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Equipamento desenvolvido pela Vivacity auxilia no processo de geração de combustível nuclear brasileiro

 

Sistema da Vivacity trabalhando em uma grade espaçadora

A máquina, projetada e construída pela Vivacity, é utilizada na montagem das grades espaçadoras (GE) tipo HTP, na Fábrica de Combustível Nuclear da INB (Indústrias Nucleares do Brasil), em Resende, no Rio de Janeiro

A cadeia produtiva do urânio é complexa e demanda tecnologia de ponta. Depois da mineração, o urânio passa por uma série de processos (veja quadro ao lado), para, enfim, se transformar no combustível propriamente dito para gerar energia elétrica nas usinas de Angra I e II. Tudo isso é feito na Fábrica de Combustível Nuclear – FCN da INB (Indústrias Nucleares do Brasil). Localizada no distrito de Engenheiro Passos, no município de Resende (RJ), a FCN é um conjunto de sofisticadas fábricas distribuídas em uma área de 600 hectares.

As quatro unidades da FCN, divididas de acordo com suas especialidades, incluem a FCN Enriquecimento, Reconversão e Pastilhas, na qual o urânio já extraído e transformado em "yellowcake" é trabalhado até se transformar em uma espécie de pastilha e ficar pronto para integrar o Elemento Combustível, estrutura metálica composta de tubos de uma liga metálica especial – o zircaloy -, formando um conjunto de varetas com até cinco metros de altura, e é mantida rígida por um componente chamado grades espaçadoras. Todo esse complexo metálico é montado, e grande parte produzido (alguns ainda são importados pela INB, que desenvolve esforços para atingir completa nacionalização da produção), na FCN Equipamentos e Montagens. E é lá que a Vivacity Automação entra na história da energia nuclear brasileira.

Ciclo do Combustível Nuclear Encontrado em formações rochosas da crosta terrestre, o elemento químico urânio é o metal utilizado como base para a criação do combustível nuclear. Após uma série de operações, que têm como objetivo descobrir uma jazida e fazer sua avaliação econômica, é iniciada a extração do urânio. Após a mineração, o urânio extraído é encaminhado para a Usina de Beneficiamento, onde é purificado e concentrado sob a forma de um sal de cor amarela, o "yellowcake"– também conhecido como U3O8, matéria prima para a produção de energia em um reator nuclear. Na sequência, já na Usina de Conversão da FCN, o "yellowcake" é dissolvido e purificado, obtendo-se o urânio nuclearmente puro. A seguir, é convertido para o estado gasoso, o hexafluereto de urânio (UF6). Em estado gasoso, o urânio é enriquecido através do processo de ultracentrifugação. O urânio235 é o isótopo físsil responsável pela reação em cadeia nos reatores nucleares. A operação de enriquecimento do urânio tem como objetivo aumentar a concentração do urânio235 acima do natural. Na natureza, o urânio contém apenas 0,7% de urânio235. Com o enriquecimento istotópico, esse percentual sobre para 3%, permitindo sua utilização como combustível para geração de energia elétrica. Do gás ao pó. O hexafluoreto de urânio (UF6), já enriquecido, é reconvertido ao estado sólido, sob a forma de pó de dióxido de urânio (UO2). Do pó à pastilha. Em formato de pó, o urânio é moldado em pastilhas de mais ou menos um centímetro de comprimento e de diâmetro. Após serem submetidas a diversos testes – dimensionais, metalográficos e químicos –, estarão prontas a compor o Elemento Combustível.

Entre os componentes que estão sendo nacionalizados pela INB está a grade espaçadora (GE) tipo HTP (High Therminal Performance), o elemento estrutural que compõe um Elemento Combustível. As grades espaçadoras são montadas em um dispositivo de titânio. São molduras estreitas, tipo engradados formando um "favo", compostas por tiras metálicas soldadas entre si. Essa soldagem pode ser feita com feixe de elétrons ou raios laser. Para que essas tiras fiquem com a configuração exigida, a INB adquiriu na Alemanha um dispositivo especial que faz esse serviço utilizando solda por feixe de elétrons. Devido às contrações que o material sofre durante a soldagem, a base e o topo do dispositivo "travam", sendo impossível a remoção manual. Por isso, fez-se necessário um equipamento que extraísse automaticamente a grade pronta do dispositivo, de modo ágil e sem danificá-la.

A INB tinha uma necessidade e foi às compras. Abriu processo licitatório e a Vivacity venceu a concorrência. Com a papelada toda certa, era hora da Vivacity colocar a "cabeça para funcionar" e projetar o dispositivo. O escopo inicial do projeto previa um equipamento hidráulico, com bombas e válvulas, mas a sugestão da Vivacity foi outra: um dispositivo inteiramente eletromecânico, que cumpriria a mesma função, mas com a vantagem de ser elétrico, sem grandes gastos com manutenção da parte hidráulica. A INB gostou da adequação proposta. Era o capital intelectual da Vivacity, base da formação da empresa, fazendo a diferença.

Como era necessário a extração das peças de forma delicada, sem danificá-las, foi preciso inserir no equipamento toda a parte de automação. A Vivacity produziu um sistema com inversor de frequência e controle de velocidade, proporcionando a desmontagem com variação de velocidade – que pode ser escolhida pelo usuário. Assim, as partes mais delicadas são desmontadas numa velocidade mais baixa, preservando a integridade das placas, como pede o manual da INB. Graças à automação, após a desmontagem, o sistema se recompõe em uma velocidade mais alta. Sem as placas, e sem perigo para o usuário, o equipamento volta à posição de uso mais rápido, gerando maior eficiência no trabalho de desmontagem das grades espaçadoras.

"As vantagens oferecidas pela automação são claras e proporcionam eficiência para qualquer tipo de trabalho", explica Marcelo Nunes, Diretor Técnico da Vivacity.

"O equipamento projetado e construído pela Vivacity está operando conforme previsto, e constitui um pequeno, mas importante auxílio à busca do Brasil por autonomia tecnológica no setor nuclear", explica José Meirelles, Engenheiro Consultor para Tecnologia e Inovação do INB.

Imagem ilustrativa de um Elemento Combustível e seus componentes

As grades espaçadoras que o equipamento desenvolvido pela Vivacity auxilia na produção são utilizadas nos Elementos Combustíveis da Usina Angra II. Embora conceitualmente parecidos, os Elementos Combustíveis das Usinas Angra I e II são diferentes, devido às empresas que as projetaram. Com isso, todos os componentes dos Elementos também são diferentes, inclusive as grades. A Usina Angra I tem aproximadamente metade da potência de cada uma das Usinas Angra II e Angra III (ainda em construção).

O Elemento Combustível utilizado na Usina Angra II é de tecnologia Siemens/Areva, e seu conjunto possui 236 varetas combustíveis (onde vão as pastilhas de urânio), nove grades espaçadoras, 20 tubos guias e dois bocais (um inferior e um superior). No reator de Angra II as quantidades são absurdas. É um total de 193 Elementos Combustíveis, o que dá 45.548 varetas combustíveis, 17,5 milhões de pastilhas de urânio – um peso de 543 kg, e 1.737 grades espaçadoras, haja trabalho para o equipamento projetado pela Vivacity.

Toda essa quantidade de urânio dentro do reator libera calor devido à fissão de seus átomos, produzindo o vapor que faz girar as turbinas das usinas, assim, gerando energia elétrica. Cada Elemento Combustível tem capacidade para abastecer de energia elétrica 42 mil residências de porte médio durante um mês. É muita energia através de tecnologia de ponta.

 

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