Commit 99c59c
2025-02-28 10:51:39 André Casaleiro: Added attachment(s): Azoto.md.| /dev/null .. Utilidades industriais/Azoto.md | |
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| + | # 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 |
| + | *H**N**O*<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 (*N**H*<sub>4</sub><sup>+</sup>) e, de seguida, a conversão deste |
| + | composto em nitrato (*N**O*<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 *N**m*<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 |
| + | *N**m*<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/.> |
| + | \[Consultado em 21/02/2025\] |
| + | |
| + | \[2\] - 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/.> |
| + | \[Consultado em 23/02/2025\] |
| + | |
| + | \[4\] –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>. |
| + | \[Consultado em 23/02/2025\] |
| + | |
| + | \[7\] - 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. |
| + | \[Consultado em 23/02/2025\]. |
| + | |
| + | \[8\] - 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.> |
| + | \[Consultado em 25/02/2025\] |