--- title: Oxigénio author: - João Lopes - 2020222693 date: 2024-02-28 tags: #utilidades --- # Oxigénio ## 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.  **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>  **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>  **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>  **Figura 4**: Tanque criogénico  **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. ## Referências \[1\] 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).