O documento aborda diferentes formas de energia, com foco em energia nuclear, e descreve o processo de fissão do urânio-235 para geração de eletricidade. Ele detalha o ciclo do combustível nuclear, desde a mineração até a utilização em reatores, além de discutir os custos de produção e comparações com outras fontes de energia. O autor, professor Rodrigo Penna, enfatiza a importância da segurança em usinas nucleares e as vantagens da energia nuclear em termos de eficiência.

1. ENERGIA NUCLEAR PROFESSOR RODRIGO PENNA

2. Professor Rodrigo Penna Sítio na internet: www. fisicanovestibular .com.br Blog: www.quantizado.blogspot.com Link para currículo no Sistema Lattes: http://lattes.cnpq.br/6150368513460565 EMAILs [email_address] [email_address]

3. 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 . Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br

4. GERAÇÃO DE ENERGIA Turbina Eólica OWW-300 OLINDA - PE Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br 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

5. Dados sobre energia eólica Custo de produção de eletricidade pela ação do vento na Europa diminuiu nos últimos 15 anos aproximadamente em 80% . Durante os últimos dez anos o preço das turbinas eólicas diminuiu em 5% cada ano , enquanto que o rendimento aumentou em 30% . A energia eólica só pode entrar no mercado elétrico se for produzida a um custo competitivo e estes custo ainda são mais altos que os de produção de energia a partir de combustíveis fósseis. Por isso é essencial reduzir estes custos. Professor Rodrigo Penna Fonte (em 06/09/07): http://www.procobre.org/pr/aplicacoes_do_cobre/energia_sustentable_detalle3.html

6. Preço$ Professor Rodrigo Penna Fonte (em 06/09/07): http://www.energia-alternativa.com.br/turbinas.htm

7. CENTRAL TERMELÉTRICA Professor Rodrigo Penna Termelétrica de Tubarăo - ES

8. FUNCIONAMENTO Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br

9. HIDRELÉTRICA DE ITAIPU Professor Rodrigo Penna

10. ENERGIA SOLAR Professor Rodrigo Penna CASA “SOLAR”

11. 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 c 2 ! Este é o “combustível” das estrelas , como o Sol. Mas nelas o processo é o de Fusão . A FÍSICA Professor Rodrigo Penna

12. REPRESENTAÇÃO = MATÉRIA  ENERGIA O fator de conversão é c 2 ! Assim, pouca matéria “vira” muita energia! Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br

13. 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 : Professor Rodrigo Penna ->

14. 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 238 U e apenas 0,7% de 235 U . Justamente! o 235 U 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 235 U para pelo menos 3,2%. Professor Rodrigo Penna

15. 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. Professor Rodrigo Penna 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%.

16. ESQUEMA DO CICLO Professor Rodrigo Penna

17. MINERAÇÃO DO URÂNIO Professor Rodrigo Penna CAETITÉ - BAHIA BENEFICIAMENTO: YELLOWCAKE, Concentrado bruto de minério de urânio (U 3 O 8 ).

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 (UF 6 ), para permitir a transformação seguinte: enriquecimento isotópico . Professor Rodrigo Penna

19. ENRIQUECIMENTO Atualmente, o processo de enriquecimento é efetuado no exterior e enviado em contâineres para a Fábrica de Combustível Nuclear - Reconversão. Parte desta etapa será 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, à médio prazo, o enriquecimento de urânio através do processo de ultracentrifugação . POLÊMICA COM A AIEA!!!!!!!! Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br

20. RECONVERSÃO O hexafluoreto de urânio (UF 6 ) é transformado em dióxido de urânio (UO 2 ). Reconversão é o retorno do gás UF 6 ao estado sólido, sob a forma de pó de dióxido de urânio (UO 2 ). 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. Professor Rodrigo Penna

21. RESENDE - RJ Professor Rodrigo Penna Pó de UO 2

22. Fabricação de Pastilhas de UO 2 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 (UO 2 ), 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. Professor Rodrigo Penna

23. PASTILHAS Professor Rodrigo Penna 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. Componentes e Montagem, é produzido, obedecendo a severos padrões de qualidade e precisão mecânica, o Elemento Combustível. 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. Professor Rodrigo Penna

25. ELEMENTO COMBUSTÍVEL - 2 Professor Rodrigo Penna BOCAIS DETALHE MONTAGEM ELEMENTO

26. ESQUEMA DO COMBUSTÍVEL NUCLEAR Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br

27. 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. Professor Rodrigo Penna

28. GERAÇÃO Professor Rodrigo Penna Angras I e II. Elemento combustível: Angra I. Elemento combustível: Angra II.

29. 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. Professor Rodrigo Penna

30. FUNCIONAMENTO CIRCUITOS ISOLADOS : PRIMÁRIO, SECUNDÁRIO E TERCIÁRIO. Água pura não se contamina com Radiação. A ÁGUA DO PRIMÁRIO É RADIOATIVA. Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br

31. VANTAGEM DA ENERGIA NUCLEAR Professor Rodrigo Penna Pouca matéria = muita energia!!!

32. CONTROLANDO A REAÇÃO Vaso de Pressão: 33cm aço (A1) e 23,5 (A2). BARRAS DE MATERIAL ABSORVEDOR DE NÊUTRONS: CÁDMIO OU BORO . Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br

33. COMPARAÇÃO: ANGRAS(PWR)xCHERNOBYL Professor Rodrigo Penna

34. DIMENSÕES Vaso de pressão e gerador de vapor : carcaça de aço de 33 cm em Angra 1! Edifício do reator: cerca de 1m de espessura em Angra II! Professor Rodrigo Penna

35. CHERNOBYL Reator com núcleo de grafite, maior e sem as contenções como em Angra. Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br

36. APÓS O ACIDENTE Professor Rodrigo Penna

37. 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. Professor Rodrigo Penna

38. 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 . Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br

39. SISTEMA DE PROTEÇÃO PASSIVO: BARREIRAS Material cerâmico das pastilhas. Metal das varetas de combustível. Parede de aço do vaso de pressão do reator: ± 25 cm em Angra II. Blindagem interna. Vaso de contenção de aço: 3 cm de espessura. Parede externa em concreto reforçado: 70 cm de espessura e Angra I. Professor Rodrigo Penna

40. 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! Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br

41. MAIS NÚMEROS Professor Rodrigo Penna 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

42. BIBLIOGRAFIA Centro Brasileiro de Energia Eólica , site http://www.eolica.com.br/ em 04/10/04. Termelétrica de Tubarăo, site http://www.unijui.tche.br/~martinelli/tubarao/tubarao15.html em 04/10/04. Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito, site http://www.cresesb.cepel.br/ em 04/10/04. Comissão Nacional de Energia Nuclear – CNEN, site http://www.cnen.gov.br/ em 06/10/04. ENERGIA NUCLEAR, Eliezer de Moura Cardoso, site do CNEN, http://www.cnen.gov.br/ em 06/10/04. Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares – IPEN, Centro do Combustível Nuclear, site http://ipen.br/ em 06/10/04. Indústrias Nucleares do Brasil, site http://www.inb.gov.br/ em 06/10/04. Eletronuclear, site http://www.eletronuclear.gov.br/ em 06/10/04. Vídeo Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto, site http://www.eletronuclear.gov.br/ em 06/10/04. Reportagem, site http://www.comciencia.br/reportagens/nuclear/nuclear01.htm em 07/10/04. Professor Rodrigo Penna