Ementa de Máquinas Térmicas - Curso de Engenharia Mecânica

MÁQUINAS TÉRMICAS MEC4000A Horário 6869 Modalidade presencial Bloco 58203 CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA SEMESTRE 232 Prof Dr Giovani Dambros Telli gdtelliucsbr EMENTA Introdução ao estudo das máquinas térmicas e suas aplicações Análise de 2º Princípio da Termodinâmica aplicada às máquinas térmicas Cap 10 Sonntag6ª ed ou Cap 8 8ª ed ou Cap 7 MoranShapiro Avaliação dos equipamentos de troca térmica Cap 11 Incropera com apoio dos capítulos 7 e 8 Estudo dos combustíveis e do processo de combustão Cap 14 Sonntag6ª ed ou Cap 13 8ª ed Estudo dos ciclos de geração de potência a vapor e a gás Cap 11 Sonntag6ª ed ou Cap 9 8ª ed Caracterização das máquinas a vapor turbinas e caldeiras Simulação de sistemas de conversão de energia OBJETIVOS Desenvolver no aluno as competências e habilidades necessárias para analisar simular e projetar detalhadamente instalações típicas no campo das Máquinas TérmicasSistemas Térmicos dimensionando eou selecionando adequadamente os diversos equipamentos e componentes envolvidos Competências C e Habilidades H C1 Compreender e utilizar os conceitosleis da Termodinâmica e da Transferência de Calor aplicáveis ao funcionamento das máquinas térmicas H1 Aplicar os conceitos de sistemas fechados e de volumes de controle à operação das máquinas térmicas H2 Representar esquematicamente a operação cíclica de máquinas térmicas indicando os estados envolvidos e as interações de energia entre elas e as fontes externas de calor H3 Distinguir as diferentes formas de operação cíclica das máquinas térmicas com seus fluidos de trabalho H4 Identificar os principais métodos de análise de trocadores de calor visando ao cálculo da área de troca térmica desses componentes H5 Evidenciar os fatores de irreversibilidade na operação das máquinas térmicas implicando na redução de seus rendimentos térmicos e exergéticos H6 Representar os ciclos operacionais das máquinas térmicas ideais e reais em diagramas de propriedades H7 Modelarsimular a operação de máquinas térmicas por meio de métodos matemáticos conhecidos e simuladores comerciais disponíveis C2 Compreender a interação entre o funcionamento das máquinas térmicas e o meio externo ambiente H1 Caracterizar a disponibilidade energética contida nas substâncias combustíveis por meio de diferentes análises H2 Reconhecer as diferentes formas de conversão da energia contida nas substâncias combustíveis H3 Reconhecer o processo de combustão como o mais aplicado tecnologicamente na conversão da energia química contida nos combustíveis em energia térmica H4 Entender os diferentes processos de combustão e suas emissões ao meio ambiente H5 Aplicar as leis da Termodinâmica aos sistemas reagentes envolvendo as propriedades dos reagentes e produtos H6 Buscarentender os meios para minimizar o impacto do funcionamento das máquinas térmicas ao meio ambiente H7 Identificar e manter sob controle as formas seguras de operação dos componentes constituintes das máquinas térmicas BIBLIOGRAFIA BÁSICA BORGNAKKE Claus SONNTAG Richard E Fundamentos da termodinâmica 8 ed São Paulo Blücher 2013 Disponível na UCS como livro eletrônico INCROPERA F R et al Fundamentos da Transferência de Calor e de Massa 7 ed Rio de Janeiro LTC 2014 ISBN 9788521626114 Disponível na UCS como livro eletrônico BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR MORAN Michael J et al Princípios de termodinâmica para engenharia 8 ed Rio de Janeiro LTC 2018 Disponível na UCS como livro eletrônico KREITH F Princípios de Transferência de Calor 2 ed São Paulo Cengage Learning 2015 ISBN 9788522122028 Disponível na UCS como livro eletrônico GARCIA R Combustíveis e Combustão Industrial 2 ed Rio de Janeiro Interciência 2013 Disponível na UCS como livro eletrônico LORA EES e VENTURINI OJ Biocombustíveis Editora Interciência 2012 Disponível na UCS como livro eletrônico MAZURENKO AS SOUZA Z e LORA EES Máquinas Térmicas de Fluxo Rio de Janeiro Interciência 2013 Disponível na UCS como livro eletrônico GRANET I Termodinâmica e Energia Térmica 4ª edição Rio de Janeiro Ed PrenticeHall do Brasil 1995 SANTOS Nelson Oliveira dos Termodinâmica Aplicada às Termelétricas Teoria e Prática Rio de Janeiro Interciência 2000 Obs O termo MT é empregado também em sentido mais amplo para incluir todos os dispositivos que produzem trabalho mesmo não operando em um ciclo termodinâmico MCI e as instalações com TG Definição de Máquinas Térmicas são aquelas máquinas que operando em um ciclo termodinâmico realizam um trabalho líquido positivo às custas da transferência de calor de uma fonte a alta temperatura para uma fonte a baixa temperatura MT QH QL MT Queima de um combustível Sól Líq Gás Fissão Nuclear Fusão Nuclear Energia Solar Energia geotérmica Água de refrigeração em circuito aberto rio lago mar etc em circuito fechado usando Torre de Resfriamento CT a Vapor CT a Gás CT a Ciclo Combinado CT a Ciclos Avançados MCI Qual a importância do desenvolvimento e do estudo de máquinas térmicas Energia proveniente de máquinas térmicas Qual a importância do desenvolvimento e do estudo de máquinas térmicas Geração de eletricidade e calor 41 Indústria 24 Transporte 24 Residencial 8 Outros 3 Emissão global de CO2 por setor em 2017 Fonte Adaptado de IEA 2019 Preocupações ambientais Efeito estufa Qual a importância do desenvolvimento e do estudo de máquinas térmicas Gases de efeito estufa A indústria necessita urgentemente de tecnologias mais limpas e eficientes para reduzir as emissões de gases poluentes Qual a importância do desenvolvimento e do estudo de máquinas térmicas Emissões mundiais de CO2 2020 x 2019 IEA International Energy Agency CENTRAIS TERMELÉTRICAS A VAPOR TUBULÃO DE VAPOR CALDEIRA AQUATUBULAR TURBINA A VAPOR Caldeira Fumotubular ou Flamotubular Conjunto câmara de combustão e espelhos dianteiro e traseiro Câmara de combustão VAPOR CVSHP Caldeira de Vapor Saturado Horizontal Pressurizada VIESMANN VITOMAX 300 Laboratório de combustão da Weishaupt SP fabricante de queimadores CALDEIRA AQUATUBULAR TURBINA A VAPOR VAPOR SUPERAQUECIDO Serviços de endoscopia industrial inspeção de caldeiras CENTRAIS TERMELÉTRICAS À CARVÃO CONVENCIONAIS Pulverized Fuel Combustion PFC Condições de operação do vapor 160 bar 560 ºC 38 40 AVANÇADAS À pressão supercríticas Supercritical Pressure Cycle SPC Condições de operação do vapor 250 bar 540 ºC 50 À pressão ultrasupercrítica Ultrasupercritical Pressure Cycle USC Condições de operação do vapor 350 bar 700 ºC 50 52 De gaseificação de carvão integradas a ciclos combinados gásvapor Integrated Gasification Combined Cycle IGCC Condições operacionais 1300 1500 ºC na gaseificação 42 44 À leito fluidizado pressurizado Pressurized Fluidized Bed Combustion PFBC vapor é gerado na caldeira de leito fluidizado pressurizado O vapor aciona uma turbina que gera 80 da potência e os gases quentes de combustão pressurizados acionam uma turbina a gás restantes 20 40 45 Exemplo 1 Uma turbina a vapor recebe vapor dágua à pressão de 1 MPa e 300 ºC O vapor sai da turbina à pressão de 15 kPa O trabalho produzido pela turbina foi determinado obtendose o valor de 600 kJkg de vapor que escoa através da turbina Determinar a eficiência isentrópica da turbina Volume de controle turbina Estado de entrada pe e Te conhecidos estado determinado Estado de saída ainda não definido embora ps é conhecida Processo em regime permanente RP Modelo tabelas termodinâmicas da água Análise isentrópica da turbina que implica na sua eficiência isentrópica dada pela equação 𝜂𝑇𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎 𝑤𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑤𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑤𝑎 𝑤𝑠 A determinação da eficiência da turbina envolve o cálculo do trabalho que seria realizado no processo isentrópico entre os estados de entrada e a pressão de saída Para esse processo isentrópico temos Equação da conservação da massa me ms m 1ª LT para processo teórico adiabático reversível processo isentrópico desprezando q EC e EP he h s ws 2ª LT desprezando q e sger se sss ሶ𝒎𝒆 ሶ𝒎𝒔 ሶ𝒎𝒗𝒂𝒑𝒐𝒓 Solução Das tabelas termodinâmicas da água B13 temos hℓ 30512 kJkg sℎ 71229 kJkg K Portanto à ps 15 kPa sℎ sss 71229 kJkg K e da tabela B12 temos que o estado teórico na saída é de saturação líquidavapor Assim temos xss sss sl sv 71299 07549 72536 08779 hss hℓ xsshℎv 2259 08779 23731 23093 kJkg Da 1ª LT para o processo isentrópico temos ws hc hss 30512 23093 7419 kJkg Como porém wa 600 kJkg obtémse ηturbina wa ws 600 7419 0809 809 ps ሶ𝒎𝒆 ሶ𝒎𝒔 ሶ𝒎𝒗𝒂𝒑𝒐𝒓 Programa CycleTempo Dados de entrada Processo teórico Programa CycleTempo Asimptote Holanda Processo real Exemplo 2 Uma turbina a gás recebe ar à pressão a 1600 K O ar sai da turbina à pressão de 100 kPa e 830 K Sabendo que a eficiência isotrópica da turbina é igual a 085 determine a pressão na seção de alimentação da turbina Volume de controle turbina Estado de entrada Te conhecidos ainda não definido embora Te é conhecido Estado de saída ps e Ts conhecidos estado determinado Processo em regime permanente RP Modelo tabelas termodinâmicas do ar A7 Análise isentrópica da turbina que implica na sua eficiência isentrópica dada pela equação 𝜂𝑇𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎 𝑤𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑤𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑤𝑎 𝑤𝑠 CICLOS COMBINADOS GÁS VAPOR OPERANTES COM GÁS NATURAL CONVENCIONAL Componentes principais Turbina a Gás Caldeira de Recuperação Heat Recovery Steam Generator HRSG e Turbina a Vapor Na TG é gerada cerca de 23 da potência total e os 13 restantes são gerados na TV Condensador Saída dos gases de combustão Turbina a gás Caldeira de recuperação HRSG Bomba ሶ𝑊𝐵 ሶ𝑄𝐿 VARIANTES Ciclo STIG Steam Injection Gas Turbine pequena quantidade de vapor gerado no HRSG é injetado na Câmara de Combustão da TG Ciclo HAT Humidity Air Turbine água é pulverizada no ar de ingresso da TG Ciclo Cheng só emprega a TG e o vapor produzido na HRSG é todo injetado na câmara de combustão da turbina IGCC Integrated Gasification Combined Cycle ORC Organic Rankine Cycle operante com refrigerantes amônia NH3 Ciclo Kalina R123a R245fa R290 gás propano GWP 3 R600a R1234yf GWP 4 Global Warming Potential e há também o ODP Ozone Depletion Potential Conceitos de operação e disposição das TGs para emprego industrial ou aeronáutico Combustor C CB CA C C C C C T TB TA T TP T T T T CELMA KAWASAKI HEAVY INDUSTRIES LTD Geração e Cogeração de Energia GAS TURBINES Volkov TG de dois eixos de derivação aeronáutica General Electric Modelo LM6000 CB CA TB Balanço térmico de uma TG simples TIT 1280 ºC e vazão de ar de 600 kgs LHV Lower Heating Value ou Poder Calorífico Inferior PCI HHV Higher Heating Value ou Poder Calorífico Superior PCS ሶ𝑃𝐶𝐶 ሶ𝑚𝐺𝑁 𝐿𝐻𝑉𝐺𝑁 1417 4414 62546 𝑀𝑊 𝜂𝐿𝐻𝑉 ሶ𝑃𝑙𝑖𝑞 ሶ𝑚𝐺𝑁 𝐿𝐻𝑉𝐺𝑁 ሶ𝑃𝑙𝑖𝑞 ሶ𝑃𝐶𝐶 2223 62546 100 3554 𝐴𝑟 𝐶𝑜𝑚𝑏 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 506 1417 3571 𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑟 𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝐶𝑜𝑚𝑏 Programa CycleTempo Alterando a relação arcombustível 𝐴𝑟 𝐶𝑜𝑚𝑏 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 506 1417 3571 𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑟 𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝐶𝑜𝑚𝑏 𝐴𝑟 𝐶𝑜𝑚𝑏 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 151 1 151 𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑟 𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝐶𝑜𝑚𝑏 ANALISANDO O PROCESSO DE COMBUSTÃO Programa CycleTempo 𝐴𝑟 𝐶𝑜𝑚𝑏 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 506 1417 3571 𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑟 𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝐶𝑜𝑚𝑏 Programa CycleTempo 𝐴𝑟 𝐶𝑜𝑚𝑏 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 151 1 151 𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑟 𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝐶𝑜𝑚𝑏 Esquema de uma instalação com TG em circuito aberto estacionária sem recuperação I turcompressor II câmara de combustão III turbina a gás IV alternador V motor de arranque e excitatriz Esquema de uma instalação com TG em circuito aberto estacionária com recuperação I compressor II câmara de combustão III turbina a gás IV alternador V motor de arranque VI excitatriz VII recuperador de calor Superaquecedor Turbina a vapor Economizador Evaporador Turbina a gás Corpo cilíndrico Diagrama de recuperação térmica de uma Caldeira de Recuperação Ciclo combinado gás vapor e a Caldeira de Recuperação Potência térmica trocada Temperatura ºC superaquecimento evaporação Préaquecimento Ponto de pinça T Andamento dos rendimentos de conversão de calor em trabalho mecânico na história da técnica Rendimento de instalações de tecnologia avançada Li et al Appl Therm Eng 126 255275 2017 combined cycle gas turbine Esquema de uma central a ciclo combinado gás vapor Esquema simplificado de uma instalação IGCC Integrated Gasification Combined Cycle ou BIOMASSA As instalações IGCC foram concebidas para desenvolver formas alternativas mais eficientes do ponto de vista energético ambiental e econômico para a geração de potência a partir do carvão promover e estimular o uso de tecnologias limpas para o carvão para atender as atuais legislações referentes às emissões e reduzir a dependência energética baseada no Gás Natural Vantagens das instalações IGCC PFC Pulverized Fuel Combustion maior eficiência pela presença do ciclo combinado menor impacto ambiental menor consumo de energia primária e possibilidade de construção por partes Instalação IGCC Esquema de base CARVÃO ou BIOMASSA Instalação IGCC de Puertollano Espanha Esquema de processo Instalação IGGC de Puertollano Espanha Esquema de processo continuação Instalação IGCC de Puertollano Espanha 105 m TR Prédio do gaseificador Instalação IGCC de Puertollano Espanha Programa CycleTempo Simulação de um turbogás simples CC Turbogás Turbina a vapor Caldeira de Recuperação HRSG Sistema de aproveitamento de calor Instalação de cogeração de calor e potência ሶ𝑄30 ሶ𝑚30 Δℎ3031 300928 46208 29311 5084780 𝑘𝑊 𝑃𝐶𝐶 ሶ𝑚𝐺𝑁 𝐿𝐻𝑉𝐺𝑁 2727 38000 103626 𝑘𝑊 𝜂𝑒𝑙𝑏𝑟𝑢𝑡𝑜 ሶ𝑃𝑇𝐺 ሶ𝑃𝑇𝑉 ሶ𝑃𝐶𝐶 394 𝜂𝑒𝑙𝑙𝑖𝑞 ሶ𝑃𝑇𝐺 ሶ𝑃𝑇𝑉 σ ሶ𝑃𝐵 ሶ𝑃𝐶𝐶 ሶ𝑃31 ሶ𝑚31 Δℎ3132 46944 𝑘𝑊 𝜂𝑐𝑜𝑔𝑒𝑟𝑏𝑟𝑢𝑡𝑜 ሶ𝑃𝑇𝐺 ሶ𝑃𝑇𝑉 ሶ𝑄30 ሶ𝑃𝐶𝐶 884 Programa CycleTempo Water inlet Air inlet CC H2 Steam Gas outlet O esquema abaixo pode ser de um sistema de geração de potência a gásvapor integrado a um processo de gaseificação e qual a eficiência elétrica do ciclo HRSG Gases de escape 15 TG Entrada de ar Gás combustível 100 Gerador Eletricidade 34 Exaustão da TG 66 Vapor 54 TV Gerador Eletricidade 15 Aliment 3 Bomba de alimentação de água 1 Condensado 2 Condensador Água de resfriamento 37 Os números identificados na figura anterior um total de 10 números representam percentuais de energia em relação à entrada de gás combustível 100 Dividindo o sistema total em dois subsistemas como mostrado através dos dois retângulos abaixo identifique nesses retângulos e entre eles os fluxos de energia com os valores da figura anterior Indique os rendimentos térmicos dos subsistemas 𝜂𝑆𝐺 e 𝜂𝑆𝑉 e do sistema global 𝜂𝐺 Formule uma equação que determine o rendimento global em função dos rendimentos dos dois subsistemas Subsistema de potência a Gás Subsistema de potência a Vapor ሶ𝐸𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 ሶ𝑊𝑆𝐺 ሶ𝑊𝑆𝑉 ሶ𝑊𝐵 ሶ𝐸𝐺𝐶 ሶ𝐸𝐶ℎ𝑎𝑚𝑖𝑛é ሶ𝐸𝑜𝑢𝑡𝑟𝑎𝑠 𝑝𝑒𝑟𝑑𝑎𝑠 𝜂𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 ሶ𝑊𝑆𝐺 ሶ𝑊𝑆𝑉 ሶ𝑊𝐵 ሶ𝐸𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 ሶ𝑊𝑆𝐺 ሶ𝐸𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 ሶ𝑊𝑆𝑉 ሶ𝑊𝐵 ሶ𝐸𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 𝜂𝑆𝐺 ሶ𝑊𝑆𝑉 ሶ𝑊𝐵 ሶ𝐸𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 ሶ𝐸𝐺𝐶 ሶ𝐸𝐺𝐶 𝜂𝑆𝐺 ሶ𝑊𝑆𝑉 ሶ𝑊𝐵 ሶ𝐸𝐺𝐶 ሶ𝐸𝐺𝐶 ሶ𝐸𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙 𝜂𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝜂𝑆𝐺 𝜂𝑆𝑉 1 𝜂𝑆𝐺 𝜼𝑻𝒐𝒕𝒂𝒍 𝜼𝑺𝑮 𝜼𝑺𝑽 𝜼𝑺𝑽 𝜼𝑺𝑮 Ciclo a gás simples e diagrama de energia representativo C T CC Ciclo de cogeração e diagrama de energia representativo TV Água de refrigeração Ciclo combinado gásvapor e diagrama de energia representativo TABELA 1 CUSTO DE GERAÇÃO DE CICLOS COMBINADOS EM MANAUS TABELA 2 CUSTO DE GERAÇÃO POR MOTORES DIESEL O consumo de GN por unidade de potência produzida é menor do que o OD nos motores ou seja são necessários apenas 190 kg de GNMWh gerado rendimento térmico de 45 contra 228 kg de ODMWh rendimento térmico de 31 O GN sendo um combustível gasoso a combustão é mais eficiente devido à maior facilidade de mistura com o ar gerando menores quantidades de materiais particulados MP e de monóxido de carbono CO 785 kgdia contra 230 para uma planta de 100 MW O GN quase não possui enxofre 00004 e desta forma sua combustão não produz SOx um dos causadores das chuvas ácidas A formação do dióxido de carbono CO2 é inevitável e sua quantidade aumenta na medida em que a combustão se torna mais eficiente Entretanto quando se compara os índices de emissão de CO2 entre uma instalação a OD e um ciclo combinado que opera com GN notase uma significativa redução nessa 2ª opção A quantidade de CO2 formada na combustão do GN é em torno de 277 kg kg de GN contra algo em torno de 311 kg de CO2kg de OD Em termos de unidade de energia os valores ficam em 470 kg de CO2MWh nas plantas a ciclo combinado operantes com GN enquanto para as plantas que funcionam com OD a produção de CO2 fica em torno de 950 kgMWh FISSÃO NUCLEAR Na fissão nuclear os núcleos de átomos pesados urânio tório etc são bombardeados e fragmentados A massa da partícula inicial é maior com relação àquela obtida da soma dos produtos da reação A diferença é transformada em energia Energia Nuclear Radiação α β γ FUSÃO NUCLEAR Na fusão nuclear os núcleos de dois átomos leves trízio e deutério se unem para formar um só núcleo de hélio cuja massa é ligeiramente inferior àquela que se espera da soma das massas de partida A diferença é transformada em energia A fusão é o processo físico que faz brilhar as estrelas fornecendo energia praticamente sem exaurirse O processamento do urânio O elemento químico urânio é um minério encontrado em formações rochosas da crosta terrestre Na natureza o urânio está na forma de um sal de cor amarela yellowcake que é o U3O8 U238 com apenas 07 de U235 A conversão do yellowcake U3O8 se dá em hexafluoreto de urânio UF6 Inicialmente o yellowcake é dissolvido e purificado obtendose então o urânio nuclearmente puro Na sequência é convertido para o estado gasoso UF6 para permitir a transformação seguinte o enriquecimento isotópico O enriquecimento isotópico no qual se enriquece a mistura com U235 que é o isótopo físsil responsável pela reação em cadeia nos reatores nucleares No processo de enriquecimento é aumentada a concentração de U235 acima da natural ou seja de 07 para algo em torno de 3 permitindo seu uso na geração de energia elétrica Na reconversão o UF6 é transformado em dióxido de urânio UO2 ou seja é o retorno do gás UF6 ao estado sólido sob a forma de pó de UO2 aumentando a concentração de U235 A partir do pó de UO2 são fabricadas as pastilhas de mais ou menos 10 mm de diâmetro por 10 mm de espessura Essas pastilhas são colocadas no interior de varetas de zircaloy liga de zircônio hermeticamente seladas e que suportam temperaturas de até 1850 ºC Em meio as pastilhas de UO2 são colocadas pastilhas de califórnio elemento químico que naturalmente emite nêutrons e que dará a partida à reação de fissão Mais de 200 varetas são necessárias para formar o chamado elemento combustível que contem mais de 500 kg de UO2 No total são mais de 10 milhões de pastilhas de UO2 OBS 1 kg de lenha produz cerca de 1 kWh de energia 1 kg de carvão produz cerca de 3 kWh 1 kg de óleo combustível produz cerca de 4 kWh 1 kg de U235 produz cerca de 50000 kWh equivale a 12500 kg de óleo 1 kg de plutônio produz cerca de 6 milhões de kWh PRINCIPAIS TIPOS DE REATORES NUCLEARES Reator de Água Pesada óxido de deutério D2O ou 2H2O HWR Heavy Water Reactor ou Candu tecnologia canadense e opera de modo similar ao PWR porém com água pesada e pressão ligeiramente superior à pressão atmosférica OBS MD2O 2004 kgkmol H2 pesados 1 nêutron 1 próton sendo usado na captura de NEUTRINOS Reator de água pressurizada PWR 1 Reator nuclear 2 Geradores de vapor 3 Bombas do circuito primário 4 Tubulação do circuito primário 5 Pressurizador 6 Acumuladores água borada 7 Esfera de contenção 8 Prédio da área nuclear e 9 Espaço anular Dados de Angra 1 reator PWR em operação desde 1982 potência de 657 MW nº de elementos combustíveis 121 massa de UO2elemento 530 kg Dados de Angra 2 reator PWR em operação desde fevereiro de 2001 potência de 1300 MW nº de varetas 45000 nº de elementos combustíveis 193 massa de UO2elemento 530 kg condições de operação do reator água a pressão de 160 bar e temperatura de 340ºC As usinas nucleares Angra 1 e Angra 2 em 2012 bateram o recorde de geração totalizando 16040790 megawattshora MWh segundo dados da Eletronuclear Um volume de energia suficiente para suprir as necessidades das cidades de Fortaleza Belo Horizonte e Porto Alegre durante um ano Vaso de Pressão do Reator Bomba de Refrigeração do Reator Suporte da bomba Geradores de Vapor Pressurizador Sistema de resfriamento de emergência do núcleo do reator Armazenamento mais seguro de rejeitos nucleares Zirconato de gadolínio pode conter radiação do plutônio por 30 milhões de anos Os pesquisadores de Michigan avaliaram também a resistência do titanato de gadolínio cerâmica que estava sendo cogitada para a contenção de radioatividade Participação da energia nuclear na produção de energia elétrica Submarino nuclear made in Brazil O País já desenvolveu o processo de enriquecimento de urânio e agora construiu um protótipo de reator nuclear Falta aprender a fabricar o casco O submarino nuclear de ataque é movido a energia nuclear mas não é armado com bombas atômicas Ele pode descer até a profundidade de 350 metros e desenvolver uma velocidade de 24 nós 44 kmh O submarino que o Brasil vai construir pesa 6000 t mede 95 metros de comprimento 10 metros de diâmetro e transporta uma tripulação de 70 a 80 pessoas CÉLULAS A COMBUSTÍVEL FUEL CELLS transformam a energia química de um combustível Hidrogênio Gás Natural etc diretamente em energia elétrica TIPOS PAFC Phosforic Acid Fuel Cell PEM Prótom Exchange Membrane MCFC Molten Carbonate Fuel Cell SOFC Solid Oxide Fuel Cell Alcalina DAFC Direct Alcohol Fuel Cell na qual o catodo também retira os átomos de hidrogênio do álcool desenvolvendo a função de reformador Tipo Eletrólito Ião de transporte Temperatura C Eficiência Reforma do combustível Combustível Densidade de potência Wm² Restrições Tendências de custo e rendimentos das células a combustível Redução dos custos Melhoramento dos rendimentos Ano Ano kW instalado Rendimento elétrico híbridas híbridas Exemplo de um sistema centralizado convencional de geração de energia elétrica Exemplo de um sistema descentralizado de geração de energia elétrica