Centrales Nucleares: Funcionamiento, Mantenimiento y Seguridad

1. Introducción a las Centrales Nucleares (CN)

Una central nuclear (CN) es una instalación fija para la producción de energía eléctrica mediante un reactor nuclear en el que se produce una reacción de fisión nuclear en cadena de forma controlada. Lo más destacable de la fisión nuclear es:

• Una gran liberación de energía, una gran parte de la cual se degradará en calor.
• Los fragmentos de fisión son siempre radiactivos.

Los neutrones liberados pueden provocar a su vez la fisión de otros núcleos y la liberación de más neutrones y así sucesivamente; esto es lo que se llama reacción en cadena. Cuando la reacción en cadena es capaz de automantenerse de modo estacionario, se dice que el sistema es crítico o que ha alcanzado la criticidad. Una CN, al igual que una térmica clásica, es una máquina térmica que transforma la energía térmica liberada por la fisión nuclear en energía eléctrica.

2. Componentes de una Central Nuclear

2.1. Sistema Productor de Vapor

Formado por el reactor en cuyo núcleo se desarrollan las reacciones de fisión y, en su caso, por los generadores de vapor donde se extrae el calor liberado en el núcleo y se produce el vapor.

2.2. Grupo Turbo-Alternador y Condensador

El vapor llega a la turbina donde la energía calorífica se convierte en energía mecánica y finalmente en electricidad.

3. Barreras de Seguridad en un Reactor Nuclear

La primera barrera es la vaina de combustible, que encierra herméticamente las pastillas de uranio. La segunda barrera sería la formada por la vasija del reactor. Por último, el recinto de contención, que encierra la vasija nuclear y otros componentes esenciales.

4. Tipos de Reactores Nucleares

4.1. Reactor de Agua en Ebullición (BWR)

El reactor de agua en ebullición o “Boiling Water Reactor” (BWR) convencional es de ciclo directo. El circuito primario se mantiene a una presión de unas 70 atmósferas permitiéndose la ebullición del agua en el propio reactor.

5. Radiactividad e Isótopos

Los isótopos se diferencian por el número de neutrones. La mayoría de isótopos naturales son estables, pero también hay isótopos cuyo núcleo es inestable dando lugar a la radiactividad. Según su origen, la radiactividad puede ser natural o artificial. Cuando los radioisótopos se desintegran transformándose en otros que pueden ser radiactivos o estables.

6. Emisiones Radiactivas de una CN

En operación normal, una CN emite cantidades muy pequeñas de sustancias radiactivas en forma de aerosoles, líquidos y gases. Estas emisiones son controladas y autorizadas por el Consejo de Seguridad Nuclear.

7. Efectos de la Radiación y Protección Radiológica

7.1. Efectos Estocásticos

Resultantes del daño en una sola célula, como el cáncer y los efectos hereditarios.

7.2. Protección Radiológica (PR)

La protección radiológica (PR) es una disciplina científica cuyo objetivo es la protección de los individuos y sus descendientes contra los riesgos derivados de la utilización de las radiaciones ionizantes. La PR distingue dos tipos de actividades que suponen la exposición a las radiaciones ionizantes:

• Prácticas: actividades que aumentan la exposición global a la radiación.
• Intervenciones: actividades que pueden reducir la exposición global al incidir sobre sus causas, entre ellas están las emergencias.

Los principios básicos de la protección radiológica para las prácticas e intervenciones son:

• Justificación: no se autorizará ninguna actividad sin que produzca un beneficio neto.
• Optimización: todas las exposiciones deben mantenerse tan bajas como sea razonablemente posible.

8. Técnicas Básicas de Protección Radiológica

• Reducir el tiempo
• Incrementar la distancia
• Emplear blindaje

9. Modelos de Mantenimiento

9.1. Modelo Condicional

Incluye las actividades del modelo anterior, y además, la realización de una serie de pruebas o ensayos, que condicionarán una actuación posterior. Si tras las pruebas descubrimos una anomalía, programaremos una intervención; si por el contrario, todo es correcto, no actuaremos sobre el equipo.

9.2. Modelo de Mantenimiento de Alta Disponibilidad

Es el modelo más exigente y exhaustivo de todos. Se aplica en aquellos equipos que bajo ningún concepto pueden sufrir una avería o un mal funcionamiento. Son equipos a los que se exige, además, unos niveles de disponibilidad altísimos, por encima del 90%.

9.3. Mantenimiento Subcontratado a un Especialista

Cuando hablamos de un especialista, nos referimos a un individuo o empresa especializada en un equipo concreto. El especialista puede ser el fabricante del equipo, el servicio técnico del importador, o una empresa que se ha especializado en un tipo concreto de intervenciones.

10. Mantenimiento Basado en RCM (Reliability Centered Maintenance)

El RCM es una metodología para el desarrollo de un plan de mantenimiento basada en el análisis de fallas de la instalación. La metodología en la que se basa RCM supone ir completando una serie de fases para cada uno de los sistemas que componen la planta (6 fases).

11. Criticidad de las Fallas

Consideraremos que la falla es crítica si existen ciertas posibilidades de que pueda ocurrir, y ocasionaría un accidente grave. Consideraremos que es importante si, aunque las consecuencias para la seguridad y el medio ambiente fueran graves, la probabilidad de que ocurra la falla es baja. Consideraremos que la falla es tolerable si la falla tiene poca influencia en estos dos aspectos.

12. Tareas de Mantenimiento

• Tipo 1: Inspecciones visuales.
• Tipo 2: Lubricación.
• Tipo 3: Verificaciones del correcto funcionamiento realizados con instrumentos propios del equipo.
• Tipo 4: Verificaciones del correcto funcionamiento realizados con instrumentos externos del equipo.
• Tipo 5: Tareas sistemáticas.
• Tipo 6: Grandes revisiones.

13. Plan de Mantenimiento Inicial

El plan de mantenimiento inicial está basado en las recomendaciones de los fabricantes, más aportaciones puntuales de tareas propuestas por los responsables de mantenimiento en base a su experiencia, completadas con las exigencias legales de mantenimiento de determinados equipos.

14. Ventajas del Mantenimiento Centrado en Fiabilidad (RCM)

El Mantenimiento Centrado en Fiabilidad o RCM va más allá. Tras el estudio de fallas, no sólo obtenemos un plan de mantenimiento que trata de evitar las fallas potenciales y previsibles, sino que además aporta información valiosa para elaborar o modificar el plan de formación, el manual de operación y el manual de mantenimiento.

15. Costos de Mantenimiento

15.1. Mano de Obra

• El importe bruto anual fijo
• Primas, horas extras y cantidades cobradas
• Gastos de personal asociados a la mano de obra
• Costos de formación
• Los costos sociales obligatorios para la empresa

15.2. Materiales

• Aceites y lubricantes.
• Filtros de aire, aceite, etc.
• Elementos de estanqueidad.
• Diverso material de ferretería.
• Diverso material eléctrico.
• Consumibles de taller.
• Ropa de trabajo.
• Equipos y Elementos de seguridad.
• Combustible para vehículos.
• Otros materiales.

15.3. Herramientas y Medios Técnicos

• Reposición de herramienta.
• Adquisición de nueva herramienta y medios técnicos.
• Alquiler de maquinaria.

15.4. Asistencias Externas

• Mano de obra en puntas de trabajo a empresas generalistas.
• Mano de obra especializada, de fabricantes
• Servicios de Mantenimiento que deban ser realizados por empresas que cumplan determinados requisitos

16. Tipos de Averías

• Averías urgentes: son aquellas que deben resolverse inmediatamente, sin esperas, pues causan un grave perjuicio a la empresa.
• Averías importantes, que, aunque causan un trastorno al normal funcionamiento de la planta pueden esperar a que todas las averías urgentes estén resueltas.
• Averías cuya solución puede programarse. Puede que sea conveniente esperar a una parada del equipo, o simplemente que el trastorno que causan es pequeño, y es preferible acumular otras órdenes sobre el mismo equipo.