¿Cómo funciona una CENTRAL NUCLEAR?
Summary
TLDREl guion del video ofrece una explicación detallada del funcionamiento de las centrales nucleares, desde la historia de Enrico Fermi y la descubrimiento de la fisión nuclear hasta las aplicaciones pacíficas de la energía nuclear en la generación eléctrica. Se describe el proceso de fisión, la necesidad de uranio 235 como combustible fisionable y el enriquecimiento de este para su uso en centrales nucleares. Además, se explica cómo se controla la reacción en cadena y se presenta el funcionamiento de un reactor de agua a presión, incluyendo el uso de moderadores y refrigerantes para mantener la presión y la temperatura adecuadas, y la conversión de energía térmica en eléctrica a través de turbinas y generadores.
Takeaways
- 🔬 La historia comienza en 1934 con Enrico Fermi, quien desencadena una serie de experimentos con neutrones que llevan a la descubrimiento de la fisión nuclear.
- 🤔 La fisión nuclear se da cuando un átomo pesado como el uranio se divide en átomos más ligeros, liberando una gran cantidad de energía.
- 🌟 El proceso de fisión en cadena fue comprendido por Otto Hahn y Lise Meitner, quienes observaron que la fisión del uranio 235 liberaba neutrones adicionales que podían causar fisión en otros átomos de uranio.
- ⚠️ El uranio 235 es un elemento raro y para usarse en centrales nucleares, se necesita enriquecerlo aumentando su proporción en comparación con el uranio 238.
- 💧 Los neutrones son moderados y ralentizados por un medio, como el agua o el grafito, para que puedan causar fisión en otros átomos de uranio sin desencadenar una explosión incontrolable.
- ⚙️ Las centrales nucleares funcionan a través de un reactor de agua a presión, donde el uranio enriquecido actúa como combustible y el agua sirve como moderador y refrigerante.
- 🌀 El calor generado por la fisión es transferido al agua del circuito primario y luego a circuitos secundarios, donde se produce vapor que impulsa turbinas.
- 🌐 Las turbinas, a su vez, mueven un generador eléctrico, que convierte la energía mecánica en eléctrica, la cual es luego elevada en tensión para ser transportada.
- 🔁 El vapor que ha pasado por la turbina se condensa de nuevo en agua en un condensador, y este proceso se repite en un ciclo continuo.
- 🌍 Las centrales nucleares son una forma de energía que proporciona electricidad a millones de hogares alrededor del mundo y son una parte importante de la mezcla energética.
- 🚀 La energía nuclear también tiene aplicaciones militares, como se vio en la Segunda Guerra Mundial con el desarrollo de las bombas atómicas.
Q & A
¿Qué año es considerado como el inicio de la investigación nuclear y por quién se realizó?
-El año 1934 es considerado como el inicio de la investigación nuclear, cuando Enrico Fermi lanzó neutrones contra una muestra con la idea de obtener elementos más pesados.
¿Qué descubrimiento de Otto Hahn y Lise Meitner cambió la comprensión de la energía nuclear?
-Otto Hahn y Lise Meitner descubrieron la fisión del uranio, un proceso que liberaba una gran cantidad de energía y que más tarde se aplicaría en las centrales nucleares y las bombas atómicas.
¿Cuál es la diferencia fundamental entre la fisión y la fusión nuclear?
-La fisión es el proceso por el cual un átomo grande se divide en dos átomos más pequeños, liberando energía. La fusión, por otro lado, es el proceso por el cual dos átomos pequeños se unen para formar uno más grande, también liberando energía.
¿Por qué el hierro es considerado el elemento más estable del universo?
-El hierro es considerado el elemento más estable porque tiene la menor energía por núcleo, lo que significa que sus núcleos están mejor comprimidos y es el átomo donde los núcleos están más a gusto.
¿Cómo se utiliza la energía nuclear en las centrales nucleares modernas?
-Las centrales nucleares modernas utilizan la fisión del uranio-235 como fuente de energía. Este proceso es controlado para evitar una reacción en cadena descontrolada y generar electricidad.
¿Qué es el uranio-235 y por qué es importante en la energía nuclear?
-El uranio-235 es un isótopo de uranio que es fisionable, lo que significa que puede ser dividido en dos partes por neutrones, liberando una gran cantidad de energía. Es fundamental para la producción de energía en las centrales nucleares.
¿Qué es el enriquecimiento de uranio y por qué es necesario en las centrales nucleares?
-El enriquecimiento de uranio es el proceso de aumentar la proporción de uranio-235 en la muestra de uranio. Es necesario porque el uranio natural contiene muy poco uranio-235, y este isótopo es necesario para la fisión en las centrales nucleares.
¿Qué función cumple el moderador en una central nuclear?
-El moderador, que puede ser agua o grafito, sirve para ralentizar los neutrones, lo que aumenta su probabilidad de causar fisión en otros átomos de uranio-235 y mantener la reacción en cadena controlada.
¿Cómo se transforma la energía térmica generada por la fisión en electricidad en una central nuclear?
-La energía térmica se utiliza para calentar agua en un circuito primario, lo que produce vapor. Este vapor luego impulsa turbinas que están conectadas a un generador eléctrico, que genera electricidad.
¿Qué es un reactor de agua a presión y cómo se relaciona con la producción de electricidad en una central nuclear?
-Un reactor de agua a presión es una tipo de reactor nuclear que utiliza agua como moderador y refrigerante. El calor generado por la fisión es transferido al agua, lo que produce vapor que luego impulsa turbinas para generar electricidad.
¿Cómo se maneja el vapor después de que ha movido la turbina en una central nuclear?
-El vapor, después de haber movido la turbina y haber perdido energía, cae en un condensador donde se condensa de nuevo en agua, utilizando un foco frío. La agua se calienta nuevamente y se vuelve a utilizar en el generador de vapor, formando un ciclo continuo.
Outlines
🔬 Fundamentos de la Física Nuclear y la Energía
El primer párrafo introduce el tema de las centrales nucleares y su funcionamiento, remontándose a 1934 con el experimento de Enrico Fermi. Se describe el descubrimiento de la fisión nuclear y su desarrollo a lo largo de los años, incluyendo el papel de Otto Hahn y Lise Meitner. También se menciona la historia de los inventores judíos y la creación de las bombas nucleares, así como el uso pacífico de la energía nuclear después de la Segunda Guerra Mundial. El párrafo concluye con una explicación básica de cómo funciona un átomo, la importancia del núcleo y las fuerzas que actúan dentro de él, y cómo la energía nuclear por núcleo varía a lo largo de la tabla periódica.
🌟 Procesos de Fusión y Fisión en la Energía Nuclear
El segundo párrafo se centra en los procesos de fusión y fisión, que son fundamentales para la generación de energía en las centrales nucleares. Se explica que la fusión ocurre en las estrellas, donde átomos de hidrógeno se unen para formar helio y liberar energía. Por otro lado, la fisión se da en la desintegración de átomos pesados como el uranio, lo que también libera una gran cantidad de energía. El párrafo detalla cómo la energía de ligadura de los núcleos es mucho mayor que la de los electrones en reacciones químicas, y cómo los neutrones son esenciales para iniciar y mantener una reacción en cadena de fisión. Además, se menciona el descubrimiento de Otto Hahn y Lise Meitner y la importancia de controlar la reacción para evitar explosivos desastres o aprovechar la energía en centrales nucleares.
🚀 Funcionamiento de una Central Nuclear: Teoría y Práctica
El tercer párrafo presenta una explicación práctica del funcionamiento de una central nuclear, específicamente un reactor de agua a presión. Se describe el proceso de enriquecimiento de uranio y la necesidad de un moderador, como el agua o el grafito, para ralentiar los neutrones y controlar la reacción. El ingeniero Javier, que trabaja en una central nuclear, detalla el funcionamiento del circuito primario y secundario, el uso de turbinas y generadores eléctricos para producir energía, y cómo el vapor se condensa de nuevo en agua para un nuevo ciclo. El párrafo termina con una reflexión sobre los pros y contras de las centrales nucleares y la posibilidad de que sigan siendo una fuente de energía importante en el futuro.
Mindmap
Keywords
💡Enrico Fermi
💡Fisión nuclear
💡Uranio 235
💡Enriquecimiento de uranio
💡Neutrones
💡Reacción en cadena
💡Moderador
💡Reactor de agua a presión
💡Turbinas
💡Transformadores
Highlights
Explicación de cómo funciona una central nuclear.
Historia de la energía nuclear, desde 1934 con Enrico Fermi hasta la Guerra Fría.
Descubrimiento de la fisión nuclear y su potencial para la energía y la destrucción.
Funcionamiento de los núcleos atómicos y la importancia de los protones y neutrones.
La energía nuclear por núcleo y su relación con la estabilidad del átomo.
Comparación entre la energía de fusión y fisión, y su aplicación en las centrales nucleares.
El papel del hierro en la estabilidad nuclear y su eficiencia como elemento.
La necesidad de enriquecer el uranio 235 para su uso en centrales nucleares.
El uso del agua y el grafito como moderadores de neutrones en la fisión nuclear.
Descripción del funcionamiento de un reactor de agua a presión, común en las centrales nucleares.
El proceso de generación de vapor y su uso para impulsar turbinas y generadores eléctricos.
La transformación de vapor en agua mediante el enfriamiento y el ciclo de condensación.
La importancia de mantener la presión constante en los presionadores de las centrales nucleares.
La conexión entre las turbinas y el generador eléctrico para producir energía.
El uso de transformadores para ajustar la tensión de la energía eléctrica.
Invitación a seguir la cuenta de Twitter para más información sobre la ciencia y tecnología nuclear.
Anuncio de un futuro video sobre los pros y contras de las energías nucleares.
Evento personal: Participación en la feria del libro en Guatemala y conferencia en Canarias.
Transcripts
ahora hijo debe querer listos para estar
completamente el cerebro son unos
grandes desconocidos más allá de las
apariciones de los simpsons pocos
sabemos de las centrales nucleares cómo
funcionan cómo operan de donde extraen
la energía pues hoy ha llegado el día
con la ayuda de operador nuclear te voy
a explicar cómo funciona una central
nuclear estás preparado
todo empieza en
1934 con un gran personaje enrico fermi
ese año fermín lanza una de neutrones
contra una muestra un año con la idea de
obtener elementos más pesados pero sus
resultados fueron confusos algo extraño
estaba ahí pasando años más tarde otto
halle lis mainer repitiera un
experimento y lo estudiaron a fondo en
sus estudios parecía estar apareciendo
varios en la muestra
pero esto no podía ser el bario era un
elemento que tenía 36 nucleón es menos
que el uranio acaso el uranio se estaba
partiendo no sé si es así al partirse
sobrarían neutrones por lo que serían
emitidos pudiendo éstos a su vez
producir la misma reacción en otros
átomos y así sucesivamente estaría
comenzando una reacción en cadena un
proceso con una terrible liberación de
energía era ya en 1942 designers de
origen judío se vio obligada a huir en
alemania consigo la clave para la
destrucción masiva el mundo ya no
volvería a ser el mismo una historia
estremecedora que desencadenó poco
después el lanzamiento de las primeras
bombas nucleares en hiroshima
y tras la guerra mundial en la guerra
fría llegaría una forma pacífica de usar
toda esa energía que está contenida en
el núcleo son las centrales nucleares
que hoy llevan energía electricidad a
millones de casas de todo el mundo pero
para entender bien toda esta vaina mejor
empecemos por el principio un principio
que seguro que te suena un átomo está
formado por un núcleo de carga positiva
y electrones orbitando alrededor de
carga negativa y dentro en el núcleo
ocurren cosas muy interesantes allí
tenemos núcleo nes protones y neutrones
con un curioso cóctel de fuerzas la
electromagnética que tiene a separarlos
y la fuerza fuerte que tiende a unirnos
este cóctel de fuerzas es bueno para el
átomo de hecho cuantos más elementos
mejor están más a gusto dos protones
junto con dos neutrones en el helio que
por separado formando dos átomos de
deuterio este están más a gusto en
física que es el idioma escalamos los
físicos significa tener menos energía y
para dar cuenta de esto usamos la
magnitud conocida como energía nuclear
pues bien se comprueba que según ponemos
más protones y neutrones en el núcleo y
por lo tanto vamos subiendo por la tabla
periódica los núcleos están más y más
agusto o lo que es lo mismo su energía
por núcleo es menor esto seguro que
alguna vez en tu vida no has vivido es
más o menos lo mismo que pasa cuando
compartes pisos y yo en mi novia vivimos
separados igual pagamos cada uno
seiscientos euros por el piso al
mudarnos necesitamos una casa mayor e
igual pagamos más por el piso unos mil
euros pero es menor que la suma
ahorramos doscientos euros
si ahora nos juntamos con otra pareja
porque somos así de cochinos pues la
casa será mayor pagaremos más por la
casa quizás mil quinientos euros pero
menos que si viviéramos los cuatro por
separado pagaríamos en total dos mil
cuatrocientos euros de igual manera la
energía por núcleo baja según pasamos
del hidrógeno al medio del helio el
litio el litio al venido de peligro al
boro y así sucesivamente hasta el fin de
los tiempos pues no los núcleos al igual
que las casas tienen un límite llega un
momento en la historia de las casas que
sienten llegar en vez de generar un
ahorro genera un gasto extra ya no
compensa a tener una persona más en esa
casa esto pasa en los núcleos a partir
del átomo con número atómico 26 es decir
26 electrones y 26 protones hablamos del
hierro el elemento más eficiente y por
tanto más estable del universo el
elemento hierro es el que tiene una
menor energía por núcleo y por lo tanto
es el átomo donde los núcleos están
mejor comprimidos es el más eficiente el
que menos gasta donde todos estaban más
cómodos es decir todos los átomos
quieren ser como el hierro y que ocurre
más allá del hierro pues sigue habiendo
elementos más pesados donde sus núcleos
están menos a gusto esto se puede ver en
esta famosa curva que muestra la energía
por núcleo para 240 elementos de la
tabla periódica desde el hidrógeno hasta
el uranio que no les engaña de esa forma
de culpa donde parece que el punto
máximo es el del hierro estamos hablando
de energías de ligadura y por lo tanto
son energías negativas así que lo que
parece un máximo en realidad es un
mínimo así que si en este universo donde
todo tiende a estar en un estado de
mínima energía todos los átomos quieren
y era el proceso por el que los átomos
pequeños se unen para alcanzar un estado
de menor energía se le llama fusión la
ruptura de a todos para buscar la
estabilidad se le llama fisión son dos
mecanismos que operan en el universo
para hallar esa ansiada estabilidad la
energía mínima en la fusión partimos de
dos átomos pequeños que se unen para dar
uno mayor más energía en la fisión un
átomo grande se divide en dos más
pequeños más energía la fusión ocurre
por ejemplo en las estrellas dos átomos
muy pequeños como hidrógeno se unen se
fusionan para generar uno mayor por
ejemplo el helio un proceso que produce
energía es esto lo que vemos en el sol
el brillo del sol mientras que la
afición es un proceso que se da por
ejemplo en la reactividad en ambos casos
la energía liberada es enorme mientras
que la energía de ligadura de los
electrones la que se maneja típicamente
las reacciones químicas es del orden de
los electores voltio la energía de
ligadura de los núcleos es la típica de
las reacciones nucleares es millones de
veces mayor hablamos de mega electrón
voltios que dirás pues vaya
aunque mega electrón voltios
una cosa terrible en realidad un
megaelectronvoltios es algo así como 10
elevado a menos 16 julios una nadería
una biblia una porquería un nada pero
ahora piensa que esa es la energía que
libera un acto un simple átomo pero
imagínate que ese proceso en este átomo
desencadena un proceso similar en átomos
vecinos una reacción en cadena piensa
que en un pedazo de material de pocos
gramos hay del orden de 10 elevado a 23
partículas por lo que esa energía tan
chiquitita en un átomo al expandirse por
millones y millones de trillones de
millones de millones de átomos que da
una energía tremenda hablamos de
millones de julios es esta la potencia
de las bombas atómicas y de las
centrales nucleares esto es precisamente
lo que observaron otto hahn y lise
meitner quienes se dieron cuenta de la
gran capacidad de generación de potencia
de este proceso y ellos trabajaron
precisamente en esta forma de energía la
fisión que es la que se da en las
centrales nucleares actuales para poder
obtener energía de este proceso de
fisión se necesitan dos cosas por un
lado material fisionable por otro una
manera de que este proceso se mantenga
una reacción en cadena el material
fisionable por excelencia es el uranio
235 esto es lo que observo fermín al
contrario lo que ocurre con otros
elementos que se desintegran alfa o beta
el uranio 235 se parte en dos lo cual
libera gran cantidad de energía fermín
obtuvo esta reacción al enviar los
recientemente descubiertos neutrones
contra núcleos de uranio los neutrones
al no tener carga eléctrica penetran con
facilidad en el núcleo creando un
desastre la fisión esto es un resultado
muy interesante un material como el
uranio se fusiona cuando reciben
neutrones pero la pregunta es cómo
conseguimos una reacción en cadena list
mainer tenía la clave la fisión del
uranio por la llegada de un neutrón da
lugar a dos átomos menores energía y
tres neutrones son estos nuevos
neutrones los que pueden fusionar a su
vez otros átomos que liberarán más
neutrones en una escalada exponencial de
energía si está escalada es
descontrolada tenemos una bomba pero si
está controlada bala no tenemos una
central nuclear ya sólo falta conocer
dos pequeños detalles el primero es que
el uranio 235 que es el material
fisionable es un elemento muy raro mucho
común es su hermano mayor el uranio 238
en una piedra de uranio el 99 3% de él
es uranio 238 el no ficción hable por
eso el uranio natural el que se puede
extraer de una mina no es útil para
llevar a cabo este tipo de reacciones
como materia prima de una central
nuclear
necesitamos enriquecerlo aumentar la
proporción de uranio 235 en el
recrecimiento básicamente consiste en
aumentar la proporción de uranio 235 el
fisionable para ramas nucleares el
enriquecimiento de uranio lleva a una
concentración de más del 90 por ciento
de uranio 235 para aplicaciones de
energía
entre 12 y 15 este bajo enriquecimiento
del uranio que se utiliza en centrales
nucleares también nos garantiza que la
cosa no se va a desmadrar que no se va a
disparar pero vamos a convertir la
central nuclear en una bomba el segundo
detalle proviene de la observación de
que los neutrones cuando iban más lentos
tenían más capacidad de fusionar los
átomos por lo tanto era fundamental
detener estos neutrones para ello se
hace uso de lo que se conoce como un
moderador un medio que lo que hace es
robar energía a los neutrones para que
se ralenticen se detengan se enfríen
moderadores como el agua o el grafito
pues ya tenemos todos los elementos
teóricos para entender cómo funciona una
central nuclear y la abstracción de
energía a partir de los núcleos atómicos
pero cómo se hace en la práctica nos lo
va a contar una persona que seguro que
ya conocen él es ingeniero con licencia
de supervisión en una central nuclear en
españa un experto que trabaja
precisamente en una central nuclear y
nos va a contar cómo funciona querido
operador nuclear nos puede decir cómo
funciona realmente una central nuclear
cómo tenemos electricidad
de la fisión del uranio para ello
describir el funcionamiento de un
reactor de agua a presión el más
abundante en el mundo el uranio se
encuentra en elementos combustibles
dentro de la vasija del reactor que es
como una enorme olla a presión donde el
agua circula para funcionar como
moderador y refrigerante que extraerá el
calor generado por las visiones es lo
que llamamos el circuito primario lo
habitual es que una central nuclear
tenga dos tres y hasta cuatro circuitos
que extraen el calor que se produce
dentro del núcleo cada circuito tiene un
generador de vapor este dispositivo es
un intercambiador de calor que tiene
tubos y por el interior de los tubos
pasa el agua que proviene del reactor es
decir del circuito primario y deja parte
de su energía al enfriarse antes de
volver nuevamente al reactor impulsado
por una bomba de refrigerante el
circuito primario se mantiene a mucha
presión unas 157 atmósferas y el
encargado de mantener la presión
constante se llama como no podía ser de
otra forma presionado la parte inferior
del presionador es líquida y tiene unas
resistencias que permiten aumentar la
presión resistencias eléctricas por
supuesto la parte superior es vapor
tiene unas duchas para disminuir la
presión volvamos al generador de vapor
porque se enfría el agua del primario al
pasar por el generador de vapor
precisamente porque el exterior de los
tubos también hay agua pero a menor
temperatura que proviene del circuito
secundario luego veremos cómo hacemos
llegar ese agua al entrar el agua del
circuito secundario en el generador de
vapor entra en contacto con los tubos
que están muy calientes porque hemos
dicho que dentro pasa al agua del
circuito primario y ese agua se
convierte en vapor el vapor se traslada
hacia unas turbinas y sirve para
impulsarlas a una gran velocidad
aproximadamente unas mil quinientas
revoluciones por minuto las turbinas
están conectadas a un generador
eléctrico también llamado alternador que
es un enorme equipo del tamaño de un
autobús que al girar genera una enorme
cantidad de energía eléctrica esta
energía se traslada a unos
transformadores que sirven para aumentar
la tensión hasta la adecuada para ser
transportada hasta los lugares de
consumo a través de las líneas de alta
tensión pero qué ha pasado con el vapor
que ha movido la turbina ese vapor ha
perdido energía y cae en un gran
depósito que se llama condensador el
nombre evidentemente no es casual
precisamente se llama así porque el
vapor se condensa es decir vuelve a
convertirse en estado líquido es decir
en agua líquida para ello es necesario
tener lo que se llama un foco frío es
decir tenemos que conseguir que pase
algo más frío por el interior del
condensador precisamente lo que pasa es
agua del circuito terciario que pasa por
el interior de los tubos el circuito
terciario puede contener habitualmente
agua de un río de un lago o directamente
del mar muy bien pues una vez tenemos
agua de nuevo en el circuito secundario
lo que hacemos es pre calentarlo y lo
impulsamos a través de unas bombas hacia
el generador de vapor para completar
otro ciclo del circuito secundario y eso
es todo javier muchísimas gracias
compañero no se olviden de seguir la
cuenta que tienen twitter espectacular
si quieres saber más de la ciencia de la
tecnología de las centrales nucleares
pues ahora ya sabes cómo funciona esta
maravilla de la tecnología que conocemos
como central nuclear pronto un vídeo con
pros y contras de usar esta energía
deberíamos seguir invirtiendo en la
producción de centrales nucleares para
generar la energía del futuro pronto
sabrán más de esto así que quédate aquí
un blog pues esto ha sido todo
compañeros espero que les haya gustado
muchísimo este vídeo me despido con
cositas y estaré pronto en guatemala por
primera vez en mi vida qué emoción qué
sentimiento qué ganas tengo de
conocerles a todos no estar allí en
guatemala durante toda una semana con
motivo de la feria del libro donde
estaría firmando libros conociendo
ustedes respondiendo preguntas dando
conferencias todo son actividades
gratuitas así que pase este porque tengo
muchísimas ganas de conocerte dejaré
todo mitin erario todas mis actividades
en mis redes sociales en ja santolaya en
instagram y además en mi página web www
sabes tanto allá punto es y más de una
terrible ilusión también anunciar que
está en el 20 de julio dando una
conferencia en mi tierra en canarias
para todos ustedes y con mi gente y
estaré hablando de los mitos del viaje a
la luna realmente se llevó no se llegó
lo sabremos el 20 de julio te lo contaré
en el museo elder no te pierdas nada
porque todo estará anunciando en las
redes sociales pues ahora sí que sí esto
ha sido todo darle mucho coco y estudia
que quizás seas tú el próximo enrico
fermi
all is mine nos vemos como siempre en el
próximo vídeo pirata hasta pronto
[Música]
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