A Física com Wally: Usinas Nucleares e a produção de energia

As Usinas Nucleares

Texto elaborado por Ubaldo Fernandes de Almeida

Professor do Salesiano Dom Bosco em Parnamirim-RN

Uma Usina Nuclear é uma instalação industrial empregada para produzir eletricidade a partir de energia nuclear, que se caracteriza pelo uso de materiais radioativos que através de uma reação nuclear produzem calor. Este calor é empregado por um ciclo termodinâmico convencional para mover um alternador e produzir energia elétrica. As centrais nucleares apresentam um ou mais reatores, que são compartimentos impermeáveis à radiação, em cujo interior estão colocados barras ou outras configurações geométricas de minerais com algum elemento radioativo (em geral o urânio), como destaca a UEA Ensino e Aprindizagem de Física III (2013),

“O aproveitamento e controle da energia liberada nessa reação ocorre no interior dos reatores nucleares, que nas usinas nucleares, têm a mesma função que as caldeiras nas usinas térmicas convencionais. No reator a temperatura da água atinge de cerca de 320°C e para não entrar em ebulição é mantida sob pressão de 160 atm. O vapor d’água é capaz de movimentar uma turbina a 2000 rpm, produzindo assim energia elétrica ” (UEA ENSINO E APRENDIZAGEM DE FÍSICA III, 2013, Aula 03, p. 08)

fonte: http://paleontologiageral.blogspot.com.br/2011/03/entenda-o-vocabulario-atomico-abaixo.html

Caso a construção de usinas nucleares independa do relevo e possa ser construído em qualquer lugar como fazer para resfriar a água rejeitada na fonte quente da usina nuclear?

Algumas usinas instaladas no mundo localizam-se distante do mar. Por exemplo, a central nuclear de Embalse, localizada na cidade homônima, na província de Córdoba, foi a segunda usina nuclear conectada à rede na Argentina. Embalse, considerada hoje o maior motor térmico da América do Sul, está localizada a 100 quilômetros da cidade de Córdoba e a 700 quilômetros de Buenos Aires.

fote: Veja mais usinas pelo mundo em:

http://noticias.uol.com.br/album/110426_usinasnuclearesnomundo_album.jhtm#fotoNav=30

Fiz uma pesquisa em algumas tecnologias utilizadas nas usinas nucleares que tem por objetivo controlar o calor produzido durante o processo de transformação de energia nuclear em energia elétrica. Na pesquisa, percebi que a tecnologia utilizada no resfriamento depende do tipo de reator instalado na usina. Segue abaixo algumas tecnologias:

Diferentes tipos de reatores resfriados por líquidos:

Água leve (LWR): água pressurizada (PWR) e água fervente (BWR);

Água pesada: água pesada pressurizada (PHWR) e água pesada fervente (HWR);

Metal líquido (LMCR);

Líquidos orgânicos (OMCR);

Algumas características desses tipos:

LWR (Light Water Reactor): classificação que engloba os reatores de tecnologia semelhante; PWR e BWR. Esses tipos de reatores utilizam água leve e comprovou ser econômica, confiável e segura e devido a esse fato cerca de 79% das usinas nucleares em operação no mundo utilizam LWRs.

PWR (Pressurized Water Reactor): São os reatores que utilizam o urânio enriquecido e moderado e são arrefecidos utilizadndo água leve (H2O) pressurizada. Nesse tipo de reator 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; essa água a alta temperatura passa por um trocador e calor vaporizando a água de um circuito secundário que é expandida na turbina.

Exemplo de utilização: Angra dos Reis.

BWR (Boiling Water Reactor): Semelhante ao PWR porém nesse tipo de reator o processo de resfriamento das varetas de combustível é expandido na turbina acionadora do gerador elétrico e vapor formado vai direto a turbina sem necessidade de um trocador de calor como no caso do PWR.

Exemplo de utilização: Fukushima

HWR (Heavy Water Reactor): São também conhecidos como reatores de rápido enriquecimento. Devido ao fato de utilizarem água pesada (D2O) pode-se fazer o uso do urânio natural como combustível.

PHWR (Presurized Heavy Water Reactor): Utilizam a água pesada pressurizada passando por tubos de pressão contendo o pressurizada que passa por tubos de pressão contendo o combustível.

Exemplos de utilização: Canadá (país que desenvolveu esse tipo) e Argentina (Usina Embalse)

Metal líquido (LMCR): O desenvolvimento dos reatores super-regeneradores rápidos refrigerados a metal líquido para a produção de energia elétrica não ganhou o ímpeto esperado devido ao aumento da disponibilidade de recursos de urânio a baixo custo para atendimento da demanda a curto e médio prazos. Há, entretanto conscientização nos países industrializados que os reatores super-regeneradores rápidos serão necessários assim que os programas nucleares no mundo começarem a acelerar e aumentar o consumo de urânio.

OBS: O vapor que se expande na turbina no caso do do PWR não é radioativo, ao contrário do vapor produzido no BWR, uma vez que o circuito primário fica totalmente isolado pelas paredes de contenção do reator.