Agua Pesada

1) ¿Qué es el agua pesada?

El agua pesada es aquélla en cuya molécula el átomo de oxígeno, en lugar de estar unido a dos átomos de hidrógeno (o protio), como ocurre con el agua normal, lo hace con dos átomos de deuterio. Esto modifica levemente algunas de sus propiedades físicas tales como la densidad o el punto de ebullición. El agua pesada se encuentra presente, en pequeñas cantidades, mezclada con el agua normal, y puede ser separada de ésta por destilación fraccionada.

2) Enunciar sus propiedades físicas.

Propiedades Físicas

Esta diferencia en los elementos del núcleo modifica algunas de sus propiedades físicas, tales como la densidad o el punto de ebullición. El agua pesada se encuentra presente, en pequeñas cantidades, mezclada con el agua normal, y puede ser separada de ésta por destilación fraccionada. También se puede separar del agua por absorción con amoníaco que contenga deuterio.

Propiedad D2O (agua pesada) H2O (agua común)

Punto de fusión (°C)

3,82 0,0

Punto de ebullición (°C) 101,4 100,0

Densidad (a 20 °C, g/mL) 1,1056 0,9982

Temp. de máxima densidad (°C) 11,6 4,0

Viscosidad (a 20 °C, centipoise)

1,25 1,005

Tensión superficial (a 25 °C, dyn•cm) 71,93 71,97

Entalpía de fusión (cal/mol) 1,515 1,436

Entalpía de vaporización (cal/mol) 10,864 10,515

pH (a 25 °C) 7,41 7,00

3) Averiguar acerca de la P.I.A.P.

La Planta Industrial de Agua Pesada situada en Arroyito, se clasifica dentro de las industrias químicas convencionales como de muy alta tecnología. Cuenta con un predio de aproximadamente 20 hectáreas. Su capacidad de producción es de 200 toneladas por año. PIAP tiene por finalidad fabricar agua pesada como refrigerante del circuito primario de reactores nucleares de uranio natural del INVAP.

La planta requiere para su funcionamiento una potencia eléctrica de 50 MW, 25.000 Nm 3/h de gas combustible y 700 m3/h de agua.

PIAP cuenta con 13 reactores, de los cuales dos son de síntesis amoníaco, con una capacidad de producción de 2150 toneladas por día cada uno. Estas dos últimas unidades se síntesis están aplicadas en un circuito cerrado para la obtención de agua pesada virgen. También posee, entre otros equipos, 300 bombas, 250 intercambiadores de calor, 240 recipientes de presión, 90 compresores, 30 columnas de destilación, 8 hornos y mas de 500 motores eléctricos. Todo el equipamiento electromecánico y de estructura pesa más de 27.000 toneladas.

A parte de esto, esta planta posee 2 reactores de síntesis de amoniaco, los cuales cuentan con una capacidad de producción de 2150 toneladas diarias c/u, cosa que actualmente se os utiliza en un circuito cerrado para la producción de agua pesada virgen. Los consumos de la P.I.A.P. en materias de electricidad y gas natural equivalen a los se una ciudad de tamaño medio.

Una característica de esta planta es que la calidad de este producto es la mejor, ya que contiene concentraciones de deuterio superiores al 99,9% molar y al producir y comercializar agua pesada virgen garantiza el seguro manejo del producto.

La P.I.A.P. además de producir el agua pesada también produce el “agua empobrecida de deuterio” la cual puede ser obtenida en concentraciones de 20 a 40 ppm de D2O, 41 a 60 ppm de D2O, 61 a 80 ppm de D2O, 81 a 100 ppm de D2O. Este tipo de agua está siendo utilizada en investigaciones para el tratamiento de algunos tipos de cáncer. El cual se envasa en tambores de acero inoxidable en atmósfera inerte, o en recipientes aptos para mantener la esterilidad.

En los últimos años dicha planta ah llegado a abastecer a los mercados asiático, europeo y de América del Norte donde también ha generado alianzas y acuerdos comerciales para ser representada en sus negocios en lugares muy lejos del país, como por ejemplo en Corea del Sur, para la venta y comercialización de su producto (agua pesada) con Kolon International Corporation representa, o a nivel mundial con otra empresa que la representa la cual es CKA Associates representa la comercialización de agua empobrecida de deuterio.

La Ensi se encuentra asegurada por el auditorio CGS habiendo obtenido el certificado QBE 98266 de acuerdo a la norma IRAM 9002, así garantizando los más altos niveles de calidad.

La ENSI se ha comprometido a desarrollar sus actividades con una actitud de “respeto hacia el medio ambiente”, por ende ha impuesto la política de minimizar la generación de residuos y siguiendo el camino de la mejora continua. Para cumplir con este compromiso se está implementando un sistema de Gestión Ambiental basado en el concepto de sustentabilidad de las actividades de la Empresa, bajo los lineamientos de la norma internacional ISO 14001. La implementación de la política ambiental está respaldada en una gestión de prevención, monitoreo y control de los residuos sólidos, líquidos y gaseosos de la planta, cosa que en gral se trata de llevar a cabo esta política con campañas de minimización de vertidos a través de capacitaciones, de registro y seguimientos mediante muestreos.

4) Describir los procesos de obtención de D2 O.

La fórmula química del agua deuterada, óxido de deuterio o agua pesada es: D2O o 2H2O.

Esta diferencia en los elementos del núcleo modifica algunas de sus propiedades físicas, tales como la densidad o el punto de ebullición. El agua pesada se encuentra presente, en pequeñas cantidades, mezclada con el agua normal, y puede ser separada de ésta por destilación fraccionada. También se puede separar del agua por absorción con amoníaco que contenga deuterio.

El proceso de obtención de agua pesada aplicado es el llamado “Intercambio Isotópico Monotérmico Amoníaco – Hidrógeno (H2/NH3)”. La materia prima utilizada es el agua natural con una concentración normal de 145 ppm de deuterio, el cual junto al tritio son los dos isótopos del hidrógeno. El proceso comienza con el bombeo del agua de alimentación hasta la unidad de tratamiento en donde es filtrada y desmineralizada. Luego pasa a la unidad de extracción por intercambio isotópico amoníaco – agua, en donde el contacto entre el agua y el amoníaco vapor provoca una disminución de la concentración de deuterio. El vapor de amoníaco es condensado y enviado a la sección de enriquecimiento, pasando de una concentración 1N hasta aproximarse al 100%. El amoníaco liquido que abandona la sección se dirige a los hornos de cracking convirtiéndose en gas de síntesis, el cual ingresa por el fondo de la sección de enriquecimiento donde entrega su deuterio. Este gas empobrecido es convertido en amoníaco por síntesis catalítica. Una corriente de gas de síntesis pesado (N2 + 3D2), proveniente del flujo que ingresa por el fondo de la sección de enriquecimiento, es oxidada catalíticamente con aire seco para obtener el agua pesada. Esta consta de dos átomos de deuterio y uno de oxígeno y sus principales funciones son las de refrigerar el núcleo en los reactores nucleares y la de moderar la velocidad de neutrones liberados por el Uranio 235.

Algo que caracteriza al agua pesada a comparación del agua común es que esta absorbe 30 veces menos de neutrones.

5) Que procesos utiliza la PIAP.

Debemos destacar tres procesos fundamentales:

En la primera etapa llamada extracción, una correntie de amoniaco en gas le extrae el deuterio al agua que ingresa proveniente del rio. Esta corriente sale por el tope de una columna de la planta hacia un equipo condensador, donde se vuelve liquido.

En la segunda etapa o de enriquecimiento se logra reemplazar todos los átomos de hidrogeno del amoniaco por deuterio. Así se obtiene amoniaco pesado (ND3). El amoniaco que sale de la columna de enriquecimiento ingresa al horno de craqueo donde se obtiene gas de síntesis (mezcla gaseosa de nitrógeno y deuterio).

En la tercera etapa, parte de esta corriente se deriva a la etapa final del proceso y otra parte retorna a la etapa de enriquecimiento para intercambiar deuterio con la corriente de amoniaco a enriquecer.

6) Describir el funcionamiento de un reactor nuclear

El primer reactor construido en el mundo fue operado en 1942.Es una instalación física donde se produce, mantiene y controla una reacción nuclear en cadena. Por lo tanto, en un reactor nuclear se utiliza un combustible adecuado que permita asegurar la normal producción de energía generada por las sucesivas fisiones. Algunos reactores pueden disipar el calor obtenido de las fisiones, otros sin embargo utilizan el calor para producir energía eléctrica.

El primer reactor construido en el mundo fue operado en 1942, en dependencias de la Universidad de Chicago (USA), bajo la atenta dirección del famoso investigador Enrico Fermi. De ahí el nombre de “Pila de Fermi”, como posteriormente se denominó a este reactor. Su estructura y composición eran básicas si se le compara con los reactores actuales existentes en el mundo, basando su confinamiento y seguridad en sólidas paredes de ladrillos de grafito.

Elementos de un Reactor Nuclear

1. Nucleo

5. Vasija

9. Condensador

2. Barras de control

6. Turbina

10. Agua de refrigeración

3. Generador de vapor

7. Alternador

11. Contención de hormigón

4. Presionador

8. Bomba

El Combustible:

Material fisionable utilizado

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