Artigo ENEM Usina Nuclear Prof. Thiago Magalhães F. Menezes

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1 Artigo ENEM Usina Nuclear Prof. Thiago Magalhães F. Menezes 1. Justificativa do Tema: Acidente Nuclear em Fukushima no Japão. 2. Funcionamento de uma Usina Nuclear: Figura 01 Funcionamento geral de uma Usina Nuclear ( Figura retirada do site: 1 Rede externa: fornecer energia para o bombeamento de água. 2 Sistema de bombeamento de água: injeta água no reator nuclear e também no sistema de resfriamento. 3 Reator nuclear: vaporização da água. 4 Turbina: o vapor de água promove o movimento da turbina; este movimento ( energia mecânica ) é transformado em energia elétrica pelo gerador.

2 5 Sistema de resfriamento: o vapor é condensação dando reinício ao processo. Observações importantes: Fatores que provocaram as explosões dos reatores em Fukushima: O terremoto seguido do Tsunami provocaram a interrupção do fornecimento de energia para o sistema de bombeamento de água. Com a paralisação do sistema de bombeamento a refrigeração do reator ficou comprometida. Sem a refrigeração, aumentou se a pressão de vapor da água ao ponto de provocar as explosões. 3. Componentes de um reator nuclear: Figura 02 Funcionamento geral de um Reator Nuclear Barras de combustível: urânio 235 ou plutônio 239 ( sofrem fissão nuclear ). Moderador: constituído normalmente de água comum ( H2O ), água pesada ( D2O ) ou carbono (grafite ); possui a finalidade de diminuir a velocidade dos nêutrons ( nêutrons térmicos ) quando ocorre a fissão de um núcleo de urânio 235, por exemplo, há liberação de nêutrons, só que estes são liberados a uma alta velocidade, facilitando sua absorção pelos átomos de urânio 238 e comprometendo a reação em cadeia. Refletor: tem a função de refletir os nêutrons de volta à zona central de fissão, aumentando a eficiência da reação em cadeia. Um bom refletor é o carbono ( grafite ). Barra de controle: feitas de cádmio ou de boro possui a finalidade de absorver os nêutrons em excesso, evitando, assim, que a reação em cadeia acelere e o reator venha a

3 ficar superaquecido. Detentor de nêutrons: emitir nêutrons para iniciar o processo de fissão. Obs.: Todos os sistemas citados estão situados dentro de um prédio estanque, mantido à pressão negativa, situada na faixa de 50 a 200 Pa (caso haja um vazamento o ar de fora é que entra), denominado de célula crítica, construído com paredes de concreto, com funções de confinamento e blindagem. Uma das de segurança é impedir a partida do reator caso a pressão negativa no interior da célula crítica não atinja a valores operacionais pré estabelecidos em projeto, ou mesmo provocar o seu desligamento automático, caso a pressão negativa diminua em sua magnitude. 4. Curiosidades: Solução de ácido bórico ( água borada ) é injetada no sistema primário em caso de acidente com perda de líquido refrigerante do núcleo do reator. Obs.: o ácido bórico ( H3BO3 ) é um inibidor das reações nucleares pois ajuda na absorção dos nêutrons. Em Fukushima ( Japão ) o reator usado é o do tipo BWR ( reator a água fervente). Já em Angra ( Brasil ) o reator usado é do tipo PWR (reator a água pressurizada ). Figura 03 Representação do reator do tipo PWR ( Fonte: K.C. Timberlake, Chemistry; An Introduction to General, Organic, and Biochemistry. 10. ed. Upper Saddle River, Pearson Prentince Hall, p )

4 Obs.: no reator do tipo PWR é baseado no fato da água sob altas pressões manter se liquida. O combustível nuclear fica nesta água de elevada temperatura e sob alta pressão. Através de um trocador de calor ocorre a transmissão desse calor para a água que encontra se em um outro sistema, havendo então sua vaporização. Este vapor de água promove o movimento da turbina; este movimento ( energia mecânica) é transformado em energia elétrica pelo gerador. Em Fukushima e Angra a água do mar é utilizada no sistema de resfriamento do reator. 1 g de carvão produz energia suficiente para manter acesa uma lâmpada de 200 W durante 1 min. Já 1 g de urânio produz energia para iluminar uma cidade de habitantes durante 1 hora. 5. Exercícios Relacionados: Competência de área 5 Entender métodos e procedimentos próprios das ciências naturais e aplicá los em diferentes contextos. H18 Relacionar propriedades físicas, químicas ou biológicas de produtos, sistemas ou procedimentos tecnológicos às finalidades a que se destinam. 01. No acidente nuclear de Chernobyl ocorreu um vazamento para a atmosfera de vários sendo que um dos nocivos ao ser humano e ao ambiente é o estrôncio 90, 38Sr90. Sabendo que a meia vida desse radioisótopo é de aproximadamente 28 anos, determine a percentagem que ainda estará presente na atmosfera daqui a 112 anos. a) 50%. b) 25%. c) 12,5%. d) 6,25%. e) 3,125%. Gabarito: D Comentário: P = T1/2. X 112 = 28.x x = 4 2x. mo = mf mo/mf = 1/16 mo/mf = 0,0625 = 6,25%

5 2. O diagrama mostra a utilização das diferentes fontes de energia no cenário mundial. Embora aproximadamente um terço de toda energia primária seja orientada à produção de eletricidade, apenas 10% do total são obtidos em forma de energia elétrica útil. 3. A pouca eficiência do processo de produção de eletricidade deve se, sobretudo, ao fato de as usinas a) nucleares utilizarem processos de aquecimento, nos quais as temperaturas atingem milhões de graus Celsius, favorecendo perdas por fissão nuclear. b) termelétricas utilizarem processos de aquecimento a baixas temperaturas, apenas da ordem de centenas de graus Celsius, o que impede a queima total dos combustíveis fósseis. c) hidrelétricas terem o aproveitamento energético baixo, uma vez que parte da água em queda não atinge as pás das turbinas que acionam os geradores elétricos. d) nucleares e termelétricas utilizarem processos de transformação de calor em trabalho útil, no qual as perdas de calor são sempre bastante elevadas. e) termelétricas e hidrelétricas serem capazes de utilizar diretamente o calor obtido do combustível para aquecer a água, sem perda para o meio. Gabarito: D Comentário: De um modo geral, o baixo rendimento ocorre na transformação de calor em trabalho, pois há uma grande perda de calor. Esta transformação de calor em

6 trabalho é a causa determinante para o baixo rendimento e aparece nas usinas nucleares e termelétricas, uma vez que nas hidrelétricas ocorre transformação de energia mecânica em elétrica.