Relatório Prática - Cloretos

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- 1 - FATEB – FACULDADE DE TELÊMACO BORBA CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA LABORATORIO DE ENGENHARIA QUÍMICA III PROFº.: ALEXANDRE A. ANDRADE RELATÓRIO: PRÁTICA 2 CLORETOS Acadêmicos 9° Período: Jefferson Lopes José Luís Verner Jorge Luís Marcelo Luiz Telêmaco Borba - PR Abril 2010

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FATEB – FACULDADE DE TELÊMACO BORBA CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA

LABORATORIO DE ENGENHARIA QUÍMICA III PROFº.: ALEXANDRE A. ANDRADE

RELATÓRIO: PRÁTICA 2 CLORETOS

Acadêmicos 9° Período: Jefferson Lopes

José Luís Verner

Jorge Luís

Marcelo Luiz

Telêmaco Borba - PR

Abril 2010

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RESUMO Conhecer a concentração de íons cloreto nas amostras de águas é de suma importância principalmente para processos industriais. Neste Trabalho, determinaremos através de uma reação de precipitação, com soluções padrão de Nitrato de Prata, a concentração de íons cloreto em amostras de águas potável, de caldeira e poço.

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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ------------------------------------------------------------------------------- 04

2. OBJETIVOS EXPERIMENTAIS ----------------------------------------------------------- 05

3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ----------------------------------------------------------- 05

4. DETERMINAÇÃO DE CLORETOS -------------------------------------------------------- 15

5. CONCLUSÃO --------------------------------------------------------------------------------- 19

LISTA DE FIGURAS ---------------------------------------------------------------------------- 20

LISTA DE TABELAS ---------------------------------------------------------------------------- 20

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS --------------------------------------------------------- 21

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1. INTRODUÇÃO Todas as formas de vida existentes na terra dependem da água. No

entanto, a água doce é um prêmio: mais de 97% da água do mundo é água do mar,

que é indisponível para beber, e para a maioria dos usos agrícolas.

Lagos e rios são as principais fontes de água potável, mesmo constituindo em sua

totalidade, menos de 0,01% do suprimento de água a maior parte da água doce

existente na terra encontra-se no subsolo: metade dessa água está a mais de um

quilômetro de profundidade.

Os cloretos estão presentes em todas as águas naturais, em concentrações

variáveis.

Neste trabalho, determinaremos as concentrações de cloretos em algumas amostras

de águas, como: Água Potável; Água de Poço; Água para Caldeira e Água

Destilada.

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2. OBJETIVOS EXPERIMENTAIS O experimento possui o seguinte objetivo:

• Determinar a concentração cloretos nas amostras das águas.

3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

3.1 Conceitos Gerais

Água, definida no sentido químico,é um composto que, semelhantemente a

todas as substâncias puras, tem uma composição definida e constante. Deveria

então, como qualquer composto puro, exibir características químicas e físicas

próprias e previsíveis. Sendo assim, poderíamos esperar que a água fosse sempre a

mesma, independente de sua origem.

Porém, isto não ocorre, já que a composição da água depende do tempo de contato

da mesma com o solo terrestre, bem como do tipo de solo da região com que a água

está em contato. Desta forma, a água captada numa região industrial terá

características muito diferentes de uma captada numa floresta virgem. Da mesma

maneira, uma água de origem mineral de determinada região, possui diferentes

quantidades e diferentes tipos de contaminação de uma coletada em outra região.

De maneira geral, podemos afirmar que a composição de uma água dependerá de

sua localização geográfica.

Uma das propriedades físicas da água é seu poder de dissolver outros materiais e,

por essa capacidade, é conhecida como solvente universal. Como conseqüência

deste poder de dissolução, a água, muito raramente, ocorre na natureza em um

estado quimicamente puro, pois existe uma variedade de materiais misturados à

mesma. Quando retirada de uma fonte natural à água pode apresentar partículas de

materiais dissolvidos e/ou não dissolvidos. O tamanho e a concentração dessas

partículas em suspensão, dependendo da origem a água, varia de grãos de areia

(algumas vezes presentes em cursos rápidos e turbulentos) até dispersões

submicroscópicas conhecidas como colóides. Incluídas entre as partículas

suspensas podem existir células vivas de milhares de organismos de diferentes

espécies, por exemplo, bactérias, micro algas e vírus.

Quando falamos em qualidade de água, nosso interesse está dirigido aos materiais

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contidos nela. São as impurezas que determinam a qualidade de um manancial de

água para o uso humano, os problemas associados com sua utilização, a natureza e

extensão do tratamento requerido.

A água, para chegar ao solo, passa por vários estágios (Figura 01). Ela sai da

atmosfera, se transforma em nuvens, cai no solo sob forma de chuva; deste estágio

ele pode infiltrar-se no solo, gerando lençóis freáticos, ou então permanecer em rios,

lagos, mares, etc.; por evaporação, a água retorna para atmosfera. Logo, a água

para chegar ao solo, pode demorar tempos diferentes, visto que ela pode entrar

(iniciar) por vários estágios e, dependendo do estágio em que ela começa, ele

demora certo tempo até percorrer todo o ciclo. A este percurso damos o nome de

ciclo hidrológico da água.

Esquematicamente teríamos:

Figura 01 – Esquema dos Estágios do Ciclo da Água

P = Precipitação

A água evaporada dos mananciais terrestres, principalmente rios, mares, lagos,

vegetais e animais ao alcançar camadas mais frias da atmosfera, condensam-se

formando as nuvens que podem ou não ser deslocadas pelos ventos. Em

determinado momento, em função das condições climáticas da região, esta água

precipita-se sobre a superfície terrestre sob a forma de chuva, neve, etc.

ES = Escoamento Superficial

A chuva ao cair, dependendo de tipo de solo que encontra, escorre sobre a

superfície, formando enxurradas que atingem os rios, mares, lagos, gerando os

mananciais de água superficial.

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I = Infiltração

Parte da chuva infiltra-se na terra até encontrar uma camada impermeável, formando

os lençóis e os poços artesianos.

ESB = Escoamento Subterrâneo

Os mananciais subterrâneos seguem um percurso regular até atingirem os rios,

mares e lagos ou formarem nascente, fontes, poços, etc.

EV = Evaporação

É a passagem da água novamente para o estado de vapor, através da ação do sol

sobre os mananciais superficiais e também pela transpiração de animais e vegetais.

Assim, o ciclo hidrológico da água é fechado e, para que a água o complete, demora

de 3 a 4 anos. Portanto,podemos afirmar que a quantidade de água presente na

terra não varia, apenas sofre constantes transformações. Este fato é realmente

alarmante, visto que cada vez mais lançamos detritos nos mananciais de água, o

que acarreta uma queda gradativa de sua qualidade com conseqüências graves

sobre a vida animal e vegetal.

Estado Físico

A água pode apresentar-se em três estados físicos: sólido que é gelo,

líquido e gasoso que nada mais é do que vapor de água. No estado sólido, as

moléculas estão mais perto uma das outras, ou seja, o espaço entre elas é menor, e

há menos movimentação das mesmas. Já no estado líquido, as moléculas se

encontram um pouco mais afastadas, o que permite uma pequena movimentação

das mesmas e também a formação de pontes de hidrogênio entre as moléculas

(onde o hidrogênio de uma molécula liga-se ao oxigênio, de outra formando uma

interligação de todas as moléculas como se fosse uma rede). Enquanto que o

estado gasoso ou de vapor, as moléculas estão muito afastadas.

A transição de estado para outro pode ser efetuadas através da aplicação ou da retirada de calor, porém isto não pode ser aplicado a todas as substâncias,

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porque pode não ocasionar só uma transformação de estado, mas também alterações químicas na substância. Água Potável

A água destinada ao consumo humano deve preencher condições mínimas para que se possa ser ingerida ou utilizada para fins higiênicos, tais como estar isenta de microorganismos patogênicos e, com relação a substâncias orgânicas ou inorgânicas, os teores das mesmas não deverão ser prejudiciais ao ser humano.

O valor do pH da água potável deverá se situar no intervalo de 6,9 a 7,1 e a concentração mínima de cloro residual livre em qualquer ponto da rede de distribuição deverá ser 0,2 mg/l.

A água potável não deverá apresentar nenhuma quantidade de cloro benzenos, cloro fenóis, fenóis e sulfeto de hidrogênio, em teores que lhe confiram odor característico.

Portanto, após receber o tratamento convencional descrito anteriormente, a água recebe uma maior quantidade de cloro a fim de torná-la potável.

Após o último contato com o solo, passando pela superfície terrestre ou por entre as camadas rochosas, ou então entrando em contato com o ar, a água se torna impura. Isso se dá devido a três fatores principais: solubilidade dos materiais contatados, intimidade de contato e tempo de permanência em contato. No caso de impurezas suspensas, os fatores determinantes são: quantidade do material finamente dividido, diâmetro das partículas, peso específico das partículas e velocidade do fluxo de certa quantidade de água.

A quantidade de contaminantes presentes em águas naturais vai depender principalmente das características do solo onde a água é encontrada e da poluição que esta água sofre. Águas obtidas de regiões calcárias terão alta dureza e alcalinidade, águas de chuvas terão com impurezas apenas gases dissolvidos, águas superficiais (lagos, rios) apresentarão grande quantidade de oxigênio dissolvido e baixa dureza.

Efluentes de mineração e certos processos industriais fazem com que as águas superficiais se tornem muito ácidas, enquanto que alguns dos minerais de superfície da terra (calcário, carbonato de magnésio) podem tornar algumas áreas superficiais bastante alcalinas.

Contaminações de dejetos industriais, óleo e materiais de processo, também são normalmente adicionados à água. Os contaminantes presentes na água podem ser divididos em três grupos principais: sólidos dissolvidos, sólidos em suspensão e gases dissolvidos, além de outros, que não se encaixem nesta

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classificação. Os principais contaminantes são:

Sólidos Dissolvidos São aqueles que formam uma solução homogênea (solução que

apresenta uma única fase – por exemplo: café, chá. Etc. – solução de duas fases, exemplo: água e óleo), não podendo ser removidos por filtração.

Sólidos em Suspensão

São aqueles que não formam uma solução homogênea, e por isso, podem

ser removidos por filtração. Eles são originados por partículas de materiais insolúveis, mecanicamente introduzidos e levados pela água devido à sua ação turbulenta sobre o solo. Geralmente são constituídos por argila, areia, lama, matéria orgânica, sílica coloidal, bactérias e algas. Estes podem ser removidos através de floculação, decantação e filtração.

Gases Dissolvidos

A água dissolve grande quantidade de ar, que é composto de 21% de

oxigênio, 78% de nitrogênio e 1% de outros gases (incluindo 0,03 a 0,06% de dióxido de carbono).

Sílica Coloidal

Nesta forma, a sílica não está em solução homogênea e sim em suspensão, finamente dividida em água. Deste modo, pode ser removida por coagulação e filtração.

Dióxido de Carbono (CO2 ) e Sulfeto de Hidrogênio (H2 S)

A presença destes gases na água é causada pela decomposição de

matéria orgânica (contato com vegetação em decomposição) bem como pela dissolução do dióxido encontrado na atmosfera, porém, o sulfeto de hidrogênio é pouco encontrado.

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Metano (CH4 )

Proveniente da decomposição de material biológico, sendo raramente encontrado.

Nitrogênio (N2 )

Apesar do nitrogênio estar dissolvido nas águas naturais, ele é um

elemento inerte e exerce efeito desprezível para o nosso tratamento.

Oxigênio (O2 ) O oxigênio do ar é solubilizado na água, ou seja, em contato com o ar, a

água dissolve parte do oxigênio nele presente, e este fica misturado a ela. Em águas poluídas, particularmente por matéria orgânica, pode estar ausente, o que impedirá a sobrevivência de espécies animais aeróbicos (que necessitam de oxigênio para sobreviver), mas não impedirá a sobrevivência de espécies anaeróbicas (que conseguem sobreviver sem oxigênio), como é o caso algumas bactérias e certos tipos de peixes.

Alcalinidade

Pode ser entendida como a capacidade da água em neutralizar ácidos; já

a acidez é a capacidade de neutralizar bases. Ela é interpretada como sendo devido à presença de bicarbonatos, carbonatos e hidróxidos; no entanto, outros íons como fosfatos e silicatos contribuem para a alcalinidade.

Cloretos

Estes são extremamente solúveis em água. Podem ser de cálcio,

magnésio, sódio, ferro e outros.

Dureza A dureza de uma água é proporcional à presença de sais de cálcio e

magnésio. A dureza pode ser temporária quando devida à presença de bicarbonatos de cálcio e magnésio ou permanente, quando originada por cloretos, sulfatos e nitratos de cálcio e magnésio. Estes sais, em ordem decrescente de abundância na água, são bicarbonatos, sulfatos, cloretos e nitratos. A quantidade de cálcio é duas vezes maior do que a de magnésio, porém estes valores variam muito de local para

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local. A caracterização da água quanto à dureza pode ser vista a seguir na Tabela 01:

Tabela 01 – Classificação da Água quanto à Dureza

Ferro

A forma mais comum em que o ferro é encontrado em águas é como

bicarbonato ferroso. Está presente, nesta forma, em águas subterrâneas profundas, limpas e incolores, que em contato com o ar, turvam-se sedimentam um depósito amarelo – marrom – avermelhado (Fe2 O3 ). As etapas envolvidas na reação são:

Sílica (SiO)2

Este é um constituinte de todas as águas naturais, sob a forma de ácido, salicílio e silicatos solúveis. Águas com baixa dureza e alcalinidade apresentam elevado teor de sílica.

Sulfatos (SO-24)

Encontrado em todas as águas brutas devido à ação solvente da água sobre os minerais.

Cor

A presença de matéria orgânica, proveniente de matéria vegetal em

decomposição, é quase sempre responsável pelo desenvolvimento de cor em água. A maioria das águas de superfície apresenta cor, enquanto que as subterrâneas são

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isentas. A presença de cor em água é indispensável na maior parte das

aplicações industriais. Em fábricas de papel, por exemplo, cor de processo tinge as fibras de celulose, alterando sua cor.

A cor pode ser real (verdadeira), a qual se dá com a medida realizada com o filtrado da amostra de água após ter-se corrigido o pH para valores entre 7,0 e 7,5, ou aparente, obtida com a amostra natural e, que sofre interferência de coloidais e suspensas, além de microorganismos.

Turbidez

É o termo empregado à matéria suspensa, de qualquer natureza, presente

em certa quantidade de água. É necessária uma distinção entre matéria suspensa, chamada sedimento (que precipita rapidamente) e a matéria que precipita vagarosamente, provocando a turbidez.

A turbidez é encontrada em quase todas as águas de superfície em valores elevados, enquanto que está ausente em águas subterrâneas.

Águas de lagos, lagoas, açudes possuem turbidez baixa e variável em função dos ventos, que agitam seus fundos. Águas de rios e riachos apresentam alta turbidez, devido ao constante movimento das águas pela correnteza.

Após uma precipitação de chuva, as águas de superfície tendem a aumentar a turbidez.

Sabor e Odor

São características de difícil avaliação e decorrem de matéria excretada

por algumas espécies de algas e de substâncias dissolvidas, com gases, fenóis e, em alguns casos, do lançamento de desejos industriais nos cursos de água.

Óleos, Gorduras, Graxas e Dejetos

Estes resíduos (além de outros como: ácidos, minerais livres, manganês,

cloro, nitratos, nitritos, cromatos, gás sulfídrico, amoníaco e metais pesados) podem contaminar as fontes de abastecimento de águas.

Impurezas

As impurezas que “poluem” a água podem ser de vários tipos: sais

(sulfatos, carbonatos, etc.) matéria orgânica, microorganismos (microalgas,bactérias, vírus), lixo vegetal, gases, dejetos industriais, óleos, graxas, etc. Abaixo (Tabelas 02/03/04 e 05) aparecem as principais impurezas e seus efeitos:

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Impurezas em Suspensão

Tabela 02 – Impurezas em Suspensão

Impurezas em Estado Coloidal

Tabela 03 – Impurezas em Estado Coloidal

Impurezas Dissolvidas

Tabela 04 – Impurezas Dissolvidas

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Impurezas Gasosas

Tabela 05 – Impurezas Gasosas

3.2 Cloretos

Os cloretos estão presentes em todas as águas naturais, em

concentrações variáveis. As águas da montanha e de terras altas têm normalmente

baixo teor, enquanto as águas dos rios e subterrâneas podem possuir quantidades

apreciáveis. Os mares e oceanos possuem teores em cloretos elevados.

A portaria a n° 518 do Ministério da Saúde de 25 de março de 2004, diz no Art.16: “A

água potável deve estar em conformidade com o padrão de aceitação de

consumo...” e o padrão de consumo para quantidade de íons cloreto é 250ppm.

Segundo o método de Mohr para determinação de cloretos, o haleto é titulado com

uma solução padrão de nitrato de prata usando-se cromato de potássio como

indicador. No ponto final, quando a precipitação do cloreto for completa, o primeiro

excesso de íons Ag+ reagirá com o indicador ocasionando a precipitação do cromato

de prata, amarelo avermelhado.

2Ag+2(aq) + CrO4

-2(aq) → Ag2CrO4(s)

Como esta titulação usa as diferenças nos valores dos produtos de solubilidade do

AgCl e do Ag2CrO4, é muito importante a concentração do indicador. Teoricamente o

AgCrO4 deveria começar a precipitar no ponto de equivalência. Neste ponto da

titulação foi adicionada uma quantidade de prata igual à quantidade de cloreto em

solução, e conseqüentemente, trata-se de uma solução saturada de cloreto de prata.

Na prática, o ponto final ocorre um pouco além do ponto de equivalência devido a

necessidade de se adicionar um excesso de Ag+ para precipitar o Ag2CrO4 em

quantidade suficiente para ser notado visualmente na solução amarela, que já

contem a suspensão de AgCl. Este método requer que uma titulação em branco seja

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feita, para que se possa corrigir o erro cometido na detecção do ponto final. O valor

da prova em branco obtido deve ser subtraído do valor da titulação propriamente

dita.

4. DETERMINAÇÃO DE CLORETOS O conhecimento do teor de cloretos das águas tem por finalidade obter

informações sobre o seu grau de mineralização ou indícios de poluição, como

esgotos domésticos e resíduos industriais das águas e por essa razão o sua

concentração deve ser conhecida e controlada.

4.1 - MATERIAIS O método utilizado para determinação desse experimento, é a Titulação

com Nitrato de Prata e foram utilizados os seguintes materiais:

• Bureta de 50 mL;

• Becker de 250 mL;

• Medidor de pH;

• Proveta de 100 mL;

• Solução padrão de nitrato de prata 0,0141N;

• Solução indicadora de cromato de potássio K2CrO4;

• Frasco Erlenmeyer de 250 mL;

• Hidróxido de Sódio 1N;

• Cloreto de sódio 0,141N.

4.2 - PROCEDIMENTO • Colocar 100 mL de amostra (sem agitar) em um Erlenmeyer;

• Ajustar pH entre 7 e 10, se necessário, com NaOH ou H2SO4;

• Adicionar 1 mL da solução indicadora de K2CrO4

• Titular a solução padrão de nitrato de prata 0,0141N até a viragem para

amarelo avermelhado que é o ponto final de titulação; (Figura 02);

• Repita o procedimento por 02 vezes para cada amostra;

• Fazer um branco da mesma maneira que a amostra;

• Calcule o valor médio da concentração de Cloretos.

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Figura 02 – Ponto de viragem da Solução

4.3 - RESULTADOS E DISCUSSÃO Após os experimentos, calculou-se então, os valores de concentração de

cloretos nas amostras.

Cálculos:

Ppm Cl = (A-B) x N x 35,450 mL da amostra Onde :

A = mL do titulante gasto na amostra;

B = mL do titulante gasto no branco;

N = Normalidade do titulante.

1ª Amostra – Água Destilada (branco)

Valor médio = 1,7 mL

Ppm Cl = (1,7-1,7) x 0,0141 x 35,450 = 0,0 ppm 100 mL 2ª Amostra – Água de Caldeiras

Valor médio = 1,9 mL

Ppm Cl = (1,9-1,7) x 0,0141 x 35,450 = 0,99 ppm 100 mL

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3ª Amostra – Água da Harmonia (potável)

Valor médio = 2,1 mL

Ppm Cl = (2,1-1,7) x 0,0141 x 35,450 = 2,25 ppm 100 mL 4ª Amostra – Água da FATEB (poço)

Valor médio = 3,0 mL

Ppm Cl = (3,0-1,7) x 0,0141 x 35,450 = 6,75 ppm 100 mL

Abaixo,na Tabela 06 estão os valores das leituras realizadas e resultados e também disposto na forma gráfica, temos os resultados no gráfico da Figura 03.

Tabela 06 – ppm de Cl

Figura 03 – Gráfico de ppm de Cl

Amostras1ª Leitura

(mL)2ª Leitura

(mL)Média (mL)

Cloretos (ppm)

Água Caldeira 1.7 2.0 1.9 0.990Água Harmonia (Potável) 1.8 2.4 2.1 2.250

Água FATEB (Poço) 2.6 3.4 3.0 6.750Água Destilada (Branco) 1.6 1.7 1.7 0.000

0.000

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

Água Caldeira

Água Harmonia (Potável)

Água FATEB (Poço)

Água Destilada (Branco)

ppm

Cloretos (ppm)

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Caso # 1 – A amostra de água para caldeiras, apresentou uma concentração de

Cloretos (0,99 ppm), onde a Legislação e Fabricantes permitem um valor máximo

de 40 ppm, lembrando que com valores mais baixos, consegue-se ter um melhor

controle de incrustações e corrosões.

Caso # 2 – A amostra de água da FATEB, proveniente de poços, apresentou a

maior concentração (6,75 ppm), mas também dentro da normalidade para estes

tipos de águas profundas que permite um valor máximo de 250 ppm.

Caso # 3 – Com a amostra de água da potável da Harmonia,obtivemos uma

concentração (2,25 ppm) que também se encontra dentro da normalidade , pois em

águas potáveis aceita-se máximo 250 ppm.

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5. CONCLUSÃO A partir da análise química da água, concluímos que a concentração de

cloretos, se diferem de acordo com o uso final da água, onde para alimentação de

caldeiras, deve-se ter valores mínimos para evitar problemas onde se coloca em

risco a operação do equipamento.

Quando analisamos águas para uso humano, a amostra de água subterrânea

apresentou valores mais altos, mas também dentro do limite máximo permitido sem

colocar em risco a vida humana.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Esquema dos Estágios do Ciclo da Água;

Figura 2 – Ponto de viragem da Solução;

Figura 3 – Gráfico de ppm de Cl;

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Classificação da Água quanto à Dureza;

Tabela 2 – Impurezas em Suspensão;

Tabela 3 – Impurezas em Estado Coloidal;

Tabela 4 – Impurezas Dissolvidas;

Tabela 5 – Impurezas Gasosas;

Tabela 6 – ppm de Cl;

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS

• <http://www.corsan.com.br/sistemas/trat_agua.htm - acessado em 18/03/10;

• <http://www.tratamentodeagua.com.br/r10/biblioteca_detalhe.aspx?codigo=80

4 acessado em 18/03/10;

• <http://www.sanepar.com.br/sanepar/sanare/v21/art01.pdf - acessado em

06/04/10;

• <http://www.agua.bio.br/botao_d_l.htm - acessado em 06/04/10;

• <http://www.enfil.com.br/agua1.asp - acessado em 06/04/10;

• <http://www.cetesb.sp.gov.br/Agua/rios/variaveis.asp - acessado em 20/04/10;

• <http://www.metallum.com.br/17cbecimat/.../17Cbecimat-304-007. pdf - acessado em 20/04/10;

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