Um reator de água fervente (BWR ) é um tipo de reator nuclear amplamente utilizado em usinas nucleares em todo o mundo, sendo o segundo mais comum depois do reator de água pressurizada (PWR). Representa aproximadamente 22% dos reatores instalados nas usinas nucleares globais.
Projetado principalmente para geração de eletricidade, o BWR emprega água leve como moderador de nêutrons e refrigerante central. Uma de suas peculiaridades é que opera com um único circuito de água, ao contrário dos reatores PWR, que requerem circuitos primário e secundário separados.
Além disso, por trabalhar em pressões mais baixas, o BWR não necessita de um invólucro tão robusto quanto o do PWR, o que simplifica alguns aspectos do seu projeto. Porém, diferentemente do PWR, o BWR não possui gerador de vapor, o que influencia na sua configuração e funcionamento.
Esquema de funcionamento de um reator de água fervente
A energia do reator de água fervente é gerada no núcleo do reator. No núcleo do reator gera reações de fissão nuclear do elemento combustível para obtenção de energia térmica.
A potência do reator é regulada pela introdução ou remoção de hastes de controle do núcleo, onde ocorrem as reações nucleares em cadeia.
No reator BWR a água utilizada é água leve (água de torneira). Este tipo de reator nuclear utiliza um único circuito de resfriamento. A água leve circula pelo núcleo, onde captura o calor das reações nucleares até atingir a temperatura de ebulição e o vapor ser gerado.
O vapor gerado no núcleo do reator sai pela parte superior. Neste ponto, secadores a vapor e separadores de água tratam o vapor que sai do reator. Em seguida, ele segue diretamente para as turbinas.
As turbinas serão responsáveis pelo funcionamento do gerador elétrico e pela geração de energia elétrica.
Por fim, o vapor passa por um condensador para convertê-lo novamente em água líquida e reiniciar o ciclo.
O reator de água fervente utiliza um único circuito de resfriamento, de forma que o vapor que aciona a turbina é constituído pela água que passou pelo interior do reator. Por esta razão, o edifício da turbina deve ser protegido para evitar emissões radioativas.
Principais características de um reator (BWR)
Geração direta de vapor
Ao contrário de outros tipos de reatores, como o reator de água pressurizada (PWR), no BWR a água é aquecida diretamente dentro do núcleo do reator até atingir o ponto de ebulição. Isso significa que o vapor que aciona as turbinas para gerar eletricidade vem diretamente do interior do reator.
Este projeto elimina a necessidade de um circuito secundário, simplificando a transferência de calor.
Uso de água como refrigerante e moderador
O reator utiliza água leve (H₂O) para duas funções essenciais:
- Refrigerante: Absorve o calor gerado durante a fissão nuclear.
- Moderador: Reduz a velocidade dos nêutrons, permitindo que sejam mais eficazes em causar novas fissões.
Isto garante que a reação em cadeia seja sustentável e controlada.
Pressão operacional relativamente baixa
A água ferve dentro do reator a uma pressão mais baixa do que em outros reatores, como o PWR. Isto se traduz em condições operacionais mais seguras e menores exigências em termos de materiais de construção.
Interação direta do vapor com turbinas
O vapor gerado no núcleo viaja através de um circuito diretamente para as turbinas. Lá, sua energia cinética é transformada em energia mecânica e, posteriormente, em energia elétrica por meio de um gerador.
Como não há troca de calor intermediária, o sistema apresenta menos perdas de energia.
Sistema de controle de energia
A potência do reator é regulada por:
- O movimento das hastes de controle, que absorvem nêutrons para retardar a reação em cadeia.
- Ajustar o fluxo de água através do núcleo, o que afeta a quantidade de vapor produzido.
- Este sistema permite uma regulação rápida e precisa da energia gerada.
Contaminação radioativa no circuito primário
Como o vapor vem diretamente do núcleo do reator, pode conter pequenas quantidades de material radioativo. Por esta razão, todo o circuito que transporta o vapor deve ser cuidadosamente blindado e monitorado.
Design de segurança avançado
Embora os BWRs tenham um design mais simples do que outros reatores, eles incluem vários sistemas de segurança, como sistemas de resfriamento de emergência e contenção primária e secundária para evitar a liberação de materiais radioativos.
Vantagens e desvantagens do reator de água fervente
Em comparação com outros tipos de reatores de potência, os BWRs têm os seguintes pontos fortes e fracos:
Vantagens
- O combustível nuclear utilizado pelo reator nuclear são óxidos de urânio enriquecidos entre 2% e 4%.
- O reator de água fervente não utiliza geradores de vapor ou compensadores de pressão.
- O primeiro circuito do reator opera a uma pressão de 70 atmosferas versus 160 atmosferas usadas pelos reatores PWR (reator de água pressurizada).
- Requer temperaturas operacionais mais baixas, inclusive nas barras de combustível.
- Devido à rejeição da absorção de nêutrons no boro e à moderação de nêutrons um pouco mais fraca (devido ao vapor), o tempo de operação do plutônio em tal reator será mais longo do que no PWR.
- O vaso de pressão está sujeito a menos irradiação do que em um reator de água pressurizada. Por esta razão, não se torna tão frágil com a idade.
Desvantagens
- Impossibilidade de recarregar combustível nuclear sem parar o reator nuclear.
- Gestão mais complicada.
- As barras de controle devem ser inseridas por baixo. No caso de perda de energia, eles não poderiam cair no reator por gravidade e o reator não pararia.
- Necessidade de um maior número de sensores de feedback.
- É necessário um recipiente de reator aproximadamente 2 vezes maior em volume do que um PWR de potência comparável.
- Embora seja projetado para pressões mais baixas, é mais difícil de fabricar e transportar.
- Contaminação da turbina com produtos de ativação de água: N-17 de curta duração e vestígios de trítio. Isso complica um pouco o trabalho de manutenção.
- Assim que as hastes de controle entrarem totalmente, a reação para. No entanto, o combustível nuclear ainda emite calor. Isto significa que, uma vez desligado o reator, o líquido refrigerante deve continuar a ser bombeado por um a três anos para ser seguro.
Exemplos em destaque
Alguns exemplos notáveis de reatores nucleares de água fervente (BWRs) incluem:
1. Usina Nuclear de Fukushima Daiichi (Japão)
A usina de Fukushima Daiichi, famosa pelo acidente nuclear de 2011, utilizou reatores BWR projetados pela General Electric. Era uma das instalações nucleares mais importantes do Japão antes do desastre, com seis reatores BWR em operação.
Esta planta tinha seis reatores BWR operacionais: a potência do reator era de 460 MW, enquanto a potência média dos reatores 2 a 6 estava entre 784 e 1.100 MW.
2. Usina Nuclear Browns Ferry (Estados Unidos)
Localizada no Alabama, esta usina é uma das maiores usinas nucleares do mundo em capacidade de geração e opera três reatores BWR. Esses reatores também foram construídos pela General Electric.
Esta planta possui 3 reatores:
- Reator 1: 1.065 MW, em operação desde 1974.
- Reator 2: 1.113 MW, em operação desde 1975.
- Reator 3: 1.113 MW, em operação desde 1977
3. Usina Nuclear de Oskarshamn (Suécia)
A usina de Oskarshamn abriga um dos maiores reatores BWR do mundo em termos de capacidade de geração, projetado para fornecer energia à Suécia e arredores.
4. Usina Nuclear Laguna Verde (México)
É a única usina nuclear do México, localizada no estado de Veracruz, e opera dois reatores BWR. Contribui significativamente para a geração de energia elétrica no país
5. Usina Nuclear Kashiwazaki-Kariwa (Japão)
Considerada uma das maiores usinas nucleares do mundo, Kashiwazaki-Kariwa possui sete reatores, sendo alguns do tipo BWR e outros do tipo ABWR (reatores avançados de água fervente).