Termodinámica para dummies y presidentes de gobierno

Hace unos días, nuestro estimado presidente de gobierno nos dio motivos para preguntarnos una vez más si es más mentiroso que ignorante o viceversa.

En un alarde de originalidad (eso sí hay que reconocérselo) no usó la habitual coletilla de los residuos y tal y tal para justificar su oposición a las centrales nucleares, sino la “escasez de agua”.

El asunto ya se ha comentado en algún otro sitio de esta Red, pero con el fin de intentar aclarar la confusión que hay al respecto me he propuesto explicar desde el principio por qué las nucleares necesitan o no agua, y en que cantidad.

Si además lo hacemos de modo que el rigor no esté reñido con la facilidad de comprensión (de ahí el título del artículo, que nadie se ofenda), nos daremos por más que satisfechos.

Desde el punto de vista termodinámico, el principio básico de funcionamiento de una central nuclear es análogo al de muchas otras centrales de producción de electricidad, incluyendo tanto las de combustibles fósiles (carbón, fuel, gas) o las novedosas centrales termosolares.

Tenemos una fuente de calor (la reacción nuclear, la combustión o la radiación solar) la cual utilizamos para generar vapor de agua. El vapor se expansiona en una turbina unida a un alternador que genera electricidad.

Aunque solo el nombre pueda dar miedo a algunos, creo necesario introducir aquí el Segundo Principio de la Termodinámica. Este principio trata de las transformaciones de calor en trabajo y viceversa y nos hace ver que aunque todas las energías sean iguales, algunas son más utilizables que otras.

Así, si uno dispone de energía eléctrica y desea transformarla en calor, la eficiencia del proceso puede ser prácticamente del 100%, tan solo hace falta una resistencia como la de una tostadora o un calentador de baño.

En cambio, transformar calor en energía (mecánica o eléctrica) es bastante más complicado y nunca puede hacerse con un rendimiento del 100%. De hecho lo que nos indica el segundo principio es que no se puede tomar energía de un foco caliente y transformarla en trabajo, sin ceder parte de esa energía calorífica a un segundo foco, a menor temperatura que el primero.

Por eficiente que sea el diseño de la máquina, el rendimiento máximo de la transformación viene fijado por la diferencia de temperaturas entre los focos frío y caliente. Cuanto mayor sea esa diferencia, mayor será el rendimiento obtenible en la transformación (más trabajo se producirá).

A efectos prácticos, sepamos que en una nuclear o una central térmica convencional, tan solo una tercera parte (aproximadamente) de la energía calorífica del foco caliente se puede transformar en electricidad. El resto, es el calor que se cede al foco frío.

Esta operación matemática está al alcance de un Pepiño o una menestra de igual da, pero conviene llamar la atención sobre este hecho: casi dos tercios de la energía contenida en la fuente original se pierden.

Necesitamos pues un foco frío al que ceder ese calor residual. El primer candidato sería el aire ambiente (es el que utiliza una máquina térmica que conocéis bien, vuestro coche, en concreto su radiador).

Para una central grande, no es la mejor opción pues se requiere una mayor inversión, se precisan ventiladores de gran tamaño (aumento de los autoconsumos) y la producción en verano disminuye (recordemos lo indicado arriba, cuanto más frío sea el foco frío, mejor rendimiento tiene el ciclo).

Ahora bien, que no sea la mejor opción tampoco quiere decir que sea inútil. En Sudáfrica (al menos) existe alguna central nuclear que utiliza aire en el condensador del ciclo de vapor. Es decir, prácticamente no consume agua.

En España hay centrales de combustión pequeñas condensadas por aire. Se trata de plantas de biomasa que (por economía de transporte) no pueden situarse lejos de los puntos de producción de dicha biomasa. Ante la escasez de agua en sus emplazamientos, se optó por usar aerocondensadores. El rendimiento es un poco menor de lo que podría ser pero no pasa nada. ¿Se entera usted sr. Zapatero?

Pero bueno, lo normal será no permitirse el lujo de perder ese precioso rendimiento y utilizar un foco frío lo más frío posible, esto es, agua.

Tenemos varias opciones, de hecho en las centrales nucleares existentes en España, la refrigeración no es la misma, sino que varía dependiendo de las condiciones de ubicación de cada una.

Por ejemplo, la central de Vandellós está situada a la orilla del mar. ¿De donde procede el agua que utiliza su condensador? Acertaron. Agua de mar. El agua se aspira y se hace pasar por el condensador donde aumenta unos grados su temperatura y vuelve al mar un poco más caliente. Obviamente este calor se disipa rápidamente y no pasa nada. ¿Consumo de agua? Casi nada ¿Se entera usted sr. Zapatero?

Pero supongamos que tenemos ubicada la planta en el interior. ¿Es imprescindible gastar agua para la refrigeración del condensador? Pues tampoco. La foto de cabecera es de la central nuclear de Almaraz. ¿Ven las torres de refrigeración? Correcto. No las ven porqué no existen. El agua de refrigeración se toma del pantano de las imágenes, pasa por el condensador y se devuelve un poco más caliente. Salvo en épocas de mucho calor y poco agua embalsada, el calor se disipa con la suficiente rapidez como para no tener problemas. ¿Consumo de agua? Otra vez, casi nada ¿Se entera usted sr. Zapatero?

Sigamos, ¿y si no podemos contar con un embalse? Bueno, pues aun tenemos varias opciones. Si hay un río lo bastante caudaloso, se puede tomar agua del mismo y devolverla un poco más caliente. Si la potencia de la central no es muy elevada y/o el caudal del río es lo bastante elevado, la subida de temperatura puede ser insignificante y el consumo de agua seguiría siendo nulo. No obstante puede ocurrir que lo que sería válido en épocas de elevado caudal, no lo sea en verano ocasionando subidas de temperatura inadmisibles. Es entonces cuando se puede recurrir a una torre de refrigeración. A grandes rasgos, el agua se deja caer dentro de la torre con aire circulando a contracorriente (por tiro natural en centrales grandes). Una parte del agua se evapora enfriando el resto, que se devuelve al río en condiciones similares a las que tenía en la aspiración, o bien con la temperatura algo superior pero en límites admisibles. El paso de agua por la torre puede eliminarse en épocas de gran caudal, donde el calor se disiparía rápidamente en el río. Así funcionan un gran número de centrales. ¿Consumo de agua? Pues poco, bastante, o incluso ninguno, según el río disponible y la época del año. ¿Se entera usted sr. Zapatero?

Así pues, debería quedar claro que la búsqueda del emplazamiento más apropiado para una central nuclear no es un trabajo sencillo, pero los hay. Aparte de los existentes, en los años 70 se estudiaron otros posibles emplazamientos, reposando los correspondientes trabajos de ingeniería en algún cajón. Si realmente se quiere (y esperemos que se quiera) relanzar la ingeniería nuclear, el rollete ese del agua no es más que una burda excusa. El consumo de agua no es estrictamente necesario para una central nuclear. Y si lo es, se debe a su emplazamiento, es decir también consumiría agua una central térmica con un combustible convencional o incluso una planta termosolar.

Espero que haya quedado claro con lo contado arriba. Lo que seguirá siendo una incógnita es si Zapatero es un burdo mentiroso o un tonto (no por no saber, sino por asesorarse mal y hablar de lo que no sabe).