Acidente Nuclear de Chernobyl

O dia de hoje 26 de Abril de 2011 marca os 25 anos do maior acidente nuclear de sempre, mesmo quando ainda se fala da gravidade do recente acidente nuclear de Fukushima no Japão.

Estes dois acidentes nucleares pouco têm em comum, pois o acidente nuclear de Chernobyl foi causado por erro Humano, enquanto que em Fukushima foi a consequência de um abalo sísmico de grande magnitude.

A estação nuclear de Chernobyl fica localizada na Ucrânia, a cerca de 16km da fronteira com a Bielorrússia e a 110km da capital Ucraniana, Kiev. A estação nuclear era composta por 4 reactores nucleares que eram responsáveis pela produção de cerca de 10% da energia eléctrica usada pela Ucrânia na época do acidente. A estação tinha a capacidade de produzir cerca de 1 Gigawatt de energia eléctrica.

A sua construção começou no inicio da década de 1970 com o 1º reactor a ser colocado em funcionamento em 1977, seguido pelo 2º reactor em 1978, o 3º reactor em 1981 e por fim o 4º reactor em 1983.

A estação nuclear de Chernobyl recorria a um projecto de reactor nuclear bastante diferente do que era comum em outras estações nucleares. Usava um reactor que tinha como nome RBMK “Reactor Bolshoy Moshchnosty Kanalny”, este tipo de reactores nucleares não tinha nenhuma estrutura externa de contenção e operava usando um sistema de água pressurizada e barras individuais de combustível (óxido de urânio) usando a água como refrigerante e a grafite como moderador.

Este tipo de reactores nucleares apresentava uma característica negativa que era apresentar uma elevada instabilidade em baixos níveis de potência.

Foi durante as primeiras horas do dia 26 de Abril de 1986 mais precisamente às 1:23:58h locais que o 4º reactor da estação nuclear de Chernobyl sofreu uma enorme explosão de vapor que resultou num posterior incêndio e numa série de explosões adicionais levando à fusão do próprio reactor nuclear.

 

A Causas

Existem duas teorias oficialmente apoiadas relativamente ao acidente nuclear, a primeira foi publicada em Agosto de 1986 e atribuiu exclusivamente a culpa aos operadores do reactor nuclear, mas mais tarde em 1991 foi também apontada uma outra causa, desta vez referente a um defeito no projecto do reactor RBMK, mais especificamente ao nível das hastes de controlo.

Apesar de não haver um consenso relativamente à verdadeira causa, na realidade o acidente aconteceu devido a uma junção das duas causas apresentadas, sendo que a possibilidade do defeito no reactor nuclear foi exponencialmente agravada pelo erro humano. No entanto o factor crucial para o despoletar do acidente foi que o Engenheiro Chefe que estava responsável pela realização dos teste aos reactores, sabendo que o reactor seria perigoso em determinadas condições e descurando as normas de segurança impostos no manual de operação, autorizou e levou a cabo a realização de um teste de redução de potência o que resultou em desastre.

Além da junção do erro Humano com a fragilidade do reactor, tudo isto foi amplificado com uma equipa técnica pouco qualificada em reactores nucleares do tipo RBMK. O Director V.P. Bryukhanov apenas possuía experiência e treino com reactores termoeléctricos a carvão, o Engenheiro Chefe Nikolai Fomin também não tinha experiência em reactores nucleares do tipo RBMK, e o Ex-Engenheiro Chefe dos reactores número 3 e 4 apenas tinha alguma experiência com pequenos reactores nucleares.

O acidente sucedeu-se maioritariamente devido à violação das normas de segurança, muito provavelmente isto aconteceu porque os Engenheiros responsáveis ignoravam os defeitos do reactor RBMK. É de salientar que os operadores desligaram muitos dos sistemas de protecção do reactor, coisa que era expressamente proibida pelos guias técnicos.

 

Consequências

Após o começo dos teste no reactor número 4 e de este ter ficado descontrolado houve uma violenta explosão que demoliu completamente a protecção parcial do reactor, enquanto temperaturas superiores a 2000ºC derreteram as hastes de controlo e incendiaram a grafite que cobria o reactor. Foi então que o material radioactivo começou a ser libertado para a atmosfera.

Actualmente a cidade de Chernobyl não passa de uma cidade fantasma, e onde com o passar dos anos os níveis de radioactividade desceram consideravelmente para cerca de 10 vezes mais do que o corpo Humano consegue suportar e onde não é possível permanecer mais do que 15 minutos.

Perante tal acidente as autoridades demoraram mais de 30 horas a orientar toda a população a sair da cidade, de onde mais tarde o governo soviético admitiu 15 mil mortes, mas os números reais rondariam as 80 mil mortes.

Todos os operários presentes no local morreram, e todos aqueles que combateram o fogo no reactor e que estiveram directamente envolvidos na construção da estrutura de isolamento do reactor número 4 acabaram por morrer vítimas da exposição à radioactividade.

Após 25 anos a cidade agora fantasma ainda preserva os símbolos do regime soviético, houve até um parque de diversões que nunca chegou a abrir as suas portas, e nunca nenhuma criança chegou a brincar nele. Junto à estação nuclear não existe sequer vegetação.

 

Medidas de Contenção

Os dias que sucederam à explosão do reactor número 4 foram de tentativas fracassadas de controlar a libertação da radioactividade e de tentar controlar e extinguir o incêndio no reactor.

Entre os dias 27 de Abril de 1986 e 5 de Maio foram efectuadas mais de 1800 descargas de material extintor por helicópteros num total de 5000 toneladas, sobre o reactor na tentativa de controlar e extinguir o incêndio.

No dia 23 de Maio de 1986 o governo soviético ordenou a distribuição de iodo à população, sendo que em Novembro desse mesmo ano foi ordenada a construção de uma estrutura em cimento que cobre toda a área do reactor de modo a absorver a radiação remanescente e efectuar a contenção do material radioactivo. No entanto esta medida tomada à pressa foi dada como provisória, tendo como previsão de vida útil cerca de 30 anos.

Em 1989 o governo Russo embargou a construção dos reactores número 5 e 6 e finalmente em 12 de Dezembro de 2000 após várias negociações internacionais a estação nuclear foi desactivada.

 

Conclusão

Todos sabemos que este acidente se deveu a um conjunto de condições propícias, como a falta de experiência dos técnicos, a negligência das normas de segurança e das fragilidades do reactor. No entanto penso que o que aconteceu levou a que o planeamento, controlo e desenvolvimento de novas estações nucleares fosse mais minucioso e que se evoluíssem os reactores nucleares de modo a torna-los mais seguros e produtivos.

Penso que este acidente não tem qualquer “desculpa” possível pois provocou a morte de dezenas de milhares de pessoas e provocou doenças em outras tantas pessoas, mas é questão para dizer “Aprender Com os Erros”.

Como Funcionam os Afterburner’s – Parte 2

Design de um Afterburner

A pós-combustão nos motores a jacto não é mais que um ponto de exaustão prolongado com posterior injecção de mais combustível. O Processo de combustão resultante aumenta significativamente a temperatura de saída, obtendo um aumento de propulsão.

Além do aumento considerável da temperatura dos gases expelidos, existe também um aumento no fluxo de massa. A relação de propulsão bruta (pós-combustão / seca) é directamente proporcional à raiz quadrada da relação temperatura de estagnação em todo o pós-combustor (saída / entrada).

Limitações

Uma das grandes limitações dos pós-combustores é o elevado consumo de combustível, e não podem ser usados durante longos períodos de tempo. Geralmente a pós-combustão é usada para a descolagem em pistas curtas ou em situações de combate aéreo.

Uma das excepções às longas utilizações de pós-combustão é o motor Pratt & Whitney J58 motor usado no SR-71 Blackbird.

Eficiência

A eficiência não é o ponto forte da pós-combustão uma vez que a presença de oxigénio nos gases de escape é reduzida devido à combustão anterior, e a adição suplementar de combustível e a sua combustão é também feita fora da câmara de combustão principal que é altamente pressurizada, o que diminui substancialmente a sua eficiência.

A eficiência da pós-combustão é também significativamente afectada com as diferenças de pressão atmosférica resultantes do aumento da altitude.

Mas existe uma excepção, o motor Pratt & Whitney J58 motor usado no SR-71 Blackbird consegue ter uma uma eficiência aceitável em altitude com o modo de pós-combustão activado (Wet).

Essa eficiência é alcançada devido à sua elevada velocidade de operação de cerca de 3398.4 km/h (Mach 3.2), e devido à admissão de ar Ram-air que utiliza a pressão criada pelo movimento da aeronave para aumentar a pressão estática do ar dentro do colector de admissão do motor, permitindo assim um maior fluxo de massa através do motor e, consequentemente um aumento da potência do motor.

Quando o modo de pós-combustão é activado, a conduta de escape liberta uma chama muito grande e cintilante. Esta chama pode causar um fenómeno chamado de shock-diamonds que são causadas pela diferença entre a pressão atmosférica e a pressão dos gases de escape libertados após a pós-combustão.

O Uso dos Afterburner’s

Foi durante a 2ª Guerra Mundial que começou o desenvolvimento dos primeiros Afterburner’s, com os britânicos Jets Power W.2/700, que na época faziam uso de “a reheat jetpipe” para o projecto supersónico Miles M.52

As primeiras pesquisas dos EUA sobre o conceito de Afterburner foram feitas pela NACA (National Advisory Committee for Aeronautics) em Cleveland.

Já durante o pós-guerra foram desenvolvidos os McDonnell F3H Demon e os Douglas F4D Skyray em torno do motor a jacto Westinghouse J40 que possuía cerca de 8.000 lbf (36 kN) de propulsão sem pós-combustão, enquanto que os novos motores Pratt & Whitney J48 possuíam a mesma capacidade de propulsão, mas recorrendo à pós-combustão.

Na década de 1950 várias empresas de desenvolvimento e construção de motores a jacto trabalharam em produtos que incluíam pós-combustão. No Reino Unido a Rolls-Royce Avon concebeu uma aeronave capaz de superar a barreira supersónica, o Lightning F.3, que foi o primeiro avião supersónico ao serviço da RAF.

O uso de Afterburner’s é muito comum em aeronaves militares, mas existem menos uma dezena de aviões civis com esta tecnologia, alguns deles são o Tupolev Tu-144, Concorde e o Scaled Composites Model 318 White Knight. O Concorde e o Tupolev Tu-144 fazem uso das suas capacidades para voos supersónicos em longas distâncias. Mas apenas fazem uso da pós-combustão para atingir a velocidade ideal, pois seria impossível fazer as longas viagens usando o pós-combustor.

O “dump-and-burn” é um processo utilizado em espectáculos aéreos onde é inflamado combustível intencionalmente, o que produz uma chama espectacularmente vistosa e que combinada com a alta velocidade provoca um belo espectáculo. Este processo tem também como principal objectivo de remover com segurança todo o combustível da aeronave antes de esta efectuar uma aterragem de emergência.

 

Como Funcionam os Afterburner’s – Parte 1

Os Afterburner’s ou Pós – Combustores são um componente que se adiciona a alguns motores a jacto, cuja sua finalidade é proporcionar um aumento temporário da pressão tanto para voo supersónico como para as manobras de descolagem.

Em manobras de descolagem o uso de Afterburner’s torna-se essencial em aeronaves que possuam uma grande carga alar (peso da aeronave carregada dividida pela área da asa), o que significa que necessitam de velocidades bastante elevadas para efectuarem a descolagem. Quando em voo o Afterburner pode ser utilizado para um aumento da potência disponível de imediato.

Este aumento imediato da potência disponível é conseguido através da injecção adicional de combustível na área do bocal de escape, ou seja, genericamente após ser queimado o combustível na câmara de combustão, esta liberta gases a elevada temperatura que são pressurizados pela turbina, e é sobre estes mesmos gases que se encontram extremamente quentes e pressurizados que se injecta mais combustível de modo a que este seja queimado quando em contacto com os gases expulsos, gerando uma maior quantidade de gases, o que aumenta a impulsão gerada.

O uso deste sistema tem vantagens, tais como o aumento significativo da impulsão gerada, mas por outro lado aumenta consideravelmente o consumo de combustível e tem uma elevada taxa de ineficiência, mas é aceitável o seu uso em curtos espaços de tempo e para a realização de determinadas manobras.

Principio Básico dos Motores a Jacto

Os motores de propulsão a jacto regem-se pelo princípio geral do fluxo de massa. Basicamente o impulso depende de duas variáveis, a primeira é a velocidade dos gases de escape, e a segunda a massa dos gases. Existem duas expressões importantes no uso dos Afterbuner’s, e são elas “wet” quando o Afterburner está a ser usado e “dry” quando se está a usar o motor sem pós-combustão, ou seja sem a intervenção do Afterburner.

A temperatura dos gases resultantes da combustão ocorrida na câmara de combustão é maior logo antes da turbina, o que faz com que seja a capacidade da turbina resistir a essas temperaturas que é a primeira restrição da potência seca (dry) que o motor é capaz de gerar. Essa temperatura é conhecida como Turbine Entry Temperature (TET), e é um dos parâmetros críticos da operação do motor.

Sabendo que nem todo o oxigénio foi consumido na reacção de combustão ocorrida dentro da câmara de combustão, então ainda existe possibilidade de adicionar mais combustível de modo a reacender os gases e causar um aumento substancial na velocidade de exaustão dos gases e assim aumentar a propulsão. Este é o real funcionamento de um Afterburner, e é pelo motivo da adição posterior de mais combustível que se chama de potência molhada (wet).

Assim, durante a operação de funcionamento do motor, os gases passam a turbina e expandem numa entropia constante, perdendo assim temperatura, consequentemente o pós-combustor (afterburner) injecta combustível à direita da turbina, que ao entrar em contacto com os gases quentes expelidos pela turbina se reacendem na presença de uma quantidade adicional de combustível, aumentando assim a pressão no tubo de escape, enquanto o fluxo de massa se torna ligeiramente maior, aumentando a propulsão.

O.Porquê.de.tudo Com Problemas Técnicos

Durante os últimos dias o O.Porquê.de.tudo esteve com alguns problemas técnicos que o colocaram fora de serviço. Foram problemas a nível do Alojamento do Blog, e que de momento já estão totalmente resolvidos.

O novo URL do Blog é: http://oporquedetudo.omundodaprogramacao.com/

Cumprimentos

Nuno Santos

Como é Definido o Numero de Pás do Rotor de um Helicóptero?

Certamente não será a propriedade mais denotada pela maioria dos que olham para um Helicóptero, mas o que é certo é que nem todos usam o mesmo número de pás no rotor.

Mas porque é que o número de pás no rotor varia de Helicóptero para Helicóptero?

O rotor de um Helicóptero usa um conceito que vai muito mais além do que uma simples hélice. E é por este motivo que os pilotos repugnam o uso da denominação “hélice” para se referir ao “rotor”.

As pás de um rotor fazem parte dum complexo sistema que luta a todo o momento para gerar sustentação.

Uma das grandes diferenças entre uma pá de um rotor e uma hélice é que a hélice é retorcida da raiz até a ponta, enquanto as pás têm um perfil plano, com quase o mesmo ângulo em toda a sua extensão.

Os Problemas Enfrentados pelas Pás do Rotor

Por incrível que pareça o rotor principal é a parte mais lenta de um Helicóptero. A rotação por minuto (RPM) a que o rotor principal trabalha, varia de helicóptero para helicóptero, mas em geral situa-se entre as 192RPM e as 400RPM. Estes valores são bastante lentos quando comparados com os valores que os rotores de cauda utilizam, que podem variar entre as 1000RPM e as 2000RPM.

O motor tem como objectivo principal manter exactamente as mesmas rotações por minuto do rotor principal em todos os regimes, desde a descolagem, voo, pairar, aterragem. Seja qual for a manobra, as rotações por minuto do rotor não podem ser alteradas.

Tendo em conta as rotações por minuto, o tamanho da pá, a sua envergadura e alongamento, podemos definir a sua carga alar, ou seja, quanto peso consegue a pá sustentar.

Primeiro Problema de uma Pá de um Rotor

É no momento em que a pá começa a girar que se dá o primeiro problema. Se dividirmos uma pá em 3 secções, uma mais próxima da raiz, outra na zona média e por fim a ponta. Ao girar a pá descreve um movimento circular, em que cada secção tem o mesmo movimento circular, mas percorre distâncias diferentes, pois o círculo descrito pela secção mais perto da raiz é muito menor do que o círculo descrito pela ponta da pá, isto no mesmo intervalo de tempo.

A sustentação tem como princípio básico o Principio de Bernoulli, que refere o seguinte:

–  V = velocidade na secção considerada.

–  g = aceleração gravitacional

–  z = altura na direcção da gravidade desde uma cota de referência.

–  P = pressão ao longo da linha de corrente.

–  p = densidade.

Um dos primeiros problemas que surgiram referentes á estrutura das pás foi que ao girarem a determinada velocidade e ao serem sujeitas a forças as pás flexionavam violentamente no sentido ascendente e simplesmente não aguentavam tamanho esforço e partiam.

Foi então que se começou a pensar numa solução. A primeira medida tomada foi torcer ligeiramente a pá mais junto da raiz e mais linear junto à ponta da pá de modo a ter um formato trapezoidal, ficando a raiz da pá um pouco maior que a ponta. Esta foi a solução mais eficaz de entre muitas outras testadas.

O Que Define o Número de Pás?

Os primeiros Helicópteros que surgiram utilizavam 3 pás, era o método de construção mais simples. Esses rotores tinham o de sistema de rotor rígido, já que as pás estavam aplicadas directamente na cabeça do rotor, tem apenas movimento em torno do seu eixo longitudinal.

O Sistema de rotor rígido tinham bastantes “defeitos” que dificultavam a manobrabilidade, como as pás estavam directamente acopladas à cabeça do rotor, a sua rotação transmitia bastante vibração para a fuselagem e comandos. Além das vibrações, a raiz das pás estavam sujeitas a enormes esforços de flexão e compressão.

Estes problemas tinham como principal razão a assimetria da sustentação, uma vez que a sustentação aumenta no lado em que a pá avança, e desce no lado em que a pá recua, este movimento é conhecido como batimento. Durante estes primeiros tempos uma vez que não havia liberdade de controlar o batimento, as pás eram construídas com ligas de Alumínio flexíveis que permitiam às pás obter alguma flexibilidade.

Com o passar do tempo veio a verificar-se que o sistema de rotor rígido não era eficiente, pois restringia a velocidade do helicóptero, além disso tinha-se chegado ao limite da própria tecnologia de construção e dos materiais existentes na época, uma vez que as pás deveriam ser ao mesmo tempo flexíveis para permitir o batimento, e rígidas de modo a suportar o peso e os esforços aplicados pela sustentação.

O Primeiro sistema de rotor semi-rígido foi idealizado por Juan de La Cierva em 1928, este sistema tinha como principal objectivo compensar a tendência de o helicóptero levantar o nariz no inicio da manobra de descolagem. Este sistema permitia que o batimento fosse feito sem que para isso fosse necessário flectir as pás, assim as pás poderiam ser rígidas e o movimento do batimento seria aplicado no mastro.

O sistema de rotor semi-rígido ainda é aplicado nos dias de hoje em várias aeronaves, mas este sistema não resolveu o problema dos esforços de flexão e deflexão que ocorria na raiz das pás, devido ao efeito de Coriollis, que basicamente se traduz pela modificação do centro de massa das pás e faz com que elas tenham a tendência de ter um movimento de vai e vem.

Na tentativa da resolução dos problemas que ainda persistiam, Juan de La Cierva desenhou então um sistema de 4 pás, com uma articulação que permitia o movimento individual em torno dos eixos longitudinal (mudança de passo), transversal (batimento) e vertical (avanço e recuo). Esta combinação é conhecida como prato oscilante. Com estas modificações ficou mais caro e mais complexo construir um rotor e seria preciso um complexo sistema de amortecimento para evitar que a diversidade de movimentos permitidos provocasse uma vibração demasiado elevada no mastro e consequentemente na fuselagem, tornando o controlo da aeronave muito mais complicado e desconfortável, ou até mesmo impossível.

Agora podemos entender melhor aos factores que influenciam a quantidade de pás de um rotor principal.

A utilização de apenas duas pás seria inviável num Helicóptero muito pesado, pois a área da pá teria de ser gigantesca e a grande quantidade de ar deslocada iria ao mesmo tempo gerar muitas vibrações e muito barulho.

As mesmas características são adoptadas para a quantidade de pás existentes no rotor de cauda. Além de os fabricantes levarem em consideração o peso e a sustentação gerada, tem especial atenção às vibrações. Nos voos de teste dos primeiros Helicópteros Sikosrsky, os pilotos saíam enjoados e outros tiveram crises profundas de Labirintite.

Labirintite é uma desordem do equilíbrio do corpo humano. Tal desordem é causada por um processo inflamatório ou infeccioso que afecta os labirintos, que ficam dentro do sistema vestibular, órgão responsável pelo equilíbrio, postura e orientação do corpo e que se localiza no ouvido interno. Posteriormente foi descoberto que estes efeitos eram causados porque a aeronave ressoava na mesma frequência que o corpo Humano.

Temos como exemplo o Bell 205 Huey que utiliza apenas duas pás, mas é um Helicóptero relativamente leve, uma vez que o seu peso máximo de descolagem é de cerca de 3900Kg, além disso o som característico deste Helicóptero pode ser ouvido até 5 Km de distância. Por Outro lado o Mil MI 26, o maior helicóptero do mundo utiliza 8 pás para distribuir a enorme sustentação necessária para conseguir descolar com um peso máximo de 56000Kg.

Basicamente a diferença principal entre a quantidade de pás utilizada é na melhoria da capacidade de sustentação e no maior conforto e manobrabilidade.

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