Los principios de la energía nuclear son bastante sencillos de entender y se rigen por leyes de la física bien entendidas. En términos simples, la materia y la energía son intercambiables, lo que significa que hay una gran cantidad de energía encerrada en la materia. Esta es la energía que liberan las centrales nucleares; todas las centrales nucleares hacen esto, incluidos los reactores de agua a presión (PWR), que son el tipo más común de reactor.
Los reactores nucleares desencadenan reacciones en cadena, utilizando neutrones como pequeñas balas para dividir los átomos de uranio, liberando la energía almacenada en los átomos en forma de calor. Tome esta energía, caliente un poco de agua y use el vapor generado para hacer girar una turbina y generar electricidad; es realmente simple. Es importante destacar que, a medida que buscamos reducir las emisiones de carbono, la energía nuclear se considera limpia.
Sin embargo, si bien los principios de generación de electricidad a partir de cualquier tipo de reactor nuclear son inamovibles, todavía existen diferentes enfoques de ingeniería que dictan la arquitectura y, por lo tanto, también el tipo de reactor nuclear.
Los tipos más comunes de reactores utilizan agua como medio para generar energía y como refrigerante para el núcleo. Este tipo de reactor representa alrededor del 95% de los reactores civiles del planeta. Sin embargo, son las subdivisiones dentro de este las que también definen qué tipo de reactor nuclear es. Como se señaló, los más comunes son los PWR, que representan aproximadamente el 70% de todos los reactores comerciales en funcionamiento.
¿Cómo funcionan los reactores de agua a presión?
Una característica definitoria de un PWR es su arquitectura de doble circuito de agua. Como sugiere el nombre, este tipo de reactor utiliza dos circuitos de agua aislados. Uno de ellos es el circuito de refrigerante, que es donde la parte “presurizada” del nombre cobra relevancia. Este circuito está presurizado hasta aproximadamente 150 bar o aproximadamente 2176 psi. La razón por la que este circuito está presurizado es prácticamente la misma razón por la que el sistema de refrigeración de un automóvil está presurizado: la presión eleva el punto de ebullición del agua. En el caso de los reactores nucleares, esto permite que el agua alcance temperaturas de aproximadamente 617°F sin hervir.
El segundo circuito de agua es el que hace girar las turbinas, por lo que se necesita vapor. Por eso el “bucle de vapor” está menos presurizado. Sin embargo, a diferencia del circuito de refrigerante, en el que el agua se calienta a medida que pasa a través del núcleo del reactor, el circuito de refrigerante calienta el circuito secundario a través de un intercambiador de calor. Debido a que el circuito de vapor opera a una presión más baja, produce vapor a temperaturas más bajas. Este es el vapor que impulsa las turbinas y produce la electricidad. Por supuesto, el proceso de transferir calor a través de los circuitos también elimina calor del agua refrigerante, que luego regresa a través del núcleo y así sucesivamente.
El agua en el circuito de refrigerante también actúa como moderador para gestionar la reacción en cadena dentro del reactor. Para lograr esto, se agrega ácido bórico al agua refrigerante; La concentración de ácido se controla de cerca y se ajusta mediante un sistema de inyección.
De los submarinos a la red global: el ascenso del PWR
A pesar de su dominio en el sector de la energía nuclear comercial, los PWR en realidad pueden rastrear su herencia hasta la década de 1950, cuando fueron diseñados para la primera generación de buques de propulsión nuclear de la Marina de los EE. UU. El primer barco que navegó (o se sumergió) bajo energía nuclear fue el USS Nautilus, encargado el 30 de septiembre de 1954, un submarino que tuvo un gran impacto en la evolución de la guerra naval.
La energía nuclear brinda a los buques de la Armada una gran ventaja al liberarlos esencialmente de la necesidad de reabastecerse de combustible continuamente. Aunque cuando es necesario repostar combustible, se necesita una cantidad excesiva de tiempo para repostar un portaaviones de propulsión nuclear, por ejemplo. Para los submarinos, el hecho de que la energía nuclear no requiera oxígeno también es una gran ventaja.
Los PWR comerciales modernos todavía utilizan los mismos principios de diseño. Hay un par de razones principales por las que los PWR son el tipo más común de reactor nuclear. En primer lugar, hay que considerar los “bucles de agua” separados. Como nunca entran en contacto directo, las posibilidades de fugas de agua radiactiva se reducen considerablemente. El segundo es la simplicidad; al menos en términos de energía nuclear, se considera que son más fáciles de operar y tienen más control sobre la reacción nuclear, lo que sólo puede considerarse algo bueno.
Sin embargo, este tipo de reactor tiene algunas desventajas. Son costosos de construir debido a la necesidad de mantener la presión en el sistema. El uso de ácido bórico también puede provocar algunas dificultades operativas. El ácido bórico es agresivamente corrosivo y puede hacer que los metales se disuelvan en el refrigerante, donde se vuelven radiactivos.
