Aula27_AgitacaoMistura

7/31/2019 Aula27_AgitacaoMistura

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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.


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.


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

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