DERESU-111

Domingo 5 de diciembre de 2010

Sobre los remezones telúricos y su relación con el agua que enfría los reactores nucleares de tipo PWR y BWR.

Aunque el incidente japonés de Kashiwazaki-Kariwa en 2007 fué clasificado con nivel INES 0 (cero), yo preferiría no tomar un vaso del agua contaminada que cayó al Mar de Japón. El sismo con magnitud Richter 6,6 que ocasionó la detención de esa central durante más de un año, afectó sin duda al agua utilizada en esa central nipona, con la fracción de radioactividad que quedó fuera de control.

Recién he incluído una imágen parcial del esquema de un reactor PWR. Lo relevante para este artículo es el Condensador, que funciona de forma similar en los reactores BWR. La ilustración del “Condenser” muestra gotas de agua cayendo, después de que el vapor de agua fué debidamente enfriado.

Uno de los varios motivos de preocupación que yo tengo en relación a la energía nuclear en Chile, es la estrecha dependencia entre las técnicas comunes para convertir el calor nuclear a electricidad y el precioso elemento Agua.

El agua se utiliza de diversas formas en los tipos de centrales nucleares más comunes. Se requiere agua para generar vapor que mueve turbinas y se necesita agua para condensar el vapor. Agua es también imprescindible para enfriar al combustible nuclear ya utilizado.

Como en los reactores PWR y BWR se utiliza agua que procede del mar, o de lagos o de rios, me parece natural que yo sienta preocupación por los efectos que un fuerte terremoto podría tener en todos los sistemas que transportan agua adentro de una central atómica.

Más abajo invitaré a leer sobre las diversas formas de aprovechar la energía nuclear, pero aquí me detengo en los dos tipos de reactores más usados en la actualidad. El más común es el “Reactor de agua a presión” (PWR), que corresponde al de más de 200 instalaciones que producen electricidad en el mundo.

Hay varios cientos más de reactores PWR que se utilizan para propulsión naval.

El segundo tipo que me preocupa es el llamado “Reactor de agua en ebullición” (BWR), que corresponde al tipo usado en la central que está a 103 km al norte de mi escritorio. Se trata del segundo tipo más común en el mundo.

Aparte del agua que se utiliza como moderador o como elemento para producir vapor en las variantes PWR y BWR, pienso en el agua que se utliza para enfriar el condensador de agua en ambos tipos de reactores.

Ocurre que el rendimiento de un reactor PWR o BWR llega aproximadamente a un 33%. Entre varias razones, ello se debe a que una vez que se produce vapor para mover la turbina eléctrica, es necesario enfriar ese vapor para que el agua se vuelva a condensar. De esa forma el agua que sale del condensador vuelve a ser calentada por el efecto térmico nuclear y así la turbina continúa rotando.

Por cada revolución de la turbina, se traspasa calor inutilizable al agua refrigerante.

Se podría aprovechar el calor desechable para usos industriales o de calefacción domiciliaria, pero aunque se intenta hacerlo, yo prefiero poner ahora el foco en lo que me preocupa al respecto del agua que se utiliza como refrigerante en el condensador.

Ignoro cuantas centrales PWR o BWR se refrigeran con agua de lagos o ríos. Tengo entendido sin embargo, que en su mayoría son enfriadas con agua de mar. Ese es el caso de la central nuclear más cercana a mi vivienda. Ahí se bombean grandes cantidades de agua de mar entrante. Luego de realizar el proceso de enfriado via intercambiadores de calor, esa agua sale de vuelta al mar con cerca de 10 grados más de temperatura.

En esa central cercana hay tres reactores BWR que en total tienen un efecto térmico de poco más de 9150 MW. El efecto neto total llega a poco más de 3100 MW. Eso significa que se aprovecha casi el 34% para generar electricidad. El rendimiento de esas centrales PWR o BWR es relativamente bajo, ya que solo cerca del 33% es aprovechable. Gran parte del resto del calor debe disiparse para conseguir que el vapor utilizado vuelva al estado líquido.

En las centrales PWR se utiliza una parte de la energía producida, para provocar presión.

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Mar y Maremotos

Sin descartar que en Chile se lleguen a instalar reactores de otros tipos, creo que la probabilidad es bastante alta de que se elijan los que utilizan agua como refrigerante, mediante intercambiadores de calor.

Una vez que se piensa en esto, surge por supuesto la relación entre centrales nucleares cercanas al mar refrigerante y los eventuales tsunamis. Como es sabido, los maremotos no solo son capaces de destruir vidrios y ventanas, sino que también murallas sólidas. Además de ello, la violencia de un maremoto puede provocar que el agua de mar se introduzca con fuerza por cualquier grieta o apertura que se produzca.

Explicada esa preocupación, agregué recién una versión artística del maremoto de Arica en 1868. Aunque ese terremoto grado Richter 8,5 se produjo casi un decenio antes del comienzo de la Guerra del Pacífico, se han preservado dramáticos testimonios escritos de esa catástrofe. Me referiré a ello más adelante.

Llegado a este punto creo que es posible sugerir que comencemos a pensar en si los chilenos utilizaremos agua de mar, de lagos o de ríos para enfriar nuestros reactores PWR o BWR. Si nuestro mar estuviese a salvo de maremotos y nuestros lagos y rios estuviesen exentos de terremotos y de fallas geológicas, yo probablemente no me preocuparía tanto.

Pero lamentablemente los reactores están constituídos por máquinas y componentes que tienen niveles de resistencia limitados. Aparte de la corrosión y de otras fuentes de desgaste, existe el claro riesgo de que diversas cañerías se rompan o se desconecten debido a los remezones. Con ello puede entrar en contacto agua radiactiva con agua no contaminada.

¿Cuanta radiactividad artificial aguantaría el mar chileno o los ríos y lagos de nuestro país?

Yo estimo que el agua de nuestro mar, de nuestros ríos, lagos y napas subterráneas es sumamente vulnerable a los embates de la fuerza telúrica. Por cada frasco con contenido químico que se quiebra al caer de un estante, se arriesga la calidad del agua cercana. Por cada estanque o represa que cede a raíz de un fuerte sismo, se aventura la pureza del agua local.

La gran diferencia entre contaminantes tradicionales en Chile y contaminación nuclear, es que la última puede dañar durante decenas de miles de años ininterrumpidos.

Al escribir algunas líneas anteriores recordé a un profesor alemán de física en mi ex-Universidad técnica, quien después de un fuerte terremoto en la V Región de Chile nos instó a calcular el nivel Richter del sismo. Se trataba de basarse en el estudio del efecto telúrico que provocó la caída de unos frascos y accesorios, desde los estantes de un laboratorio de química.

Nunca supe si algunos colegas estudiantes participaron en la tarea, pero yo no colaboré con lo que me pareció una misión “casi” imposible. Recordé además que un hermano de ese original catedrático germano era a su vez profesor de química. Ahora pienso que posiblemente entre ambos hermanos planearon realizar esos extravagantes cálculos.

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Tipos de conversión de la Energía Nuclear

Encuentro que las divisiones y subdivisiones son difíciles de seguir. Mi temor a los eventuales efectos de la fusión nuclear en Chile, se acerca a cero. Por un lado está aún por verificarse si es posible dominar esa técnica y por otro lado tengo entendido que los resíduos nucleares de la fusión siguen siendo peligrosos durante algunos pocos siglos.

No temo a la fusión, pero sí temo a la fisión nuclear.

Lo invito por ello a leer algunas páginas que yo mismo estoy leyendo con interés y con gratitud hacia las personas que se dieron el trabajo de producirlas y de publicarlas. Con la salvedad de que existe una justificada desconfianza hacia las páginas de Wikipedia, puede ser ventajoso valerse de ese material que está previamente “digerido” y resumido.

A partir de esas páginas y de los enlaces que van surgiendo, cada cual puede ir buscando otras fuentes más confiables. Yo que soy un simple aficionado a estos temas, acostumbro conformarme con una visión amplia y sin muchos detalles, pues a partir de allí se hace posible profundizar por cuenta propia en lo que despierta mayor interés individual.

Propongo hacer una búsqueda Google por toda la expresión "Reactor de agua en ebullición".

Al final de esa página Wikipedia está la sección “Véase también”, donde se presentan enlaces a temas sobre Reactor nuclear, Central nuclear y Energía nuclear.

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Animación sobre Condensador

Una ventaja de comenzar buscando por "Reactor de agua en ebullición" es que partiendo por esa página en castellano sobre los reactores BWR, es posible desde allí dirigirse a la versión Wikipedia en inglés. Allí en la sección “Overview” se muestra una ilustración en formato GIF, que al ser pinchada conduce a una animación del proceso.

En la parte inferior derecha de ese gif animado se vé el circuito de refrigeración al que me referí en el comienzo. El “Condenser” muestra como van cayendo las gotas de agua condensadas, gracias al agua fría  procedente de mar, río o lago.

He preferido evitar entregar enlaces directos, ya que a menudo ocurre que estos son modificados.

Reitero que en este artículo me he limitado a los reactores PWR y BWR que son refrigerados con agua. Al leer esos artículos indicados van surgiendo otras formas de enfriamiento. Cada interesado puede allí explorar diversas variantes menos usadas.

Tampoco me refiero al llamado “breeder reactor”, ya que ignoro si algún dia será una realidad comercial competitiva. Esas y otras variantes experimentales pueden ser motivo de incertidumbres futuras, pero en relación a Chile, yo supongo que en nuestro país tendrá prioridad el estudio de aplicación de las técnicas más comunes tipo PWR y BWR.

En este comentario incluyo también al llamado European Pressurized Reactor (EPR), que es un diseño PWR de
tercera generación. Tal vez sea considerado para Chile, pero en lo que al agua refrigerante se refiere, tengo entendido que hay similitudes con el condensador de los actuales modelos PWR y BWR, aunque el EPR dispone de varios sistemas de enfriado de emergencia.

La ilustración reciente muestra localidades donde están ubicados reactores nucleares franceses. Unos pocos son enfriados con agua de mar, mientras la mayoría son refrigerados con agua de rios. En Suecia son todos los reactores enfriados con agua de mar. Hasta el momento ignoro qué reactores del mundo son refrigerados con agua de lagos.

Redondeo reconociendo que la fisión nuclear sería totalmente maravillosa, si no fuese por dos desventajas que para mí pesan bastante. Una desventaja es que tarde o temprano ocurren accidentes o incidentes. Otra desventaja es que las toneladas de resíduos nucleares se siguen acumulando y deberán ser guardadas con seguridad por unos 100.000 años.

De ahí que es relevante preguntarse en qué lugares vamos a guardar por miles de años los futuros desechos nucleares chilenos. Aquí en Suecia se planea meter los desechos locales a cavernas que se prolongan hasta debajo del mar. Se crée que allí van a estar a salvo de fallas geológicas.

Termino preguntándome si en Chile estaríamos a salvo de fallas geológicas, que tarde o temprano podrían triturar cualquier envase lleno de materia radiactiva.

Y después de todo, me pregunto si somos muchos los chilenos que nos preocupamos por las fallas geológicas que se producen con ciertos sismos. Tal vez seamos una ínfima minoría los miedosos en ese sentido. Supongo incluso que la gran mayoría de los chilenos es sumamente “valiente” en relación a esos riesgos.

Salvo error u omisión.

Cordiales saludos
Rafael Meza