Los usos de los calentadores de inmersión en la industria de energà­a nuclear

 Una estación de energía térmica esencialmente es una máquina para la generación de electricidad utilizando vapor. En esa estación de energía, el agua alternativamente es vaporizada y condensada en un ciclo de energía de vapor de cuatro estaciones, llamado Ciclo de Rankine [i]. En el caso de una planta de energía nuclear, el calor inicial para la vaporización es suministrado por la división controlada de átomos de uranio en un reactor de fisión.Esto ocasiona el siguiente proceso de producción de energía eléctrica en cuatro estaciones: 1.      El proceso de fisión en el reactor genera el calor. 2.      El calor producido es absorbido por el refrigerante a medida que su flujo pasa el combustible, convirtiendo la energía nuclear en energía térmica. 3.      El refrigerante calentado luego es transferido a los tubos del  generador de vapor donde el exceso de calor hace que el agua alimentada en los alrededores hierva y produzca vapor para el lado secundario del generador de vapor. 4.      El vapor proveniente del agua de alimentación hirviendo es transferido a las turbinas directamente acopladas a un generador eléctrico y la rotación generada produce electricidad. Luego de salir de las turbinas, el vapor pasa a los condensadores principales para su condensación y luego a una bomba de alimentación. Esta bomba incrementa la presión del agua de alimentación y la regresa al generador de vapor y se repite el ciclo.La mayoría de los reactores en la actualidad son reactores de agua en ebullición (BWR – por sus siglas en inglés) o bien reactores de agua presurizada (PWR – por sus siglas en inglés). En un BWR (acrónimo en inglés para reactor de agua en ebullición) el agua, que actúa como un moderador y refrigerante, pasa sobre el centro del reactor y también proporciona la fuente de vapor para la turbina. Esto puede resultar en agua radioactiva que pudiera contaminar el sistema cerrado por completo. Sin embargo, en los PWR (acrónimo en inglés para reactores de agua presurizada) el agua que pasa sobre el centro del reactor no fluye directamente a la turbina, sino que es contenida en un sistema cerrado primario de presurización. Esta agua luego es utilizada para producir vapor y un sistema cerrado secundario lo deriva a la turbina. Esto se traduce en que cualquier fuga de combustible en el centro no contaminará a la turbina ni al condensador. Adicionalmente, mientras que la presión de operación típica de un BWR (acrónimo en inglés para reactor de agua en ebullición) es de aproximadamente 70 atmósferas, donde el agua hierve a aproximadamente 285°C dando una eficiencia de Carnot [ii] de solo 42%, un PWR (acrónimo en inglés para reactores de agua presurizada) puede operar a una presión y temperatura más altas, alrededor de 160 atmósferas y 315°C, proporcionando una eficiencia de Carnot más alta que la del BWR. Esto ocasiona el siguiente proceso de producción de energía eléctrica en cuatro estaciones: La Imagen 1 muestra algunas de las aplicaciones de calor y control requeridas en una estación de energía PWR (acrónimo en inglés para reactores de agua presurizada) típica. Como se aprecia en la Imagen 1, pueden haber muchos requerimientos para los calentadores de inmersión en el sistema de la estación de energía nuclear, que incluyen: Calentadores de circulación para la calefacción del refrigerante para los generadores de relevo y de emergencia. Calentadores de inmersión para la calefacción del aceite para la lubricación de los rodamientos y los componentes móviles. Calentadores de inmersión para suministrar calor de activación para asegurar las temperaturas precisas necesarias para las condiciones de proceso en el almacenamiento de hidrógeno. Calentadores de los envases de presurización para calentar y mantener el agua en el sistema cerrado primario a la temperatura de operación y a la presión requerida por el envase presurizado del reactor. Calentadores de circulación para prevenir la congelación de los líquidos utilizados en el sistema de enfriamiento contenido y en los tanques de almacenamiento. Calentadores de inmersión para proporcionar protección contra la congelación y mantenimiento de la temperatura para el Almacenamiento de Agua en General. Calentadores de circulación para proporcionar control de la temperatura para el agua de recarga, el agua de reposición y el agua usada por la planta. Calentadores de inmersión para proporcionar el calor adicional necesario para mantener la temperatura de condensación de retorno. Hay muchas configuraciones básicas de calentadores de inmersión. Los calentadores de inmersión de brida y de circulación, algunas veces llamados lineales, son los de mayor interés para la industria de la energía térmica. Los calentadores de inmersión de brida son el mejor tipo de calentador para los envases presurizados o reactores PWR (acrónimo en inglés para reactores de agua presurizada). Son fáciles de instalar, altamente eficientes y fáciles de mantener en comparación con otros tipos de calentadores. Debido a las condiciones de altas temperaturas y presión, además de la constante radiación nuclear, el acero inoxidable es considerado el mejor material para los elementos en dichos calentadores de inmersión. Sin embargo, compañías como WATTCO™ [iii] también suministran compuestos de aleaciones, tales como Incomer® e Incontinent®, con recubrimientos con paredes gruesas especialmente diseñadas para aplicaciones de alto vataje, tales como la calefacción de los envases de presurización en los reactores PWR (acrónimo en inglés para reactores de agua presurizada). El calentador de inmersión de brida contiene un calentador tubular plano o circular que se fija a una brida con cuatro o seis broches y terminales para la conexión del cableado. Los calentadores de brida son atornillados directamente a la brida asociada fijada a la pared del tanque o de la boquilla.  Esto hace que su cambio sea fácil, ya que solo necesitará destornillar el calentador y ensamblar uno nuevo, y ayuda a minimizar el tiempo de parada para mantenimiento. Los calentadores de circulación o lineales son ideales para los fluidos de procesamiento, que requieren de calentamiento intermedio mientras se mantiene la tasa de flujo. Son unidades auto contenidas, con el calentador grapado en un tanque aislado. Estos calentadores tienen tuberías de alimentación y de desagüe que permiten que el fluido fluya a través del tanque hasta que haya sido calentado a la temperatura requerida. Este tipo de calentador de inmersión es extremadamente responsivo y proporciona una distribución uniforme del calor. También es fácil de instalar, de mantener y es compatible con la mayoría de las tuberías industriales estándar en la actualidad.

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