Información sobre la tecnología del proceso

Información sobre la tecnología del proceso: incluye diagramas de flujo generales y/o simples, así como las descripciones de los aspectos químicos de cada proceso específico con los límites de seguridad superiores e inferiores para temperaturas, presiones, flujos, composiciones y, cuando esté n disponibles, materiales de diseñ o del proceso y balances energé ticos. Tambié n se determinan las consecuencias de las desviaciones en los procesos y materiales, entre ellas su efecto sobre la seguridad y la salud de los trabajadores. Siempre que se modifiquen los procesos o los materiales se actualiza la informació n y se evalú a nuevamente de acuerdo con el sistema de gestió n establecido para cambios de la instalació n.

La información química

La información química incluye no solamente las propiedades químicas y físicas, los datos de reactividad y corrosión y la estabilidad té rmica y química de productos químicos como los hidrocarburos y materiales altamente peligrosos del proceso, sino también los efectos peligrosos resultantes de mezclar inadvertidamente diferentes sustancias incompatibles. La información química incluye también los aspectos necesarios para realizar una evaluación del riesgo ambiental de emisiones tó xicas e inflamables y límites de exposició n permisibles.

Información sobre seguridad de los procesos

La informació n sobre seguridad de los procesos se utiliza en la industria para definir los procesos, los materiales y los equipos fundamentales. En ella está incluida toda la informació n escrita disponible relativa a la tecnología del proceso, los equipos utilizados, las materias primas y los productos y su peligrosidad antes de realizar un aná lisis de riesgos del proceso. Otra informació n crucial en cuanto a seguridad de los procesos es la documentació n relativa a las revisiones de proyectos importantes y criterios bá sicos de diseño.

Tipos de centrales nucleares y características (II)

Una vez iniciado un aumento en el ritmo de producción de energía por fisión, se mantendrá hasta que se detenga insertando en el núcleo la cantidad apropiada de materiales absorbentes de neutrones y de moderador. Este aumento de potencia se debe a un exceso de neutrones en la reacción de fisión en cadena con respecto a los necesarios para conseguir una reacción en cadena crítica. Por consiguiente, la velocidad de fisión y la consiguiente producción de energía pueden controlarse agregando o reti- rando cantidades muy pequeñas de materiales absorbentes de neutrones. Si se requiere una reducción brusca de la potencia, se inyecta en el núcleo una cantidad relativamente importante de material absorbente de neutrones. Cada tipo de reactor tiene sus propias características de reactividad, que determinan el diseño de los mecanismos absorbentes de neutrones que permitirán controlar eficazmente la potencia y parar el reactor de forma rápida y segura cuando sea necesario. Sin embargo, los mismos principios básicos de control y seguridad son aplicables a todos ellos.
En la Figura 76.1 se ilustran los tipos de reactores térmicos actualmente en servicio, y en la Tabla 76.3, sus princi- pales características. En las ilustraciones simplificadas de la Figura 76.1, se representan blindajes de hormigón en torno a los reactores y los sistemas refrigerantes primarios. Estos blindajes, que adoptan diversos diseños, protegen de la radiación directa del reactor y también actúan como contención de posibles fugas de los sistemas moderadores o refrigerantes; en general, están diseñados para soportar las elevadas presiones que se generarían si se produjese una avería grave en los sistemas refrigerantes.
En una central nuclear con reactor de agua a presión (PWR: pressurized water reactor), el moderador y el refrigerante primario son el mismo material —agua normal depurad—a, que está separada del circuito secundario de vapor/agua de alimentación por un contorno metálico en generadores de vapor (a veces llamados calderas), a través del cual se transfiere el calor por conducción. Por consiguiente, el vapor alimentado al turbogenerador no es radiactivo y el turbogenerador de vapor puede funcionar como una central eléctrica convencional. Como el hidrógeno del agua moderadora/refrigerante primaria absorbe una parte importante de los neutrones, es necesario someter el combustible al proceso denominado enriquecimiento isotópico, que consiste en incrementar el contenido del isótopo fisible (uranio 235) hasta alcanzar entre un 2 % y un 5 %, a fin de mantener una reacción en cadena práctica para la producción de energía a largo plazo.

Tipos de centrales nucleares y características (I)

Los reactores térmicos utilizan materiales llamados moderadores para controlar la producción rápida de neutrones producidos por la fisión, de modo que puedan ser capturados más fácilmente por los átomos del uranio 235. El moderador más utilizado es el agua normal. Otros son el grafito y el deuterio, un isótopo del hidrógeno, que se emplea en forma de óxido de deuterio, también llamado agua pesada. El principal componente del agua normal es óxido de hidrógeno y contiene una pequeña proporción (0,015 %) de agua pesada.
El combustible se enfría por medio de un refrigerante, que directa o indirectamente produce el vapor que impulsa la turbina y controla además la temperatura del núcleo del reactor, evitando que se caliente en exceso y se deteriore el combustible o los materiales estructurales. Entre los refrigerantes de uso corriente en los reactores térmicos cabe citar el agua normal, el agua pesada y el dióxido de carbono. El agua tiene buenas características de transferencia térmica (alto calor específico, baja viscosidad, fácil bombeo) y es el refrigerante más utilizado en las centrales nucleares. La refrigeración de un reactor con agua a presión o en ebullición permite alcanzar importantes densidades de energía en el núcleo, de modo que pueden cons- truirse grandes unidades de potencia en reactores de vasija rela- tivamente pequeña. Sin embargo, si el sistema refrigerante del reactor utiliza agua, debe funcionar a alta presión para que el vapor alcance presiones y temperaturas útiles para el eficiente funcionamiento del turbogenerador de vapor. Por consiguiente, la integridad del contorno del sistema refrigerante del reactor es muy importante en todas las centrales nucleares refrigeradas con agua, ya que constituye una barrera de seguridad que protege a los trabajadores, a la población y al medio ambiente El combustible utilizado en todos los reactores refrigerados por agua, y en la mayoría de los demás, es dióxido de uranio cerámico con camisa metálica (de acero inoxidable o de una aleación de zirconio). El dióxido de uranio sinterizado es un combustible ininflamable que puede rendir durante largos períodos de tiempo y conservar sus productos de fisión a altas temperaturas sin deformarse significativamente ni romperse. Los únicos reactores térmicos operativos que utilizan un combustible distinto del dióxido de uranio son las centrales Magnox (refrigeradas con dióxido de carbono), y están siendo gradualmente retiradas de servicio a medida que alcanzan el final de su vida útil.
Los materiales absorbentes de neutrones (como el boro, el cadmio, el hafnio y el gadolinio) utilizados en varias formas, como barras de control con camisa de acero o disueltos en los refrigerantes o moderadores, pueden introducirse y retirarse del núcleo del reactor para controlar la velocidad de la reacción de fisión. Contrariamente a lo que ocurre con la generación de energía a partir de combustibles fósiles, no es necesario aumentar la cantidad de combustible para aumentar la energía producida en una reacción de fisión en cadena.

GENERACION DE ENERGIA NUCLEAR

En todos los reactores nucleares, la energía se libera por fisión de los núcleos de los átomos del combustible en una reacción en cadena. El combustible nuclear más habitual es el uranio 235. Cada átomo de combustible fisionado da lugar a dos nuevos átomos —productos de fisión— y los neutrones expulsados de su núcleo provocan nuevas fisiones de átomos. Los productos de fisión transportan la mayor parte de la energía liberada por ésta, que se transforma a su vez en energía térmica cuando los átomos de combustible adyacentes reducen la gran velocidad de los productos de fisión y absorben su radiación. Los neutrones transportan alrededor del3% de la energía de fisión.
Para evitar que el núcleo del reactor se caliente demasiado, se utiliza un refrigerante líquido o gaseoso, que también produce el vapor (ya sea directa o indirectamente) que impulsa la turbina. A fin de mantener la reacción de fisión a la velocidad deseada por el operador de la central eléctrica, se insertan en el núcleo del reactor barras de control fabricadas con materiales capaces de absorber neutrones. En los reactores de agua a presión, los materiales absorbentes pueden colocarse disueltos en el refrigerante.
La mayoría de los productos de fisión son inestables y, por consiguiente, radiactivos. Estos productos se desintegran, liberando una radiación a una velocidad característica del elemento de cada producto de fisión, así como un nuevo producto que también puede ser radiactivo. Esta secuencia de desintegración

continúa hasta que se liberan productos estables (no radiactivos). En el reactor se forman otros productos radiactivos por absor- ción de neutrones en el núcleo de los átomos de materiales no fisibles, como el uranio 238, y materiales estructurales, como guías, soportes y camisas de combustible.
En reactores que han estado en funcionamiento durante cierto tiempo, la desintegración de los productos de fisión y la creación de nuevos productos de fisión alcanza un cuasiequili- brio. En este punto, la radiación y la producción de energía resultante de la desintegración de los productos radiactivos es casi una décima parte de toda la que se produce en el reactor.
De esta gran cantidad de material radiactivo se derivan los riesgos específicos de las centrales nucleares. En condiciones de funcionamiento, la mayoría de los materiales radiactivos se comportan como sólidos, pero algunos lo hacen como gases, o se volatilizan a la alta temperatura del reactor. Así, podrían ser fácilmente absorbidos por los organismos vivos y afectar a sus procesos biológicos. Son peligrosos, por tanto, si se liberan o se dispersan en el medio ambiente.

Cloro y sosa cáustica

El cloro (Cl2), utilizado como agente blanqueante desde el principio del siglo XIX, es muy reactivo y tó xico; se trata de un gas de color verdoso que se vuelve corrosivo en presencia de humedad. Generalmente se fabrica por electró lisis de la salmuera (NaCl), que produce Cl2 y NaOH, en instalaciones regionales, y se transporta hasta el cliente como líquido puro. Se utilizan tres mé todos para la producció n de Cl2 a escala industrial: la cé lula de mercurio, la cé lula de diafragma y la má s reciente cé lula de membrana. El Cl2 se produce siempre en el á nodo. Se enfría, se purifica, se seca, se licú a y se transporta a la fá brica. Si é sta es muy grande o se encuentra a larga distancia, se pueden construir instalaciones locales, desde las que el Cl2 se puede transportar en estado gaseoso.
La calidad del NaOH depende del procedimiento que se emplee. En el má s antiguo, el de la cé lula de mercurio, el sodio y el mercurio se combinan, formando una amalgama que se descompone con el agua. El NaOH resultante es casi puro. Uno de los inconvenientes de este mé todo es que el mercurio contamina el lugar del trabajo y ha dado lugar a serios problemas ambientales. El NaOH producido en la cé lula de diafragma se extrae con los restos de salmuera y se concentra para permitir que la sal cristalice y se separe. En el diafragma se emplea amianto. El NaOH má s puro se produce en las cé lulas de membrana. Una membrana semipermeable de material resinoso permite el paso de los iones sodio, sin la salmuera ni los iones cloro, y se combina con el agua añ adida a la cá mara cató dica para formar NaOH puro. El gas hidró geno es un subproducto de cada uno de estos procesos. Normalmente se trata y se utiliza en otros procesos o como combustible.