O que é e como funciona um Rotaevaporador

Este post “O que é e como funciona um Rotaevaporador” tem como objetivo esclarecer, de uma forma simples e didática, dúvidas que surgem sobre este equipamento de laboratório.

Primeiramente, vamos reforçar que o mesmo equipamento possui diversos nomes.

Portanto, Rotaevapodador é o mesmo equipamento de laboratório que um evaporador rotativo, evaporador a vácuo, evaporador rotatório ou rotavaporador, dentre outros. Todos os nomes representam o mesmo equipamento, funções e aplicações, e portanto coexistem no mercado.

Mas o que é um rotaevaporador?

O rotaevaporador é um equipamento de laboratório que tem como objetivo separar um solvente presente em uma amostra, transferindo-o para outro frasco diferente do inicial.

Em resumo, aquecemos uma amostra submetida a vácuo e desta forma, um solvente irá evaporar da amostra.

Seu vapor será transferido até um condensador, onde ocorrerá sua condensação, com recolhimento em outro frasco do equipamento.

Podemos dizer também que um rotaevaporador é um destilador que realiza um processo de destilação simples.

Sobre a amostra, a mesma pode ser uma mistura de líquidos, ou seja, conter mais de um solvente, ou líquidos e sólidos. Em ambos os casos, desejamos extrair um dos solventes por exemplo.

Esta necessidade de remoção pode ser para avaliar o solvente extraído, purificar a amostra, ou até mesmo estudar sua composição.

Neste caso, o primeiro solvente a ser removido é o solvente com o menor ponto de ebulição, ou seja, o solvente “mais leve” e fácil de ser removido.

Caso uma amostra tenha mais de um solvente, podemos repetir o processo solvente a solvente, removendo um a um, sequencialmente.

A exceção é a formação de misturas azeotrópicas, onde uma destilação simples como em um evaporador rotatório a vácuo não pode ser utilizada.

O rotaevaporador também pode processar amostras sólidas, que é uma aplicação muito comum por exemplo na secagem de pós (ou purificação de amostras sólidas). Em alguns processos produtivos, os pós estão “contaminados” com solventes que precisam ser removidos, mas não podem ser liberados no ambiente laboratorial por um simples aquecimento em uma chapa de aquecimento ou em uma estufa por exemplo.

Após falar o que é um rotaevaporador, iremos apresentar este equipamento de laboratório em detalhes, descrevendo a nomenclatura de cada um dos seus principais componentes.

Quais são os Componentes de um Rotaevaporador?

Um Rotaevaporador de laboratório é composto basicamente pelos seguintes itens e conjuntos:

1. Conjunto mecânico / suporte
2. Vidraria: composta por balão de evaporação, tubo de vapor, balão de condensação e condensador
3. Selo mecânico
4. Banho de aquecimento

 

1. Conjunto mecânico / suporte

O conjunto mecânico ou suporte compreende a estrutura de fixação de todo o sistema, sendo assim precisa ser robusta o suficiente para evitar tombamentos na bancada do laboratório.

Neste conjunto temos integrado um outro componente importante: O motor de rotação do frasco da amostra.

Este motor irá girar o tubo de vapor e consequentemente o frasco de evaporação, em uma determinada velocidade ajustada em um potenciostato.

Dependendo do modelo, este ajuste da velocidade pode ser em escala numérica (1, 2, 3, etc) ou pode haver display digital, indicando a velocidade em rotações por minuto (rmp).

Também é este conjunto mecânico onde fazemos a movimentação da vidraria no sentido vertical, inserindo ou retirando a mesma do banho de aquecimento.

Dependendo do modelo, este levantamento da vidraria pode ser manual ou motorizado.

Nos equipamentos com levantamento manual, o usuário geralmente solta uma trava (que pode ser mecânica ou eletrônica) e realiza uma pequena força para movimentar a vidraria para dentro ou para fora do banho de aquecimento. Um sistema de contra peso torna este movimento mais suave e tranquilo.

Nos equipamentos com levantamento da vidraria motorizado, basta apertar um botão para subir ou descer o conjunto, que um motor elétrico irá realizar o movimento da vidraria para dentro ou fora do banho de aquecimento.

Em outro post falaremos das diferenças entre as funções de cada modelo de evaporador rotatório.

Ainda neste conjunto mecânico ou suporte, alguns modelos possuem um controlador simples, basicamente para controle da velocidade da rotação do frasco de evaporação, enquanto modelos mais avançados possuem controlador com diversas funções, como por exemplo:

• Ajuste da velocidade de rotação do frasco de evaporação
• Ajuste do controle da bomba de vácuo
• Monitoramento da temperatura do banho de aquecimento
• Escolher do solvente utilizado na amostra
• Display com menus gráficos
• Monitoramento a água de refrigeração do condensador

Enfim, permitem realizar muitos controles do processo de destilação.

    2. Vidraria

A Vidraria é um dos itens mais delicados e sensíveis do evaporador rotativo, pois se quebra facilmente.

Construída com vidro de alta qualidade, de Borosilicato, possui elevada transparência e excelente resistência química.

A Vidraria de um evaporador é composta pelos seguintes itens:

• Balão de evaporação ou Frasco de evaporação: É neste balão onde colocamos a amostra que será processada. Ele pode ter diversas capacidades, de poucos ml até 3 Litros.

Também podemos ter acessórios para processar diversas amostras simultaneamente, para processar amostras em frascos/tubos e balão especial para secagem de pós.

• Tubo de vapor: O tubo de vapor é o componente que permite realizar o vácuo e ao mesmo tempo girar o balão de evaporação através do motor comentado anteriormente.

Em uma extremidade ele está ligado ao condensador e na outra extremidade possui uma junta onde o balcão de evaporação será encaixado.

Este tubo é um item muito especial, pois precisa ser perfeitamente alinhado e concênctrico, evitando que em movimento o balão de evaporação se quebre ao chocar com a parede do banho de aquecimento.

• Condensador: Após o solvente evaporador do Balão de evaporação, seu vapor será “sugado” pelo vácuo até o condensador. Dentro do condensador, temos uma serpentina de refrigeração que trabalha em uma temperatura baixa, permitindo assim condensar o solvente, retornando o mesmo para o estado líquido
• Balão de Condensação ou frasco de condensação: Como o nome diz, é no balão de condensação que o condensado produzido no condensador é recolhido. Ele fica localizado na base do condensador.

Também podemos ter uma outra vidraria em um rotaevaporador: O frasco de Wolf.

Frasco de Wolf

O frasco de Wolf é conectado entre o condensador e a bomba de vácuo, objetivando recolher condensados que possam ter sido “sugados” indevidamente pela linha de vácuo, evitando que o mesmo chegue até a bomba de vácuo e provoque danos a mesma.

Em alguns modelos de evaporador rotativo este item é um acessório.

    3. Selo mecânico

O selo mecânico, ou selo de vedação, é um item essencial para o correto funcionamento do rotaevaporador, pois é ele quem permite fazer o vácuo do sistema ao mesmo tempo em que podemos rotacionar o frasco de evaporação.

Ele é o componente de ligação entre o tubo de vácuo e o condensador

Confeccionado com uma variedade de materiais para garantir uma longa vida útil, tem a superfície de contato com a amostra em teflon, garantindo assim excelente resistência química e durabilidade.

    4. Banho de aquecimento

O banho de aquecimento é item do sistema onde iremos colocar o balão de evaporação, contendo a amostra, para aquecer.

Existem vários modelos com funções e capacidades diferentes.

Alguns possuem controle de temperatura analógico, por escala numérica (1, 2, 3, etc). Outros, possuem controlador digital, com indicação da temperatura de trabalho em ºC no seu display.

Além disso, existem também modelos diferentes em função da temperatura máxima de trabalho necessária para o processamento da amostra do cliente:

• Banho de água: Aquecem a água até 100ºC no máximo, normalmente presente nos modelos mais simples
• Banho de Óleo: permitem utilizar óleo de silicone, trabalhando em temperaturas máximas de até 180ºC

Como funciona o Rotaevaporador?

Na verdade, já explicamos no texto acima como funciona um evaporador rotatório a vácuo, mas agora o faremos de uma forma simples, objetiva e visual.

No desenho abaixo mostramos o fluxo de evaporação e condensação do solvente da amostra (setas em azul) e o fluxo de vácuo (seta laranja).

A amostra é aquecida no balão de evaporação, seu solvente mais “leve” se transforma em vapor e segue até o condensador, onde encontra uma superfície refrigerada, ou seja, em baixa temperatura e condensa, caindo no frasco de condensação, na forma líquida.

O Vácuo ajuda na redução da temperatura de evaporação do solvente e permite seu “arraste” do balão de evaporação até o condensador. Quanto mais forte for o vácuo, menor será a temperatura necessária no banho de aquecimento para evaporar o solvente.

Em resumo, o rotaevaporador funciona em um princípio inverso ao de uma panela de pressão.

Na panela de pressão, o excesso de pressão faz com que a água ferva em temperaturas mais elevadas. Considerando a pressão ambiente de 1 atm, a água ferve a 100ºC. Mas em uma panela de pressão, as pressões podem chegar até 2 atm, fazendo com que a água ferva em torno de 120ºC, cozinhando mais rapidamente os alimentos.

Principais acessórios para Rotaevaporador

Para o correto funcionamento do evaporador rotatório a vácuo, temos 2 acessórios obrigatórios, mas vendidos separadamente do rotaevaporador: uma bomba de vácuo e um Chiller.

Em resumo, a bomba de vácuo permite com que o solvente seja evaporado em menores temperaturas, evitando assim que seja necessário aquecer demais a amostra.

Enquanto isso o Chiller permite manter o condensador em baixas temperaturas, melhorando a eficiência da condensação e eliminando o consumo de água.

Se ficou interessado e quer  conhecer mais do equipamento, entre em contato e fale com nossos especialistas.