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1 ENERGIA NUCLEAR PROFESSOR RODRIGO PENNA

2 Professor Rodrigo Penna Sítio na internet: www.fisicanovestibular.com.brwww.fisicanovestibular.com.br Blog: www.quantizado.blogspot.comwww.quantizado.blogspot.com Link para currículo no Sistema Lattes: http://lattes.cnpq.br/6150368513460565 EMAILs professorrodrigopenna@yahoo.com.br penna@nuclear.ufmg.br

3 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 4 GERAÇÃO DE ENERGIA Potência nominal300 kW Gerador Assíncrono, 6 pólos, 380 V Controle de potênciaStall Diâmetro do rotor29 m Número de pás3 Comprimento das pás 14.2m Material das pásFibra de vidro Peso das pás750kg (cada) Freio aerodinâmicoTipbrakes Ângulo de cone0 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 nacele6700 kg Turbina Eólica OWW-300 OLINDA - PE Professor Rodrigo Penna www.fisicanovestibular.com.br

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. 5 Professor Rodrigo Penna Fonte (em 06/09/07): http://www.procobre.org/pr/aplicacoes_do_cobre/energia_sustentable_detalle3.html http://www.procobre.org/pr/aplicacoes_do_cobre/energia_sustentable_detalle3.html

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

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

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

9 9 Professor Rodrigo Penna HIDRELÉTRICA DE ITAIPU

10 10 Professor Rodrigo Penna ENERGIA SOLAR 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. 11 Professor Rodrigo Penna A FÍSICA

12 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 13 Professor Rodrigo Penna 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:

14 14 Professor Rodrigo Penna 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%.

15 15 Professor Rodrigo Penna 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%.

16 16 Professor Rodrigo Penna ESQUEMA DO CICLO

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

18 18 Professor Rodrigo Penna 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.

19 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 20 Professor Rodrigo Penna 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.

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

22 22 Professor Rodrigo Penna 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.

23 23 Professor Rodrigo Penna PASTILHAS FORNO PASTILHA MEDIÇÃOPRENSA

24 24 Professor Rodrigo Penna 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.

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

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

27 27 Professor Rodrigo Penna 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.

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

29 29 Professor Rodrigo Penna 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.

30 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 31 Professor Rodrigo Penna VANTAGEM DA ENERGIA NUCLEAR Pouca matéria = muita energia!!!

32 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 33 Professor Rodrigo Penna COMPARAÇÃO: ANGRAS(PWR)xCHERNOBYL

34 34 Professor Rodrigo Penna 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!

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

36 36 Professor Rodrigo Penna APÓS O ACIDENTE

37 37 Professor Rodrigo Penna 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.

38 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 39 Professor Rodrigo Penna 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.

40 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 41 Professor Rodrigo Penna 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

42 42 Professor Rodrigo Penna BIBLIOGRAFIA 1.Centro Brasileiro de Energia Eólica, site http://www.eolica.com.br/ em 04/10/04.http://www.eolica.com.br/ 2.Termelétrica de Tubarăo, site http://www.unijui.tche.br/~martinelli/tubarao/tubarao15.html em 04/10/04. http://www.unijui.tche.br/~martinelli/tubarao/tubarao15.html 3.Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito, site http://www.cresesb.cepel.br/ em 04/10/04. http://www.cresesb.cepel.br/ 4.Comissão Nacional de Energia Nuclear – CNEN, site http://www.cnen.gov.br/ em 06/10/04.http://www.cnen.gov.br/ 5.ENERGIA NUCLEAR, Eliezer de Moura Cardoso, site do CNEN, http://www.cnen.gov.br/ em 06/10/04. http://www.cnen.gov.br/ 6.Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares – IPEN, Centro do Combustível Nuclear, site http://ipen.br/ em 06/10/04.http://ipen.br/ 7.Indústrias Nucleares do Brasil, site http://www.inb.gov.br/ em 06/10/04.http://www.inb.gov.br/ 8.Eletronuclear, site http://www.eletronuclear.gov.br/ em 06/10/04.http://www.eletronuclear.gov.br/ 9.Vídeo Central Nuclear Almirante Álvaro Alberto, site http://www.eletronuclear.gov.br/ em 06/10/04. http://www.eletronuclear.gov.br/ 10.Reportagem, site http://www.comciencia.br/reportagens/nuclear/nuclear01.htm em 07/10/04. http://www.comciencia.br/reportagens/nuclear/nuclear01.htm


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