QUESTÃO 06
Doutoranda na Universidade de Sydney, Fabiana Moreira pesquisa possíveis impactos ambientais em decorrência do uso da água do mar para refrigeração. Sistema muito utilizado, inclusive em comércio e residências na Austrália, no Brasil, se restringe ao setor industrial, caso das usinas nucleares de Angra 1 e 2.
Nas usinas de Angra 1 e Angra 2, a água do mar serve para condensar o vapor utilizado para ativar a turbina que gera energia elétrica. Após passar pela turbina, esse vapor deve voltar à caldeira para, novamente, ativar a turbina, em um ciclo fechado e constante. No entanto, não há como bombear o vapor de volta para a caldeira. Para isso, é preciso que a água esteja em estado líquido. É aí que entra a água do mar: o vapor d’água, em contato com os canos que transportam a água do mar mais fria, condensa-se.
Um dos impactos ambientais provocados pelas usinas nucleares para geração de eletricidade é causado pelo(a)
(A) acidificação das águas nas proximidades da área de descarga, já que a água utilizada na refrigeração sai acidificada pela presença de gás carbônico.
B aquecimento das águas nas proximidades da área de descarga, já que a água utilizada na refrigeração sai aquecida.
© presença de metais pesados, como o chumbo e o cádmio, nas proximidades da água de descarga, já que a água utilizada na refrigeração sai contaminada.
(D) radioatividade liberada nas proximidades da área de descarga, já que a água utilizada na refrigeração sai radioativa.
(E) resfriamento das águas nas proximidades da área de descarga, já que a água utilizada na refrigeração sai resfriada.
Nas usinas de Angra 1 e Angra 2, a água do mar serve para condensar o vapor utilizado para ativar a turbina que gera energia elétrica. Após passar pela turbina, esse vapor deve voltar à caldeira para, novamente, ativar a turbina, em um ciclo fechado e constante. No entanto, não há como bombear o vapor de volta para a caldeira. Para isso, é preciso que a água esteja em estado líquido. É aí que entra a água do mar: o vapor d’água, em contato com os canos que transportam a água do mar mais fria, condensa-se.
(A) acidificação das águas nas proximidades da área de descarga, já que a água utilizada na refrigeração sai acidificada pela presença de gás carbônico.
B aquecimento das águas nas proximidades da área de descarga, já que a água utilizada na refrigeração sai aquecida.
© presença de metais pesados, como o chumbo e o cádmio, nas proximidades da água de descarga, já que a água utilizada na refrigeração sai contaminada.
(D) radioatividade liberada nas proximidades da área de descarga, já que a água utilizada na refrigeração sai radioativa.
(E) resfriamento das águas nas proximidades da área de descarga, já que a água utilizada na refrigeração sai resfriada.
Passo 1
O enunciado descreve que nas usinas a água do mar é usada para resfriar/condensar o vapor que sai da turbina, lembrando que o ciclo é fechado e que o vapor precisa virar líquido para ser bombeado de volta. A tarefa é escolher, entre as alternativas dadas, qual é um dos impactos ambientais provocados por esse uso da água do mar para refrigeração.
Informações relevantes dadas no enunciado:
- Há um trocador de calor (condensador) onde vapor d’água entra em contato térmico com canos por onde passa água do mar mais fria.
- O objetivo desse contato é retirar calor do vapor para que ele condense.
- A água do mar circula e depois é descarregada nas proximidades da usina.
O que o enunciado pede:
- Identificar qual alternativa (A, B, C, D ou E) descreve corretamente um impacto ambiental causado pelo uso da água do mar para refrigeração nas usinas.
Passo 2
Entendendo o processo físico (explicação didática do que acontece no condensador)
- Quando o vapor d’água encontra superfícies mais frias, ele libera energia térmica ao se condensar. Essa energia é chamada de calor latente de vaporização; é a energia que o vapor perde para passar ao estado líquido.
- A energia térmica liberada pelo vapor não desaparece: por conservação de energia, ela é transferida para a água do mar que passa pelos canos, fazendo essa água aquecer.
- Para escrever isso de forma matemática e entender como a temperatura da água muda, use-se a igualdade de taxas de calor. A taxa de calor cedida pelo vapor vale aproximadamente
onde:
-
é a vazão mássica do vapor que condensa (em kg/s), -
é o calor latente de vaporização da água (em J/kg). - Essa mesma potência térmica
é absorvida pela água do mar que circula, elevando sua temperatura, e pode ser escrita como
onde:
-
é a vazão mássica da água do mar que circula (em kg/s), -
é o calor específico da água (em J/(kg·K)), -
é o aumento de temperatura da água do mar (em K). - Igualando as duas expressões e isolando
obtém-se
Explicação das implicações: se
for significativa e/ou
não for enorme, a razão acima produz um
positivo apreciável — isto é, a água de descarga sai mais quente do que a água ambiente. Em usinas reais isso causa um aumento mensurável da temperatura da água nas proximidades da descarga.
Passo 3
Consequências ecológicas do aquecimento da água (por que isso é um impacto)
- A elevação da temperatura da água altera a solubilidade do oxigênio: águas mais quentes retêm menos oxigênio dissolvido, o que pode causar estresse ou mortalidade para organismos aquáticos que dependem de níveis adequados de oxigênio.
- Mudanças térmicas podem favorecer espécies tolerantes ao calor e prejudicar espécies locais, alterando a composição das comunidades — por exemplo, algas ou invasoras podem proliferar.
- Temperatura elevada também altera taxas metabólicas, reprodução e ciclos biológicos, e pode intensificar problemas como proliferação de fungos ou pragas.
Esses efeitos são coletivamente chamados de poluição térmica ou aquecimento térmico local — impacto ambiental bem documentado de sistemas que descarregam água de refrigeração.
Passo 4
Por que as outras alternativas são menos apropriadas (explicação breve e prática)
- (A) Acidificação: a simples passagem da água por um condensador térmico não adiciona quantidades relevantes de dióxido de carbono nem provoca, por si só, acidificação significativa das águas de descarga. Acidificação local ocorreria por outras fontes químicas ou descargas ácidas, não pelo aquecimento.
- (C) Metais pesados: presença de chumbo, cádmio etc. indicaria contaminação química por efluentes industriais específicos. Um condensador térmico que usa água do mar como fluido de serviço normalmente não adiciona metais pesados à água de arrefecimento (salvo contaminação por falhas ou correntes de processos que contenham esses metais).
- (D) Radioatividade: liberação de radioatividade na água seria um risco associado a vazamentos ou acidentes que envolvam material radioativo. Não é um efeito normal do processo de refrigeração; em operação regular, a água de refrigeração não deve sair radioativa.
- (E) Resfriamento das águas: contradiz a física do trocador de calor descrita anteriormente — a água de refrigeração absorve calor e sai mais quente, não resfriada.
Passo 5
Conclusão direta a partir da física e das consequências ambientais
- Pelo mecanismo de condensação e transferência de calor, a água do mar que circula no sistema de refrigeração absorve calor do vapor e é descarregada com temperatura mais elevada. Isso causa aquecimento local das águas na área de descarga, com impactos ecológicos descritos anteriormente.
Resposta
(B) aquecimento das águas nas proximidades da área de descarga, já que a água utilizada na refrigeração sai aquecida.