Oxigénio - blame None – ChemE contents

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0282ff	Nuno Oliveira	2025-03-01 21:05:30	1	---
			2	title: Oxigénio
			3	author:
			4	- João Lopes - 2020222693
			5	date: 2024-02-28
			6	tags: #utilidades
			7	---
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0282ff	Nuno Oliveira	2025-03-01 21:05:30	9	# Oxigénio
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0282ff	Nuno Oliveira	2025-03-01 21:05:30	11	## 1. Introdução
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			13	O oxigénio, elemento essencial à vida na terra, desempenha um papel
			14	fundamental na indústria moderna. Como segundo elemento mais abundante
			15	na atmosfera terrestre, o oxigénio tem vindo a ser amplamente utilizado
			16	em diversos processos industriais, tornando-se uma utilidade
			17	indispensável em diversos setores económicos e industriais. Para isso,
			18	contribuíram desenvolvimentos tecnológicos e novas regulamentações de
			19	sustentabilidade que tornam o oxigénio como uma alternativa perfeita
			20	para mitigar o impacto ambiental de algumas indústrias.
			21
			22	Este trabalho tem como objetivo analisar a importância do oxigénio para
			23	a indústria nos dias de hoje, contribuindo, também, para a eficiência,
			24	sustentabilidade e inovação tecnológica de diversos processos de
			25	produção.
			26
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			28	## 2. História
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			30	O oxigénio foi descoberto de forma independente por Carl Wilhelm Scheele
			31	em 1773 e Joseph Priestley em 1774. Antoine Lavoisier, em 1777, deu o
			32	nome ao elemento e realizou ensaios de modo a desacreditar a teoria do
			33	flogisto. Esta teoria foi desenvolvida por Georg Ernst Stahl anos antes
			34	e acreditava que todos os compostos combustíveis possuíam uma matéria
			35	chamada flogisto, que era libertada para o ar nos processos de combustão
			36	e oxidação.
			37
			38	No final do século XIX e início do XX, o avanço das tecnologias de
			39	separação de gases do ar permitiu a produção de oxigénio em larga
			40	escala. Processos como o método de Linde, desenvolvido por Carl von
			41	Linde, permitiram que a indústria se expandisse possibilitando a
			42	obtenção de oxigénio líquido e gasoso. Em 1923, o cientista
			43	norte-americano Robert Goddard foi a primeira pessoa a desenvolver um
			44	motor de foguete, com uso de gasolina como combustível e oxigénio
			45	líquido como oxidante.<sup>\[1\]</sup>
			46
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			48	## 3. Propriedades físicas
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			50	> Entre as propriedades físicas do oxigénio podemos destacar as
			51	> seguintes:
			52
			53	- Estado físico: gasoso, líquido e sólido;
			54
			55	- Cor: no estado gasoso é incolor e no estado líquido e sólido possui
			56	uma coloração azulada;
			57
			58	- Peso molecular: 32 g/mol;
			59
			60	- Densidade: no estado gasoso (0ºC e 1 atm) 1,429 kg/m<sup>3</sup> e
			61	no estado líquido (-183ºC) 1141 kg/m<sup>3</sup>;
			62
			63	- Ponto de fusão: -218,76ºC (1 atm);
			64
			65	- Ponto de ebulição: -182,97ºC (1 atm);
			66
			67	- Temperatura crítica: -118,9ºC (1 atm);
			68
			69	- Pressão crítica: 50,4 atm;
			70
			71	- Solubilidade em água: 8,3 mg/L (20ºC e 1 atm) e 14,6 mg/L (0ºC e 1
			72	atm);
			73
			74	- Condutividade térmica: estado gasoso (0ºC e 1 atm) 0,02674 W/(m.K) e
			75	estado líquido (-183ºC) 0,152 W/(m.K).<sup>\[2\]</sup>
			76
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			78	## 4. Produção e separação do Oxigénio
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			80	Atualmente são três os processos mais utilizados para a obtenção do
			81	oxigénio em ambiente industrial:
			82
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			84	### Processo de destilação fracionada do ar
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			86	O processo de destilação fracionada do ar é o processo mais utilizado em
			87	larga escala pelas indústrias, especialmente para obter oxigénio com
			88	alta pureza (99% ou superior). Este método é o ideal para indústrias que
			89	necessitam de grandes quantidades de oxigénio como na indústria
			90	metalúrgica, nos processos de soldagem ou na produção de aço.
			91
			92	Este processo baseia-se na separação dos diferentes componentes do ar
			93	(como azoto, oxigénio e outros gases como dióxido de carbono, árgon e
			94	vapor de água), com base na diferença dos seus pontos de ebulição.
			95
			96	Primeiro, o ar atmosférico é comprimido e é arrefecido rapidamente para
			97	reduzir a sua temperatura. Isto faz com que os componentes do ar
			98	condensem. Após esta etapa, o ar é liquefeito a temperaturas em torno
			99	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.
			107
0282ff	Nuno Oliveira	2025-03-01 21:05:30	108	![Destilação fracionada](./image1.jpeg)
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			110	Figura 1: Processo de destilação fracionada do ar.
			111
0282ff	Nuno Oliveira	2025-03-01 21:05:30	112	### Separação por adsorção (PSA)
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			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.<sup>\[3\]</sup>
			132
0282ff	Nuno Oliveira	2025-03-01 21:05:30	133	![PSA](./image2.png)
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			135	Figura 2: Processo de separação por adsorção PSA
			136
0282ff	Nuno Oliveira	2025-03-01 21:05:30	137	### 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.<sup>\[4\]</sup>
			155
0282ff	Nuno Oliveira	2025-03-01 21:05:30	156	![Membranas](./image3.png)
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			158	Figura 3: Processo de separação por membranas
			159
0282ff	Nuno Oliveira	2025-03-01 21:05:30	160
			161	## 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.<sup>\[5\]\[6\]</sup>
			205
0282ff	Nuno Oliveira	2025-03-01 21:05:30	206	![Tanque criogénico](./image4.jpeg)
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			208	Figura 4: Tanque criogénico
			209
0282ff	Nuno Oliveira	2025-03-01 21:05:30	210	![Transporte rodoviário](./image5.jpeg)
c0c848	João Lopes	2025-02-28 10:04:14	211
			212	Figura 5: Camião de transporte com tanque criogénico
			213
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			215	## 6. Aplicações industriais do Oxigénio
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			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.<sup>\[1\]\[7\]</sup>
			253
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			255	## 7. Conclusão
c0c848	João Lopes	2025-02-28 10:04:14	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
0282ff	Nuno Oliveira	2025-03-01 21:05:30	269	## Referências
			270
			271	\[1\] Oxigénio, in Wikipédia, disponível em: <https://pt.wikipedia.org/wiki/Oxig%C3%A9nio>, (consultado em
c0c848	João Lopes	2025-02-28 10:04:14	272	24/02/2025).
			273
0282ff	Nuno Oliveira	2025-03-01 21:05:30	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.
c0c848	João Lopes	2025-02-28 10:04:14	277
0282ff	Nuno Oliveira	2025-03-01 21:05:30	278	\[4\] Ferreira, L., Membrane Processes, Slides de Processos de Separação Avançados, Universidade de Coimbra, Faculdade de Ciências e Tecnologia, 2024/2025.
c0c848	João Lopes	2025-02-28 10:04:14	279
0282ff	Nuno Oliveira	2025-03-01 21:05:30	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).
c0c848	João Lopes	2025-02-28 10:04:14	281
0282ff	Nuno Oliveira	2025-03-01 21:05:30	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).
c0c848	João Lopes	2025-02-28 10:04:14	283
0282ff	Nuno Oliveira	2025-03-01 21:05:30	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).