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Aula sobre Energia Nuclear

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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: 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
10
REPRESENTAÇÃO
=
MATÉRIAENERGIA
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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