Análisis en línea de ácido bórico en el agua de refrigeración de reactores de agua a presión

El ácido bórico se utiliza para absorber neutrones en el circuito primario de los reactores de agua a presión (PWR) de los reactores nucleares, controlando así la reactividad del reactor. Por lo tanto, el monitoreo casi continuo de las concentraciones de ácido bórico es crucial. El ácido bórico generalmente se controla mediante métodos de análisis de laboratorio manuales, pero estos requieren mucho tiempo y son propensos a errores humanos. Sin embargo, con el analizador de procesos TI 2060 es posible realizar un análisis en línea rápido y confiable.

Esta nota de aplicación de proceso analiza el análisis en línea del boro en reactores de agua a presión nucleares (PWR). El software adaptativo del analizador de procesos 2060 TI, IMPACT, cambia automáticamente entre varias buretas, cada una con una concentración de titulante diferente según la concentración de ácido bórico para mantener una precisión óptima en todo el rango de medición. Cuando se integra con el sistema de control químico y de volumen (CVCS), el monitoreo en tiempo real permite la detección temprana y mitigación de posibles problemas de concentración de ácido bórico, optimizando el control del reactor para una operación segura y eficiente.

Aproximadamente el 9% de la electricidad mundial proviene de fuentes de energía nuclear [1]. Los reactores de agua a presión (PWR) son uno de los tipos más comunes de reactores nucleares para fines de generación de electricidad [1]. El funcionamiento seguro y eficiente de los reactores PWR es fundamental para garantizar un suministro de energía confiable y al mismo tiempo proteger el medio ambiente.

En estos PWR, el ácido bórico (isótopo B-10, ¹⁰B) se añade al refrigerante primario para regular la reacción nuclear. El boro absorbe eficazmente los neutrones, impidiendo que sostengan el proceso de fisión. Al ajustar la concentración de ácido bórico en el refrigerante, los operadores pueden controlar con precisión la potencia de salida del reactor.

El boro se controla cuidadosamente dentro del circuito primario y secundario (Figura 1). Si bien estos circuitos están diseñados para ser altamente contenidos, riesgos potenciales como accidentes, fugas o derrames podrían provocar la liberación de agua contaminada al medio ambiente, lo que en última instancia impactaría las fuentes de agua cercanas.

La concentración de boro en el refrigerante primario varía de 0 a 2000 mg/L o más, dependiendo de la etapa del ciclo del combustible [2]. Esto es significativamente más alto que el nivel máximo recomendado para el agua potable, que es de 2,4 mg/L según la Organización Mundial de la Salud (OMS) [3] y 1 mg/L según las normas de la UE [4].

El CVCS es responsable de regular las concentraciones de boro en el refrigerante del reactor. Este sistema ajusta cuidadosamente la cantidad de ácido bórico agregada al circuito primario para mantener una reactividad óptima y garantizar el funcionamiento seguro del reactor.

El Analizador de procesos TI 2060 (Figura 2) ofrece una ventaja significativa sobre los métodos tradicionales de pruebas de laboratorio en el sector nuclear. Su avanzada técnica de titulación permite el monitoreo continuo y en tiempo real de las concentraciones de boro en el PWR sin la necesidad de realizar pruebas manuales de laboratorio.

Además, la función de autocalibración del analizador garantiza una precisión constante sin necesidad de ajustes manuales frecuentes.

Al integrarse perfectamente con los sistemas de control de plantas de energía nuclear, el Analizador de procesos TI 2060 Permite ajustes automatizados de reactividad basados en concentraciones de boro medidas. Esta automatización mejora la eficiencia operativa y ayuda a mantener el rendimiento óptimo del reactor.

La monitorización en línea del ácido bórico en el agua de refrigeración es posible mediante titulación potenciométrica. El software inteligente IMPACT utilizado por el analizador de procesos 2060 TI puede adaptarse automáticamente a diferentes niveles de ácido bórico y cambiar las concentraciones del titulante para garantizar que se logre la máxima precisión en todo el rango de medición.

La capacidad de monitorear concentraciones de ácido bórico dentro del rango de 0 a 2000 mg/L es particularmente valiosa en los PWR, donde el control preciso de este parámetro es esencial para una operación segura y eficiente. La versatilidad y precisión del analizador de procesos 2060 TI lo convierten en una herramienta valiosa para los operadores de plantas de energía nuclear.

1. La energía nuclear en el mundo actual - Asociación Nuclear Mundial. https://world-nuclear.org/information-library/current-and-future-generation/nuclear-power-in-the-world-today (consultado el 20 de agosto de 2024).
2. Mezquita, A. Z.; Reis, I. C.; de Almeida, V. y col. Efecto del boro-10 en la reactividad del reactor de investigación Triga IPR-R1. Anales de la energía nuclear 2019, 132, 64–69. DOI:10.1016/j.anucene.2019.04.023
3. El boro, un reto clave para los sistemas de ósmosis inversa, tratado con éxito con membranas TFN de LG Chem GWI. https://www.globalwaterintel.com/articles/boron-a-key-challenge-for-reverse-osmosis-systems-successfully-treatment-with-lg-chem-tfn-membranes-lg-chem (consultado el 19-08-2024).
4. Normas de agua potable de la UE. https://www.lenntech.com/applications/drinking/standards/eu-s-drinking-waterstandards.htm (consultado el 19-08-2024).

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