7. Canal
Cauce de agua artificial construido por motivos de riego, drenaje, para convertir una vía en navegable o como parte de una presa hidroeléctrica. Este artículo sólo describe las vías navegables, que en general son de dos tipos: canales para barcos, lo bastante profundos para que circulen buques transoceánicos, y canales poco profundos, utilizados sobre todo por barcazas.
Construcción La construcción de un canal consiste en excavar un corte abierto con las potentes herramientas y máquinas que se usan en la construcción. Las paredes del surco se recubren con cemento para evitar la erosión que produciría en las orillas el movimiento del agua por el paso de los barcos y que cegaría el canal. Los canales no pueden salvar pendientes, como las carreteras y las vías del tren, pero pueden hacerse en varios tramos escalonados. Donde hay tramos a diferentes niveles, los barcos se transfieren de uno a otro mediante esclusas. Una esclusa es una sección del canal cerrada por compuertas en sus dos extremos y donde el nivel del agua aumenta o disminuye a voluntad mediante válvulas o aliviaderos hasta alcanzar el nivel de la parte más alta o el de la parte más baja; cuando el nivel de la esclusa se ha igualado con el del tramo del canal la compuerta correspondiente se abre y el barco entra o sale de la esclusa.
También se utilizan rampas y elevadores para subir y bajar barcos pequeños. Las rampas tienen unos raíles (rieles) sobre los cuales los barcos se remolcan de una altura a otra mediante cables. En los elevadores el barco se conduce a un tanque móvil, que se eleva o desciende hasta alcanzar el nivel del siguiente tramo del canal.
Las esclusas, que se utilizan en la mayoría de los canales de varios tramos, tienen ciertos inconvenientes. Los costes de construcción y mantenimiento son muy elevados; cuando los barcos son de gran tonelaje, resulta difícil mantener el suministro de agua para alcanzar el nivel del tramo superior, y además se crean corrientes que tienden a igualar los niveles, lo que hace que se produzcan grandes pérdidas en los niveles superiores en cada operación. Para evitar el uso de esclusas se construyen terraplenes a fin de salvar depresiones del terreno, acueductos para superar ríos y túneles para atravesar zonas montañosas.
Historia Los primeros canales datan de muchos siglos antes de la era cristiana. Los asirios, egipcios, hindúes y los chinos los utilizaban como vías de transporte y comunicación. Hay restos de un canal cerca de Mandali, en Irak, que datan del año 4000 a.C.; el Gran Canal de China, de 1.782 km de longitud, comunica las ciudades de Tianjin y Hangzhou. Su construcción comenzó en el siglo VI a.C. (terminó en el año 1327 d.C.) y todavía se utiliza en la actualidad. Las esclusas se inventaron a finales del siglo XV en Europa. En el siglo XVII se construyeron canales importantes en Francia, como el de Brière, Orleans, y los de Languedoc. En Rusia se construyó un extenso sistema de canales en el siglo XVIII para comunicar San Petersburgo con el mar Caspio. El canal Göta es un sistema de lagos, ríos y canales de 386 km de longitud, de los cuales 87 km son aptos para grandes buques, que comunica Estocolmo y Göteborg desde 1832; también en 1832 se terminó de construir el canal Ludwig, que une el Danubio con el Rin y el Main, con una extensión total de 177 km, y que permite la circulación fluvial ininterrumpida desde el mar del Norte hasta el mar Negro. El canal de Suez, inaugurado en 1869, comunica el Mediterráneo con el mar Rojo. El canal de Panamá, inaugurado en 1914, comunica los océanos Atlántico y Pacífico. La construcción en 1938 del canal Mittelland, de 467 km, completó el sistema de vías navegables que cruza de este a oeste el interior de Alemania. Este sistema tiene una longitud total de 11.265 km y se extiende desde el canal Dortmund-Ems, al este del Rin, hasta Magdeburgo, al norte del río Elba.
En Inglaterra el primer canal se construyó en 1134, durante el reinado de Enrique I, para unir los ríos Trent y Witham. Pero cuando la construcción de canales en el Reino Unido floreció fue a finales del siglo XVIII y principios del XIX. En esta época se construyeron el canal Leeds-Liverpool (1816), de 230 km de longitud; el Gran Canal en Irlanda (1756), que recorre 134 km de este a oeste entre Dublín y el puerto de Shannon por el río Shannon; el canal Caledonian (1847) es una vía navegable de 97,3 km que atraviesa Escocia y consta de 37 km de canales; por último, el canal de Manchester (1894) permitió la entrada de buques transoceánicos al puerto de la ciudad. El sistema de canalización canadiense está compuesto por los canales del río San Lorenzo, los del río Ottawa, el canal Chambly, el Rideau y el Trent. De ellos, el más importante ha sido el sistema de canales de San Lorenzo, que constituía una vía de 4,3 m de profundidad desde el lago Superior y el golfo de San Lorenzo. Como parte del proyecto para construir el canal de San Lorenzo, inaugurado en 1959, se ahondó el canal hasta los 8,2 m para permitir el paso de grandes buques transoceánicos de hasta 7,8 m de calado y comunicar el Atlántico con los puertos de los Grandes Lagos, como Chicago o Duluth.
En Estados Unidos, la construcción del canal Erie, que comenzó en 1817, marcó el comienzo de una era de canalización que produjo un conjunto de 7.242 km de canales (sobre todo en los estados de la parte central). Gracias a esto se produjo la apertura para la colonización del Medio Oeste americano. Otros canales más recientes, como los del río Mississippi, que forman una vía de 2.956 km con 30 esclusas y presas, ya no están en funcionamiento; han sido reemplazados por trenes y vías navegables más modernas. El canal Intracostero, que recorre las costas del Atlántico y del Golfo, es fundamental en el sistema de vías navegables del interior de EEUU, que consta de 40.845 km.
Canales para barcazas En la mayoría de los grandes canales las barcazas se mueven mediante remolcadores que pueden arrastrar hasta 40 barcazas juntas. Las barcazas modernas están diseñadas para transportar mercancías específicas. Las barcazas-tolva transportan carbón, grava y grandes mercancías; otras van cubiertas y se utilizan para grano, productos químicos y demás productos que han de mantenerse secos; las barcazas-tanque transportan petróleo y otras sustancias líquidas. En algunos canales europeos las barcazas se remolcan a la sirga, en grupos de dos o más, con tractores diesel o de gasolina desde una orilla del canal. En otras zonas se utilizan todavía animales de arrastre.
Canales para grandes barcos Los canales para grandes barcos son por lo general de dos clases: los que comunican dos lagos u océanos, como el canal de Suez o el de Panamá, y los que comunican un puerto interior con el mar, como el de Manchester y el de Houston.
Canalización de ríos Antaño se construían canales poco profundos paralelos a los ríos importantes en los puntos en los que ya no se podía navegar. Los barcos se desviaban al canal y al superar los obstáculos continuaban por el río. Gracias al desarrollo de la maquinaria pesada se ha optado por la canalización del propio río. Para ello hay que dragar el río en las zonas no navegables y construir presas y esclusas para controlar el nivel del río de un extremo al otro.
Un aprovechamiento geotérmico de baja temperatura es una instalación calefactora o, más raramente, generadora de energía eléctrica, que emplea agua caliente subterránea a una temperatura de 60 a 150 °C. La alimentación de una central termoeléctrica con agua subterránea a tales temperaturas permitiría un ahorro de energía en la caldera, pero acarrearía graves problemas de corrosión e incrustaciones en los tubos, por el contenido de sales y gases del agua; para evitarlo, se puede recurrir a otro fluido por medio de un intercambiador de calor, pero entonces el rendimiento es bajo.
El aprovechamiento óptimo de estos yacimientos se da en calefacción urbana e industrial, como ocurre en Islandia y otros países, en los que existen redes centralizadas de calor, alimentadas con agua a 80-90 °C mediante conductos de hormigón en el subsuelo, aislados con lana de vidrio u otros materiales. La conducción se consigue con pendientes del 5 % y la ayuda de bombas y tanques de reserva para mantener la presión adecuada.
Central geotérmica Una central geotérmica es una central termoeléctrica de turbina de vapor alimentada por agua subterránea a alta presión y a temperatura superior a los 150 °C. La función de la caldera la desempeña aquí una red de pozos con profundidades de hasta centenares de metros, que alimenta un separador de agua y vapor (un ciclón, por ejemplo), de donde el vapor seco sale hacia las turbinas y el agua, hacia un silenciador, pasando por un conducto de orificio regulable. De hecho, a la salida de los pozos y hasta el separador, el agua permanece en gran parte en estado líquido, si bien va perdiendo presión y, por lo tanto, se pone a hervir (parte del vapor que va a las turbinas tiene este origen); el flujo de agua centrifugada del separador ya no produce vapor de turbina, pero al perder bruscamente presión en un orificio a la entrada del silenciador (que amortigua el estruendo de la ebullición), emite grandes cantidades de vapor. La presencia de gases y partículas en el vapor requiere ciertos cambios en los materiales y procesos. La realimentación del yacimiento con agua sobrante de la central se basa en la idea de que existe en el mismo más calor (proveniente de un magma profundo) que agua (agua de lluvia infiltrada).
Energía térmica Si bien la máquina de vapor con que se inició la primera revolución industrial permitió aprovechar a gran escala la energía térmica para producir trabajo, el posterior descubrimiento de la inducción electromagnética sentó las bases para transformar este trabajo en energía eléctrica. Con este fin, se utilizaron varios procedimientos: juntar una máquina de vapor, una turbina o un motor de combustión interna con un generador (primero, con una dinamo, y después con un alternador). No obstante, para usos de mayor potencia (centrales termoeléctricas) ha prevalecido el dispositivo de turbina y alternador (turboalternador), y el de motor Diesel y alternador para funciones auxiliares (grupos electrógenos). Una central termoeléctrica convierte el calor resultante de quemar un combustible (o de fisiones nucleares en una central nuclear), primero, en energía mecánica de rotación del eje del turboalternador (primer principio de la termodinámica), y después, en energía eléctrica (ley de Faraday) en los bornes de salida del alternador. Esta última conversión se efectúa siempre mediante el giro del eje y del rotor del alternador (el eje suele incluir un engranaje reductor para que la velocidad de giro del rotor no sea tan alta como la de la turbina).
Existen dos procedimientos para llevar a cabo la primera conversión: el transporte del calor por los mismos gases de combustión, que se expanden en una turbina de gas, y el transporte del calor por vapor de agua o de otra sustancia, que se expande en una turbina de vapor en ciclo cerrado. En ambos casos, según el segundo principio de la termodinámica, tanto mayor será el rendimiento del trabajo producido cuanto mayor sea la diferencia de temperatura del gas o vapor entre el principio y el final del proceso. De ahí que, en la caldera que alimenta una turbina de vapor, haya un sobrecalentador de vapor y, al final, se enfríe el agua (torre de refrigeración u otro sistema). En las turbinas de gas, no es necesario el sobrecalentador, por lo que se llega incluso a reducir la alta temperatura de combustión para que los gases no dañen la máquina. Para mejorar el rendimiento, se introducen ciclos de calentamiento y enfriamiento de los gases o el vapor cuando estos fluidos ya están en las respectivas turbinas. El primer procedimiento antes señalado consta de las siguientes fases: se comprime aire en un compresor y se envía a una cámara de combustión en la que se inyecta gas industrial (gas de coque, de alto horno, de síntesis) o aceite pesado; se realiza la combustión a presión casi constante; y, por último, los gases se van expandiendo en sucesivas coronas de álabes de la turbina, cada vez mayores, a medida que los gases pierden presión y temperatura. Una parte de la energía de la turbina se utiliza para accionar el compresor mediante un montaje axial o no. Este sistema es de arranque rápido y su potencia es elevada en relación al peso de la máquina, pero al tener un rendimiento menor que el de las turbinas de vapor, se emplea más bien en centrales auxiliares para los momentos de mayor demanda eléctrica. El segundo procedimiento es de ciclo cerrado: se bombea agua de un condensador a la caldera, que consume carbón pulverizado, fuel, gas natural o industrial, residuos combustibles o mezclas de estas sustancias; el vapor producido entra por varias toberas en la turbina y allí sigue un camino parecido al de los gases en la turbina de gas, aunque, al estar el vapor a una presión más alta y a una temperatura menor que los gases del sistema anterior, la disposición de los álabes es distinta; al final, una vez enfriado, el vapor vuelve en forma de agua al condensador. Al ser mayor el rendimiento que en la turbina de gas, más lento el arranque y menor la potencia por unidad de peso de la máquina, su uso es preferente en las grandes centrales. El perfeccionamiento de las turbinas de gas y de vapor ha dado pie a los sistemas de cogeneración y ciclo combinado, que aumentan el rendimiento energético en la industria, aunque también se utilizan en las centrales.
Otros dispositivos e instalaciones de las centrales térmicas son los depósitos de combustible; los molinos, que pulverizan el carbón para mejorar su combustión; los sistemas de precalentamiento del combustible o del fluido entrante; y los reguladores automáticos de presión en la turbina, conectados con sensores en la red para compensar fluctuaciones de giro del rotor a causa de altibajos en el consumo eléctrico.
Energía que un objeto posee debido a su movimiento. La energía cinética depende de la masa y la velocidad del objeto según la ecuación >E = ymv2 >donde m es la masa del objeto y v2 la velocidad del mismo elevada al cuadrado. El valor de E también puede derivarse de la ecuación >E = (ma)d >donde a es la aceleración de la masa m y d es la distancia a lo largo de la cual se acelera. Las relaciones entre la energía cinética y la energía potencial, y entre los conceptos de fuerza, distancia, aceleración y energía, pueden ilustrarse elevando un objeto y dejándolo caer.
Cuando el objeto se levanta desde una superficie se le aplica una fuerza vertical. Al actuar esa fuerza a lo largo de una distancia, se transfiere energía al objeto. La energía asociada a un objeto situado a determinada altura sobre una superficie se denomina energía potencial. Si se deja caer el objeto, la energía potencial se convierte en energía cinética.
Energía potencial Energía almacenada que posee un sistema como resultado de las posiciones relativas de sus componentes. Por ejemplo, si se mantiene una pelota a una cierta distancia del suelo, el sistema formado por la pelota y la Tierra tiene una determinada energía potencial; si se eleva más la pelota, la energía potencial del sistema aumenta. Otros ejemplos de sistemas con energía potencial son una cinta elástica estirada o dos imanes que se mantienen apretados de forma que se toquen los polos iguales.
Para proporcionar energía potencial a un sistema es necesario realizar un trabajo. Se requiere esfuerzo para levantar una pelota del suelo, estirar una cinta elástica o juntar dos imanes por sus polos iguales. De hecho, la cantidad de energía potencial que posee un sistema es igual al trabajo realizado sobre el sistema para situarlo en cierta configuración. La energía potencial también puede transformarse en otras formas de energía. Por ejemplo, cuando se suelta una pelota situada a una cierta altura, la energía potencial se transforma en energía cinética.
La energía potencial se manifiesta de diferentes formas. Por ejemplo, los objetos eléctricamente cargados tienen energía potencial como resultado de su posición en un campo eléctrico. Un explosivo tiene energía potencial química que se transforma en calor, luz y energía cinética al ser detonado. Los núcleos de los átomos tienen una energía potencial que se transforma en otras formas de energía en las centrales nucleares.
Energía de ionización
Cantidad de energía que se necesita para separar el electrón menos fuertemente unido de un átomo neutro gaseoso en su estado fundamental (estado energético más bajo). La entidad en que se transforma el átomo al perder un electrón es un ion gaseoso monopositivo.
Esta definición corresponde a la primera energía de ionización. Se denomina segunda energía de ionización a la que se necesita para extraer de un ion gaseoso monopositivo el electrón menos fuertemente unido. Las sucesivas energías de ionización se definen de manera semejante.
Estas energías se determinan por interpretación de los espectros de emisión o de absorción, y a través de experiencias directas en las que se mide la variación de energía que tiene lugar en el proceso:
M(g) → M+(g) + e
- donde M representa un átomo de cualquier elemento.
Las energías de ionización varían de la misma forma a lo largo de cada periodo y de cada grupo de la tabla periódica. Dentro de cada periodo, los metales alcalinos tienen la mínima energía de ionización, y los gases nobles la máxima. Dentro de cada grupo, la energía de ionización disminuye a medida que aumenta el tamaño de los átomos, es decir, al descender en el grupo.
Rendimiento de la energía Los esfuerzos de los ingenieros para mejorar el rendimiento de las máquinas llevaron a Nicolas Carnot a la formulación de las leyes de la termodinámica en 1824. Éstas son leyes basadas en la experiencia pero con una importante base teórica, y son fundamentales para incrementar el rendimiento del uso que hacemos de las cada día más escasas reservas de energía de combustibles fósiles. El descubrimiento de que la energía no se crea ni se destruye debería disuadir a los inventores de máquinas de movimiento perpetuo, pero la segunda ley de la termodinámica supone un límite más complejo al rendimiento de cualquier motor de calor, ya sea una turbina o el motor de un automóvil.
Por ejemplo, si en una turbina de vapor la temperatura del vapor de admisión tiene un valor Tcaliente, y la temperatura de salida de la turbina a la que ha hecho girar tiene un valor Tfrío, el rendimiento de la conversión teóricamente posible de la máquina sería muy simple:
-donde T se mide en kelvins (K).
Por esta razón, en la práctica el rendimiento de la conversión de las grandes centrales eléctricas de vapor que funcionan con carbón o petróleo es de menos del 40%, y el de los motores de gasolina de automóviles es de menos del 20%. El resto de la energía se disipa en forma de calor, aunque en el caso de los motores de automóviles dicho calor puede emplearse para la calefacción de la cabina.
El bajo rendimiento con el que generamos nuestra energía o propulsamos nuestros automóviles, una consecuencia de las leyes físicas más que de la negligencia, hace pensar que los futuros adelantos en el rendimiento de la energía serán el resultado tanto de nuevos avances tecnológicos como de la reducción consciente del consumo de energía.
Factores que mejoran el rendimiento Todo el sistema energético del mundo desarrollado se vio seriamente afectado en 1973, cuando los productores de petróleo árabes, en respuesta a las presiones de la guerra del Yom Kippur, cuatriplicaron el precio del petróleo hasta alcanzar 12 dólares por barril, y redujeron en un 5% el suministro a los grandes importadores de petróleo como la Comunidad Europea y Estados Unidos (como medida de presión para que retiraran su apoyo a Israel). Más tarde, en 1979, los precios subieron aún más, y en 1980 se pagaban 40 dólares por barril.
La Comunidad Europea reaccionó poniendo en práctica una política conocida en inglés como CoCoNuke, iniciales de carbón, conservación y nuclear. Se dio prioridad a la reducción del consumo de combustibles, en especial del petróleo. Estimulada por el aumento de los precios, la gente comenzó a ahorrar energía y utilizarla de un modo más económico, consiguiéndose a lo largo de la década de 1980 un espectacular avance en el rendimiento de la energía. Al deshacerse el cártel árabe y bajar los precios del petróleo, llegando en algunos casos a menos de diez dólares por barril, han aparecido nuevas razones para el rendimiento de la energía: motivos medioambientales, de contaminación y en especial de calentamiento global.
Generación de electricidad El rendimiento en la generación de electricidad depende en última instancia de las leyes de la termodinámica. Al incrementar la temperatura de entrada en las turbinas de gas mediante la introducción de nuevos materiales y técnicas de diseño, el rendimiento de las últimas turbinas se ha incrementado en un 42%. Si el gas caliente de salida se usa para aumentar el vapor a fin de alimentar una turbina de vapor, se forma un llamado ciclo combinado, con un rendimiento generalizado de la conversión del calor en electricidad de cerca del 60%. Las plantas de ciclo combinado que funcionan con gas están sustituyendo con rapidez a las de carbón y petróleo en todo el mundo. Un incentivo para su construcción es el menor impacto medioambiental y la reducción de la emisión de dióxido de carbono que suponen.
Un modo aún más eficaz de utilizar la energía de combustibles fósiles primarios es la construcción de sistemas de Cogeneración o de Energía y Calor Combinados (ECC). En este caso, el calor de salida de la turbina de gas o vapor e incluso de los motores diesel se emplea para alimentar los generadores de electricidad y suministrar vapor y calor a los distintos elementos de la fábrica. Estos sistemas tienen un rendimiento global en el uso de la energía de más del 80%. (Este sistema se ilustra en el diagrama). Son muchas circunstancias comerciales en las que los sistemas ECC son ideales para el equilibrio electricidad/calor necesario, y su instalación supone un adelanto en costes y ahorro de energía.
Políticas energéticas La desregularización y privatización de los sistemas de suministro de energía, junto con la introducción de políticas energéticas en manos de las leyes del mercado, alientan a los productores a aumentar sus beneficios, vendiendo más y más cantidad de energía y disminuyendo su disposición a la conservación de la misma. El único límite son las leyes sobre contaminación. Por lo que respecta a la demanda, los usuarios parecen reacios a instalar sistemas de ahorro de energía, a pesar del ahorro que les supondría durante tres o cuatro años. Un ejemplo son la lámparas de alto rendimiento energético.
No hay duda de que se debe hacer un uso más eficaz de los recursos energéticos del mundo en el futuro, si queremos satisfacer la demanda creciente de energía de una población en rápido aumento e industrialización. La presión sobre los recursos limitados de combustible y los niveles crecientes de la población requieren una respuesta urgente.
Desde el descubrimiento de la radiactividad natural por Henri Becquerel en 1896 hasta 1942, en que Enrico Fermi y otros físicos construyen el primer reactor nuclear con fines bélicos, no transcurrió ni medio siglo; tan sólo doce años más tarde, en 1954, entró en funcionamiento, en la URSS, la primera central nuclear.
Sin duda, el interés militar por fabricar las bombas A y H aceleró el desarrollo de la técnica nuclear para usos pacíficos. De hecho, un reactor nuclear viene a ser como una bomba A controlada, en que la energía se libera, no ya en fracciones de segundo, sino a lo largo de meses o años. El proceso básico consiste en intensificar una reacción que se da en la naturaleza en elementos pesados como el uranio (en especial sus isótopos 235 y 238), que al irse desintegrando liberan neutrones térmicos (lentos) o rápidos. Si un neutrón térmico colisiona con un núcleo de uranio de la variante 235 mencionada, se produce una fisión (ruptura del núcleo en varios fragmentos) que libera neutrones, y si lo hace con un núcleo del isótopo 238, éste se convierte en un núcleo del elemento artificial plutonio 239. Tanto el uranio 235 como el plutonio 239 se dice que son elementos fisionables, porque basta que el neutrón sea térmico para que se rompan, mientras que por su parte el uranio 238 exige un neutrón rápido. Los nucleidos como el uranio 238, conocidos como elementos fértiles, dan elementos fisionables al capturar un neutrón térmico. Lo esencial de este proceso es que la masa total de los núcleos y partículas resultantes de la fisión es algo menor que la masa del núcleo y neutrón iniciales: la diferencia se ha convertido, en gran parte, en energía cinética de los productos de fisión (principio de equivalencia de Einstein). En el transcurso de esta conversión, se libera mucha más energía por unidad de masa, del orden de un millón de veces más, que en una conversión clásica entre dos formas de energía. Un reactor nuclear concentra una masa de uranio, torio o plutonio, llamada crítica, que permite que las fisiones se sucedan en cadena (reacción autoalimentada). Para ello se elabora un combustible apropiado (a menudo, una mezcla de un nucleido fértil con una pequeña cantidad de otro fisionable) y se usa o no un moderador, es decir, una sustancia que absorbe energía de los neutrones rápidos que la atraviesan conviertiéndolos en neutrones térmicos, como por ejemplo el agua, el agua pesada o el grafito. La energía desprendida en el reactor, en forma de calor, la absorbe un refrigerante (agua, sodio líquido, CO2) en el circuito primario; pasa al circuito secundario de vapor (en ocasiones no existe) mediante un intercambiador de calor; y de allí, al turboalternador, como en toda central térmica. Los distintos tipos de reactor resultan de una combinación específica de combustible, moderador y refrigerante, y en todos ellos la reacción pasa a ser autosostenida cuando el número N de neutrones resultantes de las fisiones es igual al número n de los neutrones que las han provocado (si la constante de multiplicación K = n/N vale 1, el reactor está en situación crítica, o sea, en operación normal). Los dos tipos más corrientes de reactores térmicos (que operan principalmente con neutrones térmicos) son el PWR y el BWR. El PWR (en inglés, reactor de agua a presión) consta de una vasija de acero especial que contiene dióxido de uranio 238 enriquecido en un 2% o 3% con uranio 235 y agua a una presión superior a la de saturación, para que no entre en ebullición. El agua hace de moderador y de refrigerante, y existe el circuito secundario de vapor. Para evitar que la reacción se descontrole (K > 1) o se pare (K < 1), hay unas barras de control (cadmio, plata) que absorben neutrones y cuya inserción en la vasija se puede ajustar a voluntad. La vasija, el circuito primario de agua y el intercambiador de calor están dentro de un edificio de contención, equipado con gruesas paredes de hormigón, para impedir la contaminación radiactiva del entorno. El BWR (reactor de agua en ebullición) opera con el mismo combustible, moderador y refrigerante que el PWR, pero aquí el agua se mantiene a una presión que no le impida hervir y el circuito primario es el que alimenta el turboalternador. Los reactores FBR (reproductores rápidos) se basan en una concepción distinta: no hay moderador y operan, pues, con neutrones rápidos; usan un combustible fisionable como el plutonio 239, envuelto con una capa fértil (de uranio 238) que da lugar a plutonio 239; y acaban produciendo de este modo una cantidad mayor de combustible fisionable del que consumen. La extracción de minerales radiactivos, la elaboración del combustible y el tratamiento posterior de los residuos constituyen el ciclo del combustible, que requiere procesos muy complejos.
El átomo está formado por un pequeño núcleo, cargado positivamente, rodeado de electrones. El núcleo, que contiene la mayor parte de la masa del átomo, está compuesto a su vez de neutrones y protones, unidos por fuerzas nucleares muy intensas, mucho mayores que las fuerzas eléctricas que ligan los electrones al núcleo. El número másico A de un núcleo expresa el número de nucleones (neutrones y protones) que contiene; el número atómico Z es el número de protones, partículas con carga positiva. Los núcleos se designan como ¿ X; por ejemplo, la expresión ¯U representa el uranio 235.
La energía de enlace de un núcleo mide la intensidad con que las fuerzas nucleares mantienen ligados a los protones y neutrones. La energía de enlace por nucleón, es decir, la energía necesaria para separar del núcleo un neutrón o un protón, depende del número másico. La curva de las energías de enlace implica que si dos núcleos ligeros, que ocupan posiciones muy bajas en la tabla, se fusionan para formar un núcleo de mayor peso (o si un núcleo pesado, que ocupa posiciones muy altas en la tabla, se divide en dos de menor peso), los núcleos resultantes están ligados con más fuerza, por lo que se libera energía.
La fusión de dos núcleos ligeros libera millones de electrovoltios (MeV), como ocurre cuando dos núcleos de hidrógeno pesado o deuterones (ªH) se combinan según la reacción
para producir un núcleo de helio 3, un neutrón libre (¦n) y 3,2 MeV, o 5,1 × 10-13 julios (J). También se libera energía nuclear cuando se induce la fisión de un núcleo pesado como el ¯U mediante la absorción de un neutrón, como en la reacción
Autor:
Saray Garcia
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