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0282ff Nuno Oliveira 2025-03-01 21:05:30
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title: Azoto
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- Ana Pocinho
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- André Casaleiro
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date: 2024-02-28
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tags: #utilidades
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# Azoto
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O azoto ou nitrogénio é um gás inerte que compõe 78% da atmosfera da
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Terra, em volume. Este é um elemento químico gasoso, não metálico,
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incolor e inodoro. É um elemento pouco reativo, pelo que em condições
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normais de pressão e temperatura não se combina com nenhum outro
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elemento e é incapaz de entrar em combustão.
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## História
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Foi descoberto em 1772 em Edimburgo, Escócia, pelo cientista Daniel
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Rutherford enquanto escrevia a sua tese de doutoramento. Rutherford
23
começou a estudar um gás que restava após reações de combustão, mesmo
24
depois de todo o conteúdo carbónico ser retirado. Inicialmente,
25
denominou-o “gás nocivo”, ao perceber que este não era suficiente para
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manter vida. Foi, mais tarde, o químico francês Antoine Laurent de
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Lavoisier que lhe atribuiu a designação de azoto entre 1775 e 1776.
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## Ciclo do azoto
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O azoto é um dos elementos mais importantes para a vida, pois
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encontra-se na constituição das proteínas, ácidos nucleicos e outros
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constituintes celulares. Embora o azoto esteja presente na maioria da
35
atmosfera terrestre, grande parte dos seres vivos não consegue tirar
36
proveito deste gás devido à sua ligação N≡N, altamente energética e
37
difícil de quebrar. Assim, é fundamental a transformação e reciclagem
38
deste gás conhecido como ciclo do azoto.
39
40
Este ciclo consiste num conjunto de processos em que o azoto circula
41
entre plantas no solo, água, ar e todos os seres vivos, possuindo 4
42
etapas, iniciando com a fixação do azoto, posteriormente acontece a
43
amonificação, seguida da nitrificação e por fim ocorre a
44
desnitrificação.
45
46
Primeiramente, a fixação de azoto permite converter o *N*<sub>2</sub> em
47
qualquer uma das suas formas nitrogenadas. Podemos afirmar que existem 4
48
formas de fixação do azoto no solo, sendo possível por meio de reações
49
químicas naturais (fixação atmosférica) através da ação de relâmpagos
50
cujos têm a capacidade de, mediante a água e o oxigénio, gerar espécies
51
químicas reativas aptas a atacarem o azoto formando
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*HNO*<sub>3</sub>, que se mistura com a água da chuva. A fixação
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pode decorrer, por outro lado, por reações químicas industriais (fixação
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industrial) por meio do processo Haber-Bosch, produzindo amónia,
55
amplamente utilizada na indústria de fertilizantes. É possível ainda que
56
a fixação do azoto se dê por processos biológicos, mediante da
57
decomposição da matéria orgânica e excreção por seres vivos de produtos
58
nitrogenados (como ureia, ácido úrico e amónia). Por fim, pode ocorrer a
59
fixação biológica, considerada a mais importante, caracterizada pela
60
assimilação de azoto atmosférico por alguns seres vivos, como as
61
bactérias *Rhizobium*, que vivem associadas às raízes de leguminosas.
62
Este processo referido anteriormente, efetua a redução do azoto em
63
amónio (*N**H*<sub>4</sub><sup>+</sup>) e, de seguida, a conversão deste
64
composto em nitrato (*N**O*<sub>3</sub><sup>−</sup>). Esta sequência de
65
reações, apresentada em (1), é conhecida como nitrificação, sendo esta a
66
principal forma de assimilação de azoto pelos vegetais.
67
68
NH<sub>4</sub><sup>+</sup> → NO<sub>2</sub><sup>–</sup> →
69
NO<sub>3</sub><sup>–\ (1)</sup>
70
71
O nitrato não absorvido pelas plantas pode retornar então à atmosfera
72
como azoto gasoso, através de um processo de redução por algumas
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bactérias anaeróbias, designado desnitrificação.[^4][^5]
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![Ciclo do azoto em ecossistemas florestais](./Imagem1.png)
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Figura 1: Ciclo do azoto em ecossistemas florestais.[^5]
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## Formas de obtenção de azoto para utilização industrial
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O azoto não está disponível no seu estado puro uma vez que se encontra
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misturado com 21% de oxigénio e pequenas quantidades de outros
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gases.[^1] Uma vez que este gás não pode ser utilizado
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diretamente sem separação, existem dois tipos de obtenção de azoto:
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separação por membranas e o PSA (Pressure Swing Adsorption).
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### Obtenção de azoto através da separação por membranas[^2]
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A obtenção de azoto por membrana é adequada para necessidades de
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produção deste gás de elevado fluxo no local. Este método utiliza um
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caudal com valores entre 1-1500 *N**m*<sup>3</sup>/h, permite um grau de
93
pureza do gás obtido na gama dos 95% e 99,5%, possui um ponto de orvalho
94
de -70’C e trabalha a uma pressão até 24 bar.
95
96
O processo de separação por membrana utiliza o princípio das diferentes
97
taxas de difusão dos gases através das fibras da membrana. Os gases que
98
se difundem a uma taxa mais rápida, como o vapor de água e o oxigénio,
99
são expulsos através da porta de ventilação. O gás que se difunde a uma
100
taxa mais lenta, o azoto, continua através dos poros da membrana e sai
101
como gás produto na extremidade da membrana.
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![Esquema da separação do azoto por membrana](./Imagem2.png)
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Figura 2- Esquema da separação do azoto por membrana.[^2]
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O cálculo da produção ideal de azoto a partir de membranas é complexo,
108
dependendo de vários fatores, incluindo a queda de pressão através da
109
membrana, a temperatura e fluxo volumétrico do ar de alimentação e a
110
pureza desejada na saída.
111
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- Obtenção de azoto através da adsorção por variação de pressão
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(PSA)[^3]
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A obtenção de azoto por PSA é adequada para quando os requisitos de
116
produção de gás são possuir um elevado valor de pureza e elevado fluxo.
117
Estes geradores trabalham com um intervalo de caudal entre 1-1500
118
*N**m*<sup>3</sup>/h, um grau de pureza entre 98% e 99,999%, possuem um
119
ponto de orvalho na gama dos -60’C e -80’C e trabalham à pressão de 5
120
bar, porém com um compressor de reforço opcional conseguem operar a
121
pressões mais altas.
122
123
Este processo utiliza colunas de CMS (Carbon Molecular Sieve) para
124
extrair o azoto do ar. Consiste em 2 recipientes preenchidos com
125
peneiras moleculares de carbono e alumina ativada. O ar comprimido limpo
126
passa por um dos recipientes, o azoto puro sai como gás produto e o gás
127
de exaustão, oxigénio, é libertado para a atmosfera. Após um curto
128
período a gerar azoto, ocorre a saturação do leito da peneira molecular
129
e, por meio de válvulas automáticas, o processo de produção de azoto
130
passa para a outra coluna. Isto permite que o leito saturado passe por
131
regeneração através de despressurização e purga para a pressão
132
atmosférica. Assim, é possível que os dois recipientes alternem
133
continuamente a produção de azoto e a regeneração, garantindo que o gás
134
esteja sempre disponível para o seu processo.
135
136
De seguida, apresentamos um vídeo explicativo acerca dos dois métodos de
137
obtenção de azoto, sobre as suas características, modo de operação e
138
vantagens de cada um.
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58055b André Casaleiro 2025-02-28 11:57:40
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</video>
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c70f75 André Casaleiro 2025-02-28 11:33:32
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Métodos de obtenção de azoto para utilizações industriais.
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## Utilização do azoto na indústria
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Apesar da sua caraterística de baixa reatividade em condições normais de
150
pressão e temperatura, o azoto tem um papel que se considera quase único
151
no contexto industrial visto ser uma molécula com propriedades inertes e
152
versáteis que tornam este gás essencial a diversos tipos de
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153
indústria.[^6][^7] As principais aplicações do azoto na
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indústria incluem:
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### Ação como fertilizante
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O azoto tem a capacidade de ser um nutriente essencial para as plantas,
159
sendo a base para a produção de fertilizantes nitrogenados. Este gás
160
como o conhecemos não pode ser absorvido diretamente pelas plantas, por
161
isso é convertido em amónia, essencial para esta produção. O método de
162
produção industrial de amónia é conhecido como Haber-Bosch, em alusão
163
aos seus criadores.
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### Criação de ambientes inertes
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166
167
Determinadas indústrias necessitam de equipamentos industriais, como
168
reatores químicos ou tanques de armazenamento, que requerem atmosferas
169
anóxicas sendo injetado azoto de forma a diminuir progressivamente a
170
concentração de oxigénio no meio, tornando a atmosfera inerte. Com isto,
171
forma-se um ambiente capaz de preservar a integridade e qualidade de
172
materiais e de proteger produtos da contaminação e principalmente da
173
oxidação.
174
175
O azoto na sua forma líquida é um refrigerante de ampla utilização, por
176
exemplo na indústria alimentar e de bebidas, para congelamento e
177
transporte de alimentos, ajudando a manter a frescura desses produtos
178
por um período mais longo. Mais concretamente sais nitrito e nitrato são
179
utilizados como aditivos alimentares em carnes, já que auxiliam na sua
180
conservação e fixação da cor.
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### Redução de riscos de incêndio e explosão
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183
184
Como sabemos, a reação de combustão de qualquer tipo material só ocorre
185
se houver presença de oxigénio no ambiente. Considerando este facto
186
utiliza-se o azoto como “manta protetora” em locais como tanques de
187
armazenamento, onde o gás forma uma camada protetora de forma a isolar
188
os produtos armazenados de atmosferas consideradas perigosas e assim
189
prevenir acidentes como incêndios ou explosões. Um exemplo é a indústria
190
de lâmpadas elétricas, em que o filamento de tungsténio aquecido da
191
lâmpada evita a combustão devido à presença de azoto gasoso que
192
substitui o ar cheio de oxigénio.
193
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### Actuação como gás de purga
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196
A purga é um método fundamental de inertização na indústria utilizado
197
nas correntes de processos que requerem este tipo de limpeza. É um
198
método essencial para fornecer segurança e maior eficiência das
199
operações industriais e baseia-se na remoção de ar, humidade e outro
200
tipo de contaminantes que estejam presentes em tubagens, e é normalmente
201
utilizado antes do início das operações de forma a garantir que as
202
correntes estejam livres de contaminantes. O azoto é um dos principais
203
gases de purga utilizados para este efeito devido às suas propriedades
204
inertes, à sua abundância na nossa atmosfera sendo um dos gases mais
205
fáceis de obter com este tipo de caraterísticas e pela sua elevada
206
eficiência neste tipo de funções, sendo um exemplo de aplicação a
207
indústria química.
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210
## Limitações na utilização do azoto na indústria
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211
212
Os compostos de azoto são conhecidos pelo seu potencial explosivo, uma
213
vez que estão presentes no trinitrotolueno (TNT) e na nitroglicerina.
214
Por exemplo, em 2020, mais especificamente dia 4 de agosto, um incêndio
215
no porto da cidade de Beirute, capital do Líbano, provocou a explosão de
216
uma carga de nitrato de amónio (rico em azoto), cuja utilização seria
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217
para fabricação de fertilizantes.[^4]
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218
219
Outro problema associado ao azoto está relacionado com possíveis falhas
220
nos equipamentos em que é armazenado. Usualmente, este gás é armazenado
221
na fase gasosa, em garrafas de alta pressão e caso haja falhas neste
222
equipamento que libertem o gás para um ambiente com défices de
223
circulação de ar, vai provocar uma diminuição da concentração de
224
oxigénio na atmosfera criando um ambiente anóxico podendo causar
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225
sintomas como fadiga, tonturas ou asfixia.[^8]
226
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## Referências
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229
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230
[^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]
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231
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232
[^2]: MVS Engineering. “PSA Nitrogen Generator”, Disponível em: <https://www.mvsengg.com/products/nitrogen/psa-nitrogen/> [Consultado em 23/02/2025]
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233
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234
[^3]: MVS Engineering. “Membrane Nitrogen Generator”, Disponível em: <https://www.mvsengg.com/products/nitrogen/membrane-nitrogen/> [Consultado em 23/02/2025]
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235
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236
[^4]: Mundo Educação. “Nitrogénio”, Disponível em: <https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/nitrogenio.htm> [Consultado em 21/02/2023]
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237
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238
[^5]: Björsne, A.-K., “The Nitrogen Cycle in Soil – Climate Impact and Methodological Challenges in Natural Ecosystems” (2018), University of Gothenburg.
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239
0282ff Nuno Oliveira 2025-03-01 21:05:30
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240
[^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]
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241
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242
[^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].
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243
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244
[^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]