Menu

Turbina d'una central nuclear

Central nuclear d'Cattenon,
França

Com funciona una central nuclear?

El funcionament d'una central nuclear és semblant a el de qualsevol altra central tèrmica. Una planta nuclear és un tipus de central tèrmica. La seva funció és generar energia elèctrica.

Com funciona una central nuclear?

Hi ha diversos tipus de centrals, però a la base funcionen igual:

  1. Generar reaccions nuclears. S'obté energia tèrmica.
  2. Generar vapor d'aigua amb l'energia tèrmica.
  3. Accionar una turbina de vapor. S'obté energia mecànica (energia cinètica).
  4. Accionar un generador elèctric. S'obté electricitat.

Una central nuclear és una instal·lació en la qual es realitza tot el procés. La diferència més important amb les altres centrals tèrmiques és la forma d'obtenir energia tèrmica. En una planta nuclear es realitza en el reactor nuclear.

Els altres tipus de centrals tèrmiques són principalment les que utilitzen combustibles fòssils. Carbó o gas natural principalment. També hi ha les plantes termosolars que utilitzen el sol per generar vapor.

Què és una reacció nuclear?

Una reacció nuclear és una alteració en el nucli d'un àtom.

Els àtoms estan formats per una combinació de subpartícules. Protons i neutrons. Aquestes subpartícules estan unides per uns enllaços de força que posseeixen una gran quantitat d'energia. 

El concepte d'energia nuclear es refereix a l'energia de l'nucli. El concepte d'energia atòmica es refereix a l'àtom. No obstant això, en tots dos casos ens referim al mateix.

Si aquesta estructura atòmica s'altera pot passar dues coses:

En tots dos casos s'allibera una gran quantitat d'energia tèrmica.

A dia d'avui, totes les centrals nuclears de potència utilitzen reactors de fissió. La fusió nuclear encara no és viable.

Quins tipus de centrals nuclears hi ha?

A nivell mundial el 90% de les centrals utilitzen reactors d'aigua lleugera. L'aigua lleugera és aigua corrent; en enginyeria nuclear es denomina així. Entre els reactors d'aigua lleugera es distingeixen dos tipus:

  • Reactor nuclear d'aigua a pressió (PWR).
  • Reactor nuclear d'aigua en ebullició (BWR). 

Entre aquests dos tipus de reactor, el reactor d'aigua a pressió és el més utilitzat en el món.

Com funciona una central nuclear d'aigua a pressió?

Com funciona una central nuclear?

El funcionament bàsic d'una central nuclear amb un reactor d'aigua a pressió es pot simplificar en 4 passos:

  1. Obtenció d'energia tèrmica mitjançant la fissió nuclear d'el nucli dels àtoms ( nucli atòmic) d'el combustible nuclear.
  2. Generar vapor d'aigua mitjançant l'energia tèrmica obtinguda anteriorment en el generador de calor.
  3. Accionar un conjunt de turbines mitjançant el vapor d'aigua obtingut.
  4. Aprofitar l'energia mecànica de les turbines per accionar un generador elèctric. Aquest generador elèctric generarà electricitat.

Des d'un punt de vista físic s'observen diversos canvis d'energia:

Inicialment tenim energia nuclear (la qual manté els nuclis dels àtoms cohesionats). Posteriorment, a l'trencar es converteix en energia tèrmica. Amb l'ajuda de la termodinàmica, part de l'energia tèrmica es converteix en vapor.

L'energia tèrmica passa a ser energia interna de l'aigua (ara vapor). L'energia interna i l' energia calorífica de l'aigua es transformen en energia cinètica a l'accionar la turbina.

Finalment, el generador converteix l'energia cinètica en energia elèctrica.

Circuits d'aigua

Les centrals nuclears que funcionen amb un reactor d'aigua a pressió tenen dues cicuitos d'aigua:

  • Circuit primari. Passa pel reactor.
  • Circuit secundari. Passa per les turbines de vapor.

En el circuit primari l'aigua està sotmesa a alta pressió. A el passar pel reactor l'aigua adquireix una temperatura molt elevada i la pressió impede que es pugui gasificar. No es pot convertir en vapor. Aquest és l'objectiu.

El circuit secundari també és tancat. Part de l'aigua es converteix en vapor. S'escalfa perquè està en contacte amb el circuit primari. El vapor passa per la turbina.

Finalment es va refigera a l'estar en contacte tèrmic amb una font d'aigua externa.

Què passa al reactor nuclear?

El reactor nuclear és la part més sensible i més important de la central.

El reactor és l'encarregat de convertir l'energia nuclear en energia tèrmica. En el seu interior es col·loquen les barres de combustible nuclear. Generalment urani. L'urani és molt inestable.

Si un neutró xoca amb un àtom d'urani és molt provable que es trenqui. Aquest trencament és una reacció de fissió nuclear. En una fissió nuclear s'alliberen trossos d'àtom i un o dos neutrons més. Aquests neutrons poden xocar amb àtoms i generar reaccions en cadena.

Si aquestes reaccions no es controlessin cada vegada es produirien més reaccions per segon. La calor generada seria tan alt que no es podria contenir i el reactor es fondria (com a Txernòbil i Fukushima).

Perquè això no passi existeixen les barres de control. Les barres de control tenen la capacitat d'atreure els neutrons. Sense neutrons no hi ha més reaccions.

Edifici de contenció

L'edifici de contenció és el efificio on es troben el reactr nuclear i el circuit primari. Les parts més sensibles de la central nuclear.

L'edifici de contenció està dissenyat per a:

  1. Contenir possibles explosions.

  2. Evitar el possible fuita de radiacions nuclears a l'exterior.

Com es genera l'electricitat?

Quan el vapor ha accinado la turbina ha transferit gran part de la seva energia tèrmica a la turbina. Ara la turbina té energia mécanica, gira.

Aquesta turbina està connectada a un generador elèctric. el generador transforma l'energia cinètica en energia elèctrica.

Com funciona una central nuclear?

El vapor d'aigua que surt de la turbina ha perdut molta energia calorífica però segueix sent vapor molt calent. Hi ha refrigerar abans de tornar-lo a introduir en el circuit. 

A l'sortir de la turbina, el vapor es dirigeix ​​a un dipòsit de condensació. L'aigua estarà en contacte tèrmic amb unes canonades d'aigua freda de l'exterior. El vapor d'aigua es torna líquid. Mitjançant una bomba l'aigua es dirigeix ​​novament a l'reactor.

El cicle es repeteix.

Què és el fum que surt de les xemeneies de les centrals nuclears?

El fum blanc que surt de les xemeneies de les plantes nuclears és vapor d'aigua.

Quan l'aigua freda entra en contacte tèrmic amb el vapor que surt de les turbines s'escalfa ràpidament. La calor es transfereix. A causa de la calor, part d'aquesta aigua externa es converteix en vapor.

Per aquesta raó les centrals nuclears sempre estan instal·lades prop d'una font abundant d'aigua freda. Pot ser el mar, un riu, o un llac. L'aigua es necessita per a la refrigeració en el dipòsit de condensació.

Resum

Una central nuclear té l'objectiu d'extreure l'energia d'un àtom i convertir-la en electricitat.

Aquest procés es realitza en 4 etapes.

  1. Converteix l'energia de l'àtom en energia tèrmica mitjançant reaccions nuclears.
  2. Generar vapor mitjançant aquesta energia tèrmica.
  3. Accionar una turbina de vapor.
  4. Converteix l'energia cinètica de la turbina en electricitat. Generador elèctric.

Referències

Autor:

Data de publicació: 10 de desembre de 2009
Última revisió: 11 de maig de 2020