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ENERGIA NUCLEAR 2 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 4 GERAÇÃO DE ENERGIA 5 CENTRAL TERMELÉTRICA Termelétrica de Tubarăo - ES 6 FUNCIONAMENTO 7 HIDRELÉTRICA DE ITAIPU 8 ENERGIA SOLAR CASA “SOLAR” 9 A idéia da geração da energia nuclear veio da Teoria da Relatividade, de Einstein. A energia vem da Conversão de Matéria em Energia: MATÉRIAENERGIA. Equação famosa: E = m c2 ! Este é o “combustível” das estrelas, como o Sol. Mas nelas o processo é o de Fusão. A FÍSICA 10 REPRESENTAÇÃO = MATÉRIAENERGIA O fator de conversão é c2! Assim, pouca matéria “vira” muita energia! 11 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: → 12 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%. 13 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 14 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%. 15 ESQUEMA DO CICLO 16 MINERAÇÃO DO URÂNIO CAETITÉ - BAHIA BENEFICIAMENTO: YELLOWCAKE, Concentrado bruto de minério de urânio (U3O8). Minas de Extração de Urânio 18 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. 19 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. 21 RESENDE - RJ Pó de UO2 22 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. 23 PASTILHAS FORNO PASTILHA MEDIÇÃO PRENSA 24 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. 25 ELEMENTO COMBUSTÍVEL - 2 BOCAIS DETALHE MONTAGEM ELEMENTO 26 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. 34 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. 35 GERAÇÃO Angras I e II. Elemento combustível: Angra I. Elemento combustível: Angra II. 36 O REATOR NUCLEAR Reator é o local onde ocorre a fissão controlada. A grande diferença em relação a outras centrais térmicas é que o calor provém de reações nucleares. 37 FUNCIONAMENTO CIRCUITOS ISOLADOS: PRIMÁRIO, SECUNDÁRIO E TERCIÁRIO. Água pura não se contamina com Radiação. A ÁGUA DO PRIMÁRIO É RADIOATIVA. 38 VANTAGEM DA ENERGIA NUCLEAR Pouca matéria = muita energia!!! 39 CONTROLANDO A REAÇÃO Vaso de Pressão: 33cm aço (A1) e 23,5 (A2). BARRAS DE MATERIAL ABSORVEDOR DE NÊUTRONS: CÁDMIO OU BORO. 40 COMPARAÇÃO: ANGRAS(PWR)xCHERNOBYL 41 DIMENSÕES Vaso de pressão e gerador de vapor: carcaça de aço de 3,8 cm em Angra 1! Edifício do reator: cerca de 1m de espessura em Angra II! 42 CHERNOBYL Reator com núcleo de grafite, maior e sem as contenções como em Angra. 43 APÓS O ACIDENTE 44 SEGURANÇA COMPARATIVA EM ANGRA O Sistema Automático de Segurança não pode ser bloqueado para permitir a realização de testes. Os Reatores PWR usam água que, diferentemente do grafite, não entra em combustão quando aquecida. Os Reatores PWR possuem uma Contenção de Aço e uma Contenção de Concreto em volta da Contenção de Aço. O Vaso de Pressão do Reator PWR é muito mais resistente. O Edifício do Reator (ou Contenção de Concreto) é uma estrutura de segurança, construída para suportar impactos, e não simplesmente um prédio industrial convencional, como o de Chernobyl. 45 PRÉDIO DO REATOR – ANGRA 2 1. Vaso de Pressão do Reator e Estrutura Suporte do Núcleo:193 elementos combustíveis, com um total de 45000 varetas combustíveis. 2. Geradores de Vapor. 3. Bombas do Circuito Primário. 4. Tubulação do Circuito Primário. 5. Pressurizador. 6. Acumuladores (água borada). 7. Esfera de Contenção. 8. Edifícios da Área Nuclear. 9. Espaço Anular. 46 SISTEMA DE PROTEÇÃO PASSIVO: BARREIRAS 1. Material cerâmico das pastilhas. 2. Metal das varetas de combustível. 3. Parede de aço do vaso de pressão do reator: 25 cm em Angra II. 4. Blindagem interna. 5. Vaso de contenção de aço: 3 cm de espessura. 6. Parede externa em concreto reforçado: 70 cm de espessura e Angra I. 47 ESQUEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIAS O processo de geração de energia elétrica a partir da energia nuclear, então, pode ser esquematizado em três passos: 1 - No reator: transformação da energia nuclear em energia térmica, através da reação nuclear em cadeia 2 - Na turbina: transformação da energia térmica em energia mecânica, através da ação do vapor d'água aquecido 3 - No gerador: transformação da energia mecânica em energia elétrica 48 NÚMEROS ENERGIA NO BRASIL ANGRA I: 657 MW ANGRA II: mais de 1300 MW ITAIPU: 12.600 MW ANGRA II:R$ 10 bilhões de dólares por um reator que hoje sairia por R$1,5 bi! R$ 7 bi de juros! 49 MAIS NÚMEROS ANGRA II: US$ 6.000 INVESTIDOS PARA CADA KW GERADO. HIDRELÉTRICA: US$ 6.000 PARA CADA 100 KW GERADO. Angra 2 : custo de R$ 45,00 por MW/h. HIDRELÉTRICA: R$ 35,00 por MW/h da energia fornecida 50 BIBLIOGRAFIA 1. Centro Brasileiro de Energia Eólica , site http://www.eolica.com.br/ em 04/10/04. 2. Termelétrica de Tubarăo, site http://www.unijui.tche.br/~martinelli/tubarao/tubarao15.html em 06/09/07. 3. Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito, site http://www.cresesb.cepel.br/ em 07/09/07. 4. Comissão Nacional de Energia Nuclear – CNEN, site http://www.cnen.gov.br/ em 06/10/04. 5. ENERGIA NUCLEAR, Eliezer de Moura Cardoso, site do CNEN, http://www.cnen.gov.br/em 06/09/07. 6. Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares – IPEN, Centro do Combustível Nuclear, site http://ipen.br/ em 06/09/07. 7. Indústrias Nucleares do Brasil, site http://www.inb.gov.br/ em 06/09/07. 8. Eletronuclear, site http://www.eletronuclear.gov.br/ em 06/09/07. 9. Vídeo Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto, site http://www.eletronuclear.gov.br/ em 06/09/07. 10. Reportagem, site http://www.comciencia.br/reportagens/nuclear/nuclear01.htm 06/09/07.
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