APLICACIONES Y CONSIDERACIONES PARA LA ENTRADA DE AIRE EN LAS CENTRALES NUCLEARES

Last updated on noviembre 2nd, 2022 at 03:15 pm

La entrada de aire en la central nuclear desempeña un papel importante en la seguridad de las personas. Para mantener la integridad operativa de la planta, la entrada de aire se acondiciona y se utiliza para tres fines importantes:

• Calefacción
• Ventilación 
• El aire acondicionado, también conocido como HVAC. Inspecciona el aire y los instrumentos para operar válvulas y actuadores neumáticos críticos y no críticos para la seguridad. 

Este artículo se centra en las consideraciones de diseño para el suministro de aire y las aplicaciones dentro de una central nuclear. Aplicable al Reactor de Potencia Evolutiva o Reactor Presurizado Europeo o EPR, Reactor de Agua Presurizada o PWR, Reactor de Agua en Ebullición o BWR.

Sin embargo, las implicaciones del fallo en el aire de los instrumentos, en el aire de servicio o en el aire acondicionado de la HVAC en los reactores serían diferentes debido a las diferencias en la construcción y en los enclavamientos. 

Acondicionamiento del aire para los instrumentos

La energía nuclear se produce por la fisión del uranio235, lo que requiere productos de fisión adecuados y procesos que contengan la energía de forma aceptable. Sin que ello suponga una amenaza para la seguridad o un peligro para las personas y los instrumentos debido a la radiación. En algunas centrales nucleares, el aire comprimido se utiliza para hacer funcionar los equipos que garantizan la parada segura de la central en caso de emergencia. Se garantiza que los contaminantes radiactivos no puedan evitar las barreras existentes. 

Sin embargo, este no es el caso de la mayoría de las centrales nucleares. Como la mayoría de las válvulas y equipos son necesarios para un cierre seguro, también se manejan mediante actuadores motorizados conectados a múltiples generadores de reserva en caso de que se produzca un corte de energía debido a un evento de emergencia.

Como en cualquier instalación industrial, el aire comprimido se utiliza para accionar herramientas y bombas neumáticas, lo que se conoce como aire de servicio. Por lo general, el sistema de aire de servicio es diferente en comparación con el aire de instrumentos, sin embargo, puede ser utilizado como un respaldo del aire de instrumentos. Hay que tener en cuenta que los requisitos de calidad del aire de servicio son menos estrictos que los del aire de instrumentos, por lo que se permite algo de humedad y aceite en el aire de servicio. 

El acondicionamiento del aire antes de la compresión es muy importante porque la presencia de humedad puede obstruir el funcionamiento de los sistemas de control neumático. El Grupo de Usuarios Nucleares de Aire Comprimido (CANUG) recomienda que haya tres sistemas de aire de instrumentos redundantes que permitan que un diseño esté en mantenimiento. Al mismo tiempo, los otros dos estarían configurados en modo de ejecución y de espera. Cada sistema se compone de los siguientes subsistemas:

• Un compresor: Normalmente, estos compresores alternativos pueden combinarse con el compresor de aire de servicio.  Esto también complementa el sistema primario si se necesita más capacidad sin hacer funcionar los sistemas de compresores de reserva y de mantenimiento. Es habitual que los compresores de aire de servicio sean de tipo tornillo rotativo en lugar del compresor alternativo. 
• Intercooler y postenfriador
• Receptor húmedo
• Prefiltro o eliminador de niebla
• Un secador desecante regenerativo calentado: Podría tratarse de un secador regenerativo calentado internamente con un calentador eléctrico de inmersióncon elementos axiales insertados en el lecho de desecante. Los calentadores eléctricos de inmersión están anclados a la carcasa del recipiente en diferentes tipos de configuraciones de calentamiento interno, que contienen los lechos de desecante. Como regla general, los elementos calefactores no deben estar a más de 10 centímetros de distancia porque el desecante es térmicamente refractario. Por lo tanto, se requiere un espaciamiento estrecho con el fin de alcanzar temperaturas de 1000 °F para la regeneración. 

Se requiere aire de purga seco con un 6 % de humedad para distribuir uniformemente el calor al lecho de desecante. Cualquier interrupción en el suministro del aire seco de purga provoca la condensación en las superficies internas del recipiente debido a la baja presión de vapor. El calentador eléctrico de inmersión se instala externamente en un intercambiador de calor separado para el secador regenerativo calentado externamente.  De esa manera, se calienta directamente el desecante. El aire pasa por encima del elemento calefactor para absorber energía y circula por el lecho de desecante. Aunque este sistema funciona bien a presión atmosférica, una menor presión mejora la eficiencia. 

• Después del filtro

Para mejorar aún más la fiabilidad del sistema de aire comprimido para instrumentos. Se recomiendan las conexiones cruzadas entre los tres sistemas y los sistemas de aire de servicio. Además se debe mantener la carga del compresor a no más del 75 % y tener sistemas de control redundantes para que el fallo de un controlador no perjudique al otro. 

Según las recomendaciones de la CANUG, se utilizará el secador de aire de desecante sin calor debido a su diseño más sencillo y a su mayor fiabilidad. En comparación con los secadores de desecantes calentados interna o externamente con sistema de aire de purga. Sin embargo, esto suele ir acompañado de mayores costos de ciclo de vida y un aumento del costo total de propiedad. Por eso, algunas centrales nucleares siguen utilizando este último.

Sistemas de ventilación

En una central nuclear, los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) tienen dos propósitos:

1. Proporcionar unas condiciones de trabajo aceptables y cómodas para el personal de la planta. Aquí, se incluye el mantenimiento de la pureza, la temperatura y la humedad, especialmente en la sala de control, donde es importante un control preciso de la humedad y la temperatura. Especialmente debido a la presencia de componentes electrónicos sensibles, analizadores y computadoras. 
2. El segundo propósito es asegurarse de que los equipos, los componentes y las estructuras se mantengan en condiciones ambientales. Eso evita la degradación y la corrosión de los equipos. 

Además, el sistema de HVAC incluye todos los enclavamientos y equipos de lavado necesarios para reducir la exposición a la radiación por el funcionamiento de la planta o en caso de emergencia. Los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado instalados en las centrales nucleares actúan como última línea de defensa en caso de liberación radiológica o desastre nuclear. Eliminan mecánicamente las partículas y depuran químicamente los gases radiactivos. Un ejemplo de estos sistemas de limpieza químicos y mecánicos es el filtro absoluto de partículas de alta eficiencia (HEPA) para eliminar las partículas. La normativa exige que cada filtro se someta a pruebas para eliminar el 99,97 % de las partículas. Los filtros de carbón activado depuran la materia radiactiva, como el yodo 131, que provoca cáncer de tiroides. 

Normalmente, la central nuclear se divide en zonas de ventilación y se determina y comprueba periódicamente el diferencial de presión para el flujo de aire desde las zonas no controladas a las controladas. La clasificación se basa en la separación en compartimentos de fuego. En caso de que requieran acceder a la sala o área durante situaciones operativas y condiciones de accidente y el riesgo que supone si hay una liberación radiactiva de los sistemas ubicados en esas salas o áreas. El aire de salida de las zonas controladas se extrae al entorno a través de conductos estancos hasta la chimenea de ventilación de la planta y, si existe el riesgo de que la presencia de materia radiactiva sea superior a los límites reglamentarios, es necesario emplear filtros mecánicos y químicos para depurar el aire.