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¿Cómo funciona una central nuclear?

Una central nuclear es una instalación para la obtención de energía eléctrica utilizando energía nuclear.

Su funcionamiento es similar al de una central térmica. La diferencia está en que la fuente de energía de una central nuclear proviene de la fisión nuclear de determinados átomos mientras que en una central térmica la fuente de calor (energía térmica) proviene de la combustión de uno o más combustibles fósiles (carbón , gas natural, fuel ..). Al igual que en una central térmica convencional el calor se utiliza para generar vapor de agua que impulsa una turbina de vapor conectada a un generador que produce electricidad.

La energía térmica que utiliza la central nuclear para generar energía eléctrica es generada por un reactor nuclear. Dentro del reactor se producen, de forma controlada, reacciones de fisión en cadena. El elemento que se fisiona es uranio natural o de uranio enriquecido. El uranio enriquecido es el uranio natural con una proporción del isótopo uranio-235 más alta.

Además del reactor, una central nuclear consta siempre de una turbina de vapor, un alternador, dos o tres circuitos -primario, secundario y terciario- y una o varias torres de refrigeración del fluido condensador, que suele ser agua. La eficiencia total es de entre el 30% y el 40%.

zw01j8bxcg_14Turbina de vapor

torre refrigeracionTorre de refrigeración

Se suele considerar el tiempo de vida de funcionamiento de una central nuclear en unos treinta años. El principal problema que presentan es que no se sabe qué hacer con los residuos nucleares que generan.

¿Cómo funciona una central nuclear?

Puedes verlo en el siguiente vídeo:

 

En una central nuclear, la energía se extrae del núcleo de átomos por medio de su división (fisión nuclear), ya que al romperse desprenden la energía de enlace en el interior del átomo que unía las partículas separadas. La fisión nuclear es provocada de manera artificial y controlada. En ésta, a un átomo de un elemento químico de grandes dimensiones se le dispara un neutrón, una pequeña partícula a una cierta velocidad, que rompe el átomo (rompiendo su núcleo, formado por neutrones y protones enlazados entre ellos por enlaces muy energéticos) en una reacción nuclear exotérmica (con enorme desprendimiento de calor), es decir que se desprende energía en forma de calor (energía térmica).

Para que la energía obtenida sea mayor que la energía utilizada, es necesario que las reacciones nucleares sean reacciones en cadena. Así, aunque se necesite mucha energía para poner en marcha la reacción nuclear en cadena. Una vez la reacción ya está iniciada no se necesita tanta energía para mantenerla, y llega un momento en el que la energía obtenida es superior a la energía utilizada. Para lograr esto es necesario que el elemento químico grande (llamamos pesado, con una elevada masa atómica) sea, además, radiactivo. El elemento que se suele utilizar es un isótopo poco frecuente del uranio.

Por el contrario, es necesario que la reacción en cadena no sobrepase ciertos límites, que la convertirían en peligrosa (bomba atómica). Para ello se emplean los llamados “moderadores” que son sustancias (grafito, agua pesada…) que frenan la velocidad de los neutrones que van a chocar con nuevos átomos de material fisible, impidiendo su fisión.

Esto se hace en el reactor nuclear, donde también se hacen pasar tubos con un fluido llamado refrigerante, que se encarga de transportar el calor (energía térmica) extraído del uranio fuera del depósito, enfriándolo. Con este calor se calienta agua hasta que hierve, y con el vapor de agua a presión se hacen mover las aspas de una turbina, que, a su vez, mueve el eje de un generador de corriente eléctrica. De este modo hemos transformado la energía térmica en energía mecánica. Entonces, el generador eléctrico (o alternador) transforma esta energía mecánica en energía eléctrica (o electricidad).