Geração de Energia Elétrica

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Cecília Beretta Câmara
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1 Geração de Energia Elétrica Geração Termoelétrica a Vapor Unidades Nucleares Joinville, 18 de Abril de 2012

2 Escopo dos Tópicos Abordados Fissão versus Fusão Nuclear; Configurações e Modelos de Reatores Nucleares; Turbinas a Vapor: Modelos dinâmicos de turbinas a vapor; 2

3 Fissão e Fusão Nuclear Fissão: é a divisão (quebra) de um átomo em uma ou mais partes menores; Uso para geração de energia elétrica; Fusão: é a união (fusão) de dois ou mais átomos menores resultando em um átomo maior; Uso militar (bombas); Perspectiva de geração de energia elétrica 3

4 Fissão e Fusão Nuclear Fissão: é a divisão (quebra) de um átomo em uma ou mais partes menores; Condições para ocorrer: existência de uma massa crítica de substância e bombardeamento de neutrons; Necessidade de pouca energia para a quebra (fissão); Não ocorre naturalmente na natureza; Produz partículas radioativas; Energia gerada: um milhão de vezes maior que as geradas em reações químicas convencionais. 4

Fissão e Fusão Nuclear Fissão: é a divisão (quebra) de um átomo instável em uma ou mais partes menores através, geralmente, do bombardeamento de nêutrons; Resultado: Liberação de energia devido a

5 Fissão e Fusão Nuclear Fissão: é a divisão (quebra) de um átomo instável em uma ou mais partes menores através, geralmente, do bombardeamento de nêutrons; Resultado: Liberação de energia devido a quebra (interação das forças fortes); Liberação de radiação; Reação em cadeia controlada. Combustíveis nucleares mais comuns: 235U e 239Pu. Nem todos os combustíveis nucleares são usados em reações em cadeia. 5

6 Fissão e Fusão Nuclear Fissão nuclear: Nêutrons atingem átomos de urânio (U235), o urânio se transforma em U236, que é instável, se quebra em átomos menores, liberando energia e se divide em dois núcleos menores e mais leves, liberando mais neutrons e quebrando mais núcleos originando uma reação nuclear em cadeia: É uma reação (exotérmica) que pode liberar grandes quantidades de radiação eletromagnética e energia cinética dos fragmentos. 6

7 Fissão e Fusão Nuclear Fissão nuclear: Reação em cadeia: U235 + n fissão + 2 ou 3 n MeV gerações 2 = Fissões gerações = x Fissões 7

8 Fissão e Fusão Nuclear Fissão nuclear: Reação em cadeia: U235 + n fissão + 2 ou 3 n MeV gerações = Fissões gerações = x Fissões 8

altíssimas temperaturas e energia: Energia para aproximar dois ou mais

9 Fissão e Fusão Nuclear Fusão: é a união (fusão) de dois ou mais átomos menores resultando em um átomo maior; Condições para ocorrer: existência de altíssimas temperaturas e energia: Energia para aproximar dois ou mais prótons de forma que a força nuclear forte sobreponha a força de repulsão (eletrostática) ; 9

10 Fissão e Fusão Nuclear Fusão - Condições para ocorrer: Energia para aproximar dois ou mais prótons de forma que a força nuclear forte sobreponha a força de repulsão (eletrostática) ; Normalmente usa-se a energia fornecida pela fissão para iniciar o processo de fusão; Ocorre naturalmente em estrelas como o Sol; Produz poucas partículas radioativas; Energia gerada: três a quatros vezes superior um às geradas em reações de fissão E = mc 2 10

11 Fissão e Fusão Nuclear Fusão Nuclear E = mc 2 11

12 Geração de Eletricidade via Fissão Reatores Nucleares: Partes componentes: Núcleo Imersão do núcleo na água do reator: Redução da geração de vapor; Emersão do núcleo na água do reator: Aumento da geração de vapor; 12

13 Geração de Eletricidade via Fissão Reatores Nucleares: Tipos de configurações de núcleos: Circulação do fluido de resfriamento 13

14 Geração de Eletricidade via Fissão Reatores Nucleares: Tipos de configurações de núcleos: Circulação do fluido de resfriamento 14

15 Geração de Eletricidade via Fissão Reatores Nucleares: Tipos de configurações de núcleos: Circulação do fluido de resfriamento em um reator tipo Pressurized Water Reactor (PWR). 15

16 Geração de Eletricidade via Fissão Principais Tipos de Reatores Nucleares: Pressurized Water Reactor (PWR). Boiling Water Reactor (BWR). 16

17 Geração de Eletricidade via Fissão Principais Tipos de Reatores Nucleares: Pressurized Water Reactor (PWR). Boiling Water Reactor (BWR). 17

18 Geração de Eletricidade via Fissão Reatores PWR: Entrada de água pressurizada Saída de água pressurizada 18

19 Geração de Eletricidade via Fissão Tipos de Reatores Nucleares: Heavy Water Reactor (HWR) Óxido de Deltério D2O. Gas Cooled Reactor (GCR) Dióxido de Carbono ou Hélio. 19

20 Geração de Eletricidade via Fissão Tipos de Reatores Nucleares: Liquid Metal Fast Breeder Reactor (RLMFBR) usa sódio ou uma mistura de sódio e potássio. 20

21 Geração de Eletricidade via Fissão Após produzido o vapor, utilizam-se turbinas a vapor para geração de eletricidade: Pressurized Water Reactor (PWR). 21

22 Geração de Eletricidade via Fissão Após produzido o vapor, utilizam-se turbinas a vapor para geração de eletricidade: Boiling Water Reactor (BWR). 22

23 Geração de Eletricidade via Fissão Após produzido o vapor, utilizam-se turbinas a vapor para geração de eletricidade: 23

24 Geração Termoelétrica a Vapor Configuração tandem-compound com reaquecimento simples e triplo estágio de baixa pressão (unidades termonucleares) : 24

25 Geração Termoelétrica a Vapor Diagrama de blocos correspondente ao modelo matemático geral das turbinas térmicas a vapor ΔP m1 K 1 K 3 K 5 K 7 ΔP GV st1 1+ st2 1+ st3 1+ st4 K 2 K 4 K 6 K ΔP m2 25

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