L'enginyeria mecànica té un paper fonamental en la indústria de l'energia nuclear, on la precisió, la seguretat i l'eficiència són molt importants.
En una central nuclear, l'energia es genera mitjançant la fissió nuclear, un procés on nuclis d'àtoms es divideixen en nuclis més petits, alliberant una quantitat significativa d'energia.
Per controlar aquesta reacció i garantir-ne la seguretat, s'utilitzen diversos mecanismes que uneixen la mecànica clàssica amb la física nuclear:
1. Reactor nuclear: introducció de les barres de control
El reactor nuclear és el cor duna central nuclear. Al seu interior, es troben les barres de combustible, generalment d'urani enriquit, que en ser bombardejades amb neutrons, inicien la fissió nuclear.
Per controlar la taxa de reacció i evitar sobreescalfaments, es fan servir barres de control fetes de materials com el bor o el cadmi, que absorbeixen els neutrons i ajusten l'activitat nuclear.
Automatització
A molts reactors, el procés d'introducció de barres de control pot ser controlat automàticament per sistemes de control computats que monitoren constantment l'activitat nuclear i la temperatura del reactor.
Elements mecànics
Els sistemes mecànics que realitzen el moviment de les barres de control solen incloure:
-
Actuadors i sistemes hidràulics: Aquests actuadors poden proporcionar un control fi i precís.
-
Motors elèctrics: Aquests motors poden ser controlats electrònicament per aconseguir un moviment suau i precís.
-
Sistemes d'engranatges: es poden utilitzar els sistemes d'engranatges per transmetre l'energia del motor o l'actuador hidràulic a les barres de control.
-
Guies i estructures de suport: aquests components asseguren que les barres es moguin a la direcció desitjada sense desviacions no desitjades.
2. Sistema de refrigeració
La calor generada al reactor nuclear ha de ser controlada per evitar danys als components i garantir un funcionament segur. Per això s'utilitza un sistema de refrigeració que circula un fluid, generalment aigua, a través del reactor per absorbir la calor.
Per aquesta raó, els principis i les lleis de la mecànica de fluids juguen un paper fonamental en el disseny de bombes, vàlvules i canonades en aquest sistema.
L'enginyeria mecànica garanteix que aquests components siguin resistents a la radiació i les altes temperatures.
A continuació es mostra una descripció dels principals elements mecànics al sistema de refrigeració:
Bombes de circulació
Les bombes de circulació impulsen el refrigerant a través del circuit de refrigeració. Aquestes bombes estan dissenyades per manejar grans volums de refrigerant i proporcionar el flux necessari per refredar el reactor i altres components.
Mecànicament han de ser robustes i fiables, ja que la fallada d'una bomba podria tenir conseqüències greus.
Intercanviadors de calor
Els intercanviadors de calor estan dissenyats per transferir calor entre el refrigerant que circula pel reactor i un altre mitjà, generalment aigua o vapor daigua, que sutilitza per generar energia.
Aquests intercanviadors poden ser de diversos tipus, com ara tubs i aletes o plaques.
Canonades i vàlvules
El sistema de refrigeració utilitza una xarxa de canonades, vàlvules i pressòstats per transportar i regular el flux de refrigerant.
Les canonades han de ser resistents a la radiació ia les altes temperatures, i les vàlvules han de ser capaces de controlar el flux amb precisió.
Condensadors (en sistemes de circuit obert)
A les centrals nuclears de circuit obert, es fan servir condensadors per convertir el vapor d'aigua en líquid, alliberant així la calor.
Els condensadors són components mecànics que involucren el pas del vapor mitjançant una sèrie de tubs i superfícies d'intercanvi de calor.
Ventiladors i sistemes de refrigeració auxiliars
Per mantenir la temperatura adequada al sistema de refrigeració ia l'àrea circumdant, s'utilitzen ventiladors i sistemes de refrigeració auxiliars.
Aquests components mecànics ajuden a controlar la temperatura ia mantenir els nivells de pressió adequats al sistema.
Sistemes de filtració
Els sistemes de refrigeració també poden incloure sistemes de filtració mecànica per eliminar impureses i partícules del refrigerant, evitant obstruccions a les canonades i el desgast prematur dels components.
3. Generador de vapor i turbines
La calor retirada del reactor pel sistema de refrigeració s'utilitza per escalfar aigua i produir vapor d'alta pressió. Aquest vapor es dirigeix cap a una turbina mecànica.
Les turbines de vapor converteixen lenergia cinètica del vapor en energia mecànica, que després es converteix en electricitat mitjançant un generador elèctric.
4. Sistema de seguretat
La seguretat a les centrals nuclears és prioritària. S'instal·len mecanismes de seguretat com vàlvules d'alleujament de pressió, sistemes d'extinció d'incendis i sistemes de suport per garantir que, en cas d'una emergència, la central es pugui apagar i refredar de manera segura.
