conversão de energia

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CONVERSÃO DE ENERGIA 
AULA 2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Samuel Polato Ribas 
 
 
 
 
2 
CONVERSA INICIAL 
A partir desta aula começaremos efetivamente a utilizar os conceitos de 
conversão de energia. Ao engenheiro cabe conhecer as formas de conversão 
renováveis e não renováveis, bem como os tipos de energia. Além disso, é 
preciso saber como converter os tipos de energia para que sejam aproveitadas 
de acordo com a necessidade de cada aplicação da melhor forma possível. 
Não podemos abrir mão aqui de abordar duas formas de obter energia 
elétrica: primeiramente por meio de usinas hidrelétricas e, em seguida, por 
meio de usinas nucleares. 
CONTEXTUALIZANDO 
Nesta aula, vamos estudar as formas de energia e quais delas são 
classificadas como renováveis e não renováveis. A tendência de utilização de 
energias renováveis será abordada, porém sem esquecer a importância das 
energias não renováveis, que ainda são a base do fornecimento de energia em 
alguns países com poucos recursos renováveis. 
Vamos ainda estudar com profundidade duas formas de conversão de 
energia bastante difundidas. Uma delas, renovável, a energia hidrelétrica, que 
possui uma alta capacidade de geração de energia. A outra, não renovável, a 
energia nuclear, que também possui alta capacidade de geração, mas que traz 
consigo alguns inconvenientes, por exemplo o destino de resíduos, o risco de 
acidentes e a tecnologia para o desenvolvimento de armas nucleares. 
Parece simples definir e entender quais são os tipos de energia, o que 
são energias renováveis e não renováveis e como obter energia elétrica, porém 
o conteúdo e a complexidade desse assunto vão além do que imaginamos e 
conhecemos. 
Mesmo sabendo o princípio, temos que conhecer como tudo acontece e 
de onde vem a matéria-prima para que a energia elétrica seja gerada. É isso é 
o que diferencia o engenheiro eletrico, que, entretanto, não deve estar 
preocupado apenas em saber de onde vem e como chegar ao objetivo final 
mas também deve saber avaliar como fazer e quais os riscos e impactos 
associados ao seu trabalho, quais os prós e contras, por que usar ou por que 
não usar certas formas de conversão de energia. 
 
 
 
3 
Pesquise 
Formas de converter os tipos de energia existentes. Procure exemplos 
de conversão de energia nas mais diversas formas. Por exemplo, é possível 
converter energia elétrica em sonora? Ou energia térmica em luminosa? 
TEMA 1 – FORMAS DE CONVERSÃO DE ENERGIA 
Nesta seção será feita uma abordagem geral das formas de conversão 
de energia, e as mais relevantes serão abordadas individualmente na 
sequência. 
Podemos, de forma geral, dividir os tipos energia em renováveis e não 
renováveis. Dentro desses dois grandes grupos, há várias formas de conversão 
de energia. Os tipos de energia conhecidos são: cinética, potencial, térmica, 
elétrica, química, nuclear, sonora, luminosa (Hinrichs; Kleinbach; Reis, 2016). 
É possível converter a energia de um tipo para o outro utilizando um 
processo adequado para isso. Como exemplo, podemos citar a conversão de 
energia elétrica em energia térmica e luminosa quando uma corrente elétrica 
passa por um elemento resistivo de tungstênio. Esse é o princípio de 
funcionamento de uma lâmpada incandescente, um tipo de lâmpada que não é 
mais usual. 
Todos os tipos de energia são, ao nível microscópio, exemplos de 
energia mecânica cinética ou potencial, associadas a algum outro fenômeno 
que, por fim, caracteriza o tipo de energia. 
As fontes de energia podem ser classificadas como fonte primária, que 
representa em que forma a energia se encontra disponível para ser convertida, 
e a maneira como ela será utilizada pode ser classificada de “uso final” 
(Hinrichs; Kleinbach; Reis, 2016). A Tabela 1 mostra algumas formas de 
energia associadas a suas fontes primárias e ao uso final. 
Tabela 1 – Formas de energia 
Fontes Primárias Tipo de Energia Usos finais 
Carvão Química Aquecimento 
Óleo combustível Química Iluminação 
Gás Natural Química Força motriz 
Urânio Nuclear Eletricidade 
Sol Radiante Processos químicos 
Fonte: Hinrichs, Kleinbach; Reis (2016, p. 52). 
 
 
4 
A transformação de energia das fontes primárias em usos finais ocorre 
por meio de um ou mais processos de conversão de energia. A energia 
elétrica, por exemplo, não é uma energia primária, e sim a conversão de 
energia química, nuclear ou solar. 
A partir deste ponto, vamos falar sobre alguns dos tipos de conversão de 
energia específicos. Vale ressaltar que não serão abordadas todas as formas 
de conversão de energia nem todas as suas formas de uso final. 
Inicialmente falaremos um pouco sobre a energia cinética, que é a 
energia associada ao movimento de um corpo. Ela é dada em função da massa 
e da velocidade de um corpo. Matematicamente pode ser escrita como 
2
2mv
EK 
 ( 1 ) 
em que EK é a energia cinética, m é a massa do corpo e v é a velocidade com 
que o corpo se desloca. 
É importante observar que a energia é proporcional ao quadrado da 
velocidade, ou seja, à medida que a velocidade aumenta, a energia aumenta 
ao quadrado. 
Um dos exemplos de conversão de energia cinética em energia elétrica 
é o sistema de Flywheel. Esses sistemas funcionam como baterias 
eletromecânicas que armazenam energia cinética, que é convertida em energia 
elétrica à medida que esta é requisitada. Esses sistemas podem ser aplicados 
para compensar afundamentos de tensão na rede elétrica e como sistemas no-
break. É uma tecnologia que está em plena evidência, pois, apesar da 
complexidade do sistema, é uma conversão limpa, que não gera resíduo. A 
Figura 1 mostra um sistema Flywheel desenvolvido pela NASA. 
Figura 1 – Sistema Flywhell 
 
 
 
5 
Outro tipo de energia mecânica, a energia potencial, é a energia 
associada à posição referente a um corpo, ou seja, a energia armazenada nele. 
A forma mais conhecida de energia potencial é a energia potencial 
gravitacional, associada à energia que um corpo ou uma massa possui em 
razão da sua posição inicial e sua posição em relação a outro ponto, sendo que 
este deslocamento se dará em função da ação da aceleração da gravidade. 
Matematicamente é dada por 
mghEP 
 ( 2 ) 
em que EP é a energia potencial, g representa a aceleração gravitacional, e h a 
altura que um corpo se encontra em relação a sua posição final. 
Outra forma de energia potencial é a potencial elástica, que converte 
energia mecânica em movimento. Nesse caso, a energia do corpo ligado à 
mola é proporcional ao deslocamento da mola a partir da posição de equilíbrio, 
conforme mostra a Figura 2. 
Figura 2 – Exemplo de força potencial elástica 
 
Fonte: Bastos, 2013. 
Na Figura 2 existem dois exemplos de acúmulo de energia na mola. 
Primeiramente quando ela é comprimida, e depois quando ela é esticada. Nos 
dois casos há deslocamento em relação ao seu ponto de equilíbrio, também 
chamado de referência. Nesse caso, a energia acumulada pela mola é 
2
2kx
EPE 
 ( 3 ) 
 
 
6 
em que EPE é a energia potencial elástica da mola, x é o deslocamento da 
mola, e k é uma constante de proporcionalidade chamada de constante elástica 
da mola. 
De forma resumida e estruturada, a Tabela 2 mostra algumas formas de 
conversão de energia. 
Tabela 2 – Conversões de energia 
Conversão 
de 
Para 
química 
Para 
elétrica 
Para 
calor 
Para 
luz 
Para 
mecânica 
Química 
Alimentos, 
plantas 
Bateria, 
célula a 
combustível 
Fogo 
Vela, 
fluorescência 
Foguete, 
Músculo 
animal 
Elétrica 
Eletrólise, 
galvanização 
Transistor,transformador 
Torradeira, 
lâmpada 
incandescente, 
vela de carro 
Lâmpada 
fluorescente, 
LEDs 
Motor elétrico, 
relé 
Calor 
Gaseificação, 
vaporização 
Termopar 
Bomba de calor, 
trocador de 
calor 
Fogo 
Turbina, 
motor a 
gasolina, 
motor a 
vapor 
Luz 
Fotossíntese, 
filme 
fotográfico 
Célula solar 
Lâmpada 
incandescente, 
irradiador solar 
Laser 
Abridor de 
portas 
fotoelétrico 
Mecânica Célula de calor 
Gerador, 
Alternador 
Freio de fricção 
Faísca de 
pedra 
Pêndulo, 
roda d’água 
Fonte: Hinrichs; Kleinbach; Reis, 2016, p. 54. 
TEMA 2 – ENERGIAS RENOVÁVEIS 
Podemos considerar como energias renováveis as que são provenientes 
de recursos naturais que são repostos com o passar do tempo ou que são 
inesgotáveis. Como exemplo, cita-se a energia proveniente do sol. Energias 
não renováveis são as que são provenientes de recursos que a natureza não 
repõe ou que leva um tempo muito grande para produzi-las novamente, como o 
petróleo, por exemplo. Em outras palavras, a quantidade com que a energia é 
consumida é muito maior que a velocidade com que ela é reposta. 
Além disso, em linhas gerais, as energias renováveis são aquelas que 
não geram resíduos para a natureza, ou geram resíduos que não causam 
impacto significativo. Ao contrário das energias não renováveis, cuja geração 
de resíduos e o descarte passam a ser problemas a serem resolvidos. 
A partir deste ponto, não falaremos mais de energia de forma geral. A 
partir daqui, estudaremos apenas a energia elétrica como sendo o nosso 
produto final. 
 
 
7 
Existem formas de energia que estão mais presentes no nosso dia a dia 
e, por isso, seu entendimento se torna algo natural, porém o número de formas 
de converter diferentes tipos de energia em energia elétrica é algo que se 
diversificou muito, principalmente na busca por novas formas de se obter 
eletricidade. 
A seguir, serão estudadas algumas formas de se obter eletricidade por 
meio de energias renováveis, e as mais relevantes serão estudadas com 
cautela no decorrer do curso de Conversão de Energia. 
Uma das fontes de energia renovável é a aquela proveniente do próprio planeta 
Terra. O uso da energia geotérmica consiste em utilizar a energia proveniente 
das camadas mais profundas da Terra. A crosta terrestre é formada por 
camadas e, à medida que nos aproximamos das camadas mais inferiores, o 
calor aumenta. Estima-se que 99% do nosso planeta está a uma temperatura 
superior a 1000ºC (Hodge, 2011). Seria muito bom poder utilizar essa energia 
em nosso benefício. Vamos analisar a Figura 3 em que as camadas da Terra 
são mostradas. 
Figura 3 – Camadas da Terra 
 
Fonte: Melo, 2017. 
O manto terrestre, a camada logo abaixo da crosta terrestre, já se 
encontra a uma temperatura acima de 1000 ºC. Este calor pode ser utilizado 
para a geração de eletricidade. Um dos sistemas é chamado hidrotérmico. 
 
 
8 
As fontes hidrotérmicas possuem vapor ou água quente disponível e 
representam as fontes geotérmicas mais fáceis de aproveitamento (Hodge, 
2011), as quais são as mais adequadas para a geração de eletricidade, mas 
também são as mais raras. A Figura 4 mostra o esquema de um sistema 
geotérmico proveniente de fontes hidrotérmicas, ou seja, que utilizam o vapor. 
Figura 4 – Sistema geotérmico dominado pelo vapor. 
 
Fonte: Herrera, 2013. 
O vapor proveniente do poço perfurado passa por um separador de 
partículas para a remoção de partículas sólidas e entra na turbina com o vapor 
superaquecido. Quando sai da turbina, o vapor é condensado, resfriado em 
uma torre de resfriamento e reinjetado no condensador. 
A energia geotérmica ainda pode ser obtida por meio de processos de 
condensação dominados por líquidos, sistemas geopressurizados, a partir do 
magma, e por meio de sistemas geotérmicos aprimorados. 
Outro exemplo de energia teoricamente renovável e com recursos 
infinitos e pouco explorados é a energia proveniente dos oceanos, das marés e 
das ondas. 
A energia das marés, por exemplo, utiliza o movimento de subida e 
descida das ondas para gerar eletricidade indiretamente. O princípio básico é o 
mesmo da produção de energia hidrelétrica, ou seja, criar um reservatório nos 
períodos de maré alta e durante a maré baixa utilizar a água armazenada. O 
grande problema é que as marés possuem vários fatores que as influenciam, 
como o Sol e a Lua, por exemplo, o que dificulta a exploração dessa energia. 
 
 
9 
A energia das ondas também depende muito de fatores climáticos, pois 
dependem basicamente do vento e do movimento da Terra. Como a grande 
maioria dos recursos naturais, a energia disponibilizada é enorme. O que nos 
resta é saber como processar essa energia para aproveitar o seu potencial. 
 Agora pense da seguinte forma: e se não precisássemos criar uma 
barragem e alagar áreas imensas para aproveitar o potencial energético dos 
rios? 
Isso já é uma realidade, porém em um estágio embrionário de 
desenvolvimento. Essa energia é chamada de hidrocinética. 
Consiste basicamente em fazer com que a força da correnteza dos rios 
forneça energia para uma turbina acoplada ao eixo de um gerador. A Figura 5 
mostra uma foto de um pequeno protótipo desenvolvido para esse tipo de 
geração de eletricidade. 
Figura 5 – Protótipo de uma turbina hidrocinética. 
 
 
Segundo o fabricante da turbina, ela é capaz de gerar até 12kWh 
diariamente com uma correnteza de 2m/s. 
Outra energia renovável que está em evidência no cenário atual é a 
energia soltar fotovoltaica. Quando falamos desse tipo de energia, logo nos 
vêm à mente painéis fotovoltaicos, porém a energia solar também pode ser 
utilizada para aquecimento de água, por exemplo, num processo de conversão 
de energia radiante em energia térmica. 
 
 
10 
Falando especificamente de energia solar para fins de geração de 
eletricidade, esta já é uma realidade e vem recebendo incentivos cada vez 
maiores dos governos a fim de que o consumidor passe a se tornar gerador de 
energia a partir de microusinas instaladas no telhado de suas residências, 
conforme mostra a Figura 6. Nela, os painéis fotovoltaicos são fixados no 
telhado da residência, e a sua saída, em corrente contínua, é a entrada de um 
inversor que a converte em corrente alternada. Assim, a energia gerada pode 
ser injetada na rede da concessionária de energia, passando por um medidor 
bidirecional. Dessa forma, durante o dia, o consumidor de energia se torna 
fornecedor, abatendo na fatura de energia no final do mês o valor 
correspondente à energia elétrica que foi fornecida para a concessionária de 
energia. 
Figura 6 – Energia solar residencial ligada à rede elétrica 
 
Fonte: Sistemas..., 2017. 
Obviamente não conseguimos falar de todas as formas de energias 
renováveis, porém abordamos algumas não tão conhecidas, mas que existem 
e estão disponíveis para uso, basta desenvolvermos a tecnologia. 
TEMA 3 – ENERGIA HIDRELÉTRICA 
Aqui falaremos especificamente do princípio de usinas hidrelétricas e de 
seus componentes. 
 
 
11 
A energia elétrica gerada a partir de usinas hidrelétricas tem como 
princípio utilizar a energia potencial mecânica em energia elétrica. Em linhas 
gerais, o princípio de funcionamento de uma usina hidrelétrica é mostrado na 
Figura 7. 
Figura 7 – Esquema básico de uma usina hidrelétrica 
 
Fonte: Wikipedia, 2015. 
Na Figura 7, a água armazenada no reservatório possui energia 
mecânica potencial gravitacional. A partir da abertura da porta do canal, a água 
escoa pelo duto até chegar à turbina. Nessa etapa, a energia passa a ser 
cinética, pois há o deslocamento da água.Quanto a água bate na pá da 
turbina, faz com que ela se movimente e a energia é convertida em energia 
mecânica no eixo da turbina. Como o eixo da turbina está acoplado ao eixo do 
gerador, localizado na casa de força, isso faz com que ele gere energia elétrica 
nos seus terminais. A Figura 8 mostra em detalhes os processos de conversão 
de energia descritos. 
Existem três conversões de energia no procedimento de geração de 
usinas hidrelétricas: de energia potencial gravitacional para cinética, de 
cinética para mecânica novamente e, por fim, de mecânica para elétrica. 
A partir do momento em que se obtém energia elétrica, ela pode ser 
interligada ao sistema elétrico. 
 
 
 
12 
Figura 8 – Conversões de energia em uma usina hidrelétrica 
 
Fonte: Palestra..., 2008 
Assim, podemos dizer que uma central hidrelétrica possui as seguintes 
partes constituintes básicas: 
a. Barragem: a montante, onde se encontra o reservatório; 
b. Captação e condutos de adução de água: onde a água passa até 
chegar à turbina; 
c. Casa de máquinas: onde se encontra o gerador movimentado pela 
turbina; 
d. Restituição da água: onde a água é devolvida para o leito do rio, a 
jusante. 
 
Tente você mesmo 
Para simular o sistema turbina-gerador, adquira um motor de prato de 
microondas. Não é necessário comprar. Normalmente basta ir até uma 
assistência técnica e solicitar a peça de algum equipamento danificado. 
Conecte uma lâmpada aos terminais do motor e gire o eixo com a sua mão. A 
lâmpada deverá ascender e, à medida que a velocidade imposta ao eixo 
aumentar, a luz emitida pela lâmpada se torna mais intensa. Nesse caso, a sua 
mão está desempenhando o papel da turbina e o motor, o papel do gerador. 
Ou seja, você está realizando uma conversão de energia mecânica em energia 
elétrica. 
 
 
13 
Analisando a Figura 7 e a Figura 8, fica claro que é necessária a 
construção de uma barragem para armazenamento da água. Desse modo, a 
construção de usinas hidrelétricas se dá em locais onde exista queda de água. 
Entretanto, a água armazenada na barragem pode sofrer alterações de volume, 
dependendo da época do ano, o que faz com que a energia potencial varie. 
Esse problema pode ser resolvido com a utilização de reservatórios que 
armazenam água no período de chuvas para posteriormente ser usada quando 
necessário, mantendo assim a energia potencial constante. 
As centrais hidrelétricas podem ser classificadas de acordo com a sua 
potência instalada: 
1. Microcentrais hidrelétricas: até 100kW 
2. Minicentrais hidrlétricas: entre 101kW e 1MW 
3. Centrais geradoras hidrelétricas (CGH): até 1MW 
4. Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCH): entre 1,1MW e 30MW 
5. Usina hidrelétrica de energia: acima de 30MW 
Podem também ser classificadas de acordo com a altura da sua queda-
d’água, de acordo com a Tabela 3. 
Tabela 3 – Classificação de centrais hidrelétricas quanto a altura da queda 
(Hd) 
 
 
Segundo Souza, Fuchs e Santos (1990), as centrais hidrelétricas podem 
ainda ser classificadas segundo critérios como 
1. Quanto à forma de captação de água: 
a. Centrais em desvio e em derivação 
b. Centrais em leito de rio ou de represamento 
2. Quanto à forma de utilizar as vazões naturais: 
a. Centrais a fio de água. 
b. Centrais de acumulação. 
c. Centrais com regularização: diária, semanal, anual e plurianual. 
 
 
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3. Quanto à sua função no sistema: 
a. Centrais de base 
b. Centrais em flutuantes 
c. Centrais de ponta 
Assim, finalizamos nosso estudo sobre energia hidrelétrica. Nesta seção, 
verificamos quais são os tipos de conversão existentes em um sistema de 
geração hidrelétrico, além das partes básicas que o constituem. Além disso, foi 
feita uma sugestão de como fazer um breve experimento de conversão de 
energia mecânica em energia elétrica, simulando o funcionamento de uma 
usina hidrelétrica. 
TEMA 4 – ENERGIA NÃO RENOVÁVEL 
Como mencionado anteriormente, energias não renováveis são as que são 
provenientes de recursos que a natureza não repõe ou que leva um tempo 
muito grande para produzi-las novamente. Dessa forma, as energias não 
renováveis tendem a diminuir suas reservas com o tempo. Como exemplos de 
fontes de energias não renováveis podemos citar a energia proveniente do 
petróleo, do carvão, do gás natural e do urânio. 
Além disso, algumas fontes de energia não renováveis geram resíduos 
após serem utilizados para a geração de energia elétrica. 
O petróleo é uma fonte de energia fundamental atualmente. O 
“crackeamento” é o processo de quebra das moléculas de petróleo para obter 
seus derivados, por exemplo, gás e combustível, sendo que gás pode ser 
utilizado em usinas térmicas para a geração de energia elétrica. 
O carvão mineral é a segunda maior fonte de produção de energia, atrás 
do petróleo. O grande problema da utilização do carvão para a produção de 
energia elétrica é que sua queima libera para o ar substâncias que poluem a 
atmosfera, causam chuva ácida e contribuem para o efeito estufa. Para termos 
uma pequena amostra da poluição causada pela queima do carvão mineral, a 
Figura 9 mostra um exemplo de emissão de resíduos na atmosfera. 
 
 
 
15 
Figura 9 – Exemplo de emissão de resíduos pela queima do carvão 
 
 
A utilização do urânio enriquecido em usinas nucleares tem como 
principal desvantagem o descarte do lixo atômico. Atualmente, uma das formas 
de descartá-lo é fazendo pilhas de barris e enterrando em piscinas de 
resfriamento, recobertas com concreto, aço e chumbo. Os locais onde o 
descarte é feito não pode ser considerado totalmente seguro, não sendo 
recomendada a habitação ou cultivo de alimentos nesses locais. 
Embora possuam potencial energético elevado para níveis de produção 
de energia elétrica, o carvão mineral e o urânio tendem a ter sua utilização 
minimizada com o passar dos anos. Isso ocorre devido ao fato de as energias 
limpas estarem se tornando mais baratas, com potencial de geração cada vez 
maior devido ao desenvolvimento de novas tecnologias e, obviamente, por não 
gerarem resíduos de difícil descarte. 
Entretanto, para compreendermos como as energias não renováveis 
ainda são importantes, muitos países ainda possuem grande parte de sua 
energia sendo gerada a partir de fontes não renováveis. 
Para concluir, é inegável que fontes de energias não renováveis 
possuem uma alta capacidade de geração de energia elétrica, porém a 
geração de resíduos e o risco de acidentes, no caso de usinas nucleares, 
tornam a sua utilização pouco interessante. 
À medida que a tecnologia evolui e as fontes de energia renováveis se 
tornam economicamente e potencialmente mais baratas, tendem a 
gradativamente substituir as fontes não renováveis. 
 
 
 
16 
TEMA 5 – USINAS NUCLEARES 
Quando falamos de geração de energia elétrica a partir de fontes não 
renováveis, é inevitável falarmos de usinas nucleares. Toda a tecnologia 
envolvida, os riscos envolvidos e o possível potencial bélico a ser desenvolvido 
são temas a serem discutidos a partir de agora. 
O intuito aqui não é concluir se a energia nuclear é boa ou ruim, uma vez 
que toda tecnologia pode ser boa ou ruim, dependendo de como é utilizada, 
mas uma pergunta deve ser feita antes de tudo e caberá a você decidir ao final 
desta aula: a energia nuclear é uma alternativa viável ou não? 
Tudo se inicia a partir da descoberta de que a fissão nuclear (quebra do 
núcleo de um átomo) gera uma grande quantidade de energia. A partir deste 
princípio um grande leque de possibilidades foi aberto. Dentre eles, a sua 
utilização para a geração de energia elétrica. 
Qualquer núcleo podesofrer fissão, porém são poucos os isótopos de 
origem natural que sofrem fissão com a absorção de um nêutron de baixa 
energia. Um desses isótopos é o urânio-235, 235U, que constitui apenas 0,7% 
do urânio natural (Hinrichs; Kleinbach; Reis, 2016). 
Quando o 235U é bombardeado com feixe de nêutrons, acaba gerando o 
urânio-236, 236U, que se desintegra em Bário (143Ba) e Criptônio (91Kr) e mais 3 
nêutrons, conforme mostrado na Figura 10. 
Figura 10 – Fissão nuclear 
 
Fonte: Adaptado de Ferreira, 2011. 
O resultado da fissão é composto de 3 nêutrons. Assim, eles podem ser 
utilizados para a fissão de outros núcleos de urânio-235, que vão emitir mais 3 
nêutrons e assim sucessivamente, causando o que chamamos de reação em 
cadeia, a qual se torna autossustentável quando pelo menos 1 dos 3 nêutrons 
 
 
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liberados é absorvido por um núcleo de urânio-235, causando assim uma 
geração contínua de nêutrons. 
Essa reação ocorre dentro do reator nuclear, que utiliza como 
combustível o urânio 235U enriquecido de 2% a 3%. Urânio enriquecido é 
aquele cuja quantidade de 235 é aumentada por um processo de separação de 
isótopos. 
Para se ter uma ideia da quantidade de energia liberada pela fissão 
nuclear, 1kg de urânio-235 equivale a 3000 toneladas de carvão ou 14000 
barris de petróleo. 
Para utilizar a energia proveniente da fissão nuclear, o processo deve 
ser realizado em um reator nuclear comercial, chamado de reator de água 
fervente, também conhecido como BWR, acrônimo do inglês boiling water 
reactor. A descrição a seguir é uma transcrição (Hinrichs; Kleinbach; Reis, 
2016) de como funciona um reator BWR. 
 
Saiba mais 
Como funciona um reator BWR 
O núcleo é a parte central do reator, onde o urânio que serve como combustível é 
agrupado para a geração de vapor para a turbina do gerador. Dentro do reator, o urânio é 
colocado em forma de pastilhas de dióxido de urânio enriquecido a 3%. Estas pastilhas (do 
tamanho aproximado de pequenas bolinhas de gude) são colocadas dentro de elementos 
combustíveis (com aproximadamente 4m de comprimento e 1cm de diâmetro) feitas de uma 
liga de Zircaloy. Os elementos combustíveis são agrupados em mais de 500 feixes ou 
agrupamentos, cada um com 50 a 70 elementos. Em um BWR típico, existem 
aproximadamente 35 mil elementos combustíveis, contendo por volta de 120 toneladas de 
combustível urânio. Os feixes são colocados e cobertos de água, como se fossem garrafas ou 
tubos de ensaio em uma bandeja de esterilização. No meio desses há entre 130 e 180 barras 
de controle. O núcleo e a água são confinados em um vaso de pressão do reator feito com 
chapada especial de aço com 6” capaz de suportar uma pressão interna de 1000lb/pol2. Uma 
barreira primária, feita de aço e rodeada por concreto de 1,2m a 1,8m, cerca o reator e boa 
parte do circuito primário de água de resfriamento. Essa barreira primária fica contida em um 
prédio hermeticamente fechado, conhecida como barreira secundária. Essa estrutura é 
composta por vários metros de concreto reforçado com aço, projetada para suportar impactos 
equivalentes ao da queda de um avião de passageiros a jato 747. (Hinrichs; Kleinbach; Reis, 
2016). 
 
Essa descrição nos dá uma clara ideia de como é o reator nuclear em 
seu interior, ilustrado esquematicamente pela Figura 11. Podemos observar 
 
 
18 
que a água é aquecida a partir da energia liberada pelo reator, gerando, assim, 
o vapor-d’água que acionará a turbina a vapor, a qual, por sua vez, acionará o 
gerador elétrico. 
A Figura 12 mostra o ciclo completo de geração de energia em uma 
usina nuclear. Após a passagem do vapor pela turbina, ela se dirige a um 
condensador, e dele para a torre de resfriamento, que devolve água fria para o 
condensador. A energia elétrica nos terminais do gerador já pode ser 
conectada diretamente à rede elétrica. 
Figura 11 – Exemplo de reator nuclear 
 
Fonte: Adaptado de Alterima, 2012. 
 
 
 
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Figura 12 – Ciclo de geração de energia elétrica em uma usina nuclear 
 
Fonte: Adaptado de Energia..., 2016. 
Procure na internet fotos de reatores nucleares. É fácil encontrar fotos 
de seu interior, as quais nos dão uma noção exata de como ele opera. 
Não há nada muito diferente no processo de geração de energia nuclear, 
no qual é utilizada uma conversão de energia química em energia térmica, que 
aquece a água. O vapor possui energia cinética devido ao seu deslocamento. 
Essa energia é convertida em energia mecânica na turbina, que, por sua vez, 
gera a energia elétrica, que é injetada no sistema elétrico. 
O uso da energia nuclear traz vários riscos envolvidos. Vamos falar 
primeiramente sobre o risco de acidentes. Podemos citar três acidentes em 
usinas nucleares (talvez os três mais divulgados). O Primeiro deles ocorreu em 
29 de março de 1979, na usina nuclear de Three Miles Island, no estado norte 
americano da Pensilvânia. Uma falha de operação causou uma falha mecânica, 
que gerou um sobreaquecimento e consequente derretimento da Unidade 2 da 
central nuclear. 
O segundo caso, e mais famoso, ocorreu em Chernobil, na Ucrânia, em 
26 de abril de 1986, quando essa ainda fazia parte da União Soviética. Uma 
falha no reator da Unidade 4 causou uma explosão e um incêndio que emitiu 
níveis de radiação capazes de serem detectados em países vizinhos. Por muito 
tempo pessoas expostas à radiação desenvolveram câncer e outras doenças 
relacionadas. 
 
 
20 
O terceiro caso de maior repercussão ocorreu em 11 de março de 2011, 
em Fukushima, no Japão. Um terremoto de magnitude 9.0 causou um tsunami 
e causou danos a 3 dos 6 reatores da usina. Embora esse acidente tenha sido 
muito menos grave que o de Chernobil, a incerteza ainda durou por vários 
meses. 
Outro risco associado ao uso da energia nuclear é quanto à utilização de 
sua tecnologia para a fabricação de armas nucleares. É impossível não 
mencionar as duas vezes em que bombas nucleares foram utilizadas, em 
Hiroshima e Nagasaki, em agosto de 1945. Os bombardeios autorizados pelo 
presidente norte-americano Harry S. Truman deixaram duas cidades destruídas 
e mais de 200.000 mortos, sendo até hoje as duas únicas vezes que esse tipo 
de arma foi usado. 
Como mencionado anteriormente, a energia nuclear é realidade e possui 
um grande potencial energético para geração de eletricidade, com uma 
tecnologia já conhecida e dominada, mas os riscos a ela associados são ainda 
potencialmente maiores que em outros tipos de geração de energia. 
FINALIZANDO 
Nesta aula foram abordados os tipos de energia conhecidos e como 
podemos convertê-la para a forma que desejarmos, tendo como foco a geração 
de energia elétrica. Também foram feitas abordagens a respeito das fontes de 
energia renováveis e não renováveis além de mostrar as vantagens e 
desvantagens de cada uma de suas formas. Foram apresentados dois 
exemplos de formas de geração de energia elétrica: um deles utilizando 
energia renovável e outro utilizando uma fonte de energia não renovável. 
NA PRÁTICA 
Busque mais informações sobre energias renováveis e não renováveis. 
Busque vídeos e documentários sobre as formas de geração de energia a partir 
de fontes pouco conhecidas. Se você ficou mais curioso sobre energia nuclear, 
há documentários disponíveis sobre produção de energia elétrica e sobre os 
riscos envolvidos. 
Busque mais informações sobre formas de conversão de energia. 
Procure maneiras de transformar a energia no nosso dia a dia e de como 
 
 
21 
utilizá-la. Já pensou, por exemplo, em converter a sua própria energia em 
energia elétrica? Uma forma de fazer isso seria acoplar um gerador a uma 
bicicleta ergométrica.Busque outros métodos de gerar eletricidade. Você verá 
que não é tão complicado como parece. 
 
 
 
22 
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Físika na rede, 4 maio 2013. Disponível em: 
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