{"id":47731,"date":"2019-11-06T03:36:46","date_gmt":"2019-11-06T02:36:46","guid":{"rendered":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/o-que-e-eficiencia-termica-de-usinas-nucleares-definicao\/"},"modified":"2020-01-24T17:40:32","modified_gmt":"2020-01-24T16:40:32","slug":"o-que-e-eficiencia-termica-de-usinas-nucleares-definicao","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/pt-br\/o-que-e-eficiencia-termica-de-usinas-nucleares-definicao\/","title":{"rendered":"O que \u00e9 efici\u00eancia t\u00e9rmica de usinas nucleares – Defini\u00e7\u00e3o"},"content":{"rendered":"
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Efici\u00eancia t\u00e9rmica de usinas nucleares.\u00a0Nas modernas usinas nucleares, a efici\u00eancia termodin\u00e2mica geral \u00e9 de cerca de um ter\u00e7o (33%).\u00a0Engenharia T\u00e9rmica<\/div>\n<\/div>\n
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Efici\u00eancia t\u00e9rmica de usinas nucleares<\/h2>\n

A\u00a0efici\u00eancia t\u00e9rmica<\/strong><\/a>\u00a0da convers\u00e3o de\u00a0energia t\u00e9rmica<\/a>\u00a0em\u00a0trabalho<\/a>\u00a0\u00e9 determinada principalmente pela diferen\u00e7a entre os reservat\u00f3rios de temperatura quente e fria.\u00a0A efici\u00eancia t\u00e9rmica \u00e9 melhorada se a entrada de calor do vapor na turbina a vapor estiver na temperatura mais alta poss\u00edvel e a rejei\u00e7\u00e3o de calor no condensador estiver na temperatura mais baixa poss\u00edvel.\u00a0A alta temperatura em um reator de \u00e1gua leve \u00e9 \u200b\u200bgeralmente limitada por considera\u00e7\u00f5es de materiais e press\u00e3o e a temperatura da pia \u00e9 limitada pelo ambiente.<\/p>\n

\"Rankine<\/a>Normalmente, a maioria das\u00a0usinas nucleares<\/strong>\u00a0opera\u00a0turbinas a vapor de condensa\u00e7\u00e3o de v\u00e1rios est\u00e1gios<\/strong>\u00a0.\u00a0Nessas turbinas, o est\u00e1gio de alta press\u00e3o recebe\u00a0vapor<\/a>\u00a0(esse vapor \u00e9 quase o vapor saturado – x = 0,995 – ponto C na figura;\u00a06 MPa<\/strong>\u00a0; 275,6 \u00b0 C) de um gerador de vapor e o esgota no separador-reaquecedor de umidade (ponto D )\u00a0O vapor deve ser reaquecido para evitar danos que possam ser causados \u200b\u200b\u00e0s p\u00e1s da turbina a vapor por vapor de\u00a0baixa qualidade<\/a>\u00a0.\u00a0O reaquecedor aquece o vapor (ponto D) e, em seguida, o vapor \u00e9 direcionado para o est\u00e1gio de baixa press\u00e3o da turbina a vapor, onde se expande (pontos E a F).\u00a0O vapor exaurido condensa no condensador e est\u00e1 a uma press\u00e3o bem abaixo da atmosf\u00e9rica (press\u00e3o absoluta de0,008 MPa<\/strong>\u00a0) e est\u00e1 em um estado parcialmente condensado (ponto F), tipicamente com uma qualidade pr\u00f3xima a 90%.<\/p>\n

Nesse caso, geradores de vapor, turbinas a vapor, condensadores e bombas de \u00e1gua de alimenta\u00e7\u00e3o constituem um motor t\u00e9rmico, sujeito \u00e0s limita\u00e7\u00f5es de efici\u00eancia impostas pela\u00a0segunda lei da termodin\u00e2mica<\/strong>\u00a0.\u00a0No caso ideal (sem atrito, processos revers\u00edveis, design perfeito), este motor t\u00e9rmico teria uma efici\u00eancia de Carnot de<\/p>\n

\u03b7 = 1 – T\u00a0frio<\/sub>\u00a0\/ T\u00a0quente<\/sub>\u00a0= 1 – 315\/549 = 42,6%<\/p>\n

onde a temperatura do reservat\u00f3rio quente \u00e9 de 275,6 \u00b0 C (548,7 K), a temperatura do reservat\u00f3rio frio \u00e9 de 41,5 \u00b0 C (314,7 K).\u00a0Mas a usina nuclear \u00e9 o\u00a0verdadeiro motor t\u00e9rmico<\/strong>\u00a0, no qual os processos termodin\u00e2micos s\u00e3o de alguma forma irrevers\u00edveis.\u00a0Eles n\u00e3o s\u00e3o feitos infinitamente devagar.\u00a0Em dispositivos reais (como turbinas, bombas e compressores), um atrito mec\u00e2nico e perdas de calor causam mais perdas de efici\u00eancia.<\/p>\n

Portanto, usinas nucleares geralmente t\u00eam efici\u00eancia em torno de 33%.\u00a0Nas modernas usinas nucleares, a efici\u00eancia termodin\u00e2mica geral \u00e9 de cerca de\u00a0um ter\u00e7o<\/strong>\u00a0(33%); portanto, s\u00e3o necess\u00e1rios\u00a03000 MWth<\/strong>\u00a0de energia t\u00e9rmica da rea\u00e7\u00e3o de fiss\u00e3o para gerar\u00a01000 MWe<\/strong>\u00a0de energia el\u00e9trica.<\/p>\n

Press\u00e3o da caldeira<\/strong><\/p>\n

\"Ciclo<\/a>
Um aumento na press\u00e3o da caldeira \u00e9, no resultado, limitado pelo material do vaso de press\u00e3o do reator.<\/figcaption><\/figure>\n

De acordo com o princ\u00edpio de Carnot, \u00e9 poss\u00edvel obter maiores efici\u00eancias aumentando a\u00a0temperatura<\/strong>\u00a0do vapor.\u00a0Mas isso requer um aumento nas press\u00f5es dentro de caldeiras ou geradores de vapor.\u00a0No entanto, considera\u00e7\u00f5es metal\u00fargicas imp\u00f5em limites superiores a essas press\u00f5es.\u00a0Para impedir a ebuli\u00e7\u00e3o do l\u00edquido de arrefecimento prim\u00e1rio e fornecer uma margem de sub-resfriamento (a diferen\u00e7a entre a temperatura do pressurizador e a temperatura mais alta no n\u00facleo do reator), press\u00f5es em torno de 16 MPa s\u00e3o t\u00edpicas para PWRs\u00a0.\u00a0<\/strong>O\u00a0vaso de press\u00e3o do reator<\/a>\u00a0\u00e9 o componente principal, que limita a efici\u00eancia t\u00e9rmica de cada usina nuclear, uma vez que o vaso do reator deve suportar altas press\u00f5es.<\/p>\n

Deste ponto de vista,\u00a0os reatores supercr\u00edticos de \u00e1gua<\/strong><\/a>\u00a0s\u00e3o considerados um avan\u00e7o promissor para\u00a0as usinas nucleares<\/a>\u00a0devido \u00e0 sua\u00a0alta efici\u00eancia t\u00e9rmica<\/strong>\u00a0(~ 45% vs. ~ 33% para as LWRs atuais).\u00a0Os SCWRs s\u00e3o operados sob\u00a0press\u00e3o supercr\u00edtica<\/strong>\u00a0(ou seja, maior que 22,1 MPa).<\/p>\n

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Press\u00e3o do condensador<\/span><\/strong><\/p>\n

\"Ciclo<\/a>
Diminuir a press\u00e3o de escape da turbina aumenta o trabalho l\u00edquido por ciclo, mas tamb\u00e9m diminui a qualidade do vapor de sa\u00edda.<\/span><\/figcaption><\/figure>\n

O caso da diminui\u00e7\u00e3o da temperatura m\u00e9dia na qual a energia \u00e9 rejeitada exige uma diminui\u00e7\u00e3o da press\u00e3o no interior do\u00a0<\/span>condensador<\/span><\/strong>\u00a0(isto \u00e9, a diminui\u00e7\u00e3o da\u00a0<\/span>temperatura de satura\u00e7\u00e3o<\/span><\/a>\u00a0).\u00a0A menor press\u00e3o vi\u00e1vel do condensador \u00e9 a press\u00e3o de satura\u00e7\u00e3o correspondente \u00e0 temperatura ambiente (ou seja, press\u00e3o absoluta de\u00a0<\/span>0,008 MPa,<\/span><\/strong>\u00a0que corresponde a 41,5 \u00b0 C).\u00a0O objetivo de manter a menor press\u00e3o pr\u00e1tica de exaust\u00e3o da turbina \u00e9 a principal raz\u00e3o para incluir o condensador em uma usina termel\u00e9trica.\u00a0O condensador fornece um v\u00e1cuo que maximiza a energia extra\u00edda do vapor, resultando em um aumento significativo no trabalho l\u00edquido e na efici\u00eancia t\u00e9rmica.\u00a0Mas tamb\u00e9m este par\u00e2metro (press\u00e3o do condensador) tem seus limites de engenharia:<\/span><\/p>\n