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2025-02-28 10:04:14 João Lopes: Added attachment(s): Oxigenio.md.
/dev/null .. Utilidades industriais/Oxigenio.md
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+
+# **Oxigénio**
+
+Departamento de Engenharia Química da Universidade de Coimbra
+
+Este trabalho foi realizado no âmbito da disciplina de Integração e
+Intensificação de Processos do mestrado de Engenharia Química
+
+**João Lopes - 2020222693**
+
+## **1. Introdução**
+
+O oxigénio, elemento essencial à vida na terra, desempenha um papel
+fundamental na indústria moderna. Como segundo elemento mais abundante
+na atmosfera terrestre, o oxigénio tem vindo a ser amplamente utilizado
+em diversos processos industriais, tornando-se uma utilidade
+indispensável em diversos setores económicos e industriais. Para isso,
+contribuíram desenvolvimentos tecnológicos e novas regulamentações de
+sustentabilidade que tornam o oxigénio como uma alternativa perfeita
+para mitigar o impacto ambiental de algumas indústrias.
+
+Este trabalho tem como objetivo analisar a importância do oxigénio para
+a indústria nos dias de hoje, contribuindo, também, para a eficiência,
+sustentabilidade e inovação tecnológica de diversos processos de
+produção.
+
+## **2. História**
+
+O oxigénio foi descoberto de forma independente por Carl Wilhelm Scheele
+em 1773 e Joseph Priestley em 1774. Antoine Lavoisier, em 1777, deu o
+nome ao elemento e realizou ensaios de modo a desacreditar a teoria do
+flogisto. Esta teoria foi desenvolvida por Georg Ernst Stahl anos antes
+e acreditava que todos os compostos combustíveis possuíam uma matéria
+chamada flogisto, que era libertada para o ar nos processos de combustão
+e oxidação.
+
+No final do século XIX e início do XX, o avanço das tecnologias de
+separação de gases do ar permitiu a produção de oxigénio em larga
+escala. Processos como o método de Linde, desenvolvido por Carl von
+Linde, permitiram que a indústria se expandisse possibilitando a
+obtenção de oxigénio líquido e gasoso. Em 1923, o cientista
+norte-americano Robert Goddard foi a primeira pessoa a desenvolver um
+motor de foguete, com uso de gasolina como combustível e oxigénio
+líquido como oxidante.<sup>\[1\]</sup>
+
+## **3. Propriedades físicas**
+
+> Entre as propriedades físicas do oxigénio podemos destacar as
+> seguintes:
+
+- Estado físico: gasoso, líquido e sólido;
+
+- Cor: no estado gasoso é incolor e no estado líquido e sólido possui
+ uma coloração azulada;
+
+- Peso molecular: 32 g/mol;
+
+- Densidade: no estado gasoso (0ºC e 1 atm) 1,429 kg/m<sup>3</sup> e
+ no estado líquido (-183ºC) 1141 kg/m<sup>3</sup>;
+
+- Ponto de fusão: -218,76ºC (1 atm);
+
+- Ponto de ebulição: -182,97ºC (1 atm);
+
+- Temperatura crítica: -118,9ºC (1 atm);
+
+- Pressão crítica: 50,4 atm;
+
+- Solubilidade em água: 8,3 mg/L (20ºC e 1 atm) e 14,6 mg/L (0ºC e 1
+ atm);
+
+- Condutividade térmica: estado gasoso (0ºC e 1 atm) 0,02674 W/(m.K) e
+ estado líquido (-183ºC) 0,152 W/(m.K).<sup>\[2\]</sup>
+
+## **4. Produção e separação do Oxigénio**
+
+Atualmente são três os processos mais utilizados para a obtenção do
+oxigénio em ambiente industrial:
+
+### **Processo de destilação fracionada do ar**
+
+O processo de destilação fracionada do ar é o processo mais utilizado em
+larga escala pelas indústrias, especialmente para obter oxigénio com
+alta pureza (99% ou superior). Este método é o ideal para indústrias que
+necessitam de grandes quantidades de oxigénio como na indústria
+metalúrgica, nos processos de soldagem ou na produção de aço.
+
+Este processo baseia-se na separação dos diferentes componentes do ar
+(como azoto, oxigénio e outros gases como dióxido de carbono, árgon e
+vapor de água), com base na diferença dos seus pontos de ebulição.
+
+Primeiro, o ar atmosférico é comprimido e é arrefecido rapidamente para
+reduzir a sua temperatura. Isto faz com que os componentes do ar
+condensem. Após esta etapa, o ar é liquefeito a temperaturas em torno
+dos -200ºC, de modo a facilitar a separação dos componentes do ar. De
+seguida, o ar líquido é aquecido lentamente numa coluna de destilação e,
+à medida que a mistura aquece, os gases começam-se a separar com base
+nos seus pontos de ebulição, obtendo-se, assim, os gases que compõe o
+ar. O oxigénio é armazenado em tanques criogénicos, projetados
+especialmente para manter a temperatura extremamente baixa. Posto isto,
+o oxigénio pode também passar por processos de purificação dependendo da
+sua utilização e aplicação.
+
+<img src="image1.jpeg">
+
+**Figura 1**: Processo de destilação fracionada do ar.
+
+### **Separação por adsorção (PSA)**
+
+Este processo baseia-se na capacidade que certos materiais adsorventes
+têm em absorver o azoto presente no ar, separando-o do oxigénio. A
+separação por adsorção é bastante utilizada em processos que não
+requerem uma pureza tão grande como no processo de destilação
+fracionada, visto que se consegue obter oxigénio com pureza entre os 90%
+e os 95%. É utilizado em sistemas médicos, indústrias alimentares,
+tratamento de águas e em algumas soldagens.
+
+O PSA funciona com base na diferença de afinidade de adsorção dos gases
+que compõe o ar. Começa com a entrada de ar comprimido a alta pressão,
+que é forçado a entrar numa câmara de adsorção, que contém materiais
+adsorventes como o zeólito (grande absorvente de azoto). O azoto é
+absorvido pelo material adsorvente e é separado da mistura, enquanto o
+oxigénio continua e sai da câmara de adsorção, podendo ser armazenado.
+Após algum tempo, a câmara é despressurizada, o que faz com que o azoto
+se liberte do material absorvente e possa ser armazenado. Este processo
+funciona em contínuo em larga escala para permitir a produção de
+oxigénio em ciclos contínuos.<sup>\[3\]</sup>
+
+<img src="image2.jpeg">
+
+**Figura 2**: Processo de separação por adsorção PSA
+
+### **Separação por membranas**
+
+A separação por membranas é uma tecnologia mais recente, utilizada para
+separar os componentes do ar com base nas suas propriedades físicas e
+químicas, usando membranas seletivas. Este processo é geralmente mais
+simples e mais económico, mas é mais adequado, à semelhança da separação
+PSA, para aplicações que necessitem de purezas de oxigénio entre os 90%
+e os 95%. Assim, adequar-se-á para aplicações médicas, industriais e
+alimentares.
+
+A principal força de separação neste processo é a permeabilidade, que
+difere entre os componentes do ar, separando-os. O ar comprimido a alta
+pressão é introduzido num sistema que contém membranas de separação com
+poros microscópicos, capazes de permitir a passagem de certos gases
+enquanto retém os outros. O azoto tende a passar mais rapidamente pela
+membrana dada a sua maior afinidade com a membrana e, por isso, o
+oxigénio fica concentrado do lado não permeado. O oxigénio é
+posteriormente armazenado e pronto a ser utilizado.<sup>\[4\]</sup>
+
+<img src="image3.jpeg">
+
+**Figura 3**: Processo de separação por membranas
+
+## **5. Armazenamento, transporte e segurança**
+
+O oxigénio pode ser armazenado de duas formas: em estado gasoso, sendo
+pressurizado, ou em estado líquido a temperaturas criogénicas.
+
+O oxigénio, ao ser armazenado em estado gasoso, requer cilindros
+pressurizados de alta resistência projetados para suportar até 200 bar.
+Estes cilindros são utilizados para armazenar oxigénio em pequenas
+quantidades como em hospitais, ambulâncias ou em indústrias. Os tanques
+de armazenamento são utilizados para grandes volumes de oxigénio que
+normalmente se situam instalados nas fábricas de produção ou em fábricas
+que necessitem deste composto neste processo. Estes equipamentos são
+constituídos por diversos controladores de pressão e temperatura de modo
+a garantir a conformidade do oxigénio armazenado.
+
+Em estado líquido, o oxigénio é armazenado em tanques criogénicos. Estes
+são projetados para manter o oxigénio a temperaturas extremamente baixas
+(na ordem dos -183ºC), sendo muito bem isolados termicamente (camadas de
+vácuo ou isolamento a gás), para minimizar ao máximo a troca de calor
+com o exterior e evitar a evaporação do oxigénio. Este sistema também
+necessita de um controlo preciso em termos de pressão e temperatura para
+garantir os parâmetros adequados.
+
+O transporte do oxigénio envolve cuidados especiais, dado que é um gás
+extremamente reativo e pode aumentar a inflamabilidade de vários
+materiais. Pode ser transportado em estado gasoso, na forma de cilindros
+altamente pressurizados, ou, então, em camiões especialmente equipados
+com controladores de pressão e ventilação para garantir a segurança no
+transporte. Pode, também, ser transportado em estado líquido em camiões
+com tanques criogénicos altamente isolados para manter a temperatura do
+oxigénio constante.
+
+O oxigénio, embora não sendo inflamável, aumenta a inflamabilidade de
+outros materiais, por isso, qualquer fonte de ignição pode resultar num
+incêndio ou numa explosão quando está em concentrações elevadas. Quando
+em armazenamento o oxigénio deve ser armazenado longe de fontes de calor
+ou material inflamável bem como em áreas bem ventiladas e bem
+sinalizadas.
+
+Os trabalhadores que estejam em contacto com oxigénio devem usar EPI’s
+(equipamento de proteção individual) como luvas, óculos de proteção e
+roupa não inflamável. Estes trabalhadores devem também possuir treino
+adequado para transportar, armazenar e manusear
+oxigénio.<sup>\[5\]\[6\]</sup>
+
+<img src="image4.jpeg">
+
+**Figura 4**: Tanque criogénico
+
+<img src="image5.jpeg">
+
+**Figura 5**: Camião de transporte com tanque criogénico
+
+## **6. Aplicações industriais do Oxigénio**
+
+O oxigénio, como já referido anteriormente, é dos gases industriais mais
+utilizados na indústria graças às suas propriedades únicas. Entre estas,
+podemos destacar:
+
+- **Metalurgia e Siderurgia**: é amplamente utilizado na produção de
+ aço e ferro, onde desempenha um papel fundamental na remoção de
+ impurezas e no aumento da eficiência dos processos de fusão, como no
+ BOF (Basic Oxygen Furnace), na fabricação de aço por oxigénio básico
+ e no corte e soldagem do ferrem chapas metálicas.
+
+- **Indústria Química e Petroquímica**: o oxigénio é essencial para a
+ produção de amoníaco, metanol, ácido sulfúrico, ácido nítrico, entre
+ outros. É também utilizado em muitos processos que envolvam
+ oxidações e de combustão como na produção de polímeros e plásticos e
+ em refinarias de petróleo.
+
+- **Indústria de Energia e Meio Ambiente**: é utilizado em energia e
+ no meio ambiente, principalmente na gaseificação do carvão e da
+ biomassa para obter gás síntese, bem como no tratamento de águas
+ residuais para remover impurezas e degradar a matéria orgânica.
+
+- **Indústria do Papel e da Celulose**: com o desenvolvimento
+ tecnológico, o oxigénio começou a ser utilizado em muito mais áreas
+ (como é o caso desta indústria) para tornar os processos mais
+ ecológicos. Este composto é utilizado principalmente no
+ branqueamento da pasta e do papel bem como no tratamento dos
+ efluentes que dela advêm.
+
+- **Indústria Alimentar**: o oxigénio é também utilizado na
+ fermentação para produzir cerveja, vinho e laticínios bem como em
+ embalagens para aumentar o tempo de conservação.
+
+- **Medicina e Saúde**: na medicina; o oxigénio é utilizado em
+ terapias respiratórias, anestesias, cuidados intensivos e em câmaras
+ hiperbáricas quando em caso de intoxicações por monóxido de
+ carbono.<sup>\[1\]\[7\]</sup>
+
+## **7. Conclusão**
+
+O oxigénio é um elemento fundamental à vida e um recurso essencial na
+indústria moderna. É amplamente utilizado desde a indústria química e
+alimentar, à medicina e ao tratamento de águas residuais. A transição da
+indústria para processos mais sustentáveis e com menos impactos
+ambientais levou ao aumento da pesquisa e ao desenvolvimento de
+tecnologias alternativas às existentes, muitas delas com base em
+elementos abundantes como o oxigénio. Assim, a sua utilização está em
+expansão e não só impulsiona a indústria, mas é também considerada uma
+peça fundamental na diminuição do impacto ambiental e na preservação dos
+ecossistemas.
+
+## **8. Bibliografia**
+
+\[1\] Oxigénio, in Wikipédia, disponível em:
+<https://pt.wikipedia.org/wiki/Oxig%C3%A9nio>, (consultado em
+24/02/2025).
+
+\[2\] Hamilton Company, Properties of Oxygen, disponível em:
+<https://www.hamiltoncompany.com/process-analytics/dissolved-oxygen-knowledge/why-oxygen/properties-of-oxygen>,
+(consultado em 24/02/2025).
+
+\[3\] Ferreira, L., Processos cíclicos de adsorção, Slides de Processos
+de Separação Avançados, Universidade de Coimbra, Faculdade de Ciências e
+Tecnologia, 2024/2025.
+
+\[4\] Ferreira, L., Membrane Processes, Slides de Processos de Separação
+Avançados, Universidade de Coimbra, Faculdade de Ciências e Tecnologia,
+2024/2025.
+
+\[5\] Linde Portugal, Conselhos de segurança, disponível em:
+<https://www.linde-gas.pt/shop/pt/pt-ig/conselhos-de-seguranca>,
+(consultado em 24/02/2025).
+
+\[6\] Air Liquide Brasil, Segurança no trabalho: cuidados na aplicação
+de gases, disponível em:
+<https://br.airliquide.com/seguranca-no-trabalho-cuidados-na-aplicacao-de-gases>,
+(consultado em 24/02/2025).
+
+\[7\] Gifel-Engenharia de incêndio, Aplicações do Oxigénio no
+quotidiano, disponível em:
+<https://www.gifel.com.br/aplicacoes-oxigenio-cotidiano/>, (consultado
+em 24/02/2024).
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