AGITAO E MISTURA AGITAO E MISTURA A agitao

AGITAÇÃO E MISTURA

AGITAÇÃO E MISTURA • A agitação refere-se ao movimento induzido em um fluido por meios mecânicos em um recipiente. O fluido pode circular no recipiente ou apresentar outro padrão de fluxo. • A mistura está normalmente relacionada a duas ou mais fases inicialmente separadas que são aleatoriamente distribuídas dentro ou através uma da outra.

AGITAÇÃO E MISTURA “. . . ao tratarmos de agitação iremos considerar uma única fase e nos processos de mistura consideraremos que os componentes se apresentam em duas ou mais fases. . . ” Nestes processos a mistura resultante podem ainda ser classificada como: • Homogênea: gás-gás, líquido-líquido (miscível); • Heterogênea: sólido-líquido

AGITAÇÃO E MISTURA • Propriedades mais importantes dos materiais, que podem influenciar a facilidade da mistura para fluidos e sólidos. . • Fluidos: viscosidade, massa específica, relação entre as massas específicas e miscibilidade. • Sólidos: finura, massa específica, relação entre as massas específicas, forma, aderência e molhabilidade.

AGITAÇÃO Propósitos da agitação: • suspensão de partículas sólidas; • mistura de líquidos miscíveis (água e álcool metílico); • dispersão de um gás através de um líquido na forma de pequenas bolhas; • dispersão de um líquido em um outro imiscível, para a formação de emulsão ou suspensão de gotículas muito finas; • transferência de calor entre líquido e superfície aquecida, tal como serpentina, camisa de aquecimento, etc.

AGITAÇÃO E MISTURA • Equipamento • http: //upload. wikimedia. org/wikipedia/commons/thumb/b/be/Agitated_vessel. svg/250 px-Agitated_vessel. svg. png

AGITAÇÃO E MISTURA Características: • Tanques cilíndricos verticais, abertos ou fechados; • Base do tanque arredondada, para evitar regiões mortas ou cantos; • Altura do líquido = diâmetro do tanque; • Agitador na parte superior; • Caixa de engrenagem para redução de velocidade (nem sempre necessária).

AGITAÇÃO E MISTURA Acessórios: • Local para termômetro; • Entrada/saída; • Serpentina ou camisa de aquecimento ou resfriamento; • Agitadores fazem o líquido circular através do vaso; • Chicanas são usadas para reduzir o movimento tangencial

AGITAÇÃO E MISTURA Classes de agitadores • Fluxo axial: correntes paralelas ao eixo do agitador; • Fluxo radial: correntes tangenciais ou na direção perpendicular ao eixo do agitador.

AGITAÇÃO E MISTURA Tipos: propulsores, pás e turbinas. . . (a) Propulsor marinho de três pás (b) turbina de pá fina aberta (c) turbina de disco (d) turbina vertical de pás curvas

AGITAÇÃO E MISTURA • Propulsores • Para líquidos muito viscosos, os mais usados são os propulsores tipo hélice e os agitadores âncora

AGITAÇÃO E MISTURA • Propulsores (Propulsor marinho ) • Empregado quando se deseja correntes verticais intensas. Ex: manter sólidos em suspensão. • Fluxo axial; • Agitadores de alta velocidade para líquidos de baixa viscosidade; • Pequenos: 1150 ou 1750 rpm; • Grandes: 400 a 800 rpm. • Este tipo de agitador cisalha o líquido vigorosamente

AGITAÇÃO E MISTURA • Agitadores tipo Pás: • Podem ser de 2, 4 ou 6 lâminas; • As lâminas mais comuns são as verticais, mas também podem ser inclinadas; • Fluxo radial interno próximo as pás, praticamente não gera fluxos verticais; • Não são utilizados para manter sólidos em suspensão; • Agitação em tanques profundos requer vários conjuntos de pás; • Velocidade: 20 a 150 rpm; • Comprimento das pás: 50 a 80% do diâmetro do tanque;

AGITAÇÃO E MISTURA • Agitadores tipo Turbinas • (Figura b, c, d): • Parecem algumas vezes agitadores de pás com lâminas curtas; • As lâminas podem ser: retas, curvadas, inclinadas ou verticais; • Bons para mistura de líquidos com aproximadamente a mesma densidade relativa. • Impulsionam o fluido radialmente contra as paredes e ali a corrente se divide em duas, uma para baixo e outra para cima, e ambas retornam para o centro

AGITAÇÃO E MISTURA • Agitadores tipo Turbinas. . . • São eficazes para amplo intervalo de viscosidade; • Velocidades elevadas; • Produzem fluxos radiais e verticais • http: //www. dciinc. com/products/images/agitation. png

Rushton turbine

Fluxo e velocidade em tanques agitados O fluxo depende de fatores como: • Tipo de lâmina, agitador • Características do fluido • Tamanho e proporções do tanque • Existência de placas defletoras (chicanas) e agitadores. A velocidade do fluido tem três componentes: 1. radial : correntes perpendiculares ao eixo do agitador 2. axial ou longitudinal : correntes paralelas ao eixo do agitador 3. tangencial ou rotacional : correntes tangentes ao eixo do agitador; responsável pela formação do vórtice.

Agitação • • Quando o agitador está disposto no centro a componente tangencial é prejudicial à mistura. O fluxo tangencial segue uma trajetória circular ao redor do eixo e cria vórtices no tanque de agitação.

Vórtices PROBLEMAS. . . • Estratificação permanente em vários níveis. Substâncias sem se misturar, sem fluxo longitudinal de um nível a outro. • Se houver a presença de sólidos, estes poderão ser lançados à parede e descerem, acumulando-se embaixo do agitador. • Ao invés de se obter mistura haverá concentração de sólidos. • O vórtice pode ser tão grande que o agitador fica descoberto. • Oscilação de massa flutuante.

Formas de evitar vórtices. . . • Em tanques pequenos, o agitador pode ficar descentralizado e/ou inclinado • Em tanques largos, o agitador pode ser colocado na lateral horizontalmente • Colocar defletores (chicanas) que impedem o escoamento rotacional. . .

• http: //www. williampye. com/vocab/vortex_b. jpg

Tanque e agitadores • http: //springerlink. com

AGITAÇÃO Para melhorar o fluxo vertical e, quando a direção e a velocidade do escoamento para a sucção do propulsor precisam ser controlados, são usados tubos“draft”

Tanque padrão J – largura do defletor; n – velocidade de rotação; Dt – diâmetro do tanque; Da – diâmetro do agitador; H – nível do líquido; L – comprimento da lâmina; W – altura da lâmina; E – distância da lâmina ao fundo http: //springerlink. com

• Dimensões características Fatores de forma. . .

Consumo de potência • Para estimar a energia necessária utilizam-se correlações de potência com outras variáveis do sistema. • A forma destas correlações é encontrada através de análise dimensional. • A potência é função das seguintes variáveis. . . n, Da, , , g. • W= m. g. H =kg/s. m/s 2. m = kg m 2 / s 3

Potência Através da análise dimensional. . Número de potência Número de Reynolds Número de Froude • P( ? )=(1/s 3). m 5. kg/m 3 =kg m 2/s 3 Np = f (Re, Fr, FF)

Potência • NP é proporcional a razão da força de arraste agindo sobre unidade de área do impulsor • O Número de Potência (NP) é análogo ao coeficiente de arraste ou fator de fricção. • Número de Reynolds em sistemas agitados. . . Re <10 escoamento viscoso Re > 104 escoamento turbulento • Número de Froude é uma medida da razão da força inercial pela força gravitacional por unidade de área agindo no fluido. considerado quando Re>300 em tanques sem chicanas.

Número de potência (NP) vs NRe para turbinas de 6 pás. Na porção em vermelho da curva D, o valor de NP lido na figura deve ser multiplicado pelo NFr Curvas: A (Verticais); B (Verticais); C (Inclinadas 45º); D (Verticais – sem chicanas) (Mc. Cabe, 1985).

Número de Potência (NP) vs NRe para propulsores de 3 lâminas Pitch - É o ângulo formado entre a pá da hélice e a perpendicular ao eixo.

Exercício • Uma turbina é instalada em um tanque com 1, 83 m de diâmetro. A turbina tem seis laminas e diâmetro de 0, 61 m. As lâminas possuem 0, 122 m altura. O tanque contém quatro chicanas cuja largura é 0, 15 m. A turbina opera a 90 rpm e o líquido no tanque tem viscosidade de 10 cp e densidade de 929 kg/m 3. Considerar Dt=H. Dado: 1 cp = 0, 001 kg/m. s Qual é a potência necessária em k. W para movimentar o fluido nas condições estabelecidas? – Considerando que a solução tem viscosidade de 100. 000 cp, qual será a potência necessária? Exercícios adicionais: Geakoplis 3. 4 -1 a 3. 4 -7 UNIT OPERATIONS IN FOOD PROCESSING Cap. 12 Mixing Exercícios 3, 4 e 5. Mistura de partículas (Farinha e levedura – índice de mistura)

• Site sugerido http: //www. visimix. com/ ‘ Software - Visi. Mix - Mixing Simulation for Chemical & Process Engineers http: //www. directindustry. com/ stirred tank Material disponível no Moodle Bom feriado. . .