Nuclear e Termoelétrica Finalizados - Seminário Geração de Energia AV2 Yuri-lucas

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Seminário de Geração de energia elétrica
GRUPO 2 (3.5 a 3.7) - TIPOS DE CENTRAIS TERMELÉTRICAS
Disciplina: Geração de Energia Elétrica
Professora: Suzana da Hora Machado
Turma: 3001
Componentes:
Yuri de Oliveira Mello 201602687625
Leomar Lamonica 201903097851
Icaro Luis 201401041711
Lucas Fortunato 201608328562
Luciana Amarante Rodrigues 201901347974
CONCEITOS BÁSICOS 
DE GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
A geração de energia elétrica envolve a transformação de fontes primárias (energia potencial gravitacional, térmica ou cinética) em eletricidade. A coordenação e o controle da operação das instalações de geração e transmissão de energia elétrica em larga escala são feitos pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS), por meio do Sistema Interligado Nacional (SIN) e do planejamento da operação dos sistemas isolados, sob fiscalização e regulação da Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel).
energia TERMELÉTRICA
Energia termelétrica é toda e qualquer energia produzida por uma central cujo funcionamento ocorre a partir da geração de calor resultante da queima de combustíveis sólidos, líquidos ou gasosos. Os principais combustíveis utilizados nas usinas termoelétricas são o carvão mineral, a nafta, o petróleo, o gás natural e, em alguns casos, a biomassa.
O funcionamento de uma usina termoelétrica – também chamada de usina térmica – ocorre da seguinte forma: a queima do combustível propicia o aquecimento de água armazenada no reservatório, o que forma um vapor, que, por sua vez, é direcionado para as turbinas do gerador responsável pela produção de eletricidade. 
CENTRAIS TERMELÉTRICAS
Na atualidade, a produção termelétrica participa da oferta de energia elétrica no Brasil com pouco mais de 18% da produção total de energia elétrica no país, sendo a segunda maior após a hidráulica. Mundialmente, este tipo de produção de energia é o mais implantado, chegando a mais de 30% da matriz energética global. 
Os energéticos de origem fóssil como petróleo, carvão e gás natural, atualmente predominam na matriz energética global e são grandes emissores de GEE. Portanto, a transição energética mundial urge pelo aumento da participação das renováveis, redução do uso do carvão e utilização do gás natural como combustível de transição por se tratar de um combustível fóssil menos poluente e importante para a segurança energética. O carvão ainda tem uma participação expressiva para um momento de transição como o atual.
ESQUEMA de uma CENTRAL TERMELÉTRICA
Equipamentos que compõe uma TERMÉLÉTRICA 
Caldeira de recuperação 
O trocador de calor tem a função de realizar o acoplamento termodinâmico entre o ciclo a gás e o ciclo a vapor em uma termelétrica de ciclo combinado.
A caldeira de recuperação se encarrega de aproveitar o máximo possível a energia contida nos gases de exaustão do turbogerador a gás, o que é feito convertendo uma determinada quantidade de água em vapor mediante processos que acontecem em três níveis de pressão.
Do ponto de vista construtivo a caldeira de recuperação é composta por diversos bancos de tubos aletados dispostos sequencialmente ao longo do percurso dos gases. A caldeira possui ainda tambores, sistemas de purga, tratamento químico da água e a temperadores,C dispositivos estes que permitem garantir a qualidade do vapor para seu uso no turbogerador a vapor.
Turbo gerador a vapor
O vapor produzido na caldeira de recuperação de calor aciona a turbina a vapor, que se encontra permanentemente acoplada ao gerador elétrico, o qual converte a energia mecânica em energia elétrica.
O vapor de água depois de produzir trabalho no turbogerador a vapor, torna-se líquido novamente no condensador. Para este fim se utiliza água de circulação que resfria o condensador e rejeita à atmosfera, através das torres de refrigeração, a energia derivada da condensação do vapor. Para minimizar os efeitos contaminantes da combustão sobre o entorno, a usina termelétrica dispõe de sua chaminé principal de 60m de altura.
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Torres de resfriamento 
Uma torre de resfriamento resfria a água fazendo-a entrar em contato com o ar resultando na evaporação de parte dessa água. Na maioria das torres um ou mais propulsores ou ventiladores centrífugos movimentam o ar verticalmente para cima ou horizontalmente, através delas. Proporciona-se uma grande área superficial de água pela pulverização através de ejetores ou fazendo a água descer a torre de prateleira em prateleira ( ou chicanas). Num grande número de aplicações industriais, o calor de processo é removido usando torres de arrefecimento, nas quais a água quente da instalação é continuamente recirculada para ser resfriada usando o princípio do resfriamento evaporativo. 
Condensador
Condensador de superfície é um termo comummente usado para trocadores de calor refrigerados a água instalados na exaustão de vapor de uma turbina a vapor em usinas termoelétricas Estes condensadores são trocadores de calor os quais convertem vapor de seu estado gasoso ao líquido em uma pressão abaixo pressão atmosférica. Onde água refrigerante é pouco abundante, condensadores a ar são frequentemente usados. Um condensador a ar é entretanto significativamente mais custoso e não pode alcançar valores tão baixos numa pressão de vapor de escape da turbina como um condensador de superfície.
Condensadores de superfície são também usados em outras aplicações e indústrias além da condensação de exaustão de turbinas a vapor em termoelétricas, por exemplo, em vapores produzidos por processos químicos altamente exotérmicos.
Precipitador eletrostático 
Também conhecido como um filtro de ar eletrostático, é um equipamento de muito controle de poluição em fábricas que emitem gases e partículas poluidoras à atmosfera. Este dispositivo mecânico ou elétrico captura os poluentes e libera o gás limpo para a atmosfera. Os modelos de precipitadores eletrostáticos são comumente encontrados em plantas industriais produtoras de materiais como o ferro, petróleo, produtos químicos, metais, cimento e energia.
Atualmente, os fabricantes de precipitadores eletrostáticos produzem, basicamente, dois tipos de precipitadores - secos e molhados. O tipo molhado recupera partículas húmidas ou molhadas, processo que envolve alguns tipos de ácido, óleo, resina e alcatrão, provenientes do escape de gás. O tipo seco, por outro lado, é empregado para remover partículas secas, tais como poeira e cinzas.
O processo de extrair as partículas ou poluentes gerados pelo escape de gás tóxico das fábricas começa com o processo de ionização, no qual as partículas são eletrostaticamente carregadas. As placas ou outros mecanismos de coleta contidos nas laterais do precipitador atraem as partículas carregadas, que são neutralizadas antes de serem liberadas para um funil. Finalmente, um transportador leva as partículas para a área de descarte a fim de que recebam o tratamento adequado.
Vantagens das usinas termoelétrica
As usinas termoelétricas podem ser edificadas praticamente em qualquer lugar, inclusive próximo de centros urbanos, diminuindo o desperdício nas linhas de distribuição. Além disso, podem ser construídas rapidamente para atender demandas emergenciais a médio e curto prazo.
Tratam-se de opções para países carentes de outras fontes energéticas para gerar eletricidade. Ademais, subprodutos, como a palha de arroz e bagaços, lixões e aterros sanitários, podem ser utilizados enquanto fonte de calor.
Desvantagens das usinas termoelétricas
As usinas termoelétricas possuem um alto custo de manutenção, posto que necessitam constantemente de combustível para ser queimado.
Um dos piores impactos ambientais possíveis ocorre quando os gases residuais do processo são emitidos para a atmosfera. Esses poluentes em grande quantidade podem causar o aquecimento global por meio do que chamamos “efeito estufa”, além das chuvas ácidas.
 
Funcionamento da usina termoelétrica
USINA NUCLEAR
eNERGIA NUCLEAR
Energia nuclear se refere a energia consumida ou produzida com a modificação da composição de núcleos atômicos.Além de ser a força que arma a Bomba Atômica, a Bomba de Hidrogênio e outras armas nucleares, a energia nuclear também tem utilidade na geração de eletricidade em usinas de vários países do mundo. 
Usinas nucleares aproveitam a enorme energia liberada por reações nucleares para a produção de energia em alta escala. Em uma moderna usina de carvão, a combustão de uma libra (453,59g) de carvão produz 1 quilowatt hora (Kwh) de energia elétrica. A fissão de uma libra de urânio em uma moderna usina nuclear produz cerca de 3 milhões de Kwh de energia elétrica. É a incrível densidade da energia (energia por unidade de massa) que faz das fontes de energia nuclear tão interessantes. No presente, apenas o processo de fissão é utilizado na produção comercial de energia (geralmente para produzir eletricidade). As pesquisas sobre a fusão ainda não produziram uma tecnologia de produção de energia factível (praticável).
ENERGIA NUCLEAR
A fissão nuclear nada mais é do que todo o processo de divisão de um átomo. Justamente esse processo de divisão gera uma grande quantidade de energia. Daí as usinas aproveitam essa energia liberada e a convertem em energia elétrica.
O núcleo de um átomo consiste em nêutrons e prótons. Esse núcleo é mantido por uma força chamada força nuclear forte. E acredite: essa é a força mais forte encontrada na natureza. 
Na fissão nuclear, são utilizados átomos de urânio por conta do seu grande tamanho atômico. Isso implica dizer que devido ao tamanho grande, significa que a força atômica dentro dele não é tão forte assim. Sendo assim é maior a possibilidade de dividir o núcleo.
ENERGIA NUCLEAR
Na fissão nuclear, são produzidos nêutrons de alta energia para bombardear os núcleos de urânio. O bombardeio faz com que o núcleo dos núcleos de urânio se separe. Esse processo libera uma grande quantidade de energia e os nêutrons dentro dos núcleos de urânio também são liberados. Esses nêutrons então bombardeiam com outros átomos de urânio.
Isso cria uma reação em cadeia, na qual cada bombardeio leva a mais bombardeios. Para garantir que essa reação em cadeia não saia do controle, os reatores nucleares usam barras de controle que absorvem nêutrons.
COMBUSTÍVEL NUCLEAR
O combustível nuclear é o material utilizado para a geração de energia nuclear. É um material que pode ser fissionado ou fundido dependendo se seu uso é fissão nuclear ou fusão nuclear. Referimo-nos ao combustível nuclear tanto ao material (urânio, plutônio) e ao conjunto feito com o referido material nuclear (varetas de combustível, composições de material nuclear e o moderador ou qualquer outra combinação).
O combustível nuclear mais amplamente utilizado é o urânio porque é o mais adequado em reatores de fissão nuclear. Atualmente todos os reatores nucleares em produção para geração de energia elétrica são de fissão. Em outro nível, o plutônio também é usado como combustível nuclear. O trítio e o deutério são isótopos leves de hidrogênio usados ​​no processo de fusão nuclear. A fusão nuclear, no momento, não está suficientemente desenvolvida para ser aplicada em usinas nucleares.
Os átomos do combustível nuclear são separados progressivamente pelo processo de fissão nuclear. Em cada uma dessas reações, o material se transforma em outros elementos liberando energia térmica.
COMBUSTÍVEL NUCLEAR
O combustível nuclear é colocado em hastes no reator. Colocar em barras oferece as seguintes vantagens:
Facilita o transporte
Permite que você alterne o combustível com o moderador de nêutrons e as hastes de controle.
Simplifica a extração de combustível no final do ciclo.
O material físsil deve ser colocado em um arranjo geométrico que maximize a eficiência do efeito de arrastamento. Este arranjo deve levar em consideração a necessidade de deixar espaço suficiente para inserir o moderador de nêutrons.
Durante a fase de projeto de um reator nuclear, também é necessário deixar espaço para hastes de controle e dispositivos de diagnóstico.
Em tese, a forma ideal seria esférica, porém, utiliza-se uma forma cilíndrica, obtida pela combinação de um grande número de barras.
FUNCIONAMENTO DE UMA USINA NUCLEAR
Basicamente, uma usina nuclear é composta por três fases: a primária, a secundária e a refrigeração. Na primária, o urânio é colocado no vaso de pressão. Com a fissão (quebra do núcleo de um átomo instável em dois núcleos menores), há a produção de energia térmica. Nesta etapa, a água é utilizada para resfriar o núcleo do reator nuclear.
Na etapa secundária, a água que foi aquecida no sistema primário (agora radioativa) é transformada em vapor de água em um sistema chamado gerador de vapor. O vapor produzido no sistema secundário é utilizado para movimentar a turbina de um gerador elétrico, o que irá produzir a energia.
Em seguida, o vapor de água produzido no sistema secundário é transformado em água através de um sistema de condensação, ou seja, através de um condensador que é resfriado por um sistema de refrigeração de água. Esse sistema bombeia água do mar (fria), através de circuitos de resfriamento que ficam dentro do condensador, a água do mar vai resfriar o sistema para fazer com que a água que foi vaporizada volte para o sistema na forma líquida.
Por fim, a energia que é gerada através deste processo de fissão nuclear chega às residências por meio das redes de distribuição de energia elétrica.
FUNCIONAMENTO DE UMA USINA NUCLEAR
TIPOS DE REATORES NUCLEARES
Vários são os tipos de reatores nucleares para a produção de energia elétrica. Os mais comuns são os reatores resfriados por líquidos, que podem ser: um metal líquido (LMCR – liquid metal cooled reactor), um líquido orgânico (OMCR – organic moderated and cooled reactor), água pressurizada (PWR – pressurized water reactor) ou água fervente (BWR – boiling water reactor), sendo os dois últimos os mais frequentemente usados.
A tecnologia utilizada nos reatores de Angra dos Reis é a do PWR, que é a mais utilizada em usinas termonucleares terrestres e em aplicações para a propulsão naval. Nos reatores da operadora PECTO, em Fukushima, acidentados em 2011, é a do tipo BWR.
Em termos simples, a diferença entre os dois tipos é que o vapor gerado no reator BWR no processo de resfriamento das varetas de combustível é expandido na turbina acionadora do gerador elétrico, enquanto no reator PWR há um circuito primário de circulação de água refrigerante a alta pressão que não se vaporiza no núcleo do reator e é responsável pela refrigeração dos elementos combustíveis; esta água líquida a alta temperatura passa por um trocador de calor vaporizando a água de um circuito secundário que é expandida na turbina.
Reator de ÁGUA PRESSURIZADA (PWR)
O reator de água pressurizada é um tipo de reator nuclear. A principal característica desse tipo de reator é a utilização de água submetida a alta pressão no circuito primário para evitar que ferva.
Atualmente, é o tipo de reator nuclear mais usado em usinas nucleares em todo o mundo. Atualmente, existem mais de 230 reatores nucleares no mundo fabricados com este sistema. Os reatores de água pressurizada usam urânio enriquecido como combustível nuclear.
Junto com os reatores de água fervente (BWR), o reator de água pressurizada é classificado como um reator de água leve.
Reator de ÁGUA PRESSURIZADA (PWR)
O núcleo do reator contém as barras de combustível nuclear. Dentro do reator são geradas reações nucleares que geram uma grande quantidade de energia térmica.
Por razões de segurança, o reator de água pressurizada PWR não pode exceder uma determinada temperatura para evitar seu próprio derretimento. Portanto, as barras de combustível devem ser resfriadas.
O resfriamento é feito por meio de água que circula graças a um conjunto de bombas d'água.
A troca de calor entre os circuitos primário e secundário deve ser feita sem a mistura de água. Essa mistura deve ser evitada porque a água do circuito primário é radioativa.
Água comum é usada para resfriar reatores de água pressurizada. No campo da engenharia nuclear, échamada de água leve. A água pode atingir temperaturas de até 315 graus Celsius. A água permanece na fase líquida devido à alta pressão (cerca de 16 megapascais) em que opera o circuito primário.
REATOR DE ÁGUA FERVENTE (BWR)
Um reator de água fervente ou BWR (reator de água fervente) é um tipo de reator nuclear. É o segundo tipo de reator mais utilizado em usinas nucleares no mundo.
Aproximadamente 22% dos reatores nucleares instalados nas diferentes usinas nucleares utilizam o reator BWR.
O reator PWR tem um circuito primário e um circuito secundário. Nesse caso, o reator BWR opera com um único circuito de água no núcleo.
Como não tem que resistir a tais altas pressões, este tipo de reator não precisa de um invólucro tão robusto. A potência do reator é regulada pela inserção ou remoção das hastes de controle do núcleo, onde ocorrem as reações em cadeia nuclear.
VANTAGENS das usinas nucleares
Os avanços na exploração e mineração permitiram um suprimento de urânio de custo relativamente baixo;
O urânio tem uma densidade energética muito alta, muitas vezes mais que os combustíveis fósseis em peso;
As usinas nucleares são capazes de produzir um suprimento constante de energia;
Emissão zero de gases de efeito estufa;
Alta geração de energia para uma área relativamente pequena quando comparada com alternativas solares ou eólicas.
DESVANTAGENS das usinas nucleares
Os acidentes tem sérias consequências. Os sistemas de segurança das usinas nucleares são de alto nível tecnológico. No entanto, o componente humano sempre tem um certo impacto. Diante de um evento imprevisto, as decisões tomadas nem sempre são as melhores. 
Uma grande desvantagem é a gestão de resíduos nucleares. O lixo nuclear leva muitos e muitos anos para perder sua radioatividade e perigo. Existem soluções de confinamento, mas não podem desaparecer. 
O investimento inicial de uma usina nuclear é muito alto. 
Ao contrário de outras opções de energia, a energia nuclear não é renovável porque o urânio deve ser extraído e não é regenerado.
USINAS NUCLEARES no Brasil
Cenário nuclear brasileiro
O Brasil tem apenas duas usinas nucleares, Angra 1 e Angra 2, responsáveis pela produção de 3% da energia consumida no país – para comparação, a usina hidrelétrica de Itaipu gera 15%.
Angra 1 entrou em operação comercial em 1985 e, Angra 2, em 2001. A construção de uma terceira usina, Angra 3, foi iniciada há 35 anos, tem 62% das obras executadas, mas atualmente o canteiro encontra-se paralisado.
A instalação das usinas em Angra levou em conta justamente a proximidade tanto do Rio como de São Paulo. Dessa forma, é mais fácil transmitir a energia produzida para os grandes centros de consumo. Além disso, estar perto do mar é importante, já que é preciso muita água para resfriar o sistema – vale dizer que essa água não entra em contato com a radioatividade.
ANGRA 3
A construção de Angra 3 começou em 1984. Desde então, uma série de paralisações atrasou a conclusão do projeto. A mais recente foi em 2015, quando o governo se viu sem dinheiro pra tocar a construção. Além disso, a força-tarefa da Lava Jato investiga crimes como corrupção, lavagem de dinheiro e evasão de divisas nas obras da usina.
Com avanço físico de 63,5% em dezembro do ano passado e investimento direto da Eletrobras de R$ 8,5 bilhões, a Usina Nuclear Angra 3 demandará ainda investimentos da ordem de R$ 18,5 bilhões para ser concluída em novembro de 2026. A previsão é acrescentar ao sistema elétrico nacional 1.405 megawattts (MW) de energia.
A expectativa é que o contrato das obras civis que serão realizadas no âmbito do plano seja assinado até maio de 2021. Com isso, o primeiro concreto – marco importante da retomada das obras de Angra 3 – deve ser lançado em outubro. A contratação da empresa especialista que dará sequência à obra está prevista para o segundo semestre de 2022. O principal objetivo do plano de aceleração é preservar a data de entrada em operação da usina, prevista para novembro de 2026.
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Autoridade Nacional de Segurança Nuclear
Em 2021, o governo federal criou a Autoridade Nacional de Segurança Nuclear (ANSN), uma autarquia que terá a função de fiscalizar todas as atividades nucleares promovidas no país.
A criação da entidade, no entanto, não deve causar aumento de despesa pública, pois ocorrerá a partir da divisão da Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN) em dois órgãos distintos.
De acordo com a publicação no Diário Oficial da União, a nova autarquia tem como atribuições “monitorar, regular e fiscalizar a segurança nuclear, a proteção radiológica e a das atividades e das instalações nucleares de atividades nucleares, materiais nucleares e fontes de radiação no território nacional”. Caberá também à ANSN editar normas e conceder licenças e autorizações relativas à transferência e comércio de minerais, minérios, concentrado e escórias com urânio ou tório. 
DESCARTE DE MATERIAL RADIOATIVO
Em uma usina nuclear, o reator não é o único local com material radioativo. Depois de usado, o combustível continua extremamente radioativo. Por isso, precisa ser armazenado em condições especiais, para evitar vazamento e contaminação. Não se sabe por quanto tempo esse material permanece perigoso – o prazo pode chegar a 200 mil anos.
Quando o combustível sai do reator, ele é tão perigoso que não é possível transportá-lo. Então, a solução é fazer o armazenamento ao lado do reator. Dessa forma, todo o combustível já usado ao longo dos mais de 35 anos de operação de Angra 1 e 18 anos de Angra 2 está armazenado na Central Nuclear de Angra dos Reis. São colocados em duas piscinas profundas, cheias de água, constantemente monitoradas, localizadas dentro das barreiras de contenção que também protegem o reator.
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DESCARTE DE MATERIAL RADIOATIVO
Segundo o presidente da Eletronuclear, Leonam dos Santos Guimarães, existem mais de 1.800 elementos combustíveis nas piscinas de armazenagem. Juntas, as duas piscinas não chegam a uma semiolímpica. 
O armazenamento do combustível de alta radioatividade em piscinas não é uma boa solução. Era para serem depósitos provisórios. Mas, até hoje, não há uma solução adequada e definitiva. Esse não é um problema exclusivo dos brasileiros, mas dos americanos, europeus.
Alguns países, como França e Rússia, estão conseguindo reciclar até 90% do combustível usado - o restante ainda deve ser estocado a longuíssimo prazo. A seguir, esse novo composto reciclado é reutilizado no reator. Mas não é algo disseminado, porque é mais caro que um combustível novo. De todo modo, essa reciclagem pode vir a ser feita no futuro. Assim, em vez de ver o combustível usado como um legado negativo para futuras gerações, se armazenado de forma segura, é um legado positivo, já que poderá ser usado para produzir energia novamente.
Usina eólica
BIBLIOGRAFIA
 https://www.cnnbrasil.com.br/amp/nacional/2021/05/25/brasil-cria-a-autoridade-nacional-de-seguranca-nuclear-entenda
https://www.bbc.com/portuguese/brasil-48683942.amp
 https://youtu.be/OzxiQdmTD58
 https://museuweg.net/blog/como-funcionam-as-usinas-nucleares/
https://engenharia360.com/tudo-sobre-usinas-nucleares/amp/
 https://blog.maua.br/2011/03/reatores-nucleares/
https://pt.energia-nuclear.net/operacao-usina-nuclear/reator-nuclear/reator-nuclear-de-agua-a-ferver