RESUMO

Os equipamentos utilizados para converter energia mecnica em hidrulica so

chamados de bombas, estas podem ser de diversos tipos, possuindo vantagens e

desvantagens de acordo com sua finalidade. A escolha do modelo ideal e

determinao de suas condies operacionais realizada por meio de catlogos

oferecidos pela prpria fornecedora, nos quais esto definidos os critrios de uso e

seu desempenho que se apresenta na forma de curvas caractersticas da bomba. Se

este equipamento for utilizado de forma forada pode gerar o fenmeno conhecido

por cavitao, criando bolhas de ar que com o tempo podem danificar o rotor da

bomba. Para o presente relatrio, o experimento feito utilizou bomba centrfuga. Das

anlises feitas, vale ressaltar que com o aumento da vazo no sistema, haver a

diminuio da queda de presso entre a entrada e a sada daquela, com isso, a

diminuio da capacidade de elevao de carga lquida ocorrer.

Palavras-chave: Bombas. Curvas caractersticas. Cavitao. Ponto timo.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Identificao dos elementos da unidade experimental ................................9

Figura 2 Grfico demonstrativo do comportamento da bomba com a elevao da

vazo .........................................................................................................................10

Figura 3 Grfico comparativo entre o comportamento da curva do experimento e da

curva do fabricante .....................................................................................................11

Figura 4 Sistema de bombeamento de gua ...........................................................12

Figura 5 Ponto timo de operao da bomba para o sistema desejado ...................13

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Valores obtidos de presso na entrada e na sada da bomba .....................9

Tabela 2 Resultados das cargas de altura da bomba em funo da vazo ..............15

SUMRIO

1. FUNDAMENTOS E OBJETIVOS DA MISTURA .....................................................7

2. EQUIPAMENTOS PARA MISTURA........................................................................8

2.1 MISTURADORES DE SLIDOS E PASTAS ...............................................8

3. FUNDAMENTOS DA MISTURA DE LQUIDOS ......................................................9

3.1 MISTURADORES DE LQUIDOS ................................................................9

4. CONCLUSO ........................................................................................................13

REFERNCIAS .........................................................................................................16

1. FUNDAMENTOS E OBJETIVOS DA MISTURA

A agitao, ou mistura, uma das operaes mais antigas e mais comuns na

engenharia qumica. O entendimento sobre ela, no entanto, ainda limitado. Embora

a eficincia e o consumo de energia na agitao dependam de princpios bsicos da

mecnica dos fluidos, as configuraes do escoamento nos vasos tpicos com

agitao so to complicadas que a aplicao rigorosa dos princpios bsicos

impossvel. Em lugar disso, preciso utilizar aproximaes empricas. (FOUST, 1982)

Usualmente a agitao refere-se ao movimento induzido em um fluido por

meios mecnicos em um recipiente. O fluido pode circular no recipiente ou apresentar

outro padro de fluxo. A mistura est normalmente relacionada a duas ou mais fases

inicialmente separadas que so aleatoriamente distribudas dentro ou atravs uma da

outra.

Os principais objetivos da operao unitria de agitao e mistura so:

Misturar e movimentar fluidos: o objetivo a uniformizao de lquidos com

diferenas de densidade, concentrao, viscosidade ou temperatura entre seus

pontos. Seguemse os sistemas polifsicos, mas que se comportam como fase

nica, como o caso das suspenses contendo muito pouco slido, e finalmente

a mistura de lquidos imiscveis. A disperso de lquidos imiscveis trata-se de

subdividir um lquido em gotculas com a menor dimenso possvel e dispers-las

no outro de modo a uniformizar ou levar o sistema a um estado de desordem

uniforme. Participam do fenmeno as foras de tenso superficial e interfacial;

Suspender slidos em lquidos: os objetivos so a dissoluo do slido, a

lixiviao, a cristalizao ou a mera suspenso das partculas para manter a

homogeneidade do sistema. O vigor da agitao dever ser tanto maior quanto

maior for o peso das partculas, que controlado pelo seu tamanho e densidade,

e a forma das partculas. Visa evitar a decantao de partculas slidas que

sedimentam com velocidade superior a 0,002 m/s. Se o slido for fino, difcil de

molhar ou alimentado em grandes vazes, tcnicas especiais devero ser

adotadas para se obter uma operao satisfatria;

Disperso de gases: o objetivo absorver um gs pouco solvel num lquido onde

ele ser consumido atravs de uma reao qumica. A turbina basicamente um

dispositivo de contato de fases destinado a promover a transferncia de massa

entre o gs e o lquido. A disperso do gs na batelada visa primordialmente

criao de grande quantidade de rea interfacial gs-lquido e a turbulncia, para

melhorar a transferncia de massa;

Transferncia de calor: promovendo o aumento da turbulncia no sistema, a

agitao auxilia a transferncia de calor entre a batelada e o fluido de aquecimento

ou resfriamento, atravs de uma superfcie de troca;

Transferncia de massa: pode-se desejar acelerar a transferncia de massa para

um slido, num problema de suspenso de slidos, lixiviao ou absoro, ou

entre o gs e o lquido numa situao de disperso gasosa, entre dois lquidos

imiscveis ou na extrao lquido-lquido;

Promover reaes qumicas: provoca a mistura dos reagentes na batelada e

acelera os processos de transferncia de calor e massa que beneficiam na

velocidade de reao. No caso de reaes instantneas a rapidez com que os

reagentes so postos em contato controla a velocidade do processo; Produzir emulses: envolvem geralmente fluidos no-newtonianos e por isso sua

viscosidade diminui ou aumenta com a taxa de cisalhamento e s vezes com o

tempo.

O processo de mistura implica necessariamente o transporte dos

componentes a misturar de modo a interpenetrarem-se, permutando material entre

diferentes posies. Os processos fsicos envolvidos nesse processo de mistura so:

conveco, turbulncia e difuso.

As ps do agitador induzem um movimento circulatrio, convectivo, no fluido

que se distribui entre os dois grandes circuitos de conveco (loops), acima e abaixo

das ps. Os diferentes componentes da mistura, dispersos em pequenos volumes na

zona das ps, so levados e distribuem-se, assim, por todo o volume do vaso de

mistura (fermentador). Este transporte convectivo, rpido em pequenos

fermentadores laboratoriais, pode ser muito lento em fermentadores industriais de

grandes dimenses. O resultado uma uniformidade macroscpica mas ao nvel

molecular a mistura permanece altamente segregada.

Ao misturar os componentes de uma mistura, completamente segregados no

incio, o processo evolui para a homogeneidade passando por estdios de

uniformidade crescente. Ao longo do tempo o volume mnimo de amostra com um

grau de uniformidade representativo do todo o volume vai sendo cada vez menor e

uma medida da escala de mistura.

A caracterizao da extenso de mistura depende da escala considerada e,

embora na macro-escala a mistura possa ser homognea, na micro-escala pode haver

significativas heterogeneidades. Na escala considerada ter uma mistura completa

significa que a probabilidade de um dado elemento ser detectado com a mesma

concentrao a mesma qualquer que seja a posio considerada. A escala de

avaliao a fazer depende naturalmente do processo e da aplicao em causa, mas

para cada situao a questo da deteco pe restries no que respeita s

dimenses do detector (sensor): a escala de mistura dever ser da ordem de 10% da

dimenso caracterstica do sensor.

A qualidade ou extenso da mistura pode ser caracterizada por dois

parmetros: a intensidade de mistura e o tempo de mistura. O estudo feito

normalmente recorrendo a tcnicas de injeo de pulsos de um material que introduza

uma propriedade facilmente mensurvel (pH, condutividade elctrica, densidade

ptica, ndice de refraco, radioatividade) numa ou em vrias posies ao longo do

tempo.

2. EQUIPAMENTOS PARA MISTURA

2.1. MISTURADORES DE SLIDOS E PASTAS

2.2. MISTURADORES DE LQUIDOS

3. FUNDAMENTOS DA MISTURA DE LQUIDOS

De acordo com Oldshue (1983) o principal objetivo dos processos envolvendo

lquidos miscveis a homogeneizao da mistura, reduzindo as no-uniformidades e

variaes de concentrao a nveis aceitveis. Essa geralmente uma tarefa fcil

quando envolve reaes qumicas ou transferncia de massa. Contudo, se a diferena

entre as viscosidades ou densidades dos lquidos envolvidos grande essa operao

simples pode se tornar difcil, bem como nos casos em que pequenas pores de um

componente devem ser uniformemente misturadas por toda a massa, como colocado

por Harnby at al. (1985). Oldshue (1983) destaca ainda a importncia da

homogeneizao da mistura para a cintica das reaes entre os componentes.

Agata (1975) apresenta os problemas da agitao de lquidos de baixa

viscosidade e de lquidos de alta viscosidade separadamente e com caractersticas

distintas. Essa separao parece interessante, pois as caractersticas dos

impelidores, geralmente usados em cada caso e a reao dos lquidos ao ataque dos

impelidores bem diferente, com fluxo e potncia requerida distintas.

A agitao de lquidos newtonianos de baixa viscosidade a de mais fcil

anlise dentre todos os problemas de agitao, por envolverem em geral lquidos de

caractersticas semelhantes e seguir relaes muito estudadas e bem conhecidas.

Ainda assim alguns aspectos devem ser considerados em seu projeto como o

posicionamento dos impelidores, a colocao ou no de quebra-ondas, a

inconvenincia de aerao do produto ou a forma de alimentao. Nestes casos o

sistema de agitao dimensionado a partir das caractersticas crticas da mistura,

em especial viscosidade e densidade, que correspondem, com raras excees, s

caractersticas do produto final.

A potncia consumida (P) por estes sistemas apresentada por Oldshue

(1983) genericamente por:

P = Np.N.Di5.

Onde (Np) o nmero de potncia e varia com a geometria do sistema de

agitao e nmero de Reynolds, (N) a rotao do impelidor, (Di) o dimetro do

impelidor e () a massa especfica do fluido. Para um determinado impelidor

trabalhando em regime turbulento, o nmero de potncia constante.

Fluidos de alta viscosidade no seguem a funo acima e apresentam

problemas como a formao de zonas estagnadas no vaso, geralmente nos cantos

ou zonas mais distantes do impelidor como apresentado por Nagata (1975). Em geral

so usados impelidores de baixa rotao e dimetros maiores, sendo que a potncia

consumida dada por:

P QHm

Onde o peso especfico do lquidoHm a perda de carga durante a

circulao do produto e Q a velocidade de circulao ou vazo de circulao mdia

no vaso.

Segundo Oldshue (1983), a emulso ocorre quando um lquido disperso por

um sistema de agitao em outro, ao qual no se mistura, por exemplo, gua e leo.

Normalmente deseja-se conseguir uma emulso estvel, ou seja, aquela em os

componentes permanece emulsificados aps o processo sem a necessidade de

agitao constante. Nas emulses instveis os componentes tendem a se separar

quando o produto fica por um perodo sem movimentao. Apesar de na maioria dos

casos esta situao ser indesejvel, em alguns processos este comportamento pode

ser usado beneficamente. A emulso pode, por exemplo, ser usada para produzir um

incremento de rea de contato entre duas fases em operaes onde a transferncia

de massa requerida, sendo estas fases separadas naturalmente ao fim do processo.

A emulso de lquidos imiscveis depende de muitos fatores como o tamanho

das "gotas", rea de interface, tenso superficial, densidades e viscosidades. Porm

os testes e experimentos com os componentes e produtos desejados so, quase

sempre, a base para o projeto dos equipamentos. Isto se deve a enorme variao de

combinaes de componentes e da enorme variao de comportamento dessas

combinaes, dificultando sobremaneira uma anlise matemtica deste tipo de

processo.

Um aspecto importante para a mistura" de lquidos imiscveis a razo de

cisalhamento, responsvel pela fragmentao das gotas do lquido a ser disperso. No

tanque existem duas zonas distintas quanto ao cisalhamento: a regio prxima ao

impelidor, onde as gotas so fragmentadas e dispersas e a zona formada pelo restante

do tanque, de coalescncia, onde as gotas so aglutinadas em gotas maiores.

Nas emulses estveis, as gotas fragmentadas e dispersas na regio do

impelidor, devido alta tenso de cisalhamento, tendem a manter o seu tamanho,

mantendo assim a emulso. J nas emulses instveis as gotas voltam a aglutinar-se

ao sair da zona de alto cisalhamento.

Uma forma de facilitar a emulso de lquidos imiscveis introduzir o lquido a

ser disperso prximo ao impelidor, na zona de alto cisalhamento. Isto propicia

fragmentaes imediatas das gotas, reduzindo significativamente o tempo de

processamento e a energia dispendida.

3.1. MISTURADORES DE LQUIDOS

4. CONCLUSO

REFERNCIAS

FOUST, Alan S. Princpios das operaes unitrias. 2 ed. Rio de Janeiro: LTC,

1982.