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title: Oxigénio

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  - João Lopes - 2020222693

date: 2024-02-28

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# Oxigénio

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## 1. Introdução

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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.

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## 2. História

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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.\[1\]

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## 3. Propriedades físicas

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> 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/m3 e

no estado líquido (-183ºC) 1141 kg/m3;

- 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).\[2\]

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## 4. Produção e separação do Oxigénio

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Atualmente são três os processos mais utilizados para a obtenção do

oxigénio em ambiente industrial:

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### Processo de destilação fracionada do ar

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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

100

seguida, o ar líquido é aquecido lentamente numa coluna de destilação e,

101

à medida que a mistura aquece, os gases começam-se a separar com base

102

nos seus pontos de ebulição, obtendo-se, assim, os gases que compõe o

103

ar. O oxigénio é armazenado em tanques criogénicos, projetados

104

especialmente para manter a temperatura extremamente baixa. Posto isto,

105

o oxigénio pode também passar por processos de purificação dependendo da

106

sua utilização e aplicação.

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![Destilação fracionada](./image1.jpeg)

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110

**Figura 1**: Processo de destilação fracionada do ar.

111

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### Separação por adsorção (PSA)

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113

114

Este processo baseia-se na capacidade que certos materiais adsorventes

115

têm em absorver o azoto presente no ar, separando-o do oxigénio. A

116

separação por adsorção é bastante utilizada em processos que não

117

requerem uma pureza tão grande como no processo de destilação

118

fracionada, visto que se consegue obter oxigénio com pureza entre os 90%

119

e os 95%. É utilizado em sistemas médicos, indústrias alimentares,

120

tratamento de águas e em algumas soldagens.

121

122

O PSA funciona com base na diferença de afinidade de adsorção dos gases

123

que compõe o ar. Começa com a entrada de ar comprimido a alta pressão,

124

que é forçado a entrar numa câmara de adsorção, que contém materiais

125

adsorventes como o zeólito (grande absorvente de azoto). O azoto é

126

absorvido pelo material adsorvente e é separado da mistura, enquanto o

127

oxigénio continua e sai da câmara de adsorção, podendo ser armazenado.

128

Após algum tempo, a câmara é despressurizada, o que faz com que o azoto

129

se liberte do material absorvente e possa ser armazenado. Este processo

130

funciona em contínuo em larga escala para permitir a produção de

131

oxigénio em ciclos contínuos.\[3\]

132

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![PSA](./image2.png)

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135

**Figura 2**: Processo de separação por adsorção PSA

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### Separação por membranas

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139

A separação por membranas é uma tecnologia mais recente, utilizada para

140

separar os componentes do ar com base nas suas propriedades físicas e

141

químicas, usando membranas seletivas. Este processo é geralmente mais

142

simples e mais económico, mas é mais adequado, à semelhança da separação

143

PSA, para aplicações que necessitem de purezas de oxigénio entre os 90%

144

e os 95%. Assim, adequar-se-á para aplicações médicas, industriais e

145

alimentares.

146

147

A principal força de separação neste processo é a permeabilidade, que

148

difere entre os componentes do ar, separando-os. O ar comprimido a alta

149

pressão é introduzido num sistema que contém membranas de separação com

150

poros microscópicos, capazes de permitir a passagem de certos gases

151

enquanto retém os outros. O azoto tende a passar mais rapidamente pela

152

membrana dada a sua maior afinidade com a membrana e, por isso, o

153

oxigénio fica concentrado do lado não permeado. O oxigénio é

154

posteriormente armazenado e pronto a ser utilizado.\[4\]

155

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![Membranas](./image3.png)

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**Figura 3**: Processo de separação por membranas

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## 5. Armazenamento, transporte e segurança

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163

O oxigénio pode ser armazenado de duas formas: em estado gasoso, sendo

164

pressurizado, ou em estado líquido a temperaturas criogénicas.

165

166

O oxigénio, ao ser armazenado em estado gasoso, requer cilindros

167

pressurizados de alta resistência projetados para suportar até 200 bar.

168

Estes cilindros são utilizados para armazenar oxigénio em pequenas

169

quantidades como em hospitais, ambulâncias ou em indústrias. Os tanques

170

de armazenamento são utilizados para grandes volumes de oxigénio que

171

normalmente se situam instalados nas fábricas de produção ou em fábricas

172

que necessitem deste composto neste processo. Estes equipamentos são

173

constituídos por diversos controladores de pressão e temperatura de modo

174

a garantir a conformidade do oxigénio armazenado.

175

176

Em estado líquido, o oxigénio é armazenado em tanques criogénicos. Estes

177

são projetados para manter o oxigénio a temperaturas extremamente baixas

178

(na ordem dos -183ºC), sendo muito bem isolados termicamente (camadas de

179

vácuo ou isolamento a gás), para minimizar ao máximo a troca de calor

180

com o exterior e evitar a evaporação do oxigénio. Este sistema também

181

necessita de um controlo preciso em termos de pressão e temperatura para

182

garantir os parâmetros adequados.

183

184

O transporte do oxigénio envolve cuidados especiais, dado que é um gás

185

extremamente reativo e pode aumentar a inflamabilidade de vários

186

materiais. Pode ser transportado em estado gasoso, na forma de cilindros

187

altamente pressurizados, ou, então, em camiões especialmente equipados

188

com controladores de pressão e ventilação para garantir a segurança no

189

transporte. Pode, também, ser transportado em estado líquido em camiões

190

com tanques criogénicos altamente isolados para manter a temperatura do

191

oxigénio constante.

192

193

O oxigénio, embora não sendo inflamável, aumenta a inflamabilidade de

194

outros materiais, por isso, qualquer fonte de ignição pode resultar num

195

incêndio ou numa explosão quando está em concentrações elevadas. Quando

196

em armazenamento o oxigénio deve ser armazenado longe de fontes de calor

197

ou material inflamável bem como em áreas bem ventiladas e bem

198

sinalizadas.

199

200

Os trabalhadores que estejam em contacto com oxigénio devem usar EPI’s

201

(equipamento de proteção individual) como luvas, óculos de proteção e

202

roupa não inflamável. Estes trabalhadores devem também possuir treino

203

adequado para transportar, armazenar e manusear

204

oxigénio.\[5\]\[6\]

205

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![Tanque criogénico](./image4.jpeg)

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**Figura 4**: Tanque criogénico

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210

![Transporte rodoviário](./image5.jpeg)

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**Figura 5**: Camião de transporte com tanque criogénico

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## 6. Aplicações industriais do Oxigénio

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216

217

O oxigénio, como já referido anteriormente, é dos gases industriais mais

218

utilizados na indústria graças às suas propriedades únicas. Entre estas,

219

podemos destacar:

220

221

-   **Metalurgia e Siderurgia**: é amplamente utilizado na produção de

222

aço e ferro, onde desempenha um papel fundamental na remoção de

223

impurezas e no aumento da eficiência dos processos de fusão, como no

224

BOF (Basic Oxygen Furnace), na fabricação de aço por oxigénio básico

225

e no corte e soldagem do ferrem chapas metálicas.

226

227

-   **Indústria Química e Petroquímica**: o oxigénio é essencial para a

228

produção de amoníaco, metanol, ácido sulfúrico, ácido nítrico, entre

229

outros. É também utilizado em muitos processos que envolvam

230

oxidações e de combustão como na produção de polímeros e plásticos e

231

em refinarias de petróleo.

232

233

-   **Indústria de Energia e Meio Ambiente**: é utilizado em energia e

234

no meio ambiente, principalmente na gaseificação do carvão e da

235

biomassa para obter gás síntese, bem como no tratamento de águas

236

residuais para remover impurezas e degradar a matéria orgânica.

237

238

-   **Indústria do Papel e da Celulose**: com o desenvolvimento

239

tecnológico, o oxigénio começou a ser utilizado em muito mais áreas

240

(como é o caso desta indústria) para tornar os processos mais

241

ecológicos. Este composto é utilizado principalmente no

242

branqueamento da pasta e do papel bem como no tratamento dos

243

efluentes que dela advêm.

244

245

-   **Indústria Alimentar**: o oxigénio é também utilizado na

246

fermentação para produzir cerveja, vinho e laticínios bem como em

247

embalagens para aumentar o tempo de conservação.

248

249

-   **Medicina e Saúde**: na medicina; o oxigénio é utilizado em

250

terapias respiratórias, anestesias, cuidados intensivos e em câmaras

251

hiperbáricas quando em caso de intoxicações por monóxido de

252

carbono.\[1\]\[7\]

253

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255

## 7. Conclusão

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256

257

O oxigénio é um elemento fundamental à vida e um recurso essencial na

258

indústria moderna. É amplamente utilizado desde a indústria química e

259

alimentar, à medicina e ao tratamento de águas residuais. A transição da

260

indústria para processos mais sustentáveis e com menos impactos

261

ambientais levou ao aumento da pesquisa e ao desenvolvimento de

262

tecnologias alternativas às existentes, muitas delas com base em

263

elementos abundantes como o oxigénio. Assim, a sua utilização está em

264

expansão e não só impulsiona a indústria, mas é também considerada uma

265

peça fundamental na diminuição do impacto ambiental e na preservação dos

266

ecossistemas.

267

268

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269

## Referências

270

271

\[1\] Oxigénio, in Wikipédia, disponível em: <https://pt.wikipedia.org/wiki/Oxig%C3%A9nio>, (consultado em

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272

24/02/2025).

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274

\[2\] 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).

275

276

\[3\] Ferreira, L., Processos cíclicos de adsorção, Slides de Processos de Separação Avançados, Universidade de Coimbra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, 2024/2025.

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278

\[4\] Ferreira, L., Membrane Processes, Slides de Processos de Separação Avançados, Universidade de Coimbra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, 2024/2025.

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279

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280

\[5\] Linde Portugal, Conselhos de segurança, disponível em: <https://www.linde-gas.pt/shop/pt/pt-ig/conselhos-de-seguranca>, (consultado em 24/02/2025).

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281

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282

\[6\] 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).

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284

\[7\] Gifel-Engenharia de incêndio, Aplicações do Oxigénio no quotidiano, disponível em: <https://www.gifel.com.br/aplicacoes-oxigenio-cotidiano/>, (consultado em 24/02/2024).