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2025-02-28 10:45:35 David Gonçalves: Added attachment(s): main.tex.| /dev/null .. Utilidades industriais/Tipos de energias/Energia Nuclear/main.tex | |
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| + | \title{Energia Nuclear} |
| + | \author{David Gonçalves e Leonardo Sobral} |
| + | \date{February 2025} |
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| + | \begin{document} |
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| + | \maketitle |
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| + | \section{Introdução} |
| + | Atualmente, a humanidade vive um momento de transição energética. A necessidade de reduzir as emissões de gases de efeito estufa e mitigar os impactos ambientais do uso de combustíveis fósseis tem impulsionado investimentos em tecnologias limpas. |
| + | O futuro da energia depende do equilíbrio entre inovação, sustentabilidade e acessibilidade. À medida que novas tecnologias são desenvolvidas, o desafio será garantir que a transição para fontes renováveis ocorra de forma justa e eficiente, assegurando que todas as regiões do mundo tenham acesso a uma energia segura, confiável e sustentável. |
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| + | \section{A Energia Nuclear como fonte de obtenção de energia} |
| + | A energia nuclear é uma das formas mais poderosas de gerar eletricidade, baseada na utilização da energia armazenada no núcleo dos átomos |
| + | A utilização desta fonte de energia possui vantagens significativas, como a capacidade de gerar grandes quantidades de eletricidade sem emissões diretas de gases de efeito estufa e com um funcionamento constante, ao contrário de fontes renováveis como a solar ou a eólica, que dependem das condições climáticas. No entanto, também enfrenta desafios importantes, como o risco de acidentes nucleares e o problema do armazenamento dos resíduos radioativos, que podem permanecer perigosos por milhares de anos. |
| + | Apesar da controvérsia, a energia nuclear continua a ser uma das principais fontes de eletricidade do mundo, e os avanços tecnológicos podem torná-la ainda mais segura e eficiente no futuro. Com o desenvolvimento da fusão nuclear, há a possibilidade de uma nova revolução energética, oferecendo uma fonte de energia limpa e praticamente inesgotável. |
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| + | \section{Princípio de utilização da Energia Nuclear} |
| + | Este tipo de energia pode ser libertado através de dois processos principais: a fissão nuclear, que consiste na divisão do núcleo de um átomo pesado, e a fusão nuclear, que consiste na união de núcleos atómicos mais leves para formar um mais pesado. O aproveitamento da energia atómica baseia-se na Teoria da Relatividade de Einstein que define um intercâmbio entre matéria e energia, pela seguinte relação [1]: |
| + | |
| + | \begin{equation} \label{1} |
| + | E = m c^2 |
| + | \end{equation} |
| + | |
| + | Em que E representa a energia, m a matéria e c corresponde à velocidade da luz, cujo valor é $3.8*10^8 m/s$. Através desta fórmula compreende-se que uma partícula que possua uma massa muito pequena, ao ser multiplicada pelo quadrado da velocidade da luz, corresponde a um valor energético muito grande. |
| + | No contexto da utilização da energia nuclear, o que acontece é que o somatório da massa das partículas que se formam durante a reação nuclear é inferior ao somatório da massa das partículas que reagiram. Esta diferença de massa é libertada na forma de energia, quantificada pela equação 1. |
| + | Atualmente, todas as centrais nucleares em operação utilizam a fissão nuclear, enquanto a fusão ainda está em fase de desenvolvimento. |
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| + | \section{Funcionamento de uma central nuclear} |
| + | O funcionamento das centrais nucleares baseia-se na fissão de elementos como o urânio-235 ou o plutónio-239. Quando um neutrão atinge o núcleo de um desses átomos, este divide-se em dois fragmentos menores, libertando uma grande quantidade de energia térmica. Além disso, esta reação também gera novos neutrões, que podem atingir outros núcleos e manter uma reação em cadeia controlada dentro do reator. O calor produzido é utilizado para aquecer água, transformando-a em vapor, que aciona turbinas ligadas a geradores elétricos. Dessa forma, a energia libertada pela fissão nuclear é convertida em eletricidade [2]. O funcionamento de uma central nuclear pode ser melhor compreendido através do esquema da figura 1. |
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| + | \begin{figure} [H] |
| + | \centering |
| + | \includegraphics[width=0.5\linewidth]{Imagens/Imagem1.jpeg} |
| + | \caption{Esquema de uma central nuclear} |
| + | \label{fig:enter-label} |
| + | \end{figure} |
| + | |
| + | \section{Utilização da Energia Nuclear no Mundo} |
| + | A participação nuclear na geração global de energia no mundo fixa-se em 2023 num valor de 9,1\% de toda a energia produzida no mundo. Porém, esta percentagem tem vindo a decrescer, muito por culpa dos acidentes em centrais nucleares que ocorreram no século passado, nomeadamente Chernobyl e Fukushima. mas também devido ao aparecimento de novos métodos alternativos de obtenção de energia. |
| + | O pico máximo da percentagem de energia nuclear foi de 17,5\% da energia total produzida no mundo, atingido em 1996, mas desde então essa percentagem sofreu uma grande queda como se pode verificar na Figura 2. |
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| + | \begin{figure} [H] |
| + | \centering |
| + | \includegraphics[width=0.5\linewidth]{Imagens/Imagem 3.png} |
| + | \caption{Geração de Energia Nuclear no Mundo [4]} |
| + | \label{fig:enter-label} |
| + | \end{figure} |
| + | |
| + | A utilização da energia nuclear não se contabiliza apenas a nível global e podem-se realizar estudos estatísticos que permitam verificar a distribuição geográfica da mesma, isto é, verificar quais são os países que produzem mais e quais são aqueles que consomem mais eletricidade proveniente de fontes nucleares. |
| + | Na figura seguinte podemos verificar que no topo da lista dos países que mais produzem energia nuclear encontramos duas das maiores potências económicas a nível mundial, os Estados Unidos da América em primeiro lugar e a China em segundo lugar. Os Estados Unidos, possuem 94 reatores ativos e a percentagem de eletricidade proveniente da mesma é de 19\%, já a China possui 57 reatores ativos e ainda 27 em construção, sendo a percentagem de geração no país de 5\%. De ressaltar ainda a França que tem no seu território 56 reatores ativos, e a sua percentagem de energia elétrica produzida por via nuclear é de 65\%, representando mais de metade da energia produzida do país, sendo, portanto, esta a fonte de energia mais dominante no território francês. |
| + | Em Portugal não existe qualquer tipo de produção de energia nuclear, sendo a central nuclear mais próxima de Portugal a central de Almaraz em Espanha. A mesma possui uma data de encerramento prevista para novembro de 2027 e outubro de 2028 [5]. |
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| + | \begin{figure} [H] |
| + | \centering |
| + | \includegraphics[width=0.5\linewidth]{Imagens/Imagem 4.jpeg} |
| + | \caption{Os dez países com o maior número de reatores nucleares em operação no mundo [6]} |
| + | \label{fig:enter-label} |
| + | \end{figure} |
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| + | Como já referido anteriormente, a maior parte da energia consumida pela França provém de centrais nucleares, e, portanto, esta encontra-se no topo da tabela dos países, a nível mundial, que mais utilizam a mesma. De seguida encontra-se a Ucrânia, com 55\% de toda a energia consumida de origem nuclear. A fechar o top 3 encontra-se a Eslováquia, com 52\%. |
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| + | \section{Fusão nuclear} |
| + | \subsection{Princípio de funcionamento} |
| + | Outro procedimento mais recente que faz uso da energia atómica é a fusão nuclear, cujo princípio é semelhante ao da fissão nuclear. Neste caso dois núcleos fundem-se para formar outro núcleo, de menor massa, em que a massa perdida é convertida em energia. |
| + | Este é o processo responsável pela produção de energia no Sol e outros estrelas, onde núcleos de hidrogénio (e respetivos isótopos) se fundem para formar núcleos de hélio [7]. |
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| + | \begin{figure} [H] |
| + | \centering |
| + | \includegraphics[width=0.3\linewidth]{Imagens/Imagem 5.png} |
| + | \caption{Reação de fusão nuclear [8]} |
| + | \label{fig:enter-label} |
| + | \end{figure} |
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| + | \subsection{Avanços recentes} |
| + | A fusão nuclear é vista por muitos como o “Santo Graal” da obtenção de energia limpa ilimitada, sem qualquer produção de resíduos radioativos. No entanto a sua utilização em larga escala ainda se encontra limitada pelo facto de serem necessárias elevadas temperaturas para iniciar o processo, na ordem dos 150 milhões de ºC, e métodos eficientes para conter o plasma que se forma, tornando a sua eficiência muito baixa. De facto, só recentemente é que se conseguiu obter um valor energético superior àquele utilizado para a ocorrência do processo [9]. Vários países uniram recentemente forças para construir o maior reator de fusão nuclear do mundo, na França, através de um projeto denominado ITER, “International Thermonuclear Experimental Reactor”. O objetivo é que um dia se possa tornar possível a obtenção de energia limpa e ilimitada à escala industrial [9]. |
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| + | \section{Referências Bibliográficas} |
| + | [1] NOVA | Einstein's Big Idea | Library Resource Kit: E = mc2 Explained | PBS Einstein |
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| + | [2] L. Baratta, “Introduction to nuclear engineering textbook”, 3rd edition |
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| + | [3] Nuclear Power Plant Diagram: A Complete Guide 2023 | Linquip |
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| + | [4] https://www.worldnuclearreport.org/A-energia-nuclear-no-mundo#&gid=1&pid=1 |
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| + | [5] https://www.publico.pt/2024/06/26/azul/noticia/espanha-anuncia-inicio-processo-desmantelamento-central-nuclear-almaraz-2095448 |
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| + | [6] https://exame.com/mundo/os-10-paises-do-mundo-mais-dependentes-de-energia-nuclear/ |
| + | |
| + | [7] Nuclear energy - Energy Encyclopedia |
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| + | [8] Fusion in stars - Nuclear fusion - Energy Encyclopedia |
| + | |
| + | [9] https://www.iter.org/few-lines |
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| + | \end{document} |