7. Canal
Cauce de agua
artificial construido por motivos de riego, drenaje, para
convertir una vía en navegable o como parte de una presa
hidroeléctrica. Este artículo sólo describe
las vías navegables, que en general son de dos tipos:
canales para barcos, lo bastante profundos para que circulen
buques transoceánicos, y canales poco profundos,
utilizados sobre todo por barcazas.
Construcción
La construcción de un canal consiste en
excavar un corte abierto con las potentes herramientas y
máquinas que se usan en la
construcción. Las paredes del surco se recubren con
cemento para
evitar la erosión
que produciría en las orillas el movimiento del
agua por el paso de los barcos y que cegaría el canal. Los
canales no pueden salvar pendientes, como las carreteras y las
vías del tren, pero pueden hacerse en varios tramos
escalonados. Donde hay tramos a diferentes niveles, los barcos se
transfieren de uno a otro mediante esclusas. Una esclusa es una
sección del canal cerrada por compuertas en sus dos
extremos y donde el nivel del agua aumenta o disminuye a voluntad
mediante válvulas o
aliviaderos hasta alcanzar el nivel de la parte más alta o
el de la parte más baja; cuando el nivel de la esclusa se
ha igualado con el del tramo del canal la compuerta
correspondiente se abre y el barco entra o sale de la
esclusa.
También se utilizan rampas y elevadores para
subir y bajar barcos pequeños. Las rampas tienen unos
raíles (rieles) sobre los cuales los barcos se remolcan de
una altura a otra mediante cables. En los elevadores el barco se
conduce a un tanque móvil, que se eleva o desciende hasta
alcanzar el nivel del siguiente tramo del canal.
Las esclusas, que se utilizan en la mayoría de
los canales de varios tramos, tienen ciertos inconvenientes. Los
costes de construcción y mantenimiento
son muy elevados; cuando los barcos son de gran tonelaje, resulta
difícil mantener el suministro de agua para alcanzar el
nivel del tramo superior, y además se crean corrientes que
tienden a igualar los niveles, lo que hace que se produzcan
grandes pérdidas en los niveles superiores en cada
operación. Para evitar el uso de esclusas se construyen
terraplenes a fin de salvar depresiones del terreno, acueductos
para superar ríos y túneles para atravesar zonas
montañosas.
Historia
Los primeros canales datan de muchos siglos antes de la era
cristiana. Los asirios, egipcios, hindúes y los chinos los
utilizaban como vías de transporte y
comunicación. Hay restos de un canal cerca
de Mandali, en Irak, que
datan del año 4000 a.C.; el Gran Canal de China, de
1.782 km de longitud, comunica las ciudades de Tianjin y
Hangzhou. Su construcción comenzó en el siglo
VI a.C. (terminó en el año 1327 d.C.) y
todavía se utiliza en la actualidad. Las esclusas se
inventaron a finales del siglo XV en Europa. En el
siglo XVII se construyeron canales importantes en Francia, como
el de Brière, Orleans, y los de Languedoc. En Rusia se
construyó un extenso sistema de
canales en el siglo XVIII para comunicar San Petersburgo con el
mar Caspio. El canal Göta es un sistema de lagos,
ríos y canales de 386 km de longitud, de los cuales
87 km son aptos para grandes buques, que comunica Estocolmo
y Göteborg desde 1832; también en 1832 se
terminó de construir el canal Ludwig, que une el Danubio
con el Rin y el Main, con una extensión total de
177 km, y que permite la circulación fluvial
ininterrumpida desde el mar del Norte hasta el mar Negro. El
canal de Suez, inaugurado en 1869, comunica el
Mediterráneo con el mar Rojo. El canal de Panamá,
inaugurado en 1914, comunica los océanos Atlántico
y Pacífico. La construcción en 1938 del canal
Mittelland, de 467 km, completó el sistema de
vías navegables que cruza de este a oeste el interior de
Alemania. Este
sistema tiene una longitud total de 11.265 km y se extiende
desde el canal Dortmund-Ems, al este del Rin, hasta Magdeburgo,
al norte del río Elba.
En Inglaterra el
primer canal se construyó en 1134, durante el reinado de
Enrique I, para unir los ríos Trent y Witham. Pero cuando
la construcción de canales en el Reino Unido
floreció fue a finales del siglo XVIII y principios del
XIX. En esta época se construyeron el canal
Leeds-Liverpool (1816), de 230 km de longitud; el Gran Canal
en Irlanda (1756), que recorre 134 km de este a oeste entre
Dublín y el puerto de Shannon por el río Shannon;
el canal Caledonian (1847) es una vía navegable de
97,3 km que atraviesa Escocia y consta de 37 km de
canales; por último, el canal de Manchester (1894)
permitió la entrada de buques transoceánicos al
puerto de la ciudad. El sistema de canalización canadiense
está compuesto por los canales del río San Lorenzo,
los del río Ottawa, el canal Chambly, el Rideau y el
Trent. De ellos, el más importante ha sido el sistema de
canales de San Lorenzo, que constituía una vía de
4,3 m de profundidad desde el lago Superior y el golfo de San
Lorenzo. Como parte del proyecto para
construir el canal de San Lorenzo, inaugurado en 1959, se
ahondó el canal hasta los 8,2 m para permitir el paso de
grandes buques transoceánicos de hasta 7,8 m de calado y
comunicar el Atlántico con los puertos de los Grandes
Lagos, como Chicago o Duluth.
En Estados Unidos,
la construcción del canal Erie, que comenzó en
1817, marcó el comienzo de una era de canalización
que produjo un conjunto de 7.242 km de canales (sobre todo
en los estados de la parte central). Gracias a esto se produjo la
apertura para la colonización del Medio Oeste americano.
Otros canales más recientes, como los del río
Mississippi, que forman una vía de 2.956 km con 30
esclusas y presas, ya no están en funcionamiento; han sido
reemplazados por trenes y vías navegables más
modernas. El canal Intracostero, que recorre las costas del
Atlántico y del Golfo, es fundamental en el sistema de
vías navegables del interior de EEUU, que consta de
40.845 km.
Canales para barcazas
En la mayoría de los grandes canales las barcazas se
mueven mediante remolcadores que pueden arrastrar hasta 40
barcazas juntas. Las barcazas modernas están
diseñadas para transportar mercancías
específicas. Las barcazas-tolva transportan carbón,
grava y grandes mercancías; otras van cubiertas y se
utilizan para grano, productos
químicos y demás productos que han de mantenerse
secos; las barcazas-tanque transportan petróleo y
otras sustancias líquidas. En algunos canales europeos las
barcazas se remolcan a la sirga, en grupos de dos o
más, con tractores diesel o de gasolina desde una orilla
del canal. En otras zonas se utilizan todavía animales de
arrastre.
Canales para grandes barcos
Los canales para grandes barcos son por lo general de dos clases:
los que comunican dos lagos u océanos, como el canal de
Suez o el de Panamá, y los que comunican un puerto
interior con el mar, como el de Manchester y el de
Houston.
Canalización de ríos
Antaño se construían canales poco profundos
paralelos a los ríos importantes en los puntos en los que
ya no se podía navegar. Los barcos se desviaban al canal y
al superar los obstáculos continuaban por el río.
Gracias al desarrollo de
la maquinaria pesada se ha optado por la canalización del
propio río. Para ello hay que dragar el río en las
zonas no navegables y construir presas y esclusas para controlar
el nivel del río de un extremo al otro.
Un aprovechamiento geotérmico de baja temperatura es
una instalación calefactora o, más raramente,
generadora de energía
eléctrica, que emplea agua caliente subterránea
a una temperatura de 60 a 150 °C. La alimentación de una
central termoeléctrica con agua subterránea a tales
temperaturas permitiría un ahorro de
energía en la caldera, pero acarrearía graves
problemas de
corrosión e incrustaciones en los tubos,
por el contenido de sales y gases del
agua; para evitarlo, se puede recurrir a otro fluido por medio de
un intercambiador de calor, pero
entonces el rendimiento es bajo.
El aprovechamiento óptimo de estos yacimientos se
da en calefacción urbana e industrial, como ocurre en
Islandia y otros países, en los que existen redes centralizadas de
calor, alimentadas con agua a 80-90 °C mediante conductos de
hormigón en el subsuelo, aislados con lana de vidrio u otros
materiales. La
conducción se consigue con pendientes del 5 % y la ayuda
de bombas y tanques
de reserva para mantener la presión
adecuada.
Central geotérmica
Una central geotérmica es una central
termoeléctrica de turbina de vapor alimentada por agua
subterránea a alta presión y a temperatura superior
a los 150 °C. La función de
la caldera la desempeña aquí una red de pozos con
profundidades de hasta centenares de metros, que alimenta un
separador de agua y vapor (un ciclón, por ejemplo), de
donde el vapor seco sale hacia las turbinas y el agua, hacia
un silenciador, pasando por un conducto de orificio regulable. De
hecho, a la salida de los pozos y hasta el separador, el agua
permanece en gran parte en estado
líquido, si bien va perdiendo presión y, por lo
tanto, se pone a hervir (parte del vapor que va a las turbinas
tiene este origen); el flujo de agua centrifugada del separador
ya no produce vapor de turbina, pero al perder bruscamente
presión en un orificio a la entrada del silenciador (que
amortigua el estruendo de la ebullición), emite grandes
cantidades de vapor. La presencia de gases y partículas en
el vapor requiere ciertos cambios en los materiales y procesos. La
realimentación del yacimiento con agua sobrante de la
central se basa en la idea de que existe en el mismo más
calor (proveniente de un magma profundo) que agua (agua de lluvia
infiltrada).
Energía térmica
Si bien la máquina de vapor con que se inició la
primera revolución
industrial permitió aprovechar a gran escala la
energía térmica para producir trabajo, el posterior
descubrimiento de la inducción electromagnética
sentó las bases para transformar este trabajo en
energía eléctrica. Con este fin, se utilizaron
varios procedimientos:
juntar una máquina de vapor, una turbina o un motor de combustión interna con un generador
(primero, con una dinamo, y después con un alternador). No
obstante, para usos de mayor potencia
(centrales termoeléctricas) ha prevalecido el dispositivo
de turbina y alternador (turboalternador), y el de motor Diesel y
alternador para funciones
auxiliares (grupos electrógenos). Una central
termoeléctrica convierte el calor resultante de quemar un
combustible (o de fisiones nucleares en una central nuclear),
primero, en energía mecánica de rotación del eje del
turboalternador (primer principio de la termodinámica), y después, en
energía eléctrica (ley de Faraday)
en los bornes de salida del alternador. Esta última
conversión se efectúa siempre mediante el giro del
eje y del rotor del alternador (el eje suele incluir un engranaje
reductor para que la velocidad de
giro del rotor no sea tan alta como la de la turbina).
Existen dos procedimientos para llevar a cabo la primera
conversión: el transporte del calor por los mismos gases
de combustión, que se expanden en una turbina de gas, y el
transporte del calor por vapor de agua o de otra sustancia, que
se expande en una turbina de vapor en ciclo cerrado. En ambos
casos, según el segundo principio de la
termodinámica, tanto mayor será el rendimiento del
trabajo producido cuanto mayor sea la diferencia de temperatura
del gas o vapor entre el principio y el final del proceso. De
ahí que, en la caldera que alimenta una turbina de vapor,
haya un sobrecalentador de vapor y, al final, se enfríe el
agua (torre de refrigeración u otro sistema). En las
turbinas de gas, no es necesario el sobrecalentador, por lo que
se llega incluso a reducir la alta temperatura de
combustión para que los gases no dañen la
máquina. Para mejorar el rendimiento, se introducen ciclos
de calentamiento y enfriamiento de los gases o el vapor cuando
estos fluidos ya están en las respectivas turbinas. El
primer procedimiento
antes señalado consta de las siguientes fases: se comprime
aire en un
compresor y se envía a una cámara de
combustión en la que se inyecta gas industrial (gas de
coque, de alto horno, de síntesis)
o aceite pesado; se realiza la combustión a presión
casi constante; y, por último, los gases se van
expandiendo en sucesivas coronas de álabes de la turbina,
cada vez mayores, a medida que los gases pierden presión y
temperatura. Una parte de la energía de la turbina se
utiliza para accionar el compresor mediante un montaje axial o
no. Este sistema es de arranque rápido y su potencia es
elevada en relación al peso de la máquina, pero al
tener un rendimiento menor que el de las turbinas de vapor, se
emplea más bien en centrales auxiliares para los momentos
de mayor demanda
eléctrica. El segundo procedimiento es de ciclo cerrado:
se bombea agua de un condensador a la caldera, que consume
carbón pulverizado, fuel, gas natural o
industrial, residuos combustibles o mezclas de
estas sustancias; el vapor producido entra por varias toberas en
la turbina y allí sigue un camino parecido al de los gases
en la turbina de gas, aunque, al estar el vapor a una
presión más alta y a una temperatura menor que los
gases del sistema anterior, la disposición de los
álabes es distinta; al final, una vez enfriado, el vapor
vuelve en forma de agua al condensador. Al ser mayor el
rendimiento que en la turbina de gas, más lento el
arranque y menor la potencia por unidad de peso de la
máquina, su uso es preferente en las grandes centrales. El
perfeccionamiento de las turbinas de gas y de vapor ha dado pie a
los sistemas de
cogeneración y ciclo combinado, que aumentan el
rendimiento energético en la industria,
aunque también se utilizan en las centrales.
Otros dispositivos e instalaciones de las centrales
térmicas son los depósitos de combustible; los
molinos, que pulverizan el carbón para mejorar su
combustión; los sistemas de precalentamiento del
combustible o del fluido entrante; y los reguladores
automáticos de presión en la turbina, conectados
con sensores en la
red para
compensar fluctuaciones de giro del rotor a causa de altibajos en
el consumo
eléctrico.
Energía que un objeto posee debido a su
movimiento. La energía cinética depende de la masa
y la velocidad del objeto según la ecuación
>E = ymv2
>donde m es la masa del objeto y v2 la velocidad del mismo
elevada al cuadrado. El valor de E
también puede derivarse de la ecuación
>E = (ma)d
>donde a es la aceleración de la masa m y d es la
distancia a lo largo de la cual se acelera. Las relaciones entre
la energía cinética y la energía potencial,
y entre los conceptos de fuerza,
distancia, aceleración y energía, pueden ilustrarse
elevando un objeto y dejándolo caer.
Cuando el objeto se levanta desde una superficie se le
aplica una fuerza vertical. Al actuar esa fuerza a lo largo de
una distancia, se transfiere energía al objeto. La
energía asociada a un objeto situado a determinada altura
sobre una superficie se denomina energía potencial. Si se
deja caer el objeto, la energía potencial se convierte en
energía cinética.
Energía potencial
Energía almacenada que posee un sistema como resultado de
las posiciones relativas de sus componentes. Por ejemplo, si se
mantiene una pelota a una cierta distancia del suelo, el sistema
formado por la pelota y la Tierra
tiene una determinada energía potencial; si se eleva
más la pelota, la energía potencial del sistema
aumenta. Otros ejemplos de sistemas con energía potencial
son una cinta elástica estirada o dos imanes que se
mantienen apretados de forma que se toquen los polos
iguales.
Para proporcionar energía potencial a un sistema
es necesario realizar un trabajo. Se requiere esfuerzo para
levantar una pelota del suelo, estirar una cinta elástica
o juntar dos imanes por sus polos iguales. De hecho, la cantidad
de energía potencial que posee un sistema es igual al
trabajo realizado sobre el sistema para situarlo en cierta
configuración. La energía potencial también
puede transformarse en otras formas de energía. Por
ejemplo, cuando se suelta una pelota situada a una cierta altura,
la energía potencial se transforma en energía
cinética.
La energía potencial se manifiesta de diferentes
formas. Por ejemplo, los objetos eléctricamente cargados
tienen energía potencial como resultado de su
posición en un campo
eléctrico. Un explosivo tiene energía potencial
química
que se transforma en calor, luz y
energía cinética al ser detonado. Los
núcleos de los átomos tienen una energía
potencial que se transforma en otras formas de energía en
las centrales nucleares.
Energía de ionización
Cantidad de energía que se necesita para separar
el electrón menos fuertemente unido de un átomo
neutro gaseoso en su estado fundamental (estado energético
más bajo). La entidad en que se transforma el átomo
al perder un electrón es un ion gaseoso
monopositivo.
Esta definición corresponde a la primera
energía de ionización. Se denomina segunda
energía de ionización a la que se necesita para
extraer de un ion gaseoso monopositivo el electrón menos
fuertemente unido. Las sucesivas energías de
ionización se definen de manera semejante.
Estas energías se determinan por
interpretación de los espectros de emisión o de
absorción, y a través de experiencias directas en
las que se mide la variación de energía que tiene
lugar en el proceso:
M(g) → M+(g) + e
- donde M representa un átomo de cualquier
elemento.
Las energías de ionización varían
de la misma forma a lo largo de cada periodo y de cada grupo de la
tabla
periódica. Dentro de cada periodo, los metales alcalinos
tienen la mínima energía de ionización, y
los gases nobles la máxima. Dentro de cada grupo, la
energía de ionización disminuye a medida que
aumenta el tamaño de los átomos, es decir, al
descender en el grupo.
Rendimiento de la energía
Los esfuerzos de los ingenieros para mejorar el rendimiento de
las máquinas llevaron a Nicolas Carnot a la
formulación de las leyes de la
termodinámica en 1824. Éstas son leyes basadas en
la experiencia pero con una importante base teórica, y son
fundamentales para incrementar el rendimiento del uso que hacemos
de las cada día más escasas reservas de
energía de combustibles fósiles. El descubrimiento
de que la energía no se crea ni se destruye debería
disuadir a los inventores de máquinas de movimiento
perpetuo, pero la segunda ley de la termodinámica supone
un límite más complejo al rendimiento de cualquier
motor de calor, ya sea una turbina o el motor de un
automóvil.
Por ejemplo, si en una turbina de vapor la temperatura
del vapor de admisión tiene un valor Tcaliente, y la
temperatura de salida de la turbina a la que ha hecho girar tiene
un valor Tfrío, el rendimiento de la conversión
teóricamente posible de la máquina sería muy
simple:
-donde T
se mide en kelvins (K).
Por esta razón, en la práctica el
rendimiento de la conversión de las grandes centrales
eléctricas de vapor que funcionan con carbón o
petróleo es de menos del 40%, y el de los motores de
gasolina de automóviles es de menos del 20%. El resto de
la energía se disipa en forma de calor, aunque en el caso
de los motores de automóviles dicho calor puede emplearse
para la calefacción de la cabina.
El bajo rendimiento con el que generamos nuestra
energía o propulsamos nuestros automóviles, una
consecuencia de las leyes físicas más que de la
negligencia, hace pensar que los futuros adelantos en el
rendimiento de la energía serán el resultado tanto
de nuevos avances
tecnológicos como de la reducción consciente
del consumo de energía.
Factores que mejoran el rendimiento
Todo el sistema energético del mundo desarrollado se vio
seriamente afectado en 1973, cuando los productores de
petróleo árabes, en respuesta a las presiones de la
guerra del Yom
Kippur, cuatriplicaron el precio del
petróleo hasta alcanzar 12 dólares por barril, y
redujeron en un 5% el suministro a los grandes importadores de
petróleo como la Comunidad Europea
y Estados Unidos (como medida de presión para que
retiraran su apoyo a Israel).
Más tarde, en 1979, los precios
subieron aún más, y en 1980 se pagaban 40
dólares por barril.
La Comunidad Europea reaccionó poniendo en
práctica una política conocida en
inglés
como CoCoNuke, iniciales de carbón, conservación y
nuclear. Se dio prioridad a la reducción del consumo de
combustibles, en especial del petróleo. Estimulada por el
aumento de los precios, la gente comenzó a ahorrar
energía y utilizarla de un modo más
económico, consiguiéndose a lo largo de la
década de 1980 un espectacular avance en el rendimiento de
la energía. Al deshacerse el cártel árabe y
bajar los precios del petróleo, llegando en algunos casos
a menos de diez dólares por barril, han aparecido nuevas
razones para el rendimiento de la energía: motivos
medioambientales, de contaminación y en especial de
calentamiento global.
Generación de electricidad
El rendimiento en la generación de electricidad depende en
última instancia de las leyes de la termodinámica.
Al incrementar la temperatura de entrada en las turbinas de gas
mediante la introducción de nuevos materiales y
técnicas de diseño,
el rendimiento de las últimas turbinas se ha incrementado
en un 42%. Si el gas caliente de salida se usa para aumentar el
vapor a fin de alimentar una turbina de vapor, se forma un
llamado ciclo combinado, con un rendimiento generalizado de la
conversión del calor en electricidad de cerca del 60%. Las
plantas de ciclo
combinado que funcionan con gas están sustituyendo con
rapidez a las de carbón y petróleo en todo el
mundo. Un incentivo para su construcción es el menor
impacto medioambiental y la reducción de la emisión
de dióxido de carbono que
suponen.
Un modo aún más eficaz de utilizar la
energía de combustibles fósiles primarios es la
construcción de sistemas de Cogeneración o de
Energía y Calor Combinados (ECC). En este caso, el calor
de salida de la turbina de gas o vapor e incluso de los motores
diesel se emplea para alimentar los generadores de electricidad y
suministrar vapor y calor a los distintos elementos de la
fábrica. Estos sistemas tienen un rendimiento global en el
uso de la energía de más del 80%. (Este sistema se
ilustra en el diagrama). Son
muchas circunstancias comerciales en las que los sistemas ECC son
ideales para el equilibrio
electricidad/calor necesario, y su instalación supone un
adelanto en costes y ahorro de energía.
Políticas energéticas
La desregularización y privatización de los sistemas de suministro
de energía, junto con la introducción de políticas
energéticas en manos de las leyes del mercado, alientan
a los productores a aumentar sus beneficios, vendiendo más
y más cantidad de energía y disminuyendo su
disposición a la conservación de la misma. El
único límite son las leyes sobre
contaminación. Por lo que respecta a la demanda, los
usuarios parecen reacios a instalar sistemas de ahorro de
energía, a pesar del ahorro que les supondría
durante tres o cuatro años. Un ejemplo son la
lámparas de alto rendimiento energético.
No hay duda de que se debe hacer un uso más
eficaz de los recursos
energéticos del mundo en el futuro, si queremos satisfacer
la demanda creciente de energía de una población en rápido aumento e
industrialización. La presión sobre los recursos
limitados de combustible y los niveles crecientes de la
población requieren una respuesta urgente.
Desde el descubrimiento de la radiactividad natural por
Henri Becquerel en 1896 hasta 1942, en que Enrico Fermi y otros
físicos construyen el primer reactor nuclear con fines
bélicos, no transcurrió ni medio siglo; tan
sólo doce años más tarde, en 1954,
entró en funcionamiento, en la URSS, la primera central
nuclear.
Sin duda, el interés
militar por fabricar las bombas A y H aceleró el
desarrollo de la técnica nuclear para usos
pacíficos. De hecho, un reactor nuclear viene a ser como
una bomba A controlada, en que la energía se libera, no ya
en fracciones de segundo, sino a lo largo de meses o años.
El proceso básico consiste en intensificar una
reacción que se da en la naturaleza en
elementos pesados como el uranio (en especial sus isótopos
235 y 238), que al irse desintegrando liberan neutrones
térmicos (lentos) o rápidos. Si un neutrón
térmico colisiona con un núcleo de uranio de la
variante 235 mencionada, se produce una fisión (ruptura
del núcleo en varios fragmentos) que libera neutrones, y
si lo hace con un núcleo del isótopo 238,
éste se convierte en un núcleo del elemento
artificial plutonio 239. Tanto el uranio 235 como el plutonio 239
se dice que son elementos fisionables, porque basta que el
neutrón sea térmico para que se rompan, mientras
que por su parte el uranio 238 exige un neutrón
rápido. Los nucleidos como el uranio 238, conocidos como
elementos fértiles, dan elementos fisionables al capturar
un neutrón térmico. Lo esencial de este proceso es
que la masa total de los núcleos y partículas
resultantes de la fisión es algo menor que la masa del
núcleo y neutrón iniciales: la diferencia se ha
convertido, en gran parte, en energía cinética de
los productos de fisión (principio de equivalencia de
Einstein). En el transcurso de esta conversión, se libera
mucha más energía por unidad de masa, del orden de
un millón de veces más, que en una
conversión clásica entre dos formas de
energía. Un reactor nuclear concentra una masa de uranio,
torio o plutonio, llamada crítica, que permite que las
fisiones se sucedan en cadena (reacción autoalimentada).
Para ello se elabora un combustible apropiado (a menudo, una
mezcla de un nucleido fértil con una pequeña
cantidad de otro fisionable) y se usa o no un moderador, es
decir, una sustancia que absorbe energía de los neutrones
rápidos que la atraviesan conviertiéndolos en
neutrones térmicos, como por ejemplo el agua, el agua
pesada o el grafito. La energía desprendida en el reactor,
en forma de calor, la absorbe un refrigerante (agua, sodio
líquido, CO2) en el circuito primario; pasa al circuito
secundario de vapor (en ocasiones no existe) mediante un
intercambiador de calor; y de allí, al turboalternador,
como en toda central térmica. Los distintos tipos de
reactor resultan de una combinación específica de
combustible, moderador y refrigerante, y en todos ellos la
reacción pasa a ser autosostenida cuando el número
N de neutrones resultantes de las fisiones es igual al
número n de los neutrones que las han provocado (si la
constante de multiplicación K = n/N vale 1, el reactor
está en situación crítica, o sea, en
operación normal). Los dos tipos más corrientes de
reactores térmicos (que operan principalmente con
neutrones térmicos) son el PWR y el BWR. El PWR (en
inglés, reactor de agua a presión) consta de una
vasija de acero especial
que contiene dióxido de uranio 238 enriquecido en un 2% o
3% con uranio 235 y agua a una presión superior a la de
saturación, para que no entre en ebullición. El
agua hace de moderador y de refrigerante, y existe el circuito
secundario de vapor. Para evitar que la reacción se
descontrole (K > 1) o se pare (K < 1), hay unas barras de
control (cadmio,
plata) que absorben neutrones y cuya inserción en la
vasija se puede ajustar a voluntad. La vasija, el circuito
primario de agua y el intercambiador de calor están dentro
de un edificio de contención, equipado con gruesas paredes
de hormigón, para impedir la
contaminación radiactiva del entorno. El BWR (reactor
de agua en ebullición) opera con el mismo combustible,
moderador y refrigerante que el PWR, pero aquí el agua se
mantiene a una presión que no le impida hervir y el
circuito primario es el que alimenta el turboalternador. Los
reactores FBR (reproductores rápidos) se basan en una
concepción distinta: no hay moderador y operan, pues, con
neutrones rápidos; usan un combustible fisionable como el
plutonio 239, envuelto con una capa fértil (de uranio 238)
que da lugar a plutonio 239; y acaban produciendo de este modo
una cantidad mayor de combustible fisionable del que consumen. La
extracción de minerales
radiactivos, la elaboración del combustible y el
tratamiento posterior de los residuos constituyen el ciclo del
combustible, que requiere procesos muy complejos.
El átomo está formado por un
pequeño núcleo, cargado positivamente, rodeado de
electrones. El núcleo, que contiene la mayor parte de la
masa del átomo, está compuesto a su vez de
neutrones y protones, unidos por fuerzas nucleares muy intensas,
mucho mayores que las fuerzas eléctricas que ligan los
electrones al núcleo. El número másico A de
un núcleo expresa el número de nucleones (neutrones
y protones) que contiene; el número atómico Z es el
número de protones, partículas con carga positiva.
Los núcleos se designan como ¿ X; por ejemplo, la
expresión ¯U representa el
uranio 235.
La energía de enlace de un núcleo mide la
intensidad con que las fuerzas nucleares mantienen ligados a los
protones y neutrones. La energía de enlace por
nucleón, es decir, la energía necesaria para
separar del núcleo un neutrón o un protón,
depende del número másico. La curva de las
energías de enlace implica que si dos núcleos
ligeros, que ocupan posiciones muy bajas en la tabla, se fusionan
para formar un núcleo de mayor peso (o si un núcleo
pesado, que ocupa posiciones muy altas en la tabla, se divide en
dos de menor peso), los núcleos resultantes están
ligados con más fuerza, por lo que se libera
energía.
La fusión de
dos núcleos ligeros libera millones de electrovoltios
(MeV), como ocurre cuando dos núcleos de hidrógeno
pesado o deuterones (ªH) se combinan según la
reacción
para producir un núcleo de helio 3, un
neutrón libre (¦n) y 3,2 MeV, o
5,1 × 10-13 julios (J). También se libera
energía nuclear cuando se induce la fisión de un
núcleo pesado como el ¯U mediante la absorción
de un neutrón, como en la reacción
Autor:
Saray Garcia
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