Curso de ingeniería de reactores

Curso de Ingeniería de Reactores

¿Qué es un reactor?

Un reactor químico es un equipo que en su interior da lugar a una reacción química. Está diseñado para producir esta conversión y maximizar sus capacidades con el coste menor posible. 

Tendremos un biorreactor si esta reacción química es catalizada a través de una enzima purificada o por el organismo que la contiene. 

El reactor se compone de una vasija de acero que en su interior contiene un conjunto de elementos de combustible nuclear que sigue de un patrón geométrico. Los núcleos de los átomos del combustible nuclear son impactados por neutrones. Esto hace que se rompa y que de lugar a la aparición de unos fragmentos que se llaman puntos de fisión y de más neutrones que, a la vez tendrán un impacto sobre otros átomos de combustible. En este proceso que llamamos reacción en cadena, se obtiene una elevada cantidad de energía térmica que se emplea para la producción de vapor de agua.

En la mayoría de los reactores, con el fin de facilitar el proceso de reacción en cadena se hace necesario que exista dentro del reactor un elemento que modere los neutrones que se generan en las reacciones de fisión. Esto se da a causa de los  neutrones se componen de una carga de energía cinética muy elevada que necesita reducir su velocidad con el objetivo de que aparezcan nuevas reacciones en cadena. Estas reacciones se conseguirán mediante choques elásticos de los neutrones con los átomos que componen el elemento que hace la función de moderador. En España, se suele utilizar agua ligera en las centrales como elemento moderador.

Por otro lado, con el fin de controlar las reacciones de fisión de manera segura, se realizan unos mecanismos de accionamiento de una serie de barras de control que se componen de un material que absorbe los neutrones. Estas barras de control pueden ser incluidas en la vasija del reactor de forma total o parcial, con el fin de impedir que los neutrones sigan desencadenando sucesivas reacciones de fisión en mayor o menor medida. Si fuera necesario, en este punto, se pueden detener todas las reacciones de fisión se insertan de manera inmediata todas las barras de control que dan lugar a lo que se denomina parada automática del reactor. 

El reactor de una central nuclear está rodeado por un blindaje de hormigón que intercepta las reacciones que están ocasionadas en las radiaciones de fisión. Tanto el reactor como los sistemas auxiliares se disponen dentro de un edificio diseñado para que las emisiones de radiación se limiten en caso de accidente.

Tipos de reactores químicos

Encontramos diversas formas de clasificar los reactores: 

Reactores según el modo de operación

• Reactores discontinuos. Trabajan a partir de cargas. Es decir, se les introduce una carga o alimentación y se espera un tiempo determinado. Este tiempo varía según la cinética de reacción y tras este, se puede sacar el producto. 
• Reactores continuos. Funcionan de manera continua. 

Reactores según el tipo de flujo interno

• Reactores ideales. Estos se describen a partir de ecuaciones ideales simples, no considerando efectos físicos complejos ni pequeñas perturbaciones. 
• Reactores no ideales. Consideran tanto el patrón de flujo como la existencia de zonas muertas en el reactor y otra dinámica de fluidos más compleja. Estos suelen describirse con el conocimiento de la cinética de reacciones, la RTD del flujo, el tipo de mezclado y conociendo si el fluido es de tipo micro o macro. Siendo RTD la distribución de la edad del fluido. 

Reactores según las fases que albergan

• Reactores homogéneos. Este tipo de reactores tienen una fase única, que puede ser líquida o gaseosa. Pueden ser el Reactor de Batch, el Reactor continuo de tanque agitado (CSTR) o los reactores de flujo pistón (PFR).
• Reactores heterogéneos. Estos contienen varias fases. Pueden ser gas - sólido, líquido - sólido, gas - líquido o incluso gas - líquido - sólido. 

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