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.