El uso de los calentadores de inmersión industrial en la producción de energí­a nuclear

Las preocupaciones sobre el calentamiento global, la contaminación del aire y otros desastres ambientales de amplio espectro, en los años recientes, han guiado la investigación mundial y las preferencias hacia las soluciones de producción de energía seguras, limpias y más amigables con el ambiente. Una de esas opciones disponibles para la producción alternativa de energía confiable, limpia y segura es la de la energía nuclear. La energía nuclear puede simplemente ser descrita como la aplicación de procesos nucleares exotérmicos en la generación de calor y electricidad eficientemente. [1] Esta fuente de energía eléctrica y calor, competitiva y confiable, de acuerdo con muchos expertos, ha sido la campeona como la fuente de energía, mejor y única, que se puede utilizar para sustituir una parte significativa de la utilización de combustibles fósiles – el cual contribuye con la contaminación masiva de la atmósfera y contribuye con el efecto invernadero. [2] Las estaciones de energía nuclear (fisión), con exclusión de las contribuciones de los reactores nucleares de propulsión marina y naval, contabilizan aproximadamente el 13% de la electricidad del mundo y el 5,7% de la energía mundial en el año 2012. [3] Tomando en consideración esa información o estadísticas, lo natural es asumir que un incremento constante en la utilización de fuentes de energía renovables, trae a la luz la aplicación y la importancia de los calentadores de circulación industriales en la industria de la producción de energía nuclear. El Proceso de Producción de Energía Nuclear: Como se indicó en la sección preliminar de este artículo, el sector de la energía nuclear típicamente ofrece el suministro de electricidad y calor a los usuarios finales por medio del empleo de energía calórica creada a partir de la fisión nuclear adentro de un ambiente contenido. Este proceso de generación de energía calórica y eléctrica se logra mediante la ruptura del núcleo del átomo en piezas pequeñas realizado adentro del confinamiento de un reactor controlado que lleva a la producción de cantidades masivas de energía térmica con la intención de ser utilizada en el proceso de calefacción de agua que produce vapor. El vapor producido a partir del proceso de calefacción del agua, luego es utilizado para mover las turbinas de generación de electricidad lo que subsecuentemente resulta en la conversión de la energía térmica en energía eléctrica [4]. Es evidente de la descripción anterior, que la producción de energía a través de la fisión nuclear requiere de precisión y como tal, la aplicación de sistemas de control en el monitoreo y ajuste de muchos parámetros vitales para el logro exitoso de los resultados en el proceso.  Aquí es donde la aplicación de los calentadores de inmersión ayuda en la generación del calor eléctrico requerido en los sistemas de control antes mencionados. Los Calentadores de Inmersión en el Proceso de Producción de Energía Nuclear: Immersion heaters in simple words can be defined as devices installed in containers or tanks to heat liquid. There are three different types of immersion heater, namely: circulation, over the side and flanged[5].  As their name implies, circulation immersion heaters are made up packaged units of screw-plugs mounted on thermally insulated heating chambers. The metallic components or elements that make up the immersion heater work as electrical resistors that efficiently transform electric power to thermal energy.  Circulation immersion heaters are the most popular type of immersion heater used in most industrial sectors. This type of immersion heater is assembled using packed units containing screw plug or flanged immersion heaters positioned in a thermally cloistered heating chambers designed to offer efficient heating capabilities of liquid medium through line or side arm operation. In most case, immersion heaters used in pressurized water reactors are controlled through the use of a sensor placed within the enclosed liquid that helps send signals to a control unit where temperature parameters are imputed to control heat. Figure1: Circulation Heaters Figure 2: Natural Circulation System Fuente: Power Mag (Revista de Energía)  Los dispositivos de calefacción eléctrica son las herramientas más comúnmente utilizadas en el proceso de producción de energía nuclear para regular la presión adentro de los reactores de agua presurizada – un tipo preponderante de reactor nuclear.  El refrigerante primordial en este tipo de reactor nuclear (es decir, de agua altamente presurizada) es utilizado para absorber el calor emitido en la reacción controlada de fisión. El calor resultante de este proceso, luego es canalizado al fluido de trabajo, típicamente agua, por medio de la utilización de un intercambiador. El fluido de trabajo, debido al calor es básicamente transformado en vapor y luego es utilizado para mover las turbinas, que subsecuentemente crean energía eléctrica lista para su uso comercial. Los reactores de agua presurizada se requieren para mantener a su refrigerante principal a 321 grados Centígrados en su estado líquido para de esta manera alcanzar su objetivo. Con la finalidad de asegurar que esta condición se cumpla, un sistema cerrado a alta presión de 2.250 psi debe mantenerse mediante la conexión a un contenedor externo llamado el “envase de presurización” del sistema cerrado [6].  El envase de presurización, en este sentido, puede simplemente describirse como un envase lleno con vapor y agua y que está dotado con un calentador de inmersión eléctrico. Las plantas de energía nuclear que generan aproximadamente entre 2500 – 3000 MWe de electricidad, típicamente requieren la utilización de un calentador de inmersión eléctrico con capacidad de 1800 kW para la instalación de producción. [7]  La presión del sistema cerrado es controlada por la presión producida a partir del vapor mientras que la presión del vapor es regulada por el envase de presurización de manera tal que cuando el sensor del reactor nota una baja en la presión, el calentador de inmersión eléctrico en uso se enciende para calentar el agua, transformándola en vapor para incrementar la presión general adentro del sistema cerrado.   Imagen 2: Reactor de Agua Presurizada Fuente: Híper Física: <http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/nucene/reactor.html>Los calentadores de circulación de inmersión son un tipo ideal de calentador eléctrico para ser utilizados en la industria de la producción de energía nuclear. Su versatilidad en tamaño, diseño, alta eficiencia y simplicidad en la producción/fabricación los hace una buena opción para ser utilizados en envases de presurización adentro de reactores de agua presurizada. Los principales beneficios de los calentadores de inmersión de circulación son que ofrecen a los usuarios los requerimientos de seguridad mandatorios en ambientes altamente sensibles tales como la producción de energía nuclear, su control preciso o la capacidad de regulación que le permite a los usuarios alcanzar sus requerimientos de calor específicos con facilidad, mientras que su característica de control de límite alto proporciona una seguridad adicional en situaciones donde las temperaturas elevadas superan el nivel requerido. El hecho de que su instalación es directa y que tienen requerimientos extremadamente bajos de mantenimiento son justo dos características adicionales por las que los calentadores de circulación son los más ideales para encajar en el proceso de producción de energía nuclear.