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Agitao e Mistura
Agitao
Utilizada em um grande nmero de processos
industriais em diversas reas, tais comominerao, alimentos, petrleo, produtosqumicos e farmacuticos, tratamentos deefluentes e muitos outros.
Classificao
Aplicao Processamento Fsico
Lquido-Slido Suspenso
Lquido-Gs Disperso
Lquidos imiscveis Emulso
Lquidos miscveis Mistura
Movimentao de fluidos Bombeamento
Agitao
Refere-se ao movimentoinduzido de um material em
uma forma determinada,geralmente circulatria,dentro de um recipiente.
Pode-se ag itar uma ssubstncia homognea.
Mistura
Movimento aleatrio de duasou mais fases inicialmente
separadas.
ObjetivosMistura de lquidos miscveis
Disperso de lquidos imiscveis
Dispersar um gs em um lquido
Promover transferncia de calor
Promover a transferncia de massa
Reduzir aglomerados de partculas
Acelerar reaes qumicas
Obter materiais com p ropriedades diferentes daquelas do material original
Aquecer ou resfriar solues
Propriedades que influenciam
Mistura
Do fluido
Viscosidade ( )
Massaespecfica ( )
Miscibilidade
Do slido
Tamanho
Massaespecfica doslido ( s)
Forma
Rugosidade
Molhabilidade
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Mistura de lquidos
Os sistemas de mistura apresentam em comum:
Lquido a ser misturado (agitado);
Vaso que contm o lquido;
Equipamento mecnico que gera aturbulncia.
Componentes para agitao
Vaso (fundo arredondado para
evitar pontos sem mistura) Motor
Redutor de velocidade
Haste ou impulsor
Dificultores
Termmetro
Ponto de amostragem
Funo de cada componente
Motor a parte responsvel pelo fornecimentode fora motora ao sistema, podem ser deorigem eltrica, hidrulica, turbina a vapor, etc.
Redutor responsvel pela reduo davelocidade de rotao na sada do motor.
Eixo a parte que transfere a rotao do motorpara o rotor.
Rotor a parte responsvel para transmitir aenergia cintica, rotacional, para o meioreacional
Batelada e Contnuo
Batelada
Usado para materiais viscosos, plsticos eslidos
Pontos importantes: Tempo para obteno do resultado desejado;
Facilidade e rapidez de descarga e limpeza; Consumo de energia
Contnuo
Para gases, lquidos de baixa viscosidade esuspenses
Tanques agitados
Dissoluo de acar, amido, sal, cidos, etc;
Disperso de hidrognio em reaes dehidrogenao de gorduras;
Circulao de lquidos em processosfermentativos;
Tratamento trmico de laticnios;
Tanques de extrao e tachos de cozimento;
Tanques de mistura (ex. Preparao de sorvetes);
Tanques de aerao e de lavagem de material;
Agitadores
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Mecanismo de mistura
O processo de mistura implica necessariamente
o transporte dos componentes a misturar demodo a interpenetrarem-se, permutandomaterial entre diferentes posies. Os processosfsicos envolvidos nesse processo de mistura so:
Conveco (distribuio)
Turbulncia (disperso)
Difuso
Mecanismos de mistura
Convectivo
As ps do agitador induzem um movimentocirculatrio, convectivo, no fluido que se distribuientre os dois grandes circuitos de conveco,acima e abaixo das ps.
Os diferentes componentes da mistura, dispersosem pequenos volumes na zona das ps, solevados e distribuem-se, assim, por todo o volumedo vaso de mistura.
O resultado uma uniformidade macroscpicamas ao nvel molecular a mistura permanecealtamente segregada.
Mecanismos de mistura
Turbulncia Devido elevada turbulncia na zona das ps, a
movimento do fluido no se faz segundo linhas decorrente mas aleatrio, com direes cruzadas.
A sua energia cintica concentrada em regies deescoamento rotacional (redemoinhos) de diversostamanhos que co-existem dinamicamente.
Redemoinhos de maiores dimenses se formam nazona do agitador mas simultaneamente sequebram em menores porm com maior energiacintica. Esse processo continua formandoredemoinhoscada vez menores at no maissustentarem movimento rotacional e a sua energiaser dissipada sob a forma de calor.
Mecanismos de mistura
Difuso
Dentro destes redemoinhos a mistura ocorrepor difuso, um mecanismo geralmente lentomas que, em virtude das pequenas distnciasde difuso, ser ainda assim bastante rpido e
conduz ento a uma maior uniformidademolecular.
Padres de fluxo
O movimento do fluido, ou padro de fluxo, emum tanque agitado depende:
do tipo de rotor selecionado,
das caractersicas do fluido,
tamanho e propores do tanque (geometria),
dos inibidores de vrtices (baffles)
do agitador.
Componentes de velocidade
A velocidade do fluido em qualquer ponto dotanque possui trs componentes
Radial
Atua nadireoperpendicularao rotor
Longitudinal
Atua nadireoparalela aoeixo do rotor
Tangencial ourotacional
Atua nadireotangente, oqueproporcionaum movimento
circular aoredor do rotor
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Escoamento Axial
So aqueles cujas ps fazem ngulo menor que
90o com o plano de rotao do impulsor Ex.: hlices, turbinas de ps inclinadas
Escoamento radial
Tem suas ps paralelas ao
eixo de rotao. Este fluxo perpendicular a parede dotanque.
Ex. Turbina, ps, ncora,grade.
Escoamento tangencial
Este fluxo atua nadireo tangente, oque proporciona ummovimento circularao redor do rotor.
Padres de fluxo Vrtices
Em alguns casos, acomponente tangencial desvantajosa, pois tem umatrajetria circular e cria umvrtex na superfcie nopermitindo a misturalongitudinal entre os nveis.
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Formao do vrtice
Produzido pela ao da fora centrfuga que age no
lquido em rotao, devido componente tangencialda velocidade do fluido.
Geralmente ocorre em lquidos de baixa viscosidade.
Formas de evitar
Descentralizar o agitador
Inclinar o agitador em 15o em relao ao centro dotanque
Colocar o agitador em posio horizontal
Usar dificultores
Evitar o vrtice
Dificultores
Instalados prximo parede para lquidosde baixa viscosidade.
Afastados da parede para lquidos de
moderada viscosidade.
Afastados da parede e inclinados paralquidos de elevada viscosidade.
Draft Tubes
Adicionam atrito ao fluido e para uma dadapotncia de entrada, e a taxa de circulao reduzida. O retorno do fluxo para o rotor ocorreem todas as direes.
Frequentemente utilizados para altocisalhamento (ex. Emulses).
Instalados em diferentes posies em funo dotipo de rotor (acima de turbinas e em torno depropulsores/hlices).
Chicanas
Inibidores de vrtice ou dificultores
Tirar perpendiculares parede do tanque, queinterferem no fluxo rotacional sem alterar o fluxoradial e axial
Movimento do fluido
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Tipos de agitadores
Hlices
Dirigem o fluidopara o fundo dotanque, onde acorrente se espalharadialmente e sobeao longo da parededo tanque,retornando zonade suco do rotor.
Utilizados quandoso necessriasgrandes correntesverticais
Ps
Fornecem bom fluxoradial no plano dorotor, mas nofornecem fluxovertical.
Possuem uma faixade trabalho muitoreduzida em funodo pouco fluxoalcanado, j quesuas ps soconstrudas navertical, semdirecionamento defluxo.
Turbinas
Movimentam ofluido radialmentecontra a parede dotanque onde acorrente se divide.Uma parte dirige aofundo e volta aocentro do rotorenquanto a outrasobe em direo asuperfcie e retornaao rotor por cima(zona de suco).So geradas duascirculaes distintas.
Tipos de agitadores: Hlices
Ao: Agitao e homogeneizao.Tende a impelir o lquido para baixo e
devido fora do deslocamento estesobe pelas paredes internas doreservatrio fazendo um movimento decirculao
Agitao de fluidos baixa viscosidade Maior circulao que turbina
Trabalha com ampla faixa de rotaes
Uso Suspenso de slidos
Mistura de fluidos miscveis Tranferncia de calor
Tipos de agitadores: Ps
Mistura de fluidos muitoconsistentes.
Ps inclinadas Ao: Mistura sem turbulncia.
Mistura produtos de diferentes
propriedades sem quebrarpartculas ou alterar aspropriedades fsicas. Tende aimpelir o lquido para baixo edevido fora do deslocamentoeste sobe pelas paredes internasdo reservatrio fazendo ummovimento de circulao suave.
Tipos de agitadores: Turbinas
Ao: Agitao com turbulncia.Mistura produtos causando grande atritoentre o produto e a hlice.
Escoamento radial ou axia l (ps inclinadas) Alta tenso de cisalhamento nas pontas do
impulsor Podem ser construdos com lminas
fechadas ou abertas, as ps da turbina podeser reta, ou curvada longitudinalmente,porm sempre em posio vertical
Uso Suspenso de slidos Mistura de fluidos imiscveis Disperso de gases Transferncia de calo r
Tipos de agitadores: Turbinas
Ps curvas
Indicado para operaes sensveis velocidade e quando se requerelevadas velocidades na parede dotanque (transferncia de calor).
Ps e disco (Rushton)
Dois redemoinhos so formadosaps cada p.
reas de grande cisalhamento quequebram gotas de dimetro maior
Turbina Smith
Efetiva para disperso de volumeselevados de gases.
No muito sensvel mudanade viscosidade.
Tipos de agitadores: Helicoidal
Tamanho relativo do impulsor:95% do dimetro do tanque
Uso
Fluidos de alta viscosidade emregime laminar
Quando necessita-se boatransferncia de calor emistura de slidos e lquidos.
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Tipos de agitadores: ncora
Tamanho relativo do
impulsor: 95% do dimetrodo tanque
Tempo de mistura longo emrelao ao helicoidal
Opera em regime laminarcom fluidos muito viscosos
Tipos de agitadores: Parafuso
Tamanho relativo: metade do
dimetro do tanque
Usos
Mistura efetiva empolmeros sensveis aocisalhamento e de altaviscosidade
Com fluidos pseudoplsticos