{"id":40245,"date":"2019-09-18T10:24:22","date_gmt":"2019-09-18T09:24:22","guid":{"rendered":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/que-es-la-eficiencia-termica-de-las-centrales-nucleares-definicion\/"},"modified":"2020-01-08T12:48:58","modified_gmt":"2020-01-08T11:48:58","slug":"que-es-la-eficiencia-termica-de-las-centrales-nucleares-definicion","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/es\/que-es-la-eficiencia-termica-de-las-centrales-nucleares-definicion\/","title":{"rendered":"\u00bfQu\u00e9 es la eficiencia t\u00e9rmica de las centrales nucleares? Definici\u00f3n"},"content":{"rendered":"
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Eficiencia t\u00e9rmica de centrales nucleares.\u00a0En las centrales nucleares modernas, la eficiencia termodin\u00e1mica general es de aproximadamente un tercio (33%).\u00a0Ingenieria termal<\/div>\n<\/div>\n
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Eficiencia t\u00e9rmica de centrales nucleares<\/h2>\n

La\u00a0eficiencia t\u00e9rmica<\/strong><\/a>\u00a0de la conversi\u00f3n de\u00a0energ\u00eda t\u00e9rmica<\/a>\u00a0en\u00a0trabajo<\/a>\u00a0est\u00e1 determinada principalmente por la diferencia entre los dep\u00f3sitos de temperatura fr\u00eda y caliente.\u00a0La eficiencia t\u00e9rmica mejora si la entrada de calor del vapor a la turbina de vapor est\u00e1 a la temperatura m\u00e1s alta posible y el rechazo de calor en el condensador est\u00e1 a la temperatura m\u00e1s baja posible.\u00a0La alta temperatura en un reactor de agua ligera generalmente est\u00e1 limitada por consideraciones de materiales y presi\u00f3n y la temperatura del sumidero est\u00e1 limitada por el ambiente.<\/p>\n

\"Rankine<\/a>T\u00edpicamente, la mayor\u00eda de\u00a0las plantas de energ\u00eda nuclear<\/strong>\u00a0opera\u00a0turbinas de vapor de condensaci\u00f3n de etapas m\u00faltiples<\/strong>\u00a0.\u00a0En estas turbinas, la etapa de alta presi\u00f3n recibe\u00a0vapor<\/a>\u00a0(este vapor es vapor casi saturado – x = 0.995 – punto C en la figura;\u00a06 MPa<\/strong>\u00a0; 275.6 \u00b0 C) desde un generador de vapor y lo expulsa al separador-recalentador de humedad (punto D )\u00a0El vapor debe recalentarse para evitar da\u00f1os que puedan ocasionar a las aspas de la turbina de vapor el vapor de\u00a0baja calidad<\/a>\u00a0.\u00a0El recalentador calienta el vapor (punto D) y luego el vapor se dirige a la etapa de baja presi\u00f3n de la turbina de vapor, donde se expande (punto E a F).\u00a0El vapor agotado se condensa en el condensador y est\u00e1 a una presi\u00f3n muy por debajo de la atmosf\u00e9rica (presi\u00f3n absoluta de0.008 MPa<\/strong>\u00a0), y est\u00e1 en un estado parcialmente condensado (punto F), t\u00edpicamente de una calidad cercana al 90%.<\/p>\n

En este caso, los generadores de vapor, la turbina de vapor, los condensadores y las bombas de agua de alimentaci\u00f3n constituyen un motor t\u00e9rmico, sujeto a las limitaciones de eficiencia impuestas por la\u00a0segunda ley de la termodin\u00e1mica<\/strong>\u00a0.\u00a0En el caso ideal (sin fricci\u00f3n, procesos reversibles, dise\u00f1o perfecto), este motor t\u00e9rmico tendr\u00eda una eficiencia de Carnot de<\/p>\n

\u03b7 = 1 – T\u00a0fr\u00edo<\/sub>\u00a0\/ T\u00a0caliente<\/sub>\u00a0= 1 – 315\/549 = 42.6%<\/p>\n

donde la temperatura del dep\u00f3sito caliente es de 275.6 \u00b0 C (548.7K), la temperatura del dep\u00f3sito fr\u00edo es de 41.5 \u00b0 C (314.7K).\u00a0Pero la central nuclear es el\u00a0motor t\u00e9rmico real<\/strong>\u00a0, en el que los procesos termodin\u00e1micos son de alguna manera irreversibles.\u00a0No se hacen infinitamente lento.\u00a0En dispositivos reales (como turbinas, bombas y compresores) una fricci\u00f3n mec\u00e1nica y p\u00e9rdidas de calor causan p\u00e9rdidas adicionales de eficiencia.<\/p>\n

Por lo tanto, las centrales nucleares suelen tener una eficiencia de aproximadamente el 33%.\u00a0En las centrales nucleares modernas, la eficiencia termodin\u00e1mica general es de aproximadamente\u00a0un tercio<\/strong>\u00a0(33%), por lo\u00a0que se necesitan\u00a03000 MWth<\/strong>\u00a0de energ\u00eda t\u00e9rmica de la reacci\u00f3n de fisi\u00f3n para generar\u00a01000 MWe<\/strong>\u00a0de energ\u00eda el\u00e9ctrica.<\/p>\n

Presi\u00f3n de la caldera<\/strong><\/p>\n

\"Ciclo<\/a>
Un aumento en la presi\u00f3n de la caldera est\u00e1 en el resultado limitado por el material del recipiente a presi\u00f3n del reactor.<\/figcaption><\/figure>\n

De acuerdo con el principio de Carnot, se pueden lograr mayores eficiencias aumentando la\u00a0temperatura<\/strong>\u00a0del vapor.\u00a0Pero esto requiere un aumento de las presiones dentro de las calderas o generadores de vapor.\u00a0Sin embargo, las consideraciones metal\u00fargicas ponen l\u00edmites superiores a tales presiones.\u00a0Para evitar la ebullici\u00f3n del refrigerante primario y proporcionar un margen de subenfriamiento (la diferencia entre la temperatura del presurizador y la temperatura m\u00e1s alta en el n\u00facleo del reactor), las presiones alrededor de 16 MPa son t\u00edpicas para los PWR\u00a0.\u00a0<\/strong>El\u00a0recipiente a presi\u00f3n del reactor<\/a>\u00a0es el componente clave, que limita la eficiencia t\u00e9rmica de cada central nuclear, ya que el recipiente del reactor debe soportar altas presiones.<\/p>\n

Desde este punto de vista,\u00a0los reactores de agua supercr\u00edticos<\/strong><\/a>\u00a0se consideran un avance prometedor para\u00a0las centrales nucleares<\/a>\u00a0debido a su\u00a0alta eficiencia t\u00e9rmica<\/strong>\u00a0(~ 45% frente a ~ 33% para los LWR actuales).\u00a0Los SCWR funcionan a\u00a0presi\u00f3n supercr\u00edtica<\/strong>\u00a0(es decir, superior a 22,1 MPa).<\/p>\n

Presi\u00f3n del condensador<\/span><\/strong><\/p>\n

\"Ciclo<\/a>
La disminuci\u00f3n de la presi\u00f3n de escape de la turbina aumenta el trabajo neto por ciclo, pero tambi\u00e9n disminuye la calidad del vapor del vapor de salida.<\/span><\/figcaption><\/figure>\n

El caso de la disminuci\u00f3n de la temperatura promedio a la cual se rechaza la energ\u00eda, requiere una disminuci\u00f3n de la presi\u00f3n dentro del\u00a0<\/span>condensador<\/span><\/strong>\u00a0(es decir, la disminuci\u00f3n de la\u00a0<\/span>temperatura de saturaci\u00f3n<\/span><\/a>\u00a0).\u00a0La presi\u00f3n de condensador m\u00e1s baja posible es la presi\u00f3n de saturaci\u00f3n correspondiente a la temperatura ambiente (es decir, presi\u00f3n absoluta de\u00a0<\/span>0.008 MPa,<\/span><\/strong>\u00a0que corresponde a 41.5 \u00b0 C).\u00a0El objetivo de mantener la presi\u00f3n de escape de turbina pr\u00e1ctica m\u00e1s baja es una raz\u00f3n principal para incluir el condensador en una central t\u00e9rmica.\u00a0El condensador proporciona un vac\u00edo que maximiza la energ\u00eda extra\u00edda del vapor, lo que resulta en un aumento significativo en el trabajo neto y la eficiencia t\u00e9rmica.\u00a0Pero tambi\u00e9n este par\u00e1metro (presi\u00f3n del condensador) tiene sus l\u00edmites de ingenier\u00eda:<\/span><\/p>\n