Es bien sabido que en caso de parada de emergencia la extracción del calor residual del núcleo es un punto crítico y, por tanto, múltiples sistemas de seguridad activa y pasiva han sido diseñados con este objetivo. Entre los sistemas pasivos utilizados en reactores avanzados encontramos:
-Tanques presurizados de inundación del núcleo (acumuladores).
-Lazos de circulación natural con tanques elevados.
-Tanques de drenaje por gravedad.
-Refrigeración pasiva del Generador de Vapor vía circulación natural.
-Intercambiadores pasivos para extracción de calor residual.
-Condensadores de aislamiento para refrigeración pasiva del núcleo.
-Sumideros de circulación natural.
A continuación se ofrece una breve descripción de cada uno de estos sistemas.
1)Tanques presurizados de inundación del núcleo (acumuladores).
Los tanques presurizados de inundación del núcleo, o acumuladores, han sido utilizados en centrales nucleares convencionales para añadir redundancia y diversidad a los sistemas de refrigeración de emergencia del núcleo. Típicamente consisten en un gran tanque lleno el 75% de su volumencon agua y el volumen restante con nitrógeno (o un gas inerte) presurizado. Como muestra la Figura 1, el contenido del tanque es aislado del núcleo mediante una serie de válvulas de retención que son activadas por diferencia de presión entre el núcleo y el gas en el tanque. En caso de accidente con pérdida de refrigerante (LOCA), la presión del núcleo se reduce por debajo de la presión del gas, resultando en la apertura de las válvulas de retención y la subsecuente descarga del agua borada en la vasija del reactor.
Figura 1. Tanques presurizados de inundación del núcleo(acumuladores).
2)Lazos de circulación natural con tanques elevados.
Los lazos de circulación natural representan una forma efectiva de obtener la refrigeración del núcleo. Varios reactores avanzados hacen uso de tanques elevados conectados a la vasija del reactor o al lazo primario en las partes superior e inferior, como muestra la figura 2. Los tanques se llenan de agua borada y pueden proveer de inyección de refrigeración a presión del sistema. Los tanques están normalmente aislados de la vasija del reactor por una válvula de aislamiento ubicada en la zona inferior del tanque. El fluido se encuentra siempre bajo la presión del sistema vía la línea de conexión superior. En caso de una emergencia, la válvula de aislamiento se abre formando un lazo de circulación natural completo y permitiendo que el agua borada fluya hacia el núcleo.
Figura 2. Lazo de circulación natural mediante tanque elevado.
3)Tanques de drenaje por gravedad.
Bajo condiciones de baja presión, los tanques elevados llenos con agua borada fría pueden ser usados para inundar el núcleo por gravedad. En algunos diseños, el volumen de agua en el tanque es suficientemente grande como para inundar completamente la cavidad del reactor.Como muestra la Figura 3 la operación del sistema requiere que la válvula de aislamiento sea abierta y que la fuerza del fluido sea superior a la presión del sistema más la pequeña presión necesaria para atravesar las válvulas de retención.
Figura 3. Tanques de drenaje por gravedad.
4)Refrigeración pasiva del Generador de Vapor vía circulación natural.
Algunas centrales PWR avanzadas están considerando el uso de los Generadores de Vapor de una forma pasiva para proveer de extracción de calor residual. Esto se hace condensando el vapor del GV en un intercambiador de calor sumergido en un tanque de agua o con un sistema refrigerado por aire como se muestra en la Figura 4.
Figura 4. Refrigeración pasiva del GV vía circulación natural.
5)Intercambiadores pasivos para extracción de calor residual
Intercambiadores de calor para la extracción pasiva delcalor residual han sido considerados en varios diseños PWR avanzados. Su principal función es proveer, durante largos periodos de tiempo, de extracción del calor residual de decaimiento transfiriendo el calor usando un lazo de circulación natural de una única fase. Como muestra la Figura 5, los intercambiadores de calor para la extracción pasiva del calor residual están normalmente presurizados y listos para servicio. Un flujo de fase liquida es iniciado por la apertura de la válvula de aislamiento en la parte inferior del intercambiador. El diseño de este sistema es optimizado para transferencia de calor de fase liquida. Esto es particularmente útil en caso de apagón en la instalación (station blackout scenario), puesto que elimina la necesidad de las operaciones de “purga y alimentación” (“bleed and feed”) para la refrigeración de la planta.
Figura 5. Intercambiadores pasivos para extracción de calor residual
6)Condensadores de aislamiento para refrigeración pasiva del núcleo.
Los condensadores de aislamiento para la refrigeración pasiva del núcleo están diseñados para proveer refrigeración a núcleos BWR subsiguiente a su aislamiento de su principal disipador de calor, el set turbina/condensador. Como muestra la Figura 6, durante operación a potencia, el reactor esta normalmente aislado del Condensador de Aislamiento. Cuando el núcleo debe ser aislado del set turbina/condensador, el vapor principal es desviado al Condensador de Aislamiento y condensa en la sección de tubos verticales. El calor es transferido a la piscina del Condensador de Aislamiento evaporando agua a la atmosfera. El condensado vuelve al núcleo por drenaje por gravedad en el interior de los tubos.
Figura 6. Condensadores de aislamiento para refrigeración pasiva del núcleo
7)Sumideros de circulación natural.
Algunos diseños utilizan la cavidad del reactor y otros compartimentos inferiores de la contención como reserva de refrigerante para la refrigeración del núcleo. Por tanto, el agua perdida del sistema del reactor es recogida en el sumidero de la contención. Eventualmente el reactor que dacompletamente inmerso en agua y las válvulas de aislamiento se abren. La extracción del calor residual tiene lugar por ebullición en el núcleo. El vapor generado viaja hacia arriba vía la válvula sistema automático de despresurización (ADS) y escapa a la contención. La diferencia de densidad entre la elevación del núcleo y la ventana del sumidero produce un flujo de circulación natural que hace pasar el agua hacia la vasija del reactor.
Figura 7.Sumideros de circulación natural
