A representação simplificada de uma usina nuclear é uma usina a vapor, como as de carvão e petróleo, que possui o reator nuclear como fonte de calor. O reator nuclear é o responsável por gerar energia a partir da quebra dos átomos. A energia gerada com a quebra dos átomos no interior do reator, é utilizada para, simplesmente, ferver a água. O vapor da água então, faz com que a turbina gire. O eixo da turbina está acoplado ao gerador, que por fim produz energia elétrica. O diagrama de uma usina nuclear está representado abaixo.
O núcleo do reator é o local onde o combustível, no caso as pastilhas de urânio são colocadas e mergulhadas em água. É no núcleo do reator que ocorre a fissão nuclear. No circuito primário, a água é mantida a temperatura de cerca de 320ºC e é altamente radioativa. O pressurizador é responsável por manter a água radioativa em alta pressão. Dessa forma, mesmo estando a temperaturas muito elevadas ela não evapora. O gerador de vapor é utilizado para aquecer a água do circuito secundário. É no circuito secundário que a água é transformada em vapor para girar a turbina.
Uma das principais vantagens das usinas nucleares, é que podem ser construídas por não dependerem, por exemplo, de rios como as hidrelétricas precisam. Outra vantagem é o combustível utilizado nas usinas nucleares. O mais comum é o urânio; abundante e capaz de gerar energia equivalente a um prédio de 5 andares cheio de combustível. Porém também existem desvantagens em sua utilização. A principal delas são os materiais e resíduos radioativos que são gerados no final do processo. Para evitar grandes acidentes, como o caso de Chernobyl 1986, é preciso tomar muito cuidado no armazenamento desse material chamado de “lixo nuclear”.
As usinas nucleares de Angra I e Angra II, possuem o tipo de reator mais seguro do mundo. O reator utilizado é do tipo PWR (Pressurized Water Teactor), onde o núcleo é refrigerado por água leve. Nunca foi registrado nenhum tipo de acidente com esses tipos de reatores no mundo, de acordo com o engenheiro José Itacy Nunes, da Eletronuclear, em entrevista a revista superinteressante. Na imagem, as usinas nucleares de Angra I e Angra II.
Utilizando a SIMple® Thermal e a SIMple® Power System, é possível fazer a modelagem dinâmica do esquema representado acima e observar o funcionamento de uma usina nuclear, estimando valores de saída, como por exemplo a energia elétrica gerada por um reator nuclear.
Veja mais neste vídeo o funcionamento de uma usina nuclear PWR.