As Usinas Nucleares

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PROJETO – Análise termodinâmica de uma máquina térmica Etapa: 1                Turma teoria: 032

Nome: Leonardo Ferreira dos Santos        No.  12.217.079-8               Nome: Tiago Costa de Oliveira        No.  12.115.007-2                   Nome: Leandro de Oliveira Silva        No.  12.217.068-1                   Nome: _________________________________________        No.  _ _ . _ _ _ ._ _ _  - _ _                   Nome: _________________________________________        No.  _ _ . _ _ _ ._ _ _  - _ _

Avaliação

A) – O que é uma máquina térmica?

Uma máquina térmica é todo aquele dispositivo que converte energia em forma de calor em trabalho para realizar alguma ação. Toda maquina térmica utiliza alguma substancia para a realização do trabalho, nas máquinas a vapor, a água é a substancia de trabalho, tanto na forma liquida quando na forma de vapor (forma gasosa). Nos motores de automóvel, a substancia de trabalho é uma mistura de ar e gasolina. A fim de que a máquina realize o trabalho de maneira continua, a substancia de trabalho deve operar em ciclo, ou seja, deve passar por uma série fechada de procedimentos termodinâmicos.

O diagrama de funcionamento de uma máquina térmica esquematizado na figura 1.

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Figura 1. Elementos e processos de uma máquina térmica [3]

B) – A usina nuclear “Um estudo sobre o reator nuclear”

Para fins de análise, escolhemos, especificamente, a usina nuclear, pois, apesar de utilizarmos desta fonte energética no Brasil, há, ainda, obscuridade quanto ao seu funcionamento. Para esclarecimento inicial damos um breve resumo.

Uma usina nuclear é uma unidade industrial construída para produzir energia elétrica a partir de elementos radioativos como urânio e plutônio, a energia nuclear e uma alternativa as limitações das fontes de energias naturais, como rios (hidroelétricas), carvão, gás natural e petróleo. Também e considerada mais eficiente e barata para a geração do que a energia eólica.

A energia nuclear sofre o processo de fissão nuclear. A fissão é o processo de forçar a divisão de um átomo para formar dois outros, mais leves. A reação também libera energia e um nêutron livre.

O processo descrito abaixo esquematiza o processo de funcionamento das usinas nucleares.

1. Inicialmente, Com a fissão do urânio enriquecido, há a produção de energia térmica. No sistema primário, a água é utilizada para resfriar o núcleo do reator nuclear.[5][6]
2. No sistema secundário, a água aquecida pelo sistema primário transforma-se em vapor de água em um sistema chamado gerador de vapor. O vapor produzido no sistema é utilizado para movimentar a turbina de um gerador elétrico.[5][6]
3. O vapor de água produzido no sistema secundário é então transformado em água através de um condensador que, por sua vez, é resfriado por um sistema de refrigeração. Esse sistema bombeia água do mar, água fria, através de circuitos de resfriamento que ficam dentro do condensador.[5][6]
   

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Figura 2. Esquema de funcionamento de uma usina nuclear.[6]

C) Descrição e características termodinâmicas dos elementos da usina nuclear

Os elementos combustíveis são geralmente constituídos por barras cilíndricas longas ou placas retangulares de urânio ou outro material físsil envolvido por um revestimento. O urânio pode estar na forma metálica pura, na forma de um composto (em geral um óxido) ou na forma de uma liga com outro metal (em geral alumínio ou zircônio). Além de ser físsil, o combustível nuclear deve apresentar as seguintes propriedades: elevada condutividade térmica, boa resistência à corrosão, boa resistência mecânica em altas temperaturas e temperatura máxima de operação elevada. A temperatura máxima de operação do combustível nuclear é um dos fatores mais importantes no projeto térmico de um reator. [7] (TERREMOTO, 2004)

ANGRA 2
Potência do reator	-		Mat. Refrigerante	H2O
Térmica	3.771Mwt	Vazão do núcleo	67.680 (t/h)
Elétrica	1.350Mwe	Temp. Média	308,6(°C)
Rendimento Térmico	35.8%	Gerador de Vapor	-
Características do Núcleo	-	Tipo	Vertical tubos em U com reaquecedor
Mat. Combustível	Urânio enriquecido	Material	20 Mn Mo Ni 55
Mat. Revestimento	ZIRCALOY 4 (Zr)	Condição do vapor na turb.	-
Irradiação final	50.000(MWd/t) (Máx)	Temperatura	280(°C)
Sistemas da Usina	-	Pressão	64.2(kg/cm2)
Vaso do reator	20 Mn Mo Ni 55	Vazão	7.398(t/h)
Mat. do revestimento	DIN 1.4550 (AISI 316L)	Umidade	0.25%
Pressão Sys	157.0(kg/cm2)	Rotação da turb.	1800 RPM

Figura 3. Tabela com características térmicas e técnicas do núcleo do reator [8]

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