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Solubilidade

Solubilidade é a propriedade de uma substância química sólida, líquida ou gasosa (chamada soluto) de se dissolver num solvente sólido, líquido ou gasoso. Normalmente ouvimos falar de oxigênio ou O2 dissolvido. Isso significa que o O2 é solúvel em água. O gás ozono (O3) é 13 vezes mais solúvel em água do que o O2.

O ozono é solúvel em muitas substâncias, formando soluções estáveis ou metaestáveis. Sob condições praticáveis na água, o ozono é mais solúvel do que o oxigénio, mas forma uma solução metaestável.

A solubilidade de gases em meio líquido é descrita pela lei de Henry (a lei de Henry afirma que a solubilidade de um gás num líquido é proporcional à pressão do gás sobre o líquido). Como disse Henry, esta lei só pode ser aplicada em gases que não se alteram quimicamente na água, durante a transferência.

Condições que irão afetar o nível de solubilidade de um gás na água:

  • Temperatura da água.

  • Pressão da água: quanto maior for a pressão, melhor é a solubilidade.

  • Pressão do gás: gás pressurizado, ou seja, gás que está a uma pressão elevada, sendo aplicado na água, também melhora a eficiência (pressão mais elevada, irá aumentar a solubilidade).

  • Concentração: Se o gás que está a ser colocado na água estiver a uma concentração elevada, isso irá permitir uma solubilidade adicional.

  • A eficiência do difusor, cujo objetivo é transferir o ozono para a água.

É mais complicado prever a solubilidade do ozono do que de outros gases, porque a solubilidade do ozono é influenciada por vários fatores. O grau de solubilidade do gás ozono depende da concentração no gás e, portanto, depende da pressão parcial. Além da pressão parcial, outros fatores importantes que influenciam a solubilidade do ozono são a temperatura, o pH e a concentração de iões na solução.

Em suma, a solubilidade do ozono na água pode ser aumentada por:

  • Aumentar a concentração de ozono no gás de alimentação;

  • Aumento da pressão do ar;

  • Diminuição da temperatura da água;

  • Diminuição da quantidade de solutos;

  • Diminuição do pH.

Solution Ozone About Ozone Solubility Water 30ºC Image

Água a 30º C
terá menos bolhas de ozono do que a 10º C.

Solution Ozone About Ozone Solubility Water 10ºC Image

Água a 10 ° C
terá mais bolhas de ozono do que a 30 ° C.

A tabela abaixo lista a solubilidade de 100% de ozono em água pura, para a faixa de 0ºC – 60ºC. Esses valores foram divididos por 40, 20 e 10, respetivamente, para obter a solubilidade para concentrações de ozono de 2,5%, 5% e 10% em peso.

Temperatura (ºC) mg/l (PPM) mg/l (PPM)
(2.5% em peso O3)
mg/l (PPM)
(5% em peso O3)
mg/l (PPM)
(10% em peso O3)
0 1090 27.25 54.5 1090
10 780 19.5 39.0 78
20 570 14.25 28.5 57
30 400 10 20.0 40
40 270 6.75 13.5 27
50 190 4.75 9.5 19
60 140 3.5 7.0 14
Fonte: Ulmann’s, 1991

Diferentes temperaturas e concentrações de ozono influenciam a solubilidade do ozono na água. Isso mostra que uma pequena mudança na temperatura da água pode criar uma grande diferença no ozono potencial dissolvido na água. Além disso, as mudanças na concentração de ozono (ar seco para oxigénio) irão alterar drasticamente a solubilidade do ozono.

A tabela abaixo mostra a diferença que a pressão da água causa na solubilidade do ozono para uma concentração de ozono de 6% em peso e temperatura da água de 15ºC.

Pressão da Água (mg/l)
6% O3 a 15ºC (S=0.31)
0 PSIG (1 atm) 26.598
5 PSIG (1.34 atm) 35.64132
10 PSIG (1.68 atm) 44.68464
15 PSIG (2 atm) 53.196
20 PSIG (2.36 atm) 62.77128
25 PSIG (2.7 atm) 71.8146
30 PSIG (3 atm) 79.794
Solution Ozone About Ozone Solubility Water 5psi Image
Solution Ozone About Ozone Solubility Water 20psi Image

Assim, quanto maior for a pressão da água, maior será a solubilidade do ozono e maior será a transferência de massa do ozono para a água. No entanto, a pressão da água pode causar diferenças na transferência de gás para efeito puro e decomposição mais rápida do gás ozono.

Acima, podemos ver que um aumento na pressão da água de 5 PSIG para 20 PSIG quase duplica a solubilidade do ozono. Em algumas aplicações, um pequeno aumento na pressão da água pode fazer uma grande diferença na transferência da massa de ozono para a água. Portanto, quando a pressão da água diminui, a solubilidade do ozono também diminui.

Pressões de água mais elevadas resultam em níveis mais elevados de ozono dissolvido.

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