BWR): A diferencia del anterior, estos generan el
vapor en el propio reactor, ya que alcanza la ebullición en el núcleo. Su
funcionamiento se basa en que el combustible nuclear hace hervir el agua
produciendo vapor.Cuyo vapor asciende hacia una serie de separadores y
secadores que lo separan del caudal del agua de refrigeración, reduciendo el
contenido de humedad del vapor. El vapor seco fluye entonces en dirección a la
turbina que mueve el generador eléctrico. El mismo sale de la turbina pasa por un
condensador que lo enfría obteniéndose nuevamente agua líquida, impulsada
mediante bombas de nuevo hacia el interior de la vasija que contiene el núcleo.
Producción
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La central nuclear, se encuentra dentro de las de base, por lo tanto entrega energía
permanentemente. Se está analizando, si añadirla a la matriz energética, debido a
que como su fuente de combustible, esta asegurada, no libera gases contaminantes,
y proporciona una gran cantidad de energía, que contribuye a la demanda de
energía eléctrica, además de su eficiencia. Aunque en algunos casos genera
desconfianza su instalación, por su alto nivel de seguridad, y los desastres que
provocaría un accidente. Sin embargo, aún se sigue investigando las maneras de
generarla sin producir impactos hacia el medio ambiente, como lo es en el caso de
la utilización de combustibles fósiles para su transporte, puede contribuir un aporte
extraordinario.
A lo largo del año 2015 la generación de energía eléctrica en Argentina fue un 47%
a partir de gas natural, un 31% a partir de hidráulica, 16% combustibles líquidos, 5%
nuclear, 1,5% carbón mineral y 0,7% renovable. Actualmente la energía nuclear
representa en Argentina aproximadamente un 8%, y a nivel mundial alrededor de un
11,5%. Debido a que países de gran potencia, tales como China, India, Rusia, Corea
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del Sur, Finlandia y Francia, a pesar de los problemas medioambientales la
consideran esencial para el presente y futuro.
Ventajas y desventajas
Actualmente a nivel mundial, la energía nuclear contribuye un 17%, para la
produccion de energia electrica. Posee una fuente de combustible con
abastecimiento asegurado, lo que la hace una energía segura, potente y limpia .
Veremos algunas de las ventajas y desventajas que nos proporciona la energía
nuclear o nucleoeléctrica.
Ventajas:
-No produce emisión alguna de dióxido de carbono, por lo cual no contribuyen al
efecto invernadero, que se considera uno de los principales factores que incrementa
el calentamiento global. Solo emite durante la generación de la energía un
inofensivo vapor de agua a la atmósfera.
-La posibilidad de reutilizar los elementos combustibles que aún contienen energía
aprovechable. Para ello son aislados del medio ambiente, en almacenamientos
húmedos o secos adyacentes a la planta.
- Otra ventaja radica en que con poca cantidad de combustible se obtienen grandes
cantidades de energía. Esto implica un ahorro en materia prima, en transportes,
extracción y manipulación de uranio.
-El acondicionamiento de los residuos nucleares, mediante la reducción del
volumen, la eliminación de los radionucleidos, y los cambios en la composición del
residuo, para posteriormente obtener un producto que se pueda almacenar o
transportar con menor riesgo.
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-La generación de esta es de bajo costo, ya que tecnologías como la nuclear o la
hidroeléctrica tienen un costo de inversión inicial muy alto pero amortizado por los
costos del combustible a lo largo de su ciclo de vida, en el caso específico de la
nuclear, por el alto rendimiento de sus elementos combustibles.
-Su producción es constante. Al contrario que las energías renovables ,como la solar
que no se puede generar por la noche o la eólica que no se puede generar sin
viento, su producción es enorme y constante durante cientos de días seguidos. El
90%del año, excluyendo recargas y paradas de mantenimiento programadas, la
energía nuclear funciona a pleno rendimiento.
-Es casi inagotable. Expertos consideran que la deberíamos clasificar como
renovable, dado que las reservas de uranio actuales permitirían seguir produciendo
la misma energía que ahora durante miles de años.
-Se reduce la dependencia del petróleo, debido a que el hecho de producir más
cantidad de electricidad y otras energías, como la térmica, con energía atómica hace
que se reduzca el uso de combustibles fósiles para obtener electricidad. Algo muy
conveniente en la actualidad porque se están consumiendo más combustibles
fósiles de los que se producen, por tanto nos estamos quedando sin reservas.
Desventajas:
-Una de las principales desventajas aún no resuelta, es la producción de residuos
peligrosos. Tanto para la salud como para el medio ambiente en general. Ya que los
residuos radiactivos son muy contaminantes, mortales y tardan miles de años en
degradarse, lo que hace que su gestión sea muy delicada.
-Las centrales nucleares están dotadas de grandes medidas de seguridad, sin
embargo pueden ocurrir accidentes y, en ese caso, resultar muy graves, para la
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población civil e incluso la vida animal debido a la contaminación radiactiva. Un claro
ejemplo de ello, es lo ocurrido con el reactor nuclear de Chernobyl.
-Como ya mencionamos, si bien la generación en sí, de esta energía no es costosa,
la tecnología aplicada y la creación de estas, si lo es.
-Aumenta nuestra dependencia de uranio. Habitualmente se emplea, y cada vez
está más extendido su uso en todo el mundo, por lo que el uranio cada vez será
más demandado. Implicando una sobreexplotación al punto en el que las reservas
no serán suficientes y aparecerá una gran dependencia, pudiendo variar mucho los
precios y la disponibilidad.
-Pese a que no se utilizan combustibles fósiles, para la generación de esta,no se
ahorra en su transporte, y el transporte de los combustibles requeridos.
Conclusión
En base a lo analizado en el presente informe, podemos concluir que la energía
nuclear, si bien emplea combustibles fósiles, para el transporte, y requiere de un
sistema de seguridad específico, capaz de prevenir cualquier suceso. Analizando los
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lugares donde se construirá dicha instalación, los sistemas requeridos, y varias
cuestiones necesarias, en cuanto a su impacto.Nos ofrece una energía con
abastecimiento asegurado de combustible, para miles de años más, siendo de gran
poder, sumamente eficiente, competitiva y limpia, en cuanto a los gases que
produce. Por lo tanto es de confianza y una buena alternativa, teniendo en cuenta
las tecnologías que deben aplicarse. Siendo la única fuente de energía que puede
sustituir una parte significativa de los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas)
que contaminan masivamente la atmósfera y contribuyen en el efecto invernadero.
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Anexos
Sinterización: proceso de fabricación de piezas sólidas moldeadas.
Isótopo: Átomo que pertenece al mismo elemento químico que otro, con mismo
número atómico, pero distinta masa atómica.
Radionucleidos: Forma inestable de un elemento que libera radiación a medida que
se descompone y se vuelve más estable.
Reactor nuclear: Instalación que aloja el combustible, y retiene la reacción en
cadena.
Tensión: Diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito.
Transformador: Equipo que reduce o aumenta la tensión, para minimizar las
perdidas de corriente.
Radioactividad: La radiactividad es el proceso por el cual un núcleo atómico
inestable pierde energía mediante la emisión de radiación.
Efecto invernadero: fenómeno natural por el que gases determinados que componen
la atmósfera retienen parte de la energía solar reflejada por el suelo, absorbiendo y
transformándola en un movimiento molecular interno que produce un aumento de la
temperatura.
Combustibles fósiles: Restos procedentes de la biomasa producida en eras
pasadas, y que han sufrido procesos de transformación, por aumento de presión y
temperatura, hasta la formación de sustancias de gran contenido energético.
Turbina: motor rotativo que convierte en energía mecánica la energía cinética de una
corriente de agua, vapor de agua o gas.
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MW: Megavatio, magnitud que mide la potencia eléctrica, equivalente a un millón de
vatios.
Figura 1 Figura 2
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Figura 3
20
Figura 4
21
Referencias
Webgrafía/Bibliografía:
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