Central nuclear Atucha I

Introducción

La Central Nuclear Atucha I, primera en su género en Latinoamérica, se encuentra sobre la ribera derecha del Río Paraná de Las Palmas, cerca de la localidad de Lima (Partido de Zárate) y a poco más de 100 km de la Capital federal. Su potencia eléctrica es de 360 megawatt, que se entrega con una tensión de 220 Kilovolts al Sistema Argentino de Interconexión. La dotación de profesionales y técnicos, que opera la Central, además de haber recibido formación en cursos de la Comisión Nacional de Energía Atómica, acredita actualmente una sólida experiencia operativa. Para evaluar debidamente la importancia que reviste la operación confiable de esta unidad nucleoeléctrica, conviene hacer una breve reseña de su funcionamiento. En una central térmica convencional el combustible (carbón, gas o petróleo) se quema para calentar agua y convertirla en vapor. Este vapor a presión entrega su energía a una turbina acoplada a un generador que produce la electricidad. En una central nuclear el combustible "convencional" es reemplazado por un combustible "nuclear", o sea, material que contiene núcleos fisionables. En el caso de la Cenital Nuclear Atucha I se utiliza Uranio Natural, que contiene una proporción de 0,7 % Uranio 235 que es en definitiva el combustible que consume. El calor proviene del proceso de fisión. Se llama fisión a la rotura de núcleos atómicos por el impacto de neutrones, efecto que dispara nuevos neutrones estableciendo la denominada "reacción en cadena". Esta reacción en cadena libera grandes cantidades de energía que, en forma de calor, produce el vapor necesario para mover una turbina, tal como en una central convencional. El reactor de la Central Nuclear Atucha I está refrigerado y moderado con agua pesada, consta de un recipiente de presión y dos circuitos primarios de circulación de agua. El vapor de agua común que acciona la turbina, proviene de dos generadores de vapor. El reactor y los principales componentes nucleares, se encuentran en una esfera de acero de 50 metros de diámetro y 25 milímetros de espesor, y sobre ella una estructura de hormigón armado que podría soportar la caída de un avión. Se emplean además sistemas por triplicado para garantizar la seguridad y el funcionamiento de todos aquellos componentes que procesan material radiactivo. De esta manera, se obtienen factores de seguridad del más alto nivel. Las normas internacionales que se aplican en la Central Nuclear Atucha I, brindan a la población y al medio ambiente que rodean a la instalación nuclear. Se controla y registran cuidadosamente toda emisión al exterior, ya sea de aire utilizado en la ventilación, como agua necesaria para enfriar el condensador. La Central Nuclear Atucha I, con sus 22 años de operación cumplidos se erige como modelo de lo que se puede hacer.

Centrales

Principios de funcionamiento

Esquema de la central nuclear de Atucha

La energía eléctrica obtenida a partir del calor, sé, consigue calentando agua hasta generar vapor, el cual mueve los álabes de una turbina. Esta última gira unida a un generador eléctrico produciendo en su movimiento electricidad. El calor se puede obtener a partir de la combustión de carbón, gas, fuel-oil, o bien a partir de la fisión nuclear de átomos pesados. En las centrales convencionales el combustible se quema en el interior de una caldera rodeada de tubos llenos de agua en los que se produce la ebullición. En una central nuclear, el combustible se encuentra dentro de una vasija rodeada de agua. En algunas centrales nucleares se deja que el agua hierva dentro de la vasija (reactores de agua en ebullición o BWR). En otras el agua se calienta sin llegar a hervir, manteniéndola a presión (reactores de agua a presión o P.W.R.). Este agua se conduce a través del interior de los tubos de un intercambiador de calor (Generador de Vapor). Exteriormente los tubos del generador de vapor se encuentran rodeados por agua del "circuito secundario" la cual entra en ebullición generando el vapor necesario para mover la turbina. El vapor de agua que mueve la turbina no se libera a la atmósfera, sino que es transformado de nuevo en agua en un condensador y recirculado al Generador de Vapor, en un circuito cerrado. Se conocen como P.H.W.R. a las centrales tipo P.W.R. que utilizan "agua pesada" como refrigerante y moderador. Pueden ser con "vasija de presión" (Central Nuclear Atucha II) o con "tubos de presión" (modelo CANDU, como la Central Nuclear Embalse). En la Central Nuclear Atucha I, existen cuatro circuitos de agua:

Circuito Primario: El agua pesada del circuito primario circula a través de los canales refrigerantes donde se encuentra el combustible y se calienta como consecuencia de la fisión nuclear. Este agua se mueve impulsada por una bomba fuera de la vasija hacia los tubos de un Generador de Vapor donde cede parte de su calor a otro circuito de agua (circuito secundario) y retorna de nuevo a la vasija para volver a calentarse. Existen dos circuitos iguales.

Circuito Moderador: El agua pesada de este circuito cumple la función de reducir la velocidad de los neutrones producidos por la fisión nuclear, a través de sucesivos choques capaces de extraerles energía sin absorberlos. Además extrae parte del calor generado por la fisión. El agua del moderador se mueve impulsada por una bomba hacia un intercambiador de calor donde cede su calor al circuito secundario, para retornar a la vasija nuevamente. Existen dos circuitos idénticos.

Circuito Secundario: Este circuito de agua común desmineralizada, recoge el calor cedido por el agua de los circuitos moderador y refrigerante, vaporizándose en el Generador de Vapor. Este vapor cede su energía a los álabes de la turbina, que a su vez hace girar el generador eléctrico produciendo energía, enfriándose y perdiendo presión para entrar en el condensador. Aquí se convierte en agua que es recogida por bombas e impulsada nuevamente al Generador de Vapor. Cabe hacer notar, que el agua del circuito secundario nunca se mezcla con el "agua pesada" de los circuitos primario y moderador. Existen dos circuitos similares.

Circuito De Refrigeración: Para conseguir la condensación del vapor procedente de la turbina se emplea agua del río Paraná de las Palmas. Este agua es impulsada por tres bombas a los tubos del condensador, desde donde retorna nuevamente al río, pasando por una turbina hidráulica.

El emplazamiento Atucha

Pertenecen a este emplazamiento la Central Nuclear Atucha I de 357 MWe de potencia aportando al Sistema Argentino de Interconexión (SADI) desde 1.974; y la Central Nuclear Atucha II de 745 MWe en etapa de construcción.

La Central Nuclear Atucha I emplea mezcla de uranio natural (0,72 %) y uranio levemente enriquecido al 0,85 %. Es refrigerada y moderada con agua pesada (D₂O). Pertenece al tipo de reactores P.H.W.R. (reactor de agua pesada presurizado). El constructor principal fue Siemens AG, de la República Federal de Alemania. El diseño de la Central está basado en uno del tipo P.W.R. (reactor de agua a presión) y la experiencia ganada en el reactor alemán M.Z.F.R. de 50 MWe. El núcleo del reactor está compuesto de 252 posiciones con canales refrigerantes. Dentro de cada uno de ellos se alojan los Elementos Combustibles que contienen el uranio en forma de pastillas de dióxido de uranio (UO₂) sintetizadas.

El recambio del combustible se realiza durante la operación normal a un promedio de 1,2 Elementos Combustibles por día a plena potencia.

Entre los logros más importantes de la Central Nuclear Atucha I merecen destacarse:

Continuar en búsqueda de la excelencia realizando "Talleres de Trabajo" y "Revisiones Internas" en la Central con la participación de especialistas extranjeros.

Tener en ejecución un programa de actualización de la instalación con seguimiento del comportamiento de sus equipos y componentes cumplimentando los requisitos del Ente Regulador y obteniendo la alta disponibilidad de la Central.

Necesidad de las centrales nucleares

Es un hecho probado que en un país, cuando el consumo de bienes y servicios por habitante aumenta, el uso de energía eléctrica también aumenta. En Argentina la demanda de electricidad se ha incrementado de manera similar al aumento del consumo por habitante (pero siempre manteniéndose por encima de éste). En nuestro país la energía nuclear, con sólo 2 máquinas, cubre un 13,51 % de la producción eléctrica, mientras que un 35,50 % proviene de generación hidroeléctrica (con más de 80 máquinas) y el resto, un 50,99 % es de origen convencional (carbón, petróleo y gas) con más de 160 máquinas.

Conservación del medio ambiente

El efecto invernadero, producido por las emisiones de CO₂ a la atmósfera en los procesos de combustión y, en general, la sensibilización mostrada por la población mundial acerca de la contaminación ambiental y el daño irreparable que el hombre está causando a su entorno, son algunas de las razones que justifican la necesidad de generar energía eléctrica de la forma más limpia posible. Todas las actividades desarrolladas por el hombre generan algún tipo de impacto ambiental que afectan directa o indirectamente sobre la salud humana. Las centrales térmicas convencionales- ya sean de carbón, petróleo o gas natural- liberan a la atmósfera productos residuales de estos combustibles fósiles, en forma de óxidos de azufre y nitrógeno altamente contaminantes así como el CO₂, originante del efecto invernadero. Las emisiones de gases de las centrales nucleares, son prácticamente nulas al no existir un proceso de combustión convencional. De las centrales productoras convencionales, las de gas natural son las menos contaminantes, pero como contrapunto, utilizan un combustible que es escaso en temporada invernal y a la vez es necesario para el uso doméstico y la industria petroquímica. Para operar la C.N.A. I, durante un año al máximo de su capacidad se requiere de unas 66Ton. de uranio natural. Si se pretendiera generar la misma energía en una máquina térmica equivalente que emplee fuel-oil, debería utilizar unas 765.000 Ton. De dicho hidrocarburo, el cual liberaría al medio ambiente: 202.200 Ton. De CO₂, 36.000 Ton. De SO₂, 4.830 Ton. De NO y 2.500 Ton de cenizas.

Otras fuentes de energía

El funcionamiento de centrales de carbón, hidráulicas y nucleares, como la Central Nuclear Atucha, ha hecho posible que se reduzca notablemente el consumo de derivados del petróleo en las centrales termoeléctricas. De esta forma el petróleo puede ser utilizado para otros consumos irreemplazables. A su vez nuestro territorio tiene una gran cantidad de mineral de uranio, que no posee otra utilización pacífica que el uso en las centrales nucleares de producción de energía eléctrica. Si bien existen otras fuentes de energía alternativas, tales como la energía solar, eólica, mareomotriz, etc., éstas deben profundizar su desarrollo tecnológico, de manera tal que puedan ser utilizadas a escala industrial y comercial a precios competitivos. Para ésto serán necesarias inversiones importantes y más tiempo de experimentación para lograr una fuente confiable de energía eléctrica. Una cosa es que la energía esté ahí, y otra muy distinta que se pueda usar industrialmente de forma económica, fiable, segura y limpia. Esto último exige un largo período de desarrollo. Para alcanzar la madurez tecnológica actual de las centrales nucleares se ha requerido un vasto programa de investigación, alentando en primer lugar por los países desarrollados y luego por el aporte de la experiencia de más de cuarenta años, de los países que cuentan con centrales nucleares. Por lo expuesto no es de esperar que las fuentes de energía renovable alcancen una madurez tecnológica equivalente hasta más allá del año 2.020

La fisión

Esquema de la fisión nuclear

La materia está compuesta por átomos, cada uno de los cuales está formado por un núcleo central y una serie de electrones que giran alrededor del mismo. El núcleo está compuesto por protones y neutrones, siendo el número de protones igual al de electrones. El número de electrones, protones y neutrones que tiene un átomo depende del elemento de que se trate; por ejemplo, el átomo de carbono no tiene el mismo número de electrones, protones y neutrones que el átomo de uranio. La suma del número de neutrones más el número de protones se llama "número másico". Cuando dos átomos tienen el mismo número de protones pero distinto número de neutrones, se les llama "isótopos"; El uranio tiene vario isótopos, como el U233, U235, Y U238. El átomo es tan pequeño que, si lo comparamos con una cereza, existiría la misma diferencia de tamaño que existe entre un balón de fútbol y la Tierra. El núcleo de un átomo es muy difícil de partir (fisionar). Los únicos núcleos que se pueden fisionar con relativa facilidad son los de los átomos más pesados y de número másico impar, como el U235 Y Pu239. Un núcleo pesado, al romperse en dos partes, produce calor y desprende dos o tres neutrones nuevos, que a su vez pueden chocar con otros núcleos pesados produciendo más fisiones. Esto es lo que se llama "reacción en cadena". El uranio neutral que se saca de las minas tiene 0,72 % de átomos de U235 y el 99,28 % de átomos de U238, es decir, de cada 143 átomos de uranio, solamente hay uno de U235 que se puede fisionar. Hay algunos materiales, como el boro, que tienen la propiedad de atraer y capturar los neutrones con mucha facilidad. Estos materiales se llaman "absorbentes de neutrones" y se utilizan en los reactores nucleares como elementos de control en forma de barras, o disueltos en el moderador, que es el encargado de frenar la velocidad de los neutrones

Editor: Ricardo Santiago Netto (Administrador de Fisicanet).

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