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Turbina de uma usina nuclear

Nuclear Power Plant Cattenon,
França

Como funciona uma usina nuclear?

A operação de uma usina nuclear é semelhante à de qualquer outra usina termelétrica. Uma usina nuclear é um tipo de usina termelétrica. Sua função é gerar energia elétrica.

Como funciona uma usina nuclear?

Existem vários tipos de trocas, mas na base eles funcionam da mesma maneira:

  1. Gere reações nucleares. Energia térmica é obtida.
  2. Gere vapor de água com energia térmica.
  3. Ative uma turbina a vapor. Energia mecânica (energia cinética) é obtida.
  4. Acione um gerador elétrico. Eletricidade é obtida.

Uma usina nuclear é uma instalação na qual todo o processo é realizado. A diferença mais importante com outras usinas termelétricas é a maneira de obter energia térmica. Em uma usina nuclear, ela é realizada no reator nuclear.

Os outros tipos de usinas termelétricas são principalmente aqueles que usam combustíveis fósseis. Carvão ou gás natural principalmente. Também existem usinas térmicas solares que usam o sol para gerar vapor.

O que é uma reação nuclear?

Uma reação nuclear é uma alteração no núcleo de um átomo.

Os átomos são feitos de uma combinação de sub-partículas. Prótons e nêutrons. Essas subpartículas são ligadas por ligações de força que possuem uma grande quantidade de energia. 

O conceito de energia nuclear refere-se à energia do núcleo. O conceito de energia atômica se refere ao átomo. No entanto, nos dois casos, queremos dizer a mesma coisa.

Se essa estrutura atômica for alterada, duas coisas podem acontecer:

Nos dois casos, uma grande quantidade de energia térmica é liberada.

Hoje, todas as usinas nucleares usam reatores de fissão. A fusão nuclear ainda não é viável.

Que tipos de usinas nucleares existem?

Em todo o mundo, 90% das plantas usam reatores de água leve. Água leve é ​​água corrente; na engenharia nuclear é chamado assim. São distinguidos dois tipos de reatores de água leve:

  • Reator nuclear de água pressurizada (PWR).
  • Reator Nuclear de Água a Ferver (BWR). 

Entre esses dois tipos de reator, o reator de água pressurizada é o mais amplamente utilizado no mundo.

Como funciona uma usina nuclear de água pressurizada?

Como funciona uma usina nuclear?

A operação básica de uma usina nuclear com um reator de água pressurizada pode ser simplificada em 4 etapas:

  1. Obtenção de energia térmica por fissão nuclear do núcleo dos átomos ( núcleo atômico) do combustível nuclear.
  2. Gere vapor de água usando a energia térmica anteriormente obtida do gerador de calor.
  3. Ative um conjunto de turbinas usando o vapor de água obtido.
  4. Aproveite a energia mecânica das turbinas para acionar um gerador elétrico. Este gerador elétrico irá gerar eletricidade.

Do ponto de vista físico, várias mudanças de energia são observadas:

Inicialmente, temos energia nuclear (aquela que mantém coesos os núcleos dos átomos). Mais tarde, quando quebra, é convertido em energia térmica. Com a ajuda da termodinâmica, parte da energia térmica é convertida em vapor.

A energia térmica se torna energia interna da água (agora vapor). A energia interna e a energia térmica da água são transformadas em energia cinética ao dirigir a turbina.

Finalmente, o gerador converte energia cinética em energia elétrica.

Circuitos de água

As usinas nucleares que operam com um reator de água pressurizada têm dois circuitos de água:

  • Circuito primário. Atravessa o reator.
  • Circuito secundário. Atravessa as turbinas a vapor.

No circuito primário, a água é submetida a alta pressão. Ao passar pelo reator, a água adquire uma temperatura muito alta e a pressão impede que ela seja gaseificada. Não pode ser convertido em vapor. Esse é o objetivo.

O circuito secundário também está fechado. Parte da água é convertida em vapor. É aquecido porque está em contato com o circuito primário. O vapor passa através da turbina.

Finalmente, é resfriado por estar em contato térmico com uma fonte de água externa.

O que acontece no reator nuclear?

O reator nuclear é a parte mais sensível e mais importante da planta.

O reator é responsável por converter a energia nuclear em energia térmica. No interior são colocadas as barras de combustível nuclear. Geralmente urânio. O urânio é muito instável.

Se um nêutron colidir com um átomo de urânio, é altamente provável que ele se quebre. Esse intervalo é uma reação de fissão nuclear. Pedaços do átomo e mais um ou dois nêutrons são liberados em uma fissão nuclear. Esses nêutrons podem colidir com átomos e gerar reações em cadeia.

Se essas reações não fossem controladas, ocorreriam mais e mais reações por segundo. O calor gerado seria tão alto que não poderia ser contido e o reator derreteria (como em Chernobyl e Fukushima).

Para impedir que isso aconteça, existem barras de controle. Barras de controle têm a capacidade de atrair nêutrons. Sem nêutrons não há mais reações.

Construção de contenção

O edifício de contenção é o edifício onde estão localizadas a usina nuclear e o circuito primário. As partes mais sensíveis da usina nuclear.

O edifício de contenção foi projetado para:

  1. Contenha possíveis explosões.

  2. Evite a possível fuga de radiação nuclear para o exterior.

Como a eletricidade é gerada?

Quando o vapor atinge a turbina, transfere grande parte de sua energia térmica para a turbina. Agora a turbina tem energia mecânica, gira.

Esta turbina está conectada a um gerador elétrico. o gerador transforma energia cinética em energia elétrica.

Como funciona uma usina nuclear?

O vapor de água que sai da turbina perdeu muita energia térmica, mas ainda é vapor muito quente. Ele deve ser refrigerado antes de colocá-lo novamente no circuito. 

Ao sair da turbina, o vapor vai para um tanque de condensação. A água estará em contato térmico com alguns canos de água fria do lado de fora. O vapor d'água fica líquido. Através de uma bomba, a água é direcionada de volta ao reator.

O ciclo se repete.

Qual é a fumaça saindo das chaminés das usinas nucleares?

A fumaça branca que sai das chaminés das usinas nucleares é vapor de água.

Quando a água fria entra em contato térmico com o vapor que sai das turbinas, ela se aquece rapidamente. O calor é transferido. Devido ao calor, parte dessa água externa é convertida em vapor.

Por esse motivo, as usinas nucleares são sempre instaladas perto de uma fonte abundante de água fria. Pode ser o mar, um rio ou um lago. É necessária água para resfriamento no tanque de condensação.

Sumário

Uma usina nuclear visa extrair energia de um átomo e convertê-la em eletricidade.

Este processo é realizado em 4 etapas.

  1. Converta a energia do átomo em energia térmica através de reações nucleares.
  2. Gere vapor usando essa energia térmica.
  3. Opere uma turbina a vapor.
  4. Converta a energia cinética da turbina em eletricidade. Gerador elétrico.

Referências

Autor:

Data de publicação: 10 de dezembro de 2009
Última revisão: 11 de maio de 2020