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Aula sobre Energia Nuclear

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ENERGIA NUCLEAR
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CONCEITOS
Energia é aquilo que nós ou uma máquina
precisamos para realizar qualquer atividade.
A Física associa o conceito de Energia ao de
Trabalho.
Existem vários tipos de energias: Solar, Eólica,
Térmica(Calor), Elétrica, Nuclear, Química, etc.
Um princípio básico da Física diz que
ENERGIA NÃO PODE SER CRIADA OU
DESTRUÍDA: APENAS TRANSFORMADA DE
UM TIPO EM OUTRO.
3
GERAÇÃO DE ENERGIA
Potência nominal 300 kW
Gerador
Assíncrono, 6 
pólos, 380 V
Controle de potência Stall
Diâmetro do rotor 29 m
Número de pás 3
Comprimento das 
pás
14.2m
Material das pás Fibra de vidro
Peso das pás 750kg (cada)
Freio aerodinâmico Tipbrakes
Ângulo de cone 0
Velocidade do vento 
de partida
3.5 m/s
Velocidade do vento 
de corte
25 m/s
Altura do eixo do 
rotor
31 m
Peso da nacele 6700 kg Turbina Eólica OWW-300 
OLINDA - PE
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GERAÇÃO DE ENERGIA
5
CENTRAL TERMELÉTRICA
Termelétrica de Tubarăo - ES
6
FUNCIONAMENTO
7
HIDRELÉTRICA DE ITAIPU
8
ENERGIA SOLAR
CASA “SOLAR”
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A idéia da geração da energia nuclear
veio da Teoria da Relatividade, de
Einstein.
A energia vem da Conversão de Matéria
em Energia: MATÉRIAENERGIA.
Equação famosa: E = m c2 !
Este é o “combustível” das estrelas, como
o Sol. Mas nelas o processo é o de Fusão.
A FÍSICA
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REPRESENTAÇÃO
=
MATÉRIAENERGIA
O fator de conversão é c2! Assim, pouca matéria “vira” muita energia!
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O PROCESSO DE FISSÃO
Fissionar significa dividir, quebrar um núcleo
pesado para liberar energia, basicamente calor.
Isto ocorre quando um nêutron térmico atinge
um núcleo pesado de Urânio-235.
Reação em Cadeia:
→
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ENRIQUECIMENTO DO URÂNIO
O Urânio é encontrado na natureza como a
mistura de dois isótopos: 235 e 238.
A proporção de cada um é bem desigual:
99,3% de 238U e apenas 0,7% de 235U.
Justamente! o 235U é que é utilizado em
reatores para geração de energia nuclear.
Antes de ser utilizado nas usinas, o Urânio
precisa passar por um processo de purificação,
transformação em gás e posteriormente
enriquecimento, para aumentar a proporção de
235U para pelo menos 3,2%.
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CICLO DO COMBUSTÍVEL NUCLEAR:
É o conjunto de etapas do processo industrial que
transforma o mineral urânio, desde quando ele é
encontrado em estado natural até sua utilização como
combustível dentro de uma usina nuclear.
• Mineração
• Beneficiamento ou Refino
• Conversão
• Enriquecimento
• Fabricação do Combustível Nuclear
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CICLO DO COMBUSTÍVEL NUCLEAR:
 exploração e avaliação de reservas;
mineração ou perfuração para acesso às
reservas;
 processamento e refino dos materiais brutos;
 fabricação dos elementos combustíveis;
 utilização do combustível nos reatores;
 tratamento e eventual descarte de rejeitos
gerados;
 transporte dos materiais entre as várias etapas.
O enriquecimento pode atingir até 97% em isótopo físsel, mas por questões de restrição 
à proliferação de armas nucleares, o enriquecimento para reatores de pesquisa 
atinge níveis de até 20% e em reatores de potência fica na faixa de 3%. 
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ESQUEMA DO CICLO
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MINERAÇÃO DO URÂNIO
CAETITÉ - BAHIA
BENEFICIAMENTO: 
YELLOWCAKE,
Concentrado bruto de minério de urânio (U3O8).
 Minas de Extração de Urânio
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CONVERSÃO
Na usina de conversão, o urânio sob a
forma de yellowcake, é dissolvido e
purificado, obtendo-se então o urânio
nuclearmente puro. A seguir, é convertido
para o estado gasoso, o hexafluoreto de
urânio (UF6), para permitir a
transformação seguinte: enriquecimento
isotópico.
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ENRIQUECIMENTO
O processo de enriquecimento era efetuado no 
exterior e enviado em contâineres para a Fábrica de 
Combustível Nuclear - Reconversão.
Parte desta etapa agora é realizada no País, na FCN 
(Resende), com a utilização de tecnologia 
desenvolvida pelo Centro Tecnológico da Marinha em 
São Paulo - CTMSP.
Este contrato de implantação foi assinado em julho de 
2.000 para processar no País em escala industrial, o 
enriquecimento de urânio através do processo de 
ultracentrifugação. 
20
RECONVERSÃO
O hexafluoreto de urânio (UF6) é
transformado em dióxido de urânio (UO2).
Reconversão é o retorno do gás UF6 ao
estado sólido, sob a forma de pó de dióxido
de urânio (UO2).
Reconverter gás em pó é concentrar o urânio de
maneira apropriada para sua utilização como
combustível. Esta etapa, em que o urânio já é
combustível, é realizada em Resende, na
Fábrica de Combustível Nuclear – FCN.
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RESENDE - RJ
Pó de UO2 
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Fabricação de Pastilhas de UO2
 Duas pastilhas de urânio produzem energia
suficiente para atender, por um mês, uma residência
média em que vivam quatro pessoas.
 Estas pastilhas de dióxido de urânio (UO2), que tem a
forma de um cilindro de mais ou menos um centímetro
de comprimento e de diâmetro são produzidas na
Fábrica de Combustível Nuclear (FCN). Pastilhas, que
após serem submetidas a diversos testes -
dimensionais, metalográficos e químicos - estarão aptas
a compor o Elemento Combustível, combustível para
centrais nucleares.
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PASTILHAS
FORNO PASTILHA
MEDIÇÃO PRENSA
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ELEMENTO COMBUSTÍVEL - 1
É composto pelas pastilhas de dióxido de urânio 
montadas em tubos de uma liga metálica especial 
- o zircaloy - formando um conjunto de varetas, 
cuja estrutura é mantida rígida por reticulados 
chamados grades espaçadoras.
Ainda em Resende, na Fábrica de Combustível 
Nuclear – FCN. O Elemento Combustível, 
Componentes e Montagem, são produzidos, 
obedecendo a severos padrões de qualidade e 
precisão mecânica.
É a fonte do calor para geração de energia elétrica, 
em uma usina nuclear, devido à fissão de núcleos de 
átomos de urânio.
Um elemento combustível supre de energia 42.000 
residências médias durante um mês. 
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ELEMENTO COMBUSTÍVEL - 2
BOCAIS DETALHE
MONTAGEM
ELEMENTO
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ESQUEMA DO COMBUSTÍVEL
NUCLEAR
 Esquema do
Ciclo do
Combustível
no Brasil
Enriquecimento do Urânio por Difusão 
Gasosa
Enriquecimento do Urânio por Difusão 
Gasosa
Equipamentos típicos de difusão 
gasosa.
(http://www.globalsecurity.org/wmd/facilit
y/images/paducah-photo5.jpg)
Enriquecimento do Urânio por Difusão 
Gasosa
Esquema da centrífuga.
Dessa centrífuga o urânio é
repassado para outra centrífuga e
assim por diante, num processo em
cascata. No final dessa cascata é
recolhido o urânio com maior nível de
enriquecimento, enquanto que na base
permanece o subproduto.
Uma das grandes vantagens
deste método é que envolve um custo
cerca de 25 vezes menor em relação a
difusão gasosa.
Enriquecimento de Urânio pelo Método 
de Centrifugação
Esquema da ultracentrífuga brasileira.
Enriquecimento de Urânio pelo Método 
de Centrifugação
14/
Os rejeitos gerados durante a etapa de fabricação do
elemento combustível constituem-se principalmente de
rejeitos sólidos, tais como luvas, sapatilhas, máscaras, papel
absorvente, algodão e material de limpeza contaminados com
238U e 235U, gerados durante a fabricação das pastilhas.
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A GERAÇÃO DE ENERGIA
As usinas nucleares são centrais termoelétricas
- como as convencionais - compostas de um
sistema de geração de vapor, uma turbina para
transformação do vapor em energia mecânica e
de um gerador para a transformação de energia
mecânica em energia elétrica. A geração de
vapor não ocorre em conseqüência da
combustão de uma material combustível, como
o carvão e óleo, e sim devido à fissão de
núcleos de átomos de urânio.
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GERAÇÃO
Angras I e II.
Elemento combustível: Angra I.
Elemento combustível: Angra II.
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O REATOR NUCLEAR