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GENERACION DE ENERGIA NO
CONVENCIONAL
ING. ROBERT GUEVARA CHINCHAYAN
INGENIERO EN ENERGIA
CIP 72486
• INSTALACIONES MAGNETO
HIDRODINAMICAS
• FUSION NUCLEAR
• CENTRALES GEOTERMICAS.
• ENERGIA MAREOMOTRIZ
• CICLO DE GRAZ
INSTALACIONES MAGNETO
HIDRODINAMICAS
FUNDAMENTOS
•
LEY DE LENZ: que las fuerzas electromotrices o las corrientes inducidas
serán de un sentido tal, que se opongan a la variación del flujo
magnético que las produjo. Esta ley es una consecuencia del principio
de conservación de la energía. La polaridad de una FEM inducida es tal, que
tiende a producir una corriente, cuyo campo magnético se opone siempre a las
variaciones del campo existente producido por la corriente original.
•
LEY DE FARADAY : Demostró que cuando un material conductor de electricidad se
pone en movimiento en presencia de un campo magnético , se genera un
potencial eléctrico en sus extremos , el cual a su vez es capaz de generar energia
eléctrica. Establece que el voltaje inducido en un circuito cerrado es directamente
proporcional a la rapidez con que cambia el flujo magnético que lo atraviesa. La
inducción electromagnética es el principio sobre el que se basa el funcionamiento
del generador eléctrico, el transformador y muchos otros dispositivos
FUNDAMENTOS
•
Ley de fuerza de LORENTZ : Toda vez que una carga se desplaza dentro de un
campo magnético, recibe una fuerza que es directamente proporcional al valor de
la carga, a su velocidad, al campo magnético y al seno del ángulo formado por el
vector velocidad y el vector campo magnético.
•
ECUACIONES DE NAVIER STOKES :Se trata de un conjunto de ecyaciones en
deivadas parciales no lineales que describen el movimiento de un fluido. Estas
ecuaciones gobiernan la atmosfera terrestre, las corrientes oceánicas y el flujo
alrededor de vehículos o proyectiles y, en general, cualquier fenómeno en el que
se involucren fluidos newtonianos.
CONSIDERACIONES PARA EL PLASMA
• Se denomina plasma a un gas constituido por partículas cargadas iones
libres y cuya dinamica presenta efectos colectivos dominados por las
interacciones electromagnéticas de largo alcance entre las mismas
• El plasma se trata como un fluido homogéneo.
• El plasma es un conductor perfecto, por lo que posee una conductividad
eléctrica infinita.
• La superconductividad se manifiesta solo sobre una cierta temperatura
crítica y a un campo magnético crítico, el cual puede variar de acuerdo al
material usado.
• El plasma tiene una viscosidad nula.
• El plasma está formado por igual número de cargas positivas y negativas,
lo que anula la carga total del sistema.
• A mayor temperatura, mayor será la dispersión de velocidades .
• Los plasmas forman el estado de agregacion más abundante de la
naturaleza
EJEMPLOS DE PLASMA
• Plasmas Terrestres : Los rayos de una tormenta , la aurora
boreal , la ionosfera ( 85-750 Km).
• Plasmas espaciales : Las estrellas ,los vientos solares, las
nebulosas, ambiplasma (Universo era una mezcla equitativa
de materia y antimateria en la forma llamada ambiplasma
que se habría separado de manera natural cuando
ocurrieron las reacciones de aniquilación acompañadas por
una tremenda liberación de energía)
• Plasmas Artificiales : Monitores de pantalla, interior de los
tubos fluorescentes, soldadura de arco, materia expulsada
de los sistemas de propulsión de los cohetes,etc.
El campo de la magneto hidrodinámica fue iniciado por Hannes
Alfven por el cual recibió el Premio Nobel de Física de 1970.
Gases de combustión con aditivos ( con metales alcalinos ) a Altas temperaturas
(+2000 ºC) se ionizan pasando al estado plasmático , entran a velocidades subsónicas
en sistema divergente-convergente .
En dicho ducto y en dirección perpendicular al flujo se tiene un campo magnético
intenso ( 4-5 Teslas) , por lo que se crea un campo eléctrico.
Esta f.e.m puede retirarse a través de electrodos ubicados a los extremos.
APLICACIONES EN LA PROPULSION NAVAL
•
•
El motor MHD funciona bajo el mismo principio que un generador MHD, la
diferencia está que en el primero se ingresa un gas ionizado para producir
corriente eléctrica, ahora se usa corriente eléctrica y el mismo campo magnético
para mover a las partículas de un fluido ionizado.
En lugar de una hélice ó paletas propulsoras, de usa un chorro de agua producido
por un sistema de propulsión magnetohidrodinámico (MHD). La tecnología MHD
está basada en una ley fundamental del electromagnetismo: cuando un campo
magnético y una corriente eléctrica se intersecan en un fluido, la interacción
repulsiva entre ambos, empuja al fluido en dirección perpendicular a ambos, al
campo magnético y a la corriente eléctrica. (Regla de la mano izquierda).
FLUJO
MAGNETICO
FLUJO MAGNETICO
El flujo
magnético
emanado de las
bobinas pasa a
través del tubo
CORRIENTE
ELECTRICA
MOVIMIENTO
DEL LIQUIDO
Una corriente eléctrica
fluye entre el par de
electrodos del tubo
propulsor
BOBINAS
SUPERCONDUCTORAS
CORRIENTE
ELECTRICA
MOVIMIENTO
DEL LIQUIDO
La propulsión magnetohidrodinamica y la” regla de la mano izquierda”
APLICACIONES EN LA PROPULSION NAVAL
•
•
El líquido es el agua de mar, la cual conduce la electricidad debido a la sal que
contiene. Dentro de cada propulsor el agua fluye por tubos, arreglados de tal
forma como si fueran las toberas de un cohete. Los tubos se encuentran envueltos
en su contorno por bobinas superconductoras hechas de una aleación especial
(Niobio y Titanio) sobre un núcleo de cobre. Helio líquido puede ser usado como
refrigerante para las bobinas a una temperatura de -452.13 °F, solo unos pocos
grados sobre el cero absoluto, manteniéndolas en un estado de
superconductividad donde no casi no existe resistencia al flujo de la electricidad.
La electricidad fluyendo a través de las bobinas genera un poderoso campo
magnético dentro de los tubos propulsores. Cuando la corriente eléctrica circula
por un par de electrodos dentro de cada tubo, el agua de mar es impulsada con
fuerza desde los tubos, haciendo que el buque vaya hacia adelante.
GENERADOR
ENFRIADOR DE HELIO
CABINA
CAÑA
PROPULSOR
ELECTROMAGNÉTICO
El “Yamato I”, primera embarcación movida por propulsión MHD
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
• Velocidades sobre los 100 nudos.
• No hay ruido de una hélice no hay ruido por cavitación.
• No tienen partes móviles, no son ruidosos, no vibran y por consiguiente
requieren un bajo nivel de mantenimiento
• El problema de la construcción de magnetos mucho más eficientes y
livianos.
• El magnetismo de la tierra tiene influencia en el propulsor MHD, por lo
que se requiere de un gran flujo magnético generado a fin de
contrarrestar el mismo.
• El agua salada tiene un alto nivel de corrosión en los electrodos
ENERGIA GEOTERMICA
DEFINICION
•
•
•
•
•
Se llama energía geotérmica a la que se encuentra en el interior de la tierra en
forma de calor, como resultado de:
La desintegración de elementos radiactivos: descomposicón de isótopos naturales
tales como el uranio, el torio y el potasio.
El calor permanente que se originó en los primeros momentos de formación del
planeta.
Esta energía se manifiesta por medio de procesos geológicos o tectonicos como
volcanes en sus fases póstumas, los geíseres que expulsan agua caliente y las
aguas termales.
La energía térmica en los últimos diez kilómetros de la corteza del planeta es
enorme, 50.000 veces mayor que la energía contenida en todas las fuentes de
petróleo y de gas natural
Chile, Perú, México, Estados Unidos, Canadá, Rusia, China, Japón, las Filipinas,
Indonesia y otros países a lo largo del anillo del fuego (un área de alta actividad
volcánica que cerca la cuenca del océano Pacífico) son ricos en energía geotérmica.
Otro punto caliente geotérmico es el gran valle del Rift de África, que incluye
países como Kenia y Etiopía.
PAISES PRODUCTORES
• En Europa, los países líderes en el desarrollo de energía geotérmica son
Italia, con 810 megavatios, e Islandia, con 420 megavatios. Se espera que
Italia casi doble su capacidad instalada antes de 2020. Islandia, con el 27
% de sus necesidades de electricidad cubiertas extrayendo el calor de la
tierra, es el número uno mundial en la proporción de electricidad
generada de energía geotérmica. Alemania, con sólo 8 megavatios de
capacidad instalada, queda por detrás, pero está comenzando a ver los
efectos de una tarifa de venta de 0,15 € por kilovatio-hora que fue
implementada en 2004. Casi 150 plantas están actualmente en desarrollo
en Alemania, con la mayor parte de la actividad centrada en Baviera.
•
Filipinas, que genera el 23 por ciento de su electricidad de la energía
geotérmica, es el segundo productor del mundo por detrás de Estados
Unidos. Las Filipinas apuntan a aumentar su capacidad geotérmica
instalada antes de 2013 en más del 60 %, a 3.130 megavatios. Indonesia,
el tercero del mundo, tiene incluso mayores planes, añadiendo 6.870
megavatios de nueva capacidad geotérmica en desarrollo durante los 10
siguientes años, igual a casi el 30 % de su capacidad de generación de
electricidad actual de todas las fuentes.
Balnearios: Aguas termales
que tienen aplicaciones
para la salud
Calefacción y agua
caliente.
APLICACIONES DE LA
ENERGIA GEOTERMICA
Electricidad.
Extracción de minerales:
Se obtienen de los
manantiales azufre, sal
común, amoniaco,
metano y ácido sulfídrico.
Agricultura y acuicultura:
Para invernaderos y
criaderos de peces.
GRADIENTE TERMICO
•
Es la variación de la
temperatura de la tierra con la
profundidad , un valor medio
de los primeros km de la
corteza es de unos 30 ºC/km.
Sin embargo, en los basaltos
islandeses del Terciario el
gradiente es de 47 a 86 ºC/km.
Salvo por una zona anómala
en Breiðafjörður (hasta 124
ºC/km), el gradiente aumenta
progresivamente
con
la
proximidad al rift volcánico, y
en una banda periférica de 1550 km de anchura los valores
oscilan desde 50-60 ºC/km a
120-165 ºC/km.d
ZONAS DE MANIFESTACIONES GEOTERMICAS
TIPOS DE YACIMIENTOS GEOTERMICOS : SEGÚN LA
TEMPERATURA DEL AGUA
• Energía
geotérmica
de
alta
temperatura
Cuando el agua sale a una temperatura entre 150 y 400ºC, lo que
produce vapor en la superficie.
• Energía
geotérmica
de
temperaturas
medias
Los fluidos de los acuíferos están a temperaturas menos elevadas,
normalmente entre 70 y 150ºC. Por consiguiente, la conversión
vapor-electricidad se realiza con un menor rendimiento: pequeñas
centrales eléctricas pueden explotar estos recursos..
• Energía
geotérmica
de
baja
temperatura
Temperaturas comprendidas entre 20 y 60ºC, que es la temperatura
típica de los baños de aguas termales. Esta energía se utiliza para
necesidades domésticas, urbanas o agrícolas. En el mundo existen
varias experiencias notables en este sentido en Italia, Nueva
Zelanda y Canadá, lugares en los que la energía geotérmica apoya el
consumo tradicional. En Filipinas, el sistema geotérmico tiene una
capacidad de potencia de 2.000 megavatios.
TIPOS DE YACIMIENTOS
• Existen dos tipos de yacimientos:
• Los hidrotérmicos, donde se extrae agua a alta presión que
está cerca de un foco de calor;.
TIPOS DE YACIMIENTOS
•
Los sistemas de rocas calientes (Petrotermica o Magmatica), que es un hueco
ubicado entre los 500 a 2.000 metros de profundidad, con un techo compuesto
por rocas impermeables, un depósito de agua y rocas fracturadas que permitan
una circulación de fluidos y, por lo tanto, la trasferencia de calor desde la fuente de
calor a la superficie. En este caso, se perfora el suelo hasta alcanzar el foco de
calor, se inyecta agua fría y se utiliza ésta una vez se calienta.
TIPOS DE CENTRALES GEOTÉRMICAS
Hay tres tipos de centrales geotérmicas dependiendo de las temperaturas y de las
presiones de la reserva:
- Vapor, llamadas CENTRALES DE VAPOR SECO.
- Mezcla de vapor y líquido o CENTRALES DE FLUJO TOTAL , estos yacimientos geotérmicos
son los más difíciles de explotar, dado que el agua contiene sales disueltas y forma una
mezcla llamada salmuera. Ésta ocasiona grandes problemas de corrosión en las
instalaciones geotérmicas, que deben resolver los ingenieros geotérmicos, si quieren que
una planta sea duradera.
-Líquido (AGUA CALIENTE):
Centrales de expansión súbita o flash
Centrales de calefacción
CENTRALES DE VAPOR SECO
Una reserva de vapor "seco" produce vapor pero muy poca agua. El vapor es entubado
directamente en una central de vapor "seco" que proporciona la fuerza para girar el
generador de turbina. La Central Geotérmica de Nesjavellir, en la zona volcánica de
Hengill (Islandia) de 30 MW
Central Geotérmica de Nesjavellir- ISLANDIA
CENTRALES DE FLUJO TOTAL
Estas centrales funcionan con una mezcla de líquido y vapor .
La mezcla es llevada directamente hasta las turbinas que están diseñadas para
trabajar con esa mezcla. Después de dejar su energía en la turbina, el fluido es
condensado y reinyectado en el yacimiento para su regeneración. Central
Geotermica AHUACHAPAN –El Salvador de 60 MW
CENTRAL DE EXPANSIÓN SÚBITA O FLASH
Una reserva geotérmica que produce mayoritariamente agua caliente es llamada
"reserva de agua caliente" y es utilizada en una central "flash". El agua que esté
entre 130 y 330ºC es traída a la superficie a través del pozo de producción donde, a
través de la presión de la reserva profunda, algo del agua se convierte
inmediatamente en vapor en un "separador". El vapor luego mueve las turbinas.
CENTRAL DE EXPANSIÓN SÚBITA O FLASH
CENTRAL GEOTERMICA DE GUANACASTE-COSTA RICA 55 MW
SISTEMAS A BAJA TEMPERATURA
Una reserva con temperaturas entre 110 y 160ºC no tiene suficiente calor para
producir rápidamente suficiente vapor pero puede ser utilizada:
- para producir electricidad en una CENTRAL BINARIA.
- para abastecer de CALEFACCION O AGUA CALIENTE
industrias de la zona.
viviendas
o
CENTRAL GEOTÉRMICA DE CICLO BINARIO
En un sistema binario el agua geotérmica pasa a través de un intercambiador de calor,
donde el calor es transferido a una segundo líquido( isobutano, pentano) que hierve a
temperaturas más bajas que el agua. Cuando es calentado, el líquido binario se
convierte en vapor, que como el vapor de agua, se expande y mueve las hélices de la
turbina. El vapor es luego recondensado y convertido en líquido y utilizado
repetidamente. En este ciclo cerrado, no hay emisiones al aire.
SISTEMAS DE CALEFACCIÓN
Los sistemas de calefacción de distritos geotérmicos bombean agua geotérmica hacia un
intercambiador de calor, donde éste transfiere su calor a agua de ciudad limpia que es
conducida por tuberías a los edificios del distrito. Luego, un segundo intercambiador de
calor transfiere el calor al sistema de calefacción del edificio. El agua geotérmica es
inyectada de nuevo al pozo de reserva para ser recalentada y utilizada de nuevo.
Hoy día, con bombas de calor geotérmico, GHP's, nos aprovechamos de la temperatura estable de la tierra- entre 7 y
13ºC justo unos pocos metros por debajo de la superficie- para ayudar a mantener nuestras temperaturas interiores
estables. GHP's circulan agua u otros líquidos a través de tuberías enterradas en un círcuito continuo, tanto horizontal
como vertical, cercano a un edificio. Dependiendo del agua, el sistema es utilizado para calentar o para enfriar.
En aplicaciones de calefacción, el calor de la tierra, es decir la diferencia entre la temperatura de la tierra y la más fría
temperatura del aire, es transferido a tuberías enterradas en un líquido circulante y luego transferido de nuevo al
edificio.
Para aplicaciones de enfriamiento, el fluido circulante en las tuberías recoge el calor del edificio, y lo transfiere a la
tierra lo que ayuda a enfriarlo.
VENTAJAS DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA
No queman combustibles para producir vapor que gire las turbinas.
El área de terreno requerido por las plantas geotérmicas por megawatio es menor que
otro tipo de plantas.
La central geotérmica es resistente a las interrupciones de generación de energía
debidas al tiempo, desastres naturales o acontecimientos políticos que puedan
interrumpir el transporte de combustibles.
Estas centrales pueden tener diseños modulares, con unidades adicionales instaladas en
incremento cuando sea necesario debido a un crecimiento en la demanda de la
electricidad.
El dinero no debe ser exportado para poder importar combustible, los beneficios
económicos se mantienen en la región y no hay colapsos por el precio del combustible.
VENTAJAS
• Es una fuente que evitaría la dependencia energética del exterior.
• Los residuos que produce son mínimos y ocasionan menor impacto
ambiental que los originados por el petróleo, carbón...
• Sistema de gran ahorro, tanto económico como energético
• Ausencia de ruidos exteriores
• Los recursos geotermicos son mayores que los recursos de carbón,
petróleo, gas natural y uranio combinados.[cita requerida]
• No está sujeta a precios internacionales, sino que siempre puede
mantenerse a precios nacionales o locales.
• El área de terreno requerido por las plantas geotérmicas por
megavatio es menor que otro tipo de plantas. No requiere
construcción de represas, tala de bosques, ni construcción de
tanques de almacenamiento de combustibles.
DESVENTAJES DE LA ENERGÍA GEOTÉRMICA
- Grandes inversiones iniciales
- Bajo rendimiento (11%-13%)
- Imposibilidad de transporte
DESVENTAJAS
• En ciertos casos emisión de ácido sulfhídrico que se detecta
por su olor a huevo podrido, pero que en grandes
cantidades no se percibe y es letal.
• En ciertos casos, emisión de CO2, con aumento de efecto
invernadero; es inferior al que se emitiría para obtener la
misma energía por combustión.
• Contaminación de aguas próximas con sustancias como
arsénico, amoníaco, etc.
• Contaminación térmica.
• Deterioro del paisaje.
• No se puede transportar (como energía primaria).
• No está disponible más que en determinados lugares
CONTAMINACION
• Las centrales geotérmicas producen muy poca contaminación
ambiental. Las emisiones de CO2 de una central geotérmica son
aproximadamente 1/6 de las emisiones de una central térmica a gas
por Kwh producido. El vapor usado por las centrales geotér-micas
incluye gases incondensables tales como CO2, H2S, NH3, CH4, N2 y
H2 en valores entre 2,5 y 47 gramos de contaminante por kg de
vapor. El ácido sulfídrico H2S es el contaminante de mayor
preocupación en las centrales geotérmicas, ya que afecta
corrosivamente a los equipos eléctricos. Esto, se soluciona haciendo
uso de sistemas de extracción de gases, además de considerar
grados de protección adecuados para las celdas, estañado en los
conec-tores, uso de conductores de aluminio en lugar de cobre,
lavado periódico de los aisladores o, en su defecto, pintado de éstos
con una pintura del tipo polimérica.
COSTOS
•
•
•
•
La mayor parte del costo de las centrales, no es el mantenimiento o el combustible para que
funcionen , sino más bien los impuestos a pagar por el terreno ocupado y los costos de
instalación. En una seguidilla de pasos, los costos irían a :
Exploración y análisis de información del recurso
Evaluación de las posibilidades ( Estudio de factibilidad)
Diseño de la planta
Construcción de la planta
Los costos iniciales en EEUU son aproximadamente entre U$S 2000 y U$S 5000 por Kw instalado
y el costo de mantenimiento es de 0,015 a 0,045 centavos de Dólar dependiendo de las
características del yacimiento y del tipo de planta.
El Kw de energía geotérmica se comercializa a U$S 0,05 a U$S 0,08. Actualmente se trata de
disminuir el precio de mercado.
Incremento de la capacidad mundial , superior a 8.5 MWe
NORMATIVIDAD
• Ley Organica de Recursos Geotermicos-1997
• Reglamento de la ley Organica de Recursos
Geotermicos D.S 072-2006 EM.
3000 MW
Fision nuclear
FISION NUCLEAR
• Es una reaccion nuclear
del tipo
exotermica con liberacion de energia ,
que tiene lugar en el nucleo del atomo .
La fisión ocurre cuando un núcleo pesado
se divide en dos o más núcleos pequeños,
además de algunos subproductos. Estos
incluyen neutrones libres libres, fotones
(generalmente rayos gamma) y otros
fragmentos del núcleo como particulas
alfa (núcleos de helio ) y beta (electrones
y positrones de alta energía).
REACCION EN CADENA
•
•
Una reacción en cadena ocurre como
sigue: un acontecimiento de la fisión
empieza lanzando 2 o más neutrones como
subproductos. Estos neutrones se escapan
en direcciones al azar y golpean otros
núcleos, incitando a estos núcleos para
experimentar la fisión. Puesto que cada
acontecimiento de la fisión lanza 2 o más
neutrones, y estos neutrones inducen otras
fisiones, el proceso se construye
rápidamente y causa la reacción en cadena.
El número de los neutrones que se escapan
de una cantidad de uranio depende de su
área superficial. Solamente los materiales
fisibles son capaces de sostener una
reacción en cadena sin una fuente externa
de neutrones.
Dependen de la masa critica del material y
de la velocidad de resonancia,
MASA CRITICA
•
•
La masa crítica es la mínima cantidad de
material requerida para que el material
experimente una reacción nuclear en cadena.
La masa crítica de un elemento fisionable
depende de su densidad y de su forma física
(barra larga, cubo, esfera, etc.). Puesto que los
neutrones de la fisión se emiten en
direcciones al azar, para maximizar las
ocasiones de una reacción en cadena, los
neutrones deberán viajar tan lejos como sea
posible y de esa forma maximizar las
posibilidades de que cada neutrón choque
con otro núcleo.
También es importante la densidad del
material. Si el material es gaseoso, es poco
probable que los neutrones choquen con otro
núcleo porque hay demasiado espacio vacío
entre los átomos y un neutrón volaría
probablemente entre ellos sin golpear nada.
Si el material se pone bajo alta presión, los
átomos estarán mucho más cercanos y la
probabilidad de una reacción en cadena es
mucho más alta
COMBUSTIBLES NUCLERAES
• Se denomina combustible nuclear a todo
aquel material que haya sido adaptado para
poder ser utilizado en la generación de energia
nuclear .
• El uranio natural ( Z=92) se compone de tres
isótopos: U-234 (0,006%), U-235 (0,7%), y U238 (99,3%). La velocidad requerida para un
acontecimiento
de
fisión
contra
acontecimiento de la captura de la no-fisión es
diferente para cada isótopo.
• MATERIAL FERTIL : El Uranio 238 tiende a
capturar neutrones de velocidad intermedia
creando U-239, que decae sin fisión a
Plutonio-239, que si es fisil. U-238.
• MATERIAL DE RECRIA : O no directamente
fisionables o poco fisionables . U-238 y Th232.
Fision del U-235
Si la velocidad no es la adecuada
(2200 m/sg) , los neutrones son
lentos producen U-236 ( no es
fertil , ni reproductor) y
Radiacion Gamma
Velocidad del 8000 km/sg
67% probabilidad de colision
Cambio radiactivo U-238 en Pb-206
En muchas ocasiones, el producto de
una desintegración radiactiva alfa o
beta es todavía un núcleo inestable,
que tarde o temprano vuelve a decaer.
El proceso se repite varias veces, hasta
que se forma un núcleo estable con
una proporción conveniente de
neutrones y protones.
A este conjunto de decaimientos
nucleares se le conoce como serie
radiactiva. En la figura II.6 se presenta
la serie radiactiva del uranio-238, en la
que, después de varias emisiones alfa
y beta se obtiene un núcleo estable de
plomo-206.
Ésta es la razón de que en los
yacimientos de uranio siempre existe
plomo.
REACTOR NUCLEAR
• Un reactor nuclear es un
dispositivo en donde se produce
una reacción nuclear controlada.
Se puede utilizar para la obtención
de energía en las denominadas
centrales nucleares, la producción
de materiales fisionables, como el
plutonio, para ser usados en
armamento nuclear, la propulsión
de buques o de satélites
artificiales o la investigación. Una
central nuclear
puede tener
varios reactores. Actualmente solo
producen energía de forma
comercial los reactores nucleares
de fision.
COMPONENTES
Blindaje
Varillas de
Regulacion
Refrigerante
Moderador
Reflectores
COMPONENTES
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Combustible.-Isótopo fisionable o fertil : Uranio-235, Uranio-238, Plutonio-239, Torio-232, o
mezclas de estos (combustible típico en la actualidad es el MOX, Mezcla de Óxidos de Uranio y
Plutonio).
Moderador.- Agua, agua pesada ,helio, grafito, sodio metalico metálico: Cumplen con la función de
frenar la velocidad de los neutrones producidos por la fision , para que tengan la oportunidad de
interactuar con otros átomos fisionables y mantener la reacción.
Refrigerante.- Agua, agua pesada , anhidrido carbonico, helio ,sodio metálico: Conduce el calor
generado hasta un intercambiador de calor , o bien directamente a la turbina generadora de
electricidad o al sistema de propulsion.
Reflector.- Agua, agau pesada , grafito , uranio : Reduce el escape de neutrones y aumenta la
eficiencia del reactor.
Blindaje.- Hormigon , plomo ,acero , agua: Evita la fuga de radiacion gamma y neutrones rápidos.
Material de control o Absorventes .- Cadmio , Boro : Hace que la reacción en cadena se pare. Son
muy buenos absorbentes de neutrones . Generalmente se usan en forma de barras (de acero
borado por ejemplo) o bien disuelto en el refrigerante.
Elementos de Seguridad.- Todas las centrales nucleares de fision , constan en la actualidad de
múltiples sistemas, activos (responden a señales eléctricas), o pasivos (actúan de forma natural, por
gravedad, por ejemplo). La contención de hormigón que rodea a los reactores es la principal de
ellas. Evitan que se produzcan accidentes, o que, en caso de producirse, haya una liberación de
radiactividad al exterior del reactor.
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SUBPRODUCTOS ATOMICOS
Llamados productos de escsion y son los materiales resultantes de los procesos de fision que se
suceden en los reactores nucleares, y deben eliminarse.
Residuos desclasificables (o exentos): No poseen una radiactividad que pueda resultar peligrosa
para la salud de las personas o el medio ambiente, en el presente o para las generaciones futuras.
Pueden utilizarse como materiales convencionales.
Residuos de baja actividad: Poseen radiactividad gamma o beta en niveles menores a 0,04 GBa/m³
si son líquidos, 0,00004 GBq/m³ si son gaseosos, o la tasa de dosis en contacto es inferior a 20
mSv/h si son sólidos. Solo se consideran de esta categoría si además su periodo de
semidesintegracion es inferior a 30 años. Deben almacenarse en almacenamientos superficiales.
Residuos de media actividad: Poseen radiactividad gamma o beta con niveles superiores a los
residuos de baja actividad pero inferiores a 4 GBq/m³ para líquidos, gaseosos con cualquier
actividad o sólidos cuya tasa de dosis en contacto supere los 20 mSv/h. Al igual que los residuos de
baja actividad, solo pueden considerarse dentro de esta categoría aquellos residuos cuya periodo
de semidestruccion sea inferior a 30 años. Deben almacenarse en almacenamientos superficiales.
Residuos de alta actividad o alta vida media: Todos aquellos materiales emisores de radiactividad
alfa y aquellos materiales emisores beta o gamma que superen los niveles impuestos por los límites
de los residuos de media actividad. También todos aquellos cuya periodo de semidesintegración
supere los 30 años (por ejemplo los actínidos minoritarios), deben almacenarse en
almacenamientos geológicos profundos (AGP).
Venenos atomicos : Boro , samario, hafnio.
TIPOS DE REACTORES
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LWR - Light Water Reactors (Reactores de Agua Ligera): Utilizan como Refrigerante y Moderador el agua.
Como Combustible Uranio enriquecido. Los más utilizados son los BWR (Boiling Water Reactor ó
Reactores de Agua en Ebullición) y los PWR (Pressure Water Reactor ó Reactores de Agua a Presión), estos
últimos considerados en la actualidad como el estándar. (345 en funcionamiento en el 2001)
CANDU - Canada Deuterium Uranium (Canadá Deurerio Uranio): Utilizan como Moderador Agua pesada
(compuesta por dos átomos de deuterio y uno de oxigeno) y como Refrigerante agua común. Como
Combustible utilizan uranio natural. (34 en funcionamiento en el 2001)
FBR - Fast Breeder Reactors (Reactores Rápidos Realimentados): Utilizan neutrones rápidos Como
Combustible utiliza plutonio y como Refrigerante sodio líquido. Este reactor no necesita Moderador. (4
en funcionamiento en el 2001)
HTGR - High Temperature Gas-cooled Reactor (Reactor de Alta Temperatura Refrigerado por Gas): Usa una
mezcla de torio y uranio como Combustible. Como Refrigerante utiliza helio y como Moderador grafito.
(34 en funcionamiento en el 2001)
RBMK - Reactor Bolshoy Moshchnosty Kanalny (Reactor de Canales de Alta Potencia): Su principal función
es la producción de plutonio , y como subproducto genera electricidad . Utiliza grafito como Moderador y
agua como Refrigerante. Uranio enriquecido como Combustible. Puede recargarse en marcha. Tiene un
coeficiente de reactividad positivo. (14 en funcionamiento en el 2001)
ADS - Accelerator Driven System (Sistema Asistido por Acelerador): Utiliza una masa subcrítica de torio, en
la que se produce la fisión solo por la introducción, mediante aceleradores de particula s, de neutrones
en el reactor. Se encuentran en fase de experimentación, y una de sus funciones fundamentales será la
eliminación de los residuos nucleraes oducidos en otros reactores de fisión.
REACTOR DE AGUA PESADA BWR
•
•
•
Este es el tipo más común, con más de 230 reactores para
generación eléctrica y un centenar más en usos para
propulsión de navíos de la marina. El diseño se distingue
por tener un circuito primario de refrigeración que fluye a
través del núcleo bajo grandes presiones, y un circuito de
refrigeración secundario en donde se genera el vapor para
mover las turbinas de propulsión.
Un reactor PWR tiene estructuras de combustible de 200 a
300 barras cada una, dispuestas verticalmente en el núcleo,
y un reactor grande tendrá unas 150 a 250 estructuras con
80 a 100 toneladas de uranio.
El agua dentro del núcleo alcanza unos 325�C, por ello
debe ser mantenida bajo presiones de unas 150 atmósferas
para impedir que hierva. La presión se mantiene por medio
de vapor en un presurizador (ver diagrama). En el circuito
primario de refrigeración el agua también es el moderador,
y si algo de ella se volviese vapor la reacción dentro del
núcleo se frenaría. Este efecto de realimentación negativa
es una de las características de seguridad del sistema. El
sistema secundario de apagado incluye el agregado de boro
al circuito primario.
REACTOR DE AGUA PESADA BWR
•
En un reactor del tipo BWR sólo se utiliza un circuito en el cual el combustible
nuclear (C) hace hervir el agua produciendo vapor. Este último asciende hacia
una serie de separadores y secadores que lo separan del caudal del agua de
refrigeración, reduciendo el contenido humedad del vapor, lo cual aumenta la
calidad de éste. El vapor seco fluye entonces en dirección a la turbina (T) que
mueve el generador eléctrico (G). Tras esto el vapor que sale de la turbina
pasa por un condensador (K) que lo enfría obteniéndose nuevamente agua
liquida, la cual es impulsada mediante bombas (P) de nuevo hacia el interior
de la vasija que contiene el núcleo (V). Dado que el vapor fluye desde el
reactor, éste se comporta como una máquina térmica convencional, pudiendo
existir asociadas otras partes como separadores de humedad adicionales
(denominados en inglés MSR) entre la turbina y el condensador que
aumenten la eficiencia de la máquina
SISTEMAS DE PROPULSION NAVAL
•
Opción utilizada en los buques nucleares . En ellos pueden estar albergados uno o
varios reactores, de cualquiera de los tipos existentes, aunque los más seguros, y
los más utilizados hasta ahora son los del tipo PWR . Por ejemplo, el portaaviones
USS Enterprise de la NAVY es propulsado por 8 reactores del tipo PWR de 80 MW
cada uno.
RP-10
•
El Reactor Nuclear de Potencia
10 (RP-10) es del tipo piscina y
tiene 10 MW de potencia
térmica. El RP-10 es una
instalación nuclear donde se
controla la fisión nuclear, que
consiste en la ruptura del núcleo
atómico del Uranio-235 (U-235)
con una gran liberación de
energía, neutrones y emisión de
radiaciones. Los neutrones
producidos de esta manera son
utilizados para la investigación y
producción de radioisótopos.
CICLO DE GRAZ
Una planta de energía de emisión cero
para el CCS (Captura y almacenamiento del carbono)
PRINCIPIOS
• El principio básico del llamado Ciclo de Graz ha sido desarrollado
por el Sr. H. Jericha and presented at the CIMAC conference in Oslo,
Norway, in 1985. Jericha y CIMAC presentado en la conferencia en
Oslo, Noruega, en 1985
• Cualquier gas combustible fósil (de preferencia con un bajo
contenido de nitrógeno) se propone que se quema con oxígeno de
manera que sólo los dos (principalmente ) productos de la
combustión son CO 2 y H 2 O. generado.
• El ciclo medio de las emisiones gaseosas de CO 2 y H 2 O permite
un fácil y efectiva separación de CO 2 por la condensación. Además,
la combustión de oxígeno permite a los ciclos de energía que son
mucho más eficientes que el aire actual, basado en ciclos, por lo
tanto compensando en gran medida los esfuerzos adicionales para
la producción de oxígeno.
COMPONENTES :
Ciclo de Cabeza : Joule Brayton Cerrado
de Alta Temperatura ,compuesto por 2
Compresores , 1 Cámara de Combustión ,
1 turbina de Gas de Alta Temperatura)
Ciclo de Cola : Ciclo Rankine a baja
temperatura , compuesto por 2 T.V de
Alta y de Baja Presion
1HRSG
,
Condensador y Estación de Bombas.
EFICIENCIA : 67%
PROCESO BASICO :
-Combustión de O2 y GN.
-Inyección de Vapor para refrigerar la
cámara de combustión , incrementar el
flujo de emisiones y refrigerar a la T.G.
- Una mezcla de 74% de vapor, el 25,3%
de CO 2, el 0,5% de O 2 y el 0,2% de N 2
(fracciones de masa), deja la cámara de
combustión a una temperatura media de
1400 C. El flujo de gases + vapor se
expande a una presión de 1,05 bar y 579
C en la T.G
PROCESO BASICO :
-El Fluido del Ciclo se enfria en el HRSG ,
generando vapor sobrecalentado.
-El 45% del flujo ingresa ingresa a la T.V de
BP.
-El Flujo restante ingresa a los Compresores
, completandose el Ciclo Cerrado.
-La Fase liquida y la fase gaseosa se
separan en el Condensador.
- De allí los gases , que contiene la
combustión de CO 2, se comprime en un
intercooling a la atmósfera donde las
Emisiones de CO 2 se presenta, para su
posterior utilización o almacenamiento. y
mientras que el agua condensada se
recupera, reingesandolo en el desareador.
VENTAJAS
Permite la entrada de calor a muy alta
temperatura, mientras que por otra parte,
la expansión tiene lugar hasta que las
condiciones de vacío, de modo que un
elevado rendimiento térmico .
CICLO DE GRAZ MODIFICADO
COSTOS ASOCIADOS AL MERCADO DE
CARBONO