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¡Estudio Ingenieria Nuclear y te hago una Intro al tema!

¡BIENVENIDOS A MI POST!

Este es mi primer post en T!, y vengo a contarles de algo que me apasiona realmente que es la generación de energía mediante energía nuclear. Estudio Ingenieria Nuclear en el Instituto Balseiro en San Carlos de Bariloche, Argentina. Actualmente hago un posgrado, y hace rato que quiero hacer este post.

Empezemos!

Primero que nada… ¿Que es la energía nuclear? La materia que nos rodea está conformada por moléculas. ¿Que son las moléculas? Son arreglos de atomos. Un ejemplo de molécula muy conocida es el agua, cuya fórmula química es H2O. Esto quiere decir que cada molécula de agua está conformada por un atomo de oxígeno (O) y dos de hidrógeno (H).

Átomos, protones y neutrones

Vamos a hacer foco en los átomos. ¿Que es un átomo? Wikipedia lo define de la siguiente manera:

Átomo: Un átomo es la unidad constituyente más pequeña de la materia ordinaria que tiene las propiedades de un elemento químico

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Se podría decir que el átomo es la porción más chica de materia a la que se puede llegar con propiedades “interesantes” (Dentro de unos minutos, van a ver como desmiento completamente esto que acabo de decir).

¿De qué están hechos los átomos? Los átomos están conformados por tres tipos de partículas: electrones (de carga negativa), protones (de carga positiva) y neutrones (que no tienen carga). Los protones y neutrones están amontonados en el centro del átomo, y los electrones orbitan alrededor. Los electrones están en constante movimiento y son los que están más activos siempre: Cuando se unen dos átomos para formar una molécula, los que entran en juego son los electrones, lo del centro (protones y neutrones) no hacen nada.

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Los neutrones no tienen carga, los protones tienen carga positiva. Las cargas de igual signo se repelen, como en un imán. Entonces… ¿Como es que se mantienen juntos los protones en el nucleo, si se repelen? La respuesta es que dentro del volumen compacto del núcleo una nueva clase de fuerza hace aparición: una fuerza de atracción de corto alcance, inmensamente poderosa, que actúa indistintamente entre protones y neutrones. Esta fuerza vence a la fuerza de repulsión de los protones.

Vamos a hacer incapié en los neutrones y los protones. Como vemos en la imagen de arriba, son los que están en el nucleo. Por eso también se los llama nucleones, pero eso es un tema aparte. El nucleo juega un papel extremadamente importante en este post; no por nada la energía se llama “Nuclear”.

La central nuclear por dentro

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Vamos a empezar con la parte divertida: Explicar que es una central nuclear y como funciona, desde el reactor con uranio hasta la conversión eléctrica para que vos tengas electricidad en tu casa y puedas hacer tus actividades todos los días.

Todo empieza en el reactor nuclear en si. ¿Que es el reactor nuclear? Podemos pensar en el reactor como un tanque blindado de acero y plomo, que adentro tiene combustible nuclear (Uranio o plutonio) que va a ser fisionado (partido en dos) para generar energia. Como dijimos anteriormente, en el núcleo de cada átomo hay dos tipos de partículas (neutrones y protones) que se mantienen unidas. La energía nuclear es la energía que mantiene unidos neutrones y protones.

¿Que tienen de especial el Uranio y el Plutonio para ser usados como combustibles nucleares?

El uranio tiene muchos nucleones, es un átomo muy grande (Tiene 92 protones y 146 neutrones). En total, son 238 nucleones. Para comparar con otro átomo, el oxígeno tiene 16 nucleones (8 protones y 8 neutrones). Como es un átomo muy “grande”, es extremadamente inestable. Si se perturba un poco el núcleo, explota todo. Esto es justamente lo que se busca.

¿Que se hace para perturbar el núcleo y que arranque a explotar todo? Se le dispara un neutrón al núcleo del Uranio.

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¿Que es lo que pasa? El primer átomo de Uranio de divide en dos, se fisiona, y libera más neutrones. Estos neutrones (que se llaman neutrones rápidos) impactan contra otros átomos de Uranio y así se conforma una reacción en cadena. Acá empieza la magia.

Cuando el átomo se divide, sin embargo, se encuentra que la masa que queda después de la división es menos que la que había anteriormente. ¿Que quiero decir? Si arrancamos con 235 nucleones, cuando el Uranio se parte, se encuentra que quedan menos, digamos, 233. Faltan 2 nucleones. ¿Que pasó con esos nucleones? Se convirtieron en energía. ¿En cuanta energía? La cuenta es fácil:

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Con la formula de Einstein, calculamos cuanta energía conseguimos. M es la masa de los nucleones, y C es la velocidad de la luz. Para que se den una idea , en magnitudes. Si un kilogramo de uranio se convirtiese todo en energía, equivaldría a unas dos millones (2.000.000) de toneladas de petroleo. Como ven, es mucha energía.

Sigamos analizando el diagrama del reactor. En el reactor hay barras de control: Estas barras están hechas de carbono (grafito). Las barras de control absorben neutrones. Cuando hay muchos neutrones dando vuelta en el reactor, se bajan las barras de control para que absorban y la reacción no se les vaya de las manos a los ingenieros.

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Toda esta energía produce calor, mucho calor. ¿Cómo se aprovecha este calor? Se transmite a un circuito cerrado de agua a alta presión. El circuito es cerrado porque el agua está a presiones altísimas (Unas 600 atmósferas) y es necesario mantener esa presión por cuestiones de termodinámica. Este circuito conecta con otro tanque, al cual se le transmite este calor, hace hervir agua y el vapor generado mueve turbinas, que generan la electricidad. El agua que mueve las turbinas también conforma otro circuito cerrado, distinto del anterior.

¿Que significa circuito cerrado? Significa que el agua que se usa para mover las turbinas es siempre la misma, lo mismo la que mueve el reactor. Si el circuito fuera abierto, el agua escaparía a la atmósfera. El agua se mantiene en movimiento gracias a una bomba. Otro ejemplo de circuito cerrado es una fuente en una plaza: El agua de la fuente es siempre la misma, con una bomba que hace que suba para que vuelva a bajar.

Toda esta agua que cuando sale del generador sigue siendo vapor, va a un condensador, para que vuelva a ser agua líquida. Los condensadores mas comunes son las torres de enfriamiento. Arranquemos con las torres de enfriamiento. ¿Que son? A mi me gusta decir que son “Fábricas de nubes”. Son enormes torres de concreto rellenas de agua fria. Cuando el vapor caliente circula por sus paredes, el vapor de agua se condensa, y ese calor hace que el agua de la torre se evapore. Esto da origen a esas grandes cantidades de vapor que salen de allí

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Una vez enfriada, el agua vuelve al circuito normal y sigue su curso, todo de nuevo.

La energía nuclear en el mundo

  • La Argentina produce un poco menos del 10% de su energía eléctrica mediante reactores nucleares de potencia (centrales nucleares). Hoy por hoy tenemos tres centrales nucleares en funcionamiento: Atucha I y II en Zárate, y Embalse en Rio Cuarto. Somos un país con un desarrollo bastante avanzado: Hay fuerte investigación en materia nuclear, y con capitales de origen chino y ruso, mediante los tratados internacionales firmados por la presidenta Cristina Fernandez de Kirchner, se proyecta la construcción de una cuarta, quinta y sexta central nuclear. Esto significa que el porcentaje de energia producido pasaría del 10% al 22%.
  • Argentina a su vez está trabajando en un prototipo de reactor nuclear de mediana potencia: El proyecto CAREM, impulsado por la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) dependiente del Ministerio de Planificación. Es un reactor desarrollado (casi) íntegramente por científicos e ingenieros argentinos (Por lo menos en un 80%, que es un índice altísimo). Los reactores nucleares argentinos desarrollados actualmente, entre INVAP y la CNEA, son de potencia nula: usados para investigación, usados en el país y vendidos a países tales como Egipto y Australia.
  • Como pueden ver, INVAP no solo desarrolla satélites. De hecho, el fuerte de INVAP son los reactores nucleares.
  • Estados unidos produce un 20% de energía mediante reactores de potencia, y es el país que produce más energía de este origen (en cantidad de energia, no en porcentaje).
  • El país más nuclear del mundo es Francia: El 75% de la energía de Francia es de origen nuclear. Otros paises en los cuales está creciendo fuertemente dicho desarrollo es en China y Rusia, a pesar de que Alemania se bajó hace un par de años.
  • En Brasil, la energía nuclear, producida por dos reactores en la Angra, proporciona alrededor del 4% de la electricidad del país, en torno a 13.000 GWh por año. Actualmente se están construyendo otros dos reactores.

Una ventaja importante de la energia nuclear es que no desprende dióxido de carbono a la atmósfera. Tomando estándares de calidad extremadamente altos, la energía nuclear es muy confiable y accesible, y es una respuesta a la crisis energética en el mediano plazo (hasta poder reemplazar todo por energía 100% renovable, esperemos que no falte mucho)

Bueno, esto fue todo. Cualquier consulta, en los comentarios. No respondo MP’s!



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