Estudo da solubilização de oxigênio em água como prática de laboratório para o aprendizado de balanços materiais

Estudo da solubilização de oxigênio em água como prática de laboratório para o aprendizado de balanços materiais

Mauro Edson da Silva Júnior         *(IC), Bárbara B. Martins (IC), Eloisa Marschall (IC), Jackeline L. Furtado (IC), Maria H. Vieira (IC), Thiago A. Garcia (IC).

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Área: EQ

Palavras Chave: Balanços Materiais, COD, Processos industriais, Saturação, Solubilização de oxigênio.

Introdução

A concentração de oxigênio dissolvido na água (COD) é um importante parâmetro para analisar as características químicas e biológicas das águas, podendo variar de acordo com algumas circunstâncias, como por exemplo, a temperatura e pressão. A solubilização de gases em água aumenta conforme a temperatura diminui, e conforme se aumenta a pressão (BROWN et al, 2005). Em Engenharia Química os processos de solubilização de O2 em água são vastamente empregados no tratamento de águas residuárias, efluentes e esgotos a fim de promover o processo de decomposição da matéria orgânica realizada por organismos decompositores aeróbicos. O objetivo do presente trabalho foi realizar um balanço de massa de um processo de solubilização de oxigênio em água. Como não há reação química, trata-se de um balanço material simples, e descartando o acúmulo podemos descrever o processo como sendo em estado estacionário (HIMMELBLAU e RIGGS, 2007).

Metodologia

Para a realização do experimento foi utilizado um banho termostático com um volume de água 28 litros. Para a adição de oxigênio à massa de água foi utilizada uma bomba de aeração de aquário acoplada a uma tubulação dotada de pedras porosas na extremidade imersa na água. A pedra porosa tinha como objetivo maximizar a difusão de O2 na água em função da formação de microbolhas. Com auxílio de um oxímetro foram determinadas as COD iniciais e finais juntamente com a temperatura em que se encontrava a água. O balanço material foi realizado considerando o processo em estado estacionário, ou seja, dC/dt = 0.

Resultados e Discussão

Com o desenvolvimento dessa prática de bancada foi possível entender como funciona um processo em escala industrial e a importância dos balanços materiais para o dimensionamento de equipamentos, como por exemplo os sistemas de tratamento de efluentes aerados que demandam grandes quantidades de oxigênio dissolvido. Na temperatura de 22 ºC, pressão de 1 atm e com COD inicial de 8,5 mg/L, foi possível chegar a um COD final de 9,0 mg/L, conseguindo assim uma super saturação do meio. O diagrama do balanço material do experimento realizado é apresentado na Figura 1.

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Figura 1. Diagrama esquemático do processo estudado

Conclusões

O uso de práticas de laboratório para facilitar o aprendizado de conceitos de balanços materiais na Engenharia Química se mostrou uma ferramenta de grande relevância, pois os acadêmicos puderam aplicar na prática os conhecimentos abordados em sala de aula. No presente estudo, em um sistema em estado estacionário, percebeu-se que a adição de oxigênio levou o processo a uma supersaturação, visto que na temperatura estudada a água já estava com a concentração de O2 de saturação. Recomenda-se que mais práticas de laboratório sejam desenvolvidas para as turmas de primeiro ano de Engenharia Química como metodologia para estudos direcionados aos conteúdos abordados em sala de aula.