Capítulo 6 A Energia Nuclear

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CURSO DE TECNOLOGIAS ENERGÉTICAS 1 
Prof. Avanir Lessa 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TECNOLOGIAS ENERGÉTICAS 
 
 
 
 
 
 
 
PROFESSOR: AVANIR CARLOS LESSA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tatuapé 
Victor Civita 
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Capítulo 6 A Energia Nuclear 
 
6.1 Introdução 
 
A energia nuclear não é baseada na combustão de hidrocarbonetos, nem é acompanhada pelos 
poluentes usuais resultantes da queima dos combustíveis fósseis. Seu problema está nos rejeitos 
radioativos, na segurança e nas emissões de carbono durante todo o seu ciclo de vida, que inclui a 
desativação (descomissionamento) de minas e reatores. 
 
O uso da energia nuclear para a produção de eletricidade foi um subproduto do desenvolvimento 
dos reatores nucleares com fins militares durante e após a Segunda Guerra Mundial (1939-1945). A 
energia nuclear não é baseada na energia mecânica nem na energia química (como queima dos 
combustíveis fósseis). 
 
A fonte da energia nuclear é a desintegração do núcleo do átomo de urânio, que libera uma 
quantidade considerável de energia na forma de energia cinética dos fragmentos como estrôncio (Sr) e 
xenônio (Xe) que em geral são radioativos. 
 
Esse processo é chamado de fissão nuclear e pode ser produzido bombardeando átomos de urânio 
com projéteis adequados como nêutrons. 
 
A fissão nuclear é acompanhada pela emissão de nêutrons ou prótons e de radiações como raio X. 
os fragmentos finais radioativos constituem rejeitos nucleares, um problema mais sérios resultante do uso 
desse tipo de energia. 
 
Na fissão de um átomo de urânio por um nêutron são produzidos outros três neutros que por sua 
vez podem provocar outras fissões dando origem a uma reação em cadeia que leva à fissão de um número 
de outros átomos. 
 
Se este processo ocorrer rapidamente, dará origem a uma explosão nuclear, que é basicamente um 
grande número de átomos de urânio fissionando-se num curto espaço de tempo. 
 
 
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Alguns países desenvolvidos têm seu abastecimento de energia elétrica com um alto percentual de 
geração nuclear. Entre eles, a França tem 78%, a Bélgica 57%, o Japão 39%, a Coréia do Sul 39%, a 
Alemanha 30%, a Suécia 46%, a Suíça 40%. 
 
Somente nos Estados Unidos, os 104 reatores em funcionamento, que geram 20% da eletricidade 
daquele país, produzem mais eletricidade que todo o sistema brasileiro de geração elétrica. Além desses 
reatores, funcionam mais 284 reatores de pesquisa em 56 países, sem contar um número estimado de 220 
reatores de propulsão em navios e submarinos. 
 
Atualmente, no mundo, estão em operação 440 reatores nucleares voltados para a geração de 
energia em 31 países. Outros 33 estão em construção. Cerca de 17% da geração elétrica mundial é de 
origem nuclear, a mesma proporção do uso de energia hidroelétrica e de energia produzida por gás. 
 
6.2 A Energia Nuclear no Mundo 
 
Por ser uma fonte de energia altamente concentrada e de elevado rendimento, diversos países 
utilizam a energia nuclear como opção energética. As usinas nucleares já respondem por 16% da energia 
elétrica produzida no mundo. 
 
Mais de 90% das usinas nucleares estão concentradas nos Estados Unidos, na Europa, no Japão e 
na Rússia. O governo russo inaugurou em abril de 2018 a primeira usina nuclear flutuante do mundo, 
localizada no Mar Ártico. 
Em alguns países como Suécia, Finlândia e Bélgica a energia nuclear já representa mais de 40% 
do total de eletricidade produzida. A Coreia do Sul, China, Índia, Argentina e México também possuem 
usinas nucleares. 
O Brasil possui usinas nucleares no litoral do estado do Rio de Janeiro, em Angra dos Reis, 
(Angra 1 e Angra 2). A construção da usina nuclear Angra 3, que estava paralisada desde 1986, teve sua 
licença ambiental aprovada em julho de 2008. 
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6.3 Vantagens e Desvantagens da Energia Nuclear 
 
As vantagens e desvantagens da energia nuclear fizeram desta fonte de energia alternativa uma das 
controvérsias no mercado de geração de energia elétrica. Devem-se entender os prós e os contras desta 
fonte de energia para poder tomar uma decisão mais informada sobre o seu próprio uso de energia. 
 
6.3.1 Vantagens da Energia Nuclear 
 
A geração de eletricidade através da energia nuclear pode reduzir a quantidade de energia a partir 
de combustíveis fósseis (carvão e petróleo). A redução do uso de combustíveis fósseis envolve a redução 
das emissões de gases estufa (CO e outros). 
 
Atualmente mais combustíveis fósseis são produzidos de modo à no futuro não muito distante, 
esses recursos estão esgotados ou o preço subiria enquanto inacessíveis para a maioria da população 
consumida. 
 
Outra vantagem é a quantidade de combustível necessário, pois, pouco combustível com grades 
quantidades de energia são obtidos. Isso economiza em matérias primas, mas também no transporte, 
mineração e manuseio do combustível nuclear. O custo do combustível nuclear (geralmente urânio) é 
responsável por 20% da energia gerada. 
 
A produção de eletricidade é contínua. Uma usina de energia nuclear é gerar eletricidade para 
quase 90% das horas do ano. Isso reduz a volatilidade dos preços está que, por exemplo, outros 
combustíveis têm como o petróleo. 
 
Isto favorece o planejamento de continuidade elétrica. A energia nuclear não depende de aspectos 
naturais. Com isso, a grande das energias renováveis (energia solar) na luz do sol ou do vento nem 
sempre coincidem com as horas de maior demanda de energia está resolvido. 
 
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Como alternativa aos combustíveis fósseis não necessita de consumir tanto combustíveis, tais 
como carvão ou óleo. A redução do consumo de carvão e petróleo ajuda a reduzir o problema do 
aquecimento global sobre as alterações climáticas globais. 
 
Ao reduzir o consumo de combustíveis fósseis também melhorar a qualidade do ar que respirar 
com tudo o que tal implica na redução da doença e da qualidade de vida. 
 
6.3.2 Desvantagem da Energia Nuclear 
 
Apesar do alto nível de sofisticação dos sistemas de segurança das centrais nucleares o 
componente humano sempre tem algum impacto. Diante de uma gravidez não planejada ou gestão de um 
acidente nuclear não é garantia de que as decisões tomadas pelos responsáveis são sempre as mais 
adequadas. Têm-se dois bons exemplos Cheernobyl e Fukushima. 
 
Desde o primeiro acidente, registrado em 1952 em Chalh River no Canadá, ocorreram muitos 
outros. Um dos mais graves foi o acidente de Chernobyl, que ocorreu na Ucrânia em 1986, que explodiu 
devido a uma falha do sistema de refrigeração. 
 
O acidente nuclear de Chernobyl é de longe o pior acidente nuclear da história. Uma sucessão de 
más instruções orientada pela equipe para gerenciar o centro de comando da usina acabou causando uma 
explosão nuclear de fortes proporções. 
 
No caso do acidente nuclear em Fukushima, após o acidente, o desempenho da equipe responsável 
pela gestão foi amplamente questionada. Houve explosão nos prédios que abrigavam dois reatores o que 
provocou a liberação da radiação. Depois de Chernobyl, o acidente nuclear de Fukushima foi o segundo 
pior da história. 
 
Também o Brasil enfrentou o pior acidente nuclear de sua história quando o material Césio-137 
não foi descartado corretamente. Calcula-se que 1600 pessoas tenham sido contaminadas e 4 pessoas 
morreram neste episódio. 
 
A principal desvantagemé o difícil manejo de resíduos nucleares gerados. Os resíduos nucleares 
levam muitos anos a perder sua radioatividade e perigo. 
 
Reatores nuclear uma vez construído tem uma data de validade. Após esta data deve ser 
desmontado, de modo que o principal produtor de energia nuclear par manter constante o número de 
reatores de operação deve ser construído cerca de novos 80 reatores nucleares ao longo dos próximos dez 
anos. 
 
Precisamente porque as usinas nucleares têm uma vida limitada. O investimento para construção 
de uma usina nuclear é mito alto e deve ser recuperado em pouco tempo assim, isso aumenta muito o 
custo da eletricidade gerada. Em outras palavras, a energia gerada é barata em comparação com o custo 
do combustível, mas ter que pagar a construção da planta nuclear significamente mais cara. 
 
As usinas nucleares são alvos de organizações terroristas. 
 
Gerar dependência externa. Poucos países têm minas de urânio e nem todos os países têm 
tecnologia nuclear, assim, eles têm que contratar tanto no exterior. 
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Os reatores nucleares atuais operam por meios de fissão nuclear. Essas reações em cadeia ocorrem 
de modo que se os sistemas de controle falhar, cada vez mais e mais reações ocorrem e podem causar 
uma explosão radioativa que seria praticamente impossível de conter. 
 
 
 Foto da Usina Nuclear de Fukusima 
 
Provavelmente, a desvantagem mais alarmante é o uso que pode ser dado à energia nuclear na 
indústria de defesa. O primeiro uso foi dado à energia nuclear era construir duas bombas nucleares 
lançadas sobre o Japão durante a Segunda Guerra Mundial. Este foi o primeiro e última vez que a energia 
nuclear foi usada em um ataque militar. 
 
Mais tarde, vários países assinaram o Tratado de Não Proliferação de Armas Nucleares, mas o 
risco de que o futuro reuse as armas nucleares sempre vai existir. 
 
6.4 A Energia Nuclear no Brasil 
 
No Brasil, a expansão do parque nuclear faz parte do Plano Decenal de Expansão de Energia 
Elétrica (2006/2015). O país apresenta duas vantagens competitivas nesse segmento: as boas reservas do 
mineral e o domínio da tecnologia de enriquecimento do urânio, que no entanto, ainda não é aplicada em 
escala comercial. 
 
A instalação de usinas nucleares em território nacional foi decidida no final da década de 60. Com 
elas, o Governo Federal pretendia adquirir conhecimento sobre a nova tecnologia que se expandia 
rapidamente pelo mundo e, ao mesmo tempo, resolver um problema localizado: a necessidade de 
complementação térmica para o suprimento de eletricidade ao Rio de Janeiro. 
 
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A construção de Angra I teve início em 1972, com tecnologia da norte-americana Westinghouse 
adquirida em sistema turn key (sem transferência tecnológica). 
 
Três anos depois, em 1975, o país assinou com a República Federal da Alemanha o Acordo de 
Cooperação para o Uso Pacífico da Energia Nuclear. 
 
Em julho do mesmo ano, adquiriu as usinas de Angra II e Angra III da empresa Kraftwerk Union 
A.G. – KWU, subsidiária da Siemens, também alemã. O contrato previa transferência parcial de 
tecnologia. 
 
Angra I, com potência instalada de 657 MW, entrou em operação comercial em 1985. Angra II, 
com potência instalada de 1.350 MW, em 2000. A construção de Angra III, também com 1.350 MW, por 
uma série de razões foi paralisada durante muitos anos. 
 
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A construção foi inserida no Plano Decenal de Expansão de Energia Elétrica (2006/2015) e, em 
julho de 2008, o Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e Recursos Naturais (Ibama) expediu licença 
prévia autorizando a retomada das obras. 
 
Em setembro de 2008, o ministro de Minas e Energia, Edison Lobão, anunciou a intenção do 
governo de construir uma usina nuclear por ano ao longo dos próximos 50 anos, o que resultaria em uma 
capacidade instalada total de 60 mil MW. 
 
6.5 Os Impactos Ambientais e o Desenvolvimento Tecnológico 
 
Das formas de produção de eletricidade, a usina nuclear é uma das menos agressivas ao meio 
ambiente. Ainda assim, a possibilidade de a unidade provocar grande impacto socioambiental é um dos 
aspectos mais controversos de sua construção e operação. 
 
Isto porque toda a cadeia produtiva do urânio – da extração à destinação dos dejetos derivados da 
operação da usina – é permeada pela radioatividade. Durante a fase de extração e processamento do 
minério e de operação da usina, os níveis de radioatividade são permanentemente monitorados e 
controlados, de forma a não superar os limites previstos pelos órgãos reguladores. 
 
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No entanto, ainda não se conseguiu encontrar uma solução definitiva para os dejetos radioativos 
que, lado a lado com o risco de acidentes nas usinas, se constituem nos elementos mais perigosos do 
processo de produção da energia nuclear. 
 
Estes dejetos são classificados de baixa, média e alta atividade. Para os dois primeiros, há o 
processamento e armazenagem. Segundo o Plano Nacional de Energia 2030, no Brasil os dejetos de alta 
atividade ficam, temporariamente, estocados em piscinas de resfriamento cheias de água. Depois, parte 
deles é misturada a outros materiais e solidificada, resultando em barras de vidro, também classificadas 
como de alta radioatividade. 
 
A vitrificação facilita o transporte e a estocagem, mas apenas diminui – não extingue – os 
impactos potenciais sobre o meio ambiente. Alternativas para depósito desses dejetos estão em estudo no 
exterior. Uma das mais aceitas, atualmente, é o armazenamento em uma estrutura geológica estável. Os 
Estados Unidos têm um projeto pioneiro nesta opção. 
 
Além disso, ganha espaço no mercado mundial a preferência pela adoção do ciclo aberto do urânio 
em detrimento do fechado que, ao reprocessar o material, produz novos dejetos radioativos. 
 
Finalmente, a evolução tecnológica das máquinas também aponta para a redução no volume de 
dejetos de alta atividade produzido: seja porque embutem ganhos de eficiência (exigindo menor volume 
de combustível para a produção da mesma qualidade de energia), seja porque conseguem reduzir o tempo 
de decaimento (redução da radioatividade) dos dejetos. 
 
Outra alternativa é um projeto inédito de armazenamento desses dejetos em cápsulas de aço, 
sugestão apresentada pela Eletronuclear quando obteve a licença prévia para a retomada das obras de 
Angra III. 
 
O destino dos dejetos era uma das condicionantes do licenciamento ambiental. Segundo a 
Eletronuclear, essas cápsulas garantiriam a segurança dos dejetos por 500 anos. A tecnologia hoje 
existente apenas atenua, mas não acaba com os riscos de acidentes ambientais provocados pelas usinas 
nucleares. 
 
De qualquer maneira, o aumento da segurança dessas instalações é uma das principais vertentes 
das pesquisas tecnológicas realizadas nos últimos anos. 
 
6.6 Método da Energia Elétrica pela Energia Nuclear 
 
A energia elétrica gerada por uma fonte nuclear é obtida a partir do calor da reação do urânio. A 
queima do combustível produz calor que ferve a água de uma caldeira transformando-a em vapor. O 
vapor movimenta uma turbina que dá partida a um gerador elétrico que produz a eletricidade. 
Nos reatores as reações acontecem de maneira controlada, enquanto que nas bombas atômicas 
a reação em cadeiaprocessa-se integralmente em um tempo muito curto, liberando de modo explosivo 
toda a energia armazenada no material fissionável, urânio ou plutônio. 
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6.7 Princípio de Funcionamento 
 
A reação nuclear ocorre no reator nuclear que aquece a água que através de um trocador de calor 
passa o calor da à água quente e radioativa no sistema primário para um sistema de água comum no 
sistema secundário. As duas águas não têm contato, somente o calor da água radioativa passa para 
aquecer á água sem radiação. 
 
Quando acontece este contato de calor, a água comum imediatamente se transforma em vapor que, 
através um conduto chega às turbinas a vapor que estão acopladas a um gerador elétrico. 
 
Pode-se dizer que a geração de eletricidade por meio da energia nuclear é uma geração térmica, 
pois, o combustível nuclear é para aquecimento da água que passa no reator para receber o calor da reação 
nuclear. 
 
 
Todas as etapas da geração de energia elétrica pela reação nuclear são totalmente supervisionadas 
e controladas por sistemas sofisticados de automação e proteção, com elevada redundância de operação. 
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6.8 A Matriz de Energia Elétrica Nuclear no Brasil 
 
A matriz elétrica brasileira é ainda mais renovável do que a energética, isso porque grande parte 
da energia elétrica gerada no Brasil vem de usinas hidrelétricas. A energia eólica também vem crescendo 
bastante, contribuindo para que a nossa matriz elétrica continue sendo, em sua maior parte, renovável. 
A matriz elétrica brasileira é ainda mais renovável do que a energética, isso porque grande parte 
da energia elétrica gerada no Brasil vem de usinas hidrelétricas. A energia eólica também vem crescendo 
bastante, contribuindo para que a nossa matriz elétrica continue sendo, em sua maior parte, renovável. 
 
 Matriz Elétrica Brasileira 2017 (BEN, 2018) 
A comparação da utilização de fontes renováveis e não renováveis para a geração de energia 
elétrica no Brasil e no mundo é apresentado no gráfico a seguir: 
 
Através dos gráficos, a matriz elétrica brasileira é baseada em fontes renováveis de energia, ao 
contrário da matriz elétrica mundial. Isso é ótimo para o Brasil, pois além de possuírem menores custos 
de operação, as usinas que geram energia a partir de fontes renováveis em geral emitem bem menos gases 
de efeito estufa.