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Utilidades industriais

Utilidades industriais
Azoto
99c59c

Commit `99c59c`

2025-02-28 10:51:39 André Casaleiro: Added attachment(s): Azoto.md.

`/dev/null` .. `Utilidades industriais/Azoto.md`
@@ 0,0 1,252 @@
+	# Azoto
+
+	Trabalho realizado por: Ana Pocinho, André Casaleiro
+
+	O azoto ou nitrogénio é um gás inerte que compõe 78% da atmosfera da
+	Terra, em volume. Este é um elemento químico gasoso, não metálico,
+	incolor e inodoro. É um elemento pouco reativo, pelo que em condições
+	normais de pressão e temperatura não se combina com nenhum outro
+	elemento e é incapaz de entrar em combustão.
+
+	<u>História</u>
+
+	Foi descoberto em 1772 em Edimburgo, Escócia, pelo cientista Daniel
+	Rutherford enquanto escrevia a sua tese de doutoramento. Rutherford
+	começou a estudar um gás que restava após reações de combustão, mesmo
+	depois de todo o conteúdo carbónico ser retirado. Inicialmente,
+	denominou-o “gás nocivo”, ao perceber que este não era suficiente para
+	manter vida. Foi, mais tarde, o químico francês Antoine Laurent de
+	Lavoisier que lhe atribuiu a designação de azoto entre 1775 e 1776.
+
+	<u>Ciclo do azoto</u>
+
+	O azoto é um dos elementos mais importantes para a vida, pois
+	encontra-se na constituição das proteínas, ácidos nucleicos e outros
+	constituintes celulares. Embora o azoto esteja presente na maioria da
+	atmosfera terrestre, grande parte dos seres vivos não consegue tirar
+	proveito deste gás devido à sua ligação N≡N, altamente energética e
+	difícil de quebrar. Assim, é fundamental a transformação e reciclagem
+	deste gás conhecido como ciclo do azoto.
+
+	Este ciclo consiste num conjunto de processos em que o azoto circula
+	entre plantas no solo, água, ar e todos os seres vivos, possuindo 4
+	etapas, iniciando com a fixação do azoto, posteriormente acontece a
+	amonificação, seguida da nitrificação e por fim ocorre a
+	desnitrificação.
+
+	Primeiramente, a fixação de azoto permite converter o N<sub>2</sub> em
+	qualquer uma das suas formas nitrogenadas. Podemos afirmar que existem 4
+	formas de fixação do azoto no solo, sendo possível por meio de reações
+	químicas naturais (fixação atmosférica) através da ação de relâmpagos
+	cujos têm a capacidade de, mediante a água e o oxigénio, gerar espécies
+	químicas reativas aptas a atacarem o azoto formando
+	HNO<sub>3</sub>, que se mistura com a água da chuva. A fixação
+	pode decorrer, por outro lado, por reações químicas industriais (fixação
+	industrial) por meio do processo Haber-Bosch, produzindo amónia,
+	amplamente utilizada na indústria de fertilizantes. É possível ainda que
+	a fixação do azoto se dê por processos biológicos, mediante da
+	decomposição da matéria orgânica e excreção por seres vivos de produtos
+	nitrogenados (como ureia, ácido úrico e amónia). Por fim, pode ocorrer a
+	fixação biológica, considerada a mais importante, caracterizada pela
+	assimilação de azoto atmosférico por alguns seres vivos, como as
+	bactérias Rhizobium, que vivem associadas às raízes de leguminosas.
+	Este processo referido anteriormente, efetua a redução do azoto em
+	amónio (NH<sub>4</sub><sup>+</sup>) e, de seguida, a conversão deste
+	composto em nitrato (NO<sub>3</sub><sup>−</sup>). Esta sequência de
+	reações, apresentada em (1), é conhecida como nitrificação, sendo esta a
+	principal forma de assimilação de azoto pelos vegetais.
+
+	NH<sub>4</sub><sup>+</sup> → NO<sub>2</sub><sup>–</sup> →
+	NO<sub>3</sub><sup>–\ (1)</sup>
+
+	O nitrato não absorvido pelas plantas pode retornar então à atmosfera
+	como azoto gasoso, através de um processo de redução por algumas
+	bactérias anaeróbias, designado desnitrificação.<sup> $4$ $5$ </sup>
+
+	<img src="./image2.png"
+	alt="Uma imagem com esboço, desenho, texto, diagrama Os conteúdos gerados por IA poderão estar incorretos." />
+
+	Figura 2: Ciclo do azoto em ecossistemas florestais.<sup> $5$ </sup>
+
+	<u>Formas de obtenção de azoto para utilização industrial</u>
+
+	O azoto não está disponível no seu estado puro uma vez que se encontra
+	misturado com 21% de oxigénio e pequenas quantidades de outros
+	gases.<sup> $1$ </sup> Uma vez que este gás não pode ser utilizado
+	diretamente sem separação, existem dois tipos de obtenção de azoto:
+	separação por membranas e o PSA (Pressure Swing Adsorption).
+
+	- Obtenção de azoto através da separação por membranas<sup> $2$ </sup>
+
+	A obtenção de azoto por membrana é adequada para necessidades de
+	produção deste gás de elevado fluxo no local. Este método utiliza um
+	caudal com valores entre 1-1500 Nm<sup>3</sup>/h, permite um grau de
+	pureza do gás obtido na gama dos 95% e 99,5%, possui um ponto de orvalho
+	de -70’C e trabalha a uma pressão até 24 bar.
+
+	O processo de separação por membrana utiliza o princípio das diferentes
+	taxas de difusão dos gases através das fibras da membrana. Os gases que
+	se difundem a uma taxa mais rápida, como o vapor de água e o oxigénio,
+	são expulsos através da porta de ventilação. O gás que se difunde a uma
+	taxa mais lenta, o azoto, continua através dos poros da membrana e sai
+	como gás produto na extremidade da membrana.
+
+	<img src="./image3.png"
+	alt="Uma imagem com captura de ecrã, cilindro, microfone, design Os conteúdos gerados por IA poderão estar incorretos." />
+
+	Figura 1- Esquema da separação do azoto por membrana.<sup> $2$ </sup>
+
+	O cálculo da produção ideal de azoto a partir de membranas é complexo,
+	dependendo de vários fatores, incluindo a queda de pressão através da
+	membrana, a temperatura e fluxo volumétrico do ar de alimentação e a
+	pureza desejada na saída.
+
+	- Obtenção de azoto através da adsorção por variação de pressão
+	(PSA)<sup> $3$ </sup>
+
+	A obtenção de azoto por PSA é adequada para quando os requisitos de
+	produção de gás são possuir um elevado valor de pureza e elevado fluxo.
+	Estes geradores trabalham com um intervalo de caudal entre 1-1500
+	Nm<sup>3</sup>/h, um grau de pureza entre 98% e 99,999%, possuem um
+	ponto de orvalho na gama dos -60’C e -80’C e trabalham à pressão de 5
+	bar, porém com um compressor de reforço opcional conseguem operar a
+	pressões mais altas.
+
+	Este processo utiliza colunas de CMS (Carbon Molecular Sieve) para
+	extrair o azoto do ar. Consiste em 2 recipientes preenchidos com
+	peneiras moleculares de carbono e alumina ativada. O ar comprimido limpo
+	passa por um dos recipientes, o azoto puro sai como gás produto e o gás
+	de exaustão, oxigénio, é libertado para a atmosfera. Após um curto
+	período a gerar azoto, ocorre a saturação do leito da peneira molecular
+	e, por meio de válvulas automáticas, o processo de produção de azoto
+	passa para a outra coluna. Isto permite que o leito saturado passe por
+	regeneração através de despressurização e purga para a pressão
+	atmosférica. Assim, é possível que os dois recipientes alternem
+	continuamente a produção de azoto e a regeneração, garantindo que o gás
+	esteja sempre disponível para o seu processo.
+
+	De seguida, apresentamos um vídeo explicativo acerca dos dois métodos de
+	obtenção de azoto, sobre as suas características, modo de operação e
+	vantagens de cada um.
+
+	<img src="./image4.jpg"
+	alt="What Is a Nitrogen Generator? How Does It Work?" />
+
+	_Figura xxx - Métodos de obtenção de azoto para utilizações industriais._
+
+	<u>Utilidades do azoto na indústria</u>
+
+	Apesar da sua caraterística de baixa reatividade em condições normais de
+	pressão e temperatura, o azoto tem um papel que se considera quase único
+	no contexto industrial visto ser uma molécula com propriedades inertes e
+	versáteis que tornam este gás essencial a diversos tipos de
+	indústria.<sup> $6$ $7$ </sup> As principais aplicações do azoto na
+	indústria incluem:
+
+	- Atuar como fertilizante
+
+	O azoto tem a capacidade de ser um nutriente essencial para as plantas,
+	sendo a base para a produção de fertilizantes nitrogenados. Este gás
+	como o conhecemos não pode ser absorvido diretamente pelas plantas, por
+	isso é convertido em amónia, essencial para esta produção. O método de
+	produção industrial de amónia é conhecido como Haber-Bosch, em alusão
+	aos seus criadores.
+
+	- Criar ambientes inertes
+
+	Determinadas indústrias necessitam de equipamentos industriais, como
+	reatores químicos ou tanques de armazenamento, que requerem atmosferas
+	anóxicas sendo injetado azoto de forma a diminuir progressivamente a
+	concentração de oxigénio no meio, tornando a atmosfera inerte. Com isto,
+	forma-se um ambiente capaz de preservar a integridade e qualidade de
+	materiais e de proteger produtos da contaminação e principalmente da
+	oxidação.
+
+	O azoto na sua forma líquida é um refrigerante de ampla utilização, por
+	exemplo na indústria alimentar e de bebidas, para congelamento e
+	transporte de alimentos, ajudando a manter a frescura desses produtos
+	por um período mais longo. Mais concretamente sais nitrito e nitrato são
+	utilizados como aditivos alimentares em carnes, já que auxiliam na sua
+	conservação e fixação da cor.
+
+	- Reduzir riscos de incêndio e explosão
+
+	Como sabemos, a reação de combustão de qualquer tipo material só ocorre
+	se houver presença de oxigénio no ambiente. Considerando este facto
+	utiliza-se o azoto como “manta protetora” em locais como tanques de
+	armazenamento, onde o gás forma uma camada protetora de forma a isolar
+	os produtos armazenados de atmosferas consideradas perigosas e assim
+	prevenir acidentes como incêndios ou explosões. Um exemplo é a indústria
+	de lâmpadas elétricas, em que o filamento de tungsténio aquecido da
+	lâmpada evita a combustão devido à presença de azoto gasoso que
+	substitui o ar cheio de oxigénio.
+
+	- Atuar como gás de purga
+
+	A purga é um método fundamental de inertização na indústria utilizado
+	nas correntes de processos que requerem este tipo de limpeza. É um
+	método essencial para fornecer segurança e maior eficiência das
+	operações industriais e baseia-se na remoção de ar, humidade e outro
+	tipo de contaminantes que estejam presentes em tubagens, e é normalmente
+	utilizado antes do início das operações de forma a garantir que as
+	correntes estejam livres de contaminantes. O azoto é um dos principais
+	gases de purga utilizados para este efeito devido às suas propriedades
+	inertes, à sua abundância na nossa atmosfera sendo um dos gases mais
+	fáceis de obter com este tipo de caraterísticas e pela sua elevada
+	eficiência neste tipo de funções, sendo um exemplo de aplicação a
+	indústria química.
+
+	<u>Desvantagens da utilização do azoto na indústria</u>
+
+	Os compostos de azoto são conhecidos pelo seu potencial explosivo, uma
+	vez que estão presentes no trinitrotolueno (TNT) e na nitroglicerina.
+	Por exemplo, em 2020, mais especificamente dia 4 de agosto, um incêndio
+	no porto da cidade de Beirute, capital do Líbano, provocou a explosão de
+	uma carga de nitrato de amónio (rico em azoto), cuja utilização seria
+	para fabricação de fertilizantes.<sup> $4$ </sup>
+
+	Outro problema associado ao azoto está relacionado com possíveis falhas
+	nos equipamentos em que é armazenado. Usualmente, este gás é armazenado
+	na fase gasosa, em garrafas de alta pressão e caso haja falhas neste
+	equipamento que libertem o gás para um ambiente com défices de
+	circulação de ar, vai provocar uma diminuição da concentração de
+	oxigénio na atmosfera criando um ambiente anóxico podendo causar
+	sintomas como fadiga, tonturas ou asfixia.<sup> $8$ </sup>
+
+	Bibliografia
+
+	$1$ - MVS Engineering. “Various nitrogen gas uses for industrial
+	purposes” Disponível em:
+	<https://www.mvsengg.com/blog/various-nitrogen-gas-uses-for-industrial-purposes/.>
+	$C o n s u l t a d o e m 21 / 02 / 2025$
+
+	$2$ - MVS Engineering. “PSA Nitrogen Generator” Disponível em:
+	<https://www.mvsengg.com/products/nitrogen/psa-nitrogen/.> \[Consultado
+	em 23/02/2025\]
+
+	$3$ - MVS Engineering. “Membrane Nitrogen Generator” Disponível em:
+	<https://www.mvsengg.com/products/nitrogen/membrane-nitrogen/.>
+	$C o n s u l t a d o e m 23 / 02 / 2025$
+
+	$4$ –Mundo Educação. “Nitrogénio” Disponível em:
+
+	<https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/nitrogenio.htm> \[Consultado
+	em 21/02/2023\]
+
+	$5$ - Björsne, A.-K., “The Nitrogen Cycle in Soil – Climate Impact and
+	Methodological Challenges in Natural Ecosystems” (2018), University of
+	Gothenburg.
+
+	$6$ - LINDE Gas. “Drying, Inerting, Blanketing & Purging. Protect
+	Chemicals in Storage and Pipelines”. Disponível em:
+	<https://www.linde-gas.com/industries/chemical/industrial-service-solutions/drying-inerting-blanketing-purging>.
+	$C o n s u l t a d o e m 23 / 02 / 2025$
+
+	$7$ - Reinhardt, H.-J., Himmen, H.-R., “Inerting in the chemical
+	industry” , Linde AG, abril, 2010. Disponível em:
+	https://static.prd.echannel.linde.com/wcsstore/DE\_REC\_Industrial\_Gas\_Store/Assets/anwendungen/White-paper-Inerting-chemical-industry-Englisch.PDF.
+	$C o n s u l t a d o e m 23 / 02 / 2025$ .
+
+	$8$ - Air Liquide. “Quais são os perigos do azoto?” Disponível em:
+	<https://pt.airliquide.com/solucoes/processos-de-gas-para-montagem-eletronica/quais-sao-os-perigos-do-azoto.>
+	$C o n s u l t a d o e m 25 / 02 / 2025$

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