Home Energía ¿Qué pasa en Fukushima (Parte 3)? Más sobre la Extracción de Calor del Núcleo

¿Qué pasa en Fukushima (Parte 3)? Más sobre la Extracción de Calor del Núcleo

escrito por Manuel Fernández Ordoñez 28 marzo, 2011

En el primero de los artículos de esta serie vimos, muy superficialmente, cómo funciona una central nuclear en condiciones normales. En el segundo explicamos cómo, aún apagada la reacción en cadena, el núcleo del reactor sigue generando una gran cantidad de calor residual que debe ser extraído del núcleo. Esto se realiza mediante el Sistema de Estracción del Calor Residual (RHR – del inglés Residual Heat Removal) que tiene dos partes diferenciadas. En el primer artículo describimos la parte de alta presión, mediante la cual el vapor procedente de la vasija del reactor se envía directamente al condensador bajo la turbina gracias al “bypass” de la misma. Una vez condensada el agua, mediante unas bombas, se vuelve a inyectar en la vasija del reactor. Este proceso tiene lugar hasta que la presión llega a un determinado nivel en el cual el sistema de bypass de turbina deja de ser efectivo. En ese momento tenemos que utilizar otro sistema alternativo, la parte de baja presión del RHR, cuyo esquema de funcionamiento es que el podemos observar en la siguiente figura (click en la imagen para agrandar):

Vista esquemática del Sistema RHR. Fuente: Elaboración propia a partir de una figura de la NRC estadounidense.

Existe, dentro de la contención primaria, un sistema de recirculación de agua de la vasija del reactor (cuyo funcionamiento no nos interesa ahora). Lo que hace el sistema RHR es, mediante una bomba, tomar agua de la aspiración (antes) de la bomba de recirculación y llevarla hasta un cambiador de calor. En ese cambiador, el agua caliente que extraemos de la vasija se enfría al contacto con unos tubos por los que pasa agua fría. Una vez enfriada, el agua vuelve a ser inyectada de nuevo en la vasija del reactor por la línea de descarga (después) de la bomba de recirculación, tal y como se ve en la figura.

¿Cuál es el problema tanto de este sistema como del sistema de Bypass de turbina que vimos el otro día? Pues que funcionan gracias a unas bombas que hacen circular el agua. ¿Y cuál es el problema de eso? Pues que las bombas necesitan electricidad para que funcionen. ¿Y cuál es el problema? Pues que en Fukushima se quedaron sin electricidad del exterior en el momento del terremoto. Bueno, pero eso está contemplado en los diseños de las centrales nucleares ¿verdad? Sí, lo está. ¿Y qué se hace en estos casos? Pues se arrancan automáticamente unos generadores diésel de emergencia que se encargan de producir electricidad para que funcionen los sistemas de seguridad de la central. ¿Y esos generadores diésel de emergencia no funcionaron en Fukushima? Sí, funcionaron perfectamente tal y como están diseñados para hacer ¿Y qué pasó entonces? Pues que una hora después del terremoto, un tsunami de 14 metros de altura impactó contra la central de Fukushima y dañó los generadores diésel, dejándolos inoperativos. A día de hoy, al menos yo, aún no tengo muy claro qué fue lo que pasó con los generadores diésel. No está claro si el agua los anegó, si se llevó los tanques del combustible, si arrancó las líneas de conexión entre los diésel y la contención. No está claro. Cabe mencionar que los diésel están diseñados y construidos con categoría sísmica, igual que la contención. De hecho, los diésel no se vieron afectados por el terremoto y funcionaron perfectamente. He leído también que el tsunami no dañó únicamente los generadores diésel, sino las bombas que traen el agua del mar para refrigerar muchos de los elementos de la central. Esas bombas están en “primera línea de playa” y, aunque tienen barreras de seguridad, cuando llegó el tsunami fue lo primero que se encontró. Todo esto son hipótesis de momento, hasta que no se haga un informe oficial no estará claro. Lo que está claro es que, sea como fuere, la central nuclear se quedó sin electricidad.

Además de estos sistemas, que serían los de operación normal, existen también los Sistemas de Refrigeración de Emergencia del Núcleo (ECCS, del ingles Emergency Core Cooling Systems).  El ECCS consite, a su vez, en otros 4 sistemas diferentes que son capaces de enfriar el núcleo del reactor en caso de, como su propio nombre indica, emergencias. Como vemos, en una central nuclear, hay múltiples sistemas de seguridad redundantes destinados a extraer el calor residual del núcleo. Algunos de ellos se operan en condiciones normales, otros se operan en condiciones de accidente. Los primeros no funcionarán si no hay electricidad exterior en la central. Algunos de los segundos no funcionarán si no arrancan los diésel de emergencia.

¿Pero entonces, si la central nuclear se quedó sin electricidad exterior, no hay nada que se pueda hacer? Sí, sí lo hay. En los reactores tipo BWR hay dos sistemas diseñados para funcionar en uno de los casos más desfavorables, en aquel caso en el que te has quedado sin electricidad exterior y, además, los generadores diésel no han funcionado. Este supuesto (altamente improbable) está previsto en las bases de diseño de las centrales nucleares y se conoce como SBO (Station Black-Out, por si lo leen por ahí). Los sistemas que se encargarían de hacer esto serían o bien el RCIC o el HPCI. El primero equivale a las siglas Reactor Core Isolation Cooling (Refrigeración de Aislamiento del Núcleo del Reactor) y el segundo es el acrónimo de High Pressure Coolant Injection (Inyección de Refrigerante a Alta Presión).  Ambos sistemas son realmente parecidos, así que describiremos únicamente uno de ellos, el RCIC que es el que hay en Fukushima.

En la siguiente figura podemos observar una visión esquemática del Sistema RCIC (click en la imagen para agrandar):

Vista esquemática del Sistema RCIC. Fuente: Elaboración propia a partir de una figura de la NRC estadounidense.

La característica fundamental de este sistema es la turbobomba del RCIC que vemos en la figura. Esta bomba no necesita electricidad para funcionar y puede inyectar agua en la vasija del reactor incluso sin electricidad exterior y sin generadores diésel. ¿Cómo funciona entonces esta bomba? Está acoplada directamente a una turbina que se mueve con el vapor que se genera en la propia vasija del reactor. La bomba puede aspirar agua tanto del tanque de condensado como de la piscina de supresión que se sitúa bajo la contención del reactor. Esta agua fría se inyecta en la vasija del reactor, donde refrigera el núcleo y se convierte en vapor (el agua, no el núcleo, obviamente). El vapor se conduce a la turbina del RCIC que hace girar la bomba del RCIC. Una vez que el vapor ha movido la turbina, se deriva hacia la piscina de supresión donde se condensa y se convierte nuevamente en agua.

Este sistema estuvo funcionando durante varias hora en Fukushima, pero su operación tiene una duración limitada. ¿Por qué? Por dos motivos bien distintos. El primero es que el sistema necesita corriente continua para operar varias de las válvulas que lo componen. Para ello, la central nuclear dispone de un gran número de baterías que proporcionan corriente al sistema. Pero las baterías se terminan agotando pasadas unas cuantas horas. El segundo motivo es que el vapor de la turbina se deriva, como hemos visto, a la piscina de supresión para que se condense.Pero si la temperatura de esa piscina se eleva por encima de un determinado nivel, llega un momento en que el vapor deja de condensarse, dejando el sistema inoperativo. Se tarda unas cuantas horas en que esto suceda, pero eventualmente sucede si no se consigue recuperar la electricidad exterior.

Es fácil entender que el accidente de Fukushima fue originado por causas naturales, pero no sólo por el impacto sobre la central del tsunami que sucedió al terrible terremoto. La verdadera causa, el origen real del accidente, es que el tsunami arrasó todo en kilómetros a la redonda de la central nuclear, incluyendo todas las líneas de alta tensión que dejaron la central sin energía. Porque, aún fallando los generadores diésel, si hubieran conseguido recuperar la electricidad exterior en unas horas, no hubiera sucedido absolutamente nada. El problema es que pasaron casi 15 días hasta que consiguieron llevar un cable con electricidad hasta la central nuclear. Y eso, admitirán ustedes, no es culpa de la energía nuclear. Es porque esa parte del país está destruida. La raíz del accidente de Fukushima está, en su totalidad, en el tsunami. De hecho, el tsunami lleva 28.000 muertos y el accidente de Fukushima, 16 días después de haber comenzado, ninguno.

  • Manuel L.

    Lo inconcebible tiene la más sencilla de las explicaciones: se llama CODICIA. y casi todas las catástrofes de causa humana tienen que ver con esto. por eso todos esos bonitos discursos acerca de la seguridad de las centrales nucleares hacen aguas cuando revisas las actuaciones de los dueños de esos complejos energéticos y ves como una y otra vez desoyen todo lo que implica gastos en incrementar la seguridad que debiliten  la cuenta de resultados.  Lo que hacen es cínico y estúpido, pero es lo que tiene la codicia: te vuelve mentiroso, cínico,  estúpido y criminal en un circulo vicioso irrefrenable.
    Manuel L.

  • arturo

    La explicación sobre los sistemas es buena, pero me parece inconcebible como es posible que una empresa de este tamaño, en uno de los paises mas avanzados del mundo, fuera incapaz de poner en menos de 12 horas uno o varios generadores de emergencia para hacer funcionar las bombas.
    Otro fallo tremendo es la propia situación de la central y su protección ante maremotos. Es evidente que no se tomaron las medidas de seguridad adecuadas, ya que despues de tsunamis como el que arraso indonesia deberían haberse replanteado la posibilidad de tener un gran maremoto y verificar la protección de la central ante uno de fuerte impacto.
    Otro fallo es el del venteo de gases que provoco las explosiones. ¿Es que no hay teconología capaz de filtrar, separar, o tratar el hidrogeno una vez producido para evitar que este explosione y destruya los edificios de contención?
    ¿Cuantas centrales en el mundo pueden tener similares problemas en el futuro? Esta claro que a la vista de fukusima hay que replantearse unos cuantos temas respecto a la seguridad de las centrales nucleares.
    Y por ultimo, el gran asunto sin resolver que es la gestión de los residuos, que hace inviable economicamente las centrales actuales si se incluyesen todos los costes de almacenaje por los siglos de los siglos.
    Fukusima nos ha enseñado que pese a las redundancias de sistemas, el fallo es posible, poco probable, pero posible, y que los cisnes negros antes o despues aparecen.

  • Eskozia

    Disiento del artículo en un par de frases del último párrafo donde en mi opinión se le ha ido la mano.
    La situación de desborde generalizado no es culpa de la EN, pero la situación de la central será responsabilidad de quienes gestionan la EN, y la seguridad debe prever y evitar cualquier riesgo con todos los medios disponibles de autogestión.
    La última frase tampoco es afortunada, el terremoto-tsunami ha sido catastrófico porque es incontrolable y no ha habido prevención suficiente, en cambio la energía nuclear no es intrínsecamente peligrosa (incontrolable), y un accidente puede causar víctimas o no dependiendo de la prevención aplicada.
    Saludos

  • Manuel L.

    Luis,¿cómo nos tranquiliza tu confianza en la seguridad de las centrales nucleares; se ve que nuestros miedos son irracionales y las altas instancias científicas, políticas y economícas se rien de nuestras pueriles preocupaciones. Vease esto:
    reactorUS stores spent nuclear fuel rods at 4 times pool capacity

    In a recent interview with The Real News Network, Robert Alvarez, a nuclear policy specialist since 1975, reports that spent nuclear fuel in the United States comprises the largest concentration of radioactivity on the planet: 71,000 metric tons. Worse, since the Yucca Mountain waste repository has been scrapped due to its proximity to active faults (see last image), the US Nuclear Regulatory Commission has allowed reactor operators to store four times more waste in the spent fuel pools than they’re designed to handle.

    Each Fukushima spent fuel pool holds about 100 metric tons, he says, while each US pool holds from 500-700 metric tons. A single pool fire would release catastrophic amounts of radioactivity, rendering 17-22,000 square miles of area uninhabitable. That’s about the size of New Hampshire and Vermont – from one pool fire.

    In a March 25th interview, physician and nuclear activist Dr Helen Caldicott explains that “there’s far more radiation in each of the cooling pools than there is in each reactor itself…. Now the very short-lived isotopes have decayed away to nothing. But the long-lived ones, the very dangerous ones, Cesium, Strontium, Uranium, Plutonium, Americium, Curium, Neptunium, I mean really dangerous ones, the long-lived ones – that’s what the fuel pools hold.”

    As a Senior Scholar at the Institute for Policy Studies, Alvarez was part of a multidisciplinary international team that looked at possible terror attacks on nuclear facilities, focusing on the spent fuel storage pools. In 2003, they released a report, Reducing the Hazards from Stored Spent Power-Reactor Fuel in the United States, which calls for transferring the spent fuel from the pools into dry-cask storage. (Summary here.)

    The report recommends that 75% of the spent rods be removed from each of the pools and stored in ultra-thick concrete bunkers capable of withstanding aerial impact. The project would take about ten years and would “reduce the average inventory of 137Cs (radioactive cesium) in U.S. spent-fuel pools by about a factor of four.”

    The NRC attempted to suppress the IPC report, Alvarez says. “The response by the Nuclear Regulatory Commission and nuclear industry was hostile.” But the National Academy of Sciences agreed that a fire in an overloaded fuel pool would be catastrophic. The NRC attempted to block the Academy’s report, as well.

    The NRC serves industry, not the public, and by controlling the purse strings, Congress has forced the NRC to “greatly curtail its regulatory programs,” says Alvarez.

    Engineer Keith Harmon Snow couldn’t agree more. He recently lambasted the NRC and mainstream media for downplaying the ongoing catastrophe in Japan. He notes that, “The atomic bomb that exploded at Hiroshima created about 2000 curies of radioactivity. The spent fuel pools at Vermont Yankee Nuclear Plant (U.S.) are said to hold about 75 million curies.” [emphasis added]

    And that’s just one US nuclear plant, out of 104, not to ignore the undisclosed number of research sites. Then consider that several nuclear plants sit on geologic faults, as this image by Public Integrity reveals:


    © Public Integrity

    Also see this global map of earthquake activity and nuclear power plant locations.

    Nuclear waste is a serious, deadly and growing problem that the industry refuses to address, preferring to externalize disposal costs onto the public (even suing the US government to clean up its mess for them, under a 1998 law it no doubt favored).

    Unless the radioactive waste is laser-launched toward the sun, we’re stuck with waste that will contaminate the biosphere for thousands of years, for the measly prize of 25-30 years of electricity, as nuclear activist and mathematician Gordon Edwards so eloquently explained. The risk far outweighs the benefit; this energy choice exemplifies the insanity of the nuclear industry and its government protectors.

    Further Sources:

    Chernobyl: Consequences of the Catastrophe for People and the Environment, by Alexey V. Yablokov and Vassily B. Nesterenko and Alexey V. Nesterenko (English publication: 2009), recently reviewed by toxicologist Janette Sherman on BlipTV, and also reviewed last year by Professor Karl Grossman at Global Research.

    Nuclear Reactors in Earthquake Zones around the Globe (TreeHugger, compiling various sources)

    US Radiation Monitoring Map in Real Time (Radiation Network)

    Video Maps Spread of Radioactivity in Real Time (Central Institute for Meteorology and Geodynamics, Austria)

    Recent articles by Robert Alvarez:

    Unsafe at Any Reactor: March 23, 2011

    Safeguarding Spent Fuel Pools in the United States: March 21, 2011

    The Drained Spent-Fuel Pool at Unit 4: March 16, 2011

  • Luis I. Gómez

    …. la región ya está en la ruina absoluta. Hubo un terremoto y un tsunami, no se si te acuerdas. Más de 10.000 muertos, 15.000 desaparecidos, pueblos enteros erradicados de la faz de la tierra….

  • lendermain

    Aunque no haya habido muertes (hasta ahora) conviene no frivolizar, puede significar la ruina absoluta de una región (o de un país entero)
     
    un saludo
     

  • Eskozia

    Rap de Fukushima:
     
    el tsunami vino desagradable,
    el accidente era improbable,
    el problema fue de un cable,
    pues que venga Tesla y lo arregle!

     

  • FTW

    Olvidaba otro tema relacionado con la doble red : los grupos electrógenos transportables de la zona oeste no sirven en la zona este. Otro problema añadido.

  • FTW

    Personalmente creo que ha habido dos fallos muy graves en Fukushima.
    El primero, la desprotección contra maremotos de gran magnitud. Aún aceptando que el nivel del mar subió 15 mts en la costa (no creo que llegara a tanto), opino que vistas las barreras que se pueden apreciar en esta foto, esos diques superen los 4 mts. Las imágenes que he visto de centrales térmicas muestran aún menores diques perimetrales.
    El segundo, la red eléctrica. Es posible que muchos desconozcáis que en Japón existen realmente dos redes eléctricas, una a 60 Hz al oeste y otra a 50 Hz, más reducida, al este, de donde cuelga el complejo Fukushima. A eso se suma una dispersión de 10 diferentes compañías territoriales. No he logrado encontrar información de algo parecido a nuestra REE donde evaluar el comportamiento de la red durante el terremoto y posteriormente con el maremoto.

    Realmente son dos islas eléctricas, únicamente interconectadas en tres puntos mediante Convertidores de Frecuencia estáticos en Higashi(0,3Gw), Shinano(0,6Gw) y Sakuma(0,3Gw).
    En total, sumando 1,2 Gw es lo máximo que puede transferirse de una red a otra. Una miseria (la región de Tokio consume más de 25 Gw p.e.).
    Tampoco olvidarse del notable número de centrales hidroeléctricas que rodean Fukushima. ¿Por qué no suministraron energía? El 90% son centrales de bombeo para poder regular carga. Pero tienen embalses de cabecera reducidos, con poca reserva.
    Todo ello, unido a que fué precisamente la costa este, la de Fukushima, la de 50 Hz, la más castigada por el maremoto, explicaría los graves problemas de reposición de energía que han tenido.
    Creo que los aspectos prioritarios de seguridad a re-evaluar en Japón no son los nucleares, cuyo comportamiento ha sido correcto, a pesar de la histeria mediática, sino los de su red eléctrica.