Circuito Primario en PWRs

Diagram of three-circuit water-steam reactor

Los reactores de agua a presión (PWR) están diseñados generalmente con un tercer circuito de agua además de los dos encontrados en otras plantas de energía térmica (por ejemplo, reactores de agua hirviendo (BWRs) o centrales térmicas de carbón y geotérmicas). En este llamado circuito primario, el agua absorbe el calor generado por la fisión nuclear y la transfiere al circuito secundario. Este circuito adicional asegura que los materiales radiactivos permanezcan contenidos en el mismo y no se dispersen al circuito secundario y, por lo tanto, potencialmente al medio ambiente.

Este circuito de agua adicional conlleva algunos requisitos específicos en relación con el análisis químico y el monitoreo.


Determinación del ácido bórico ...

El agua en el circuito primario de pwrs contiene ácido bórico disuelto. El propósito del ácido bórico y del isótopo 10B en particular es actuar como moderador: el ácido bórico captura los neutrones de fisión, que mantienen activa la reacción en cadena nuclear y son responsables de la reactividad del reactor. Ya que su concentración juega un papel tan importante, la determinación de ácido bórico en el circuito primario es extremadamente importante en vista de la seguridad y eficiencia del reactor.

… en el laboratorio

Ácido bórico, siendo un ácido débil con una constante de acidez de Ka1 5.75·10-10, es difícil titrar. Para permitir la titulación fácil, se deben añadir polialcoholes, por ejemplo manitol, al ácido bórico, dando lugar a la formación de complejos con una mayor resistencia ácida que se comportan como un ácido monovalente que se puede titular con una solución NaOH.

Si el ácido bórico va a ser titulado manualmente, esta complejación implica una gran cantidad de trabajo y requiere pipeteado exacto de la muestra, agua destilada y solución de manitol para obtener resultados precisos. Por lo tanto, la titulación automática es la mejor opción.

Metrohm ofrece un sistema completamente automatizado para el análisis del ácido bórico.


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… y en el proceso

Los conjuntos de combustible no se pueden intercambiar durante el funcionamiento en PWRs. Esto hace necesario tener una reserva de combustible en el lugar al comienzo de un ciclo operativo. El exceso de actividad en el reactor asociado con este combustible de reserva se controla ajustando la concentración de ácido bórico en el reactor. A medida que se queman los combustibles, la concentración de ácido bórico debe reducirse para mantener el reactor funcionando. Fijar la concentración correcta del ácido bórico en el circuito primario es por lo tanto crucial para el funcionamiento seguro y eficiente de un PWR.

Esto se puede lograr vigilando de cerca la concentración de ácido bórico. El Metrohm Process Analytics ADI 2016 y ADI 2045TI Analyzers permiten determinar la concentración de ácido bórico de forma cuasi continua mediante titulación potenciométrica.

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Determinando litio

Chromatogram of a lithium determination

El ácido bórico que se añade al circuito primario de la PWR reduce el valor de pH y aumenta ası el potencial de corrosión. Para contrarrestar este efecto, se añade al circuito primario un agente alcalinizante, en la mayoría de los casos hidróxido de litio monoisotópico (7Li). La concentración de litio también debe ser monitorizada. Esto se puede hacer con la cromatografía iónica conjuntamente con la inyección inteligente del lazo parcial (MiPT).

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Determinación de cationes metálicos en el circuito primario

Algunos cationes metálicos tienen que ser monitoreados en el circuito primario de un PWR también. El níquel es un metal de aleación importante que aumenta la resistencia a la corrosión del acero. Sin embargo, en forma iónica, disuelta, el níquel promueve la corrosión, haciendo controles regulares de la concentración de níquel necesaria.

A menudo se añade zinc empobrecido para reducir la radiactividad en las superficies de los componentes y para reducir la corrosión de las superficies metálicas. Este catión, también, tiene que ser monitoreado regularmente.

Estos cationes también pueden determinarse hasta el rango de sub-μg / l usando cromatografía iónica. Debido a la presencia de ácido bórico e hidróxido de litio, la determinación de estos cationes requiere la Preconcentración en Línea combinada y la Eliminación de la Matriz.

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La turbina y los aceites lubricantes están expuestos a condiciones extremas en las centrales eléctricas. Numerosas normas internacionales definen los requisitos y los procedimientos de prueba para el mantenimiento en servicio de las turbinas.

La norma ASTM D 4378 especifica que los números de ácido y de base se determinarán mediante valoración potenciométrica y que el contenido de agua se determinará mediante la titulación de Karl Fischer.

Titulación Metrohm Titulación Karl Fischer

Aplicaciones de análisis de procesos

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