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Operaes Unitrias I Agitao e Mistura
Professora Msc. Iara Silveira
([email protected])
UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHO
CENTRO DE CINCIAS SOCIAIS, SADE E TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS
CAMPUS DE IMPERATRIZ
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Operaes Unitrias
As Operaes Unitrias nas Engenharias:
Engenharia Qumica x Engenharia de Alimentos;
Matria-Prima
INDSTRIA Mesa do
Consumidor
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Agitao / Mistura
A agitao uma das operaes mais antigas e comuns na
Engenharia.
Movimento de lquidos em tanques por meio de impulsores
giratrios
- pode-se incluir gases e slidos na forma de partculas.
Ind.
Alimentcia
Ind.
Minerao
Qumica e
Farmacutica Ind. de Papel
Tratamento de
gua e esgoto
Agitador
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Agitao / Mistura
Eficincia Princpios bsicos da
Consumo de Energia Mecnica de Fluidos
Agitao: refere-se ao movimento induzido em um
fluido por meios mecnicos em um recipiente
(circulao ou outro padro de fluxo)
Mistura: normalmente relacionada a duas ou mais fases
inicialmente separadas, que so aleatoriamente
distribudas dentro ou atravs uma da outra.
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Agitao / Mistura
Aplicaes:
Disperso de um soluto em um solvente;
Misturao de dois lquidos miscveis;
Produo da suspenso de um slido finamente dividido num
lquido;
Misturao dos reagentes num reator qumico;
Agitao de um lquido homogneo para melhorar a
transferncia de calor para o lquido.
preciso ajustar a
agitao para o
resultado final que
se deseja.
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Agitao / Mistura
Existem diversos tipos de rotores (agitadores)
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Agitao / Mistura
Rotor de fluxo axial
com estabilizadores
direcionais do fluxo
ajustado
extremidade da
pea
Custo mnimo para
uma viscosidade
mediana para
movimento rpido e
completo.
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Agitao / Mistura Turbina de lminas planas
Turbulncia intensa,
principalmente na direo
radial, mas exigindo
elevada potncia.
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Agitao / Mistura
Turbina agitadora-
circuladora em tubo de
tiragem
Todo o movimento
vertical e o tubo controla a
configurao do
escoamento (intensidade
de agitao muito
uniforme).
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Agitao / Mistura Rotor em forma de ncora
que promove
escoamento misto
Quando necessita de baixo
nvel de turbulncia em
um fluido viscoso (vaso
com aquecimento ou
resfriamento eficincia).
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Agitao / Mistura
Rotor helicoidal de fluxo
axial
Misturar ingredientes
slidos e lquidos, agitar
massas, pastas ou lamas
(materiais muito pesados
exigem construes mais
robustas).
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Agitao / Mistura Padres de Escoamento
Axial: forma correntes paralelas ao eixo do agitador; aqueles
cujas ps
formam um ngulo < 90 com o plano de rotao do impulsor
Hlices, Turbinas e Ps inclinadas
Agressividade ao produto
Consumo de potncia
Grande abrangncia por sua distribuio geomtrica do
fluxo dentro do tanque
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Agitao / Mistura Radial: forma correntes tangenciais ou na direo
perpendicular ao
eixo do agitador; tem suas ps paralelas ao eixo de rotao e
perpendicular parede do tanque
Turbina, Ps, ncora e Grade
Agressividade ao produto
Consumo de potncia
Capacidade dispersiva
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Agitao / Mistura
Tipos de agitao:
Agitao leve: requer o mnimo de velocidade do fluido,
garantindo:
Completa mistura do fluido de maneira suave, formando uma
superfcie plana, porm, com movimento;
Misturar fluidos miscveis at a homogeneidade, se d1 - d2 <
0,1;
Misturar fluidos miscveis at uniformidade, se v1 v2 <
100;
Manter a temperatura da mistura uniforme.
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Agitao / Mistura
Agitao Moderada: mais comum em processos
industriais e garante:
Misturar fluidos miscveis at uniformidade, se d1 - d2 <
0,6;
Misturar fluidos com v1 v2 > 10.000 vezes;
Auxiliar no resfriamento ou aquecimento de misturas
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Agitao / Mistura
Agitao Forte: requer alta velocidade do
fluido:
Produz superfcies turbulentas em fluidos de baixa
viscosidade;
Utilizada quando tempo de mistura crtico ou se v1
v2 < 100.000 vezes;
Mistura fluidos at a uniformidade quando d1 d2
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Agitao / Mistura
Configuraes e dimenses caractersticas do tanque padro:
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Agitao / Mistura
Dimensionamento de um Sistema de Agitao:
Variveis do projeto:
: viscosidade
: densidade
: tenso superficial
: condutividade trmica
Cp : calor especfico
N : velocidade de rotao do impelidor/haste
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Agitao / Mistura
Caractersticas de alguns impelidores:
P = F.U
P : potncia consumida por um misturador
F : fora de arraste de um impelidor
U : velocidade relativa da p do impelidor
Tipo de
Impelidor
Faixa de
Viscosidade Rotao Potncia Utilizao
Naval < 2P Pa.s 300 a 1750
rpm
0,2 a 2,25
kW bombeamento
Turbina < 1000 20 a 150 0,75 a 375 suspenso de slidos
Ps < 50 100 a 350 1 a 150 transf. de massa
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Agitao / Mistura
Nmeros adimensionais associados
Tempo de Mistura;
Consumo de Energia;
Capacidade de Bombeamento.
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Agitao / Mistura Nmero de Bombeamento (NBO )
Relaciona a taxa de bombeamento do impelidor Q
(volume escoado por rea do impelidor e por tempo)
com a velocidade de rotao e tamanho do impelidor.
NBO = Q / (ND3)
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Agitao / Mistura
Nmero de Potncia (NPO)
Potncia transferida do impelidor para o fluido. Seu
clculo depende do processo, do regime de escoamento
e do fluido.
Escoamento turbulento em sistema homogneo:
NPO = P / (N3D5)
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Agitao / Mistura
Nmero de Froude (NFR)
Este inclui as foras gravitacionais e usado para
considerar os efeitos da superfcie livre (p.e.: vrtice
central) no nmero de potncia. Correlaciona-se com
Re e Po em sistemas sem chicanas.
NFR = N2D / g
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Agitao / Mistura
Nmero de Mistura (NB)
Produto da velocidade de rotao (N) e o tempo de
mistura ().Se NB = cte, o tempo de mistura proporcional ao
inverso da velocidade de rotao do
impelidor.
NB = N
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Agitao / Mistura
Nmero de Reynolds (Re)
Determina o tipo de escoamento, laminar (10.000).
Re = D2N /
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Agitao / Mistura
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Agitao / Mistura
E agora...
Qual o procedimento para ampliar a escala de um agitador?
Como calcular a potncia necessria para movimentar um
fluido num agitador?
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Agitao / Mistura
Mistura de Slidos
Dificuldade Consumo de Energia Moagem Prvia
Compostos de plstico;
Produo de fertilizantes mistos;
Produtos agropecurios em p
Qumica e
Farmacutica
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Agitao / Mistura
Fatores que interferem na mistura:
Densidade do p;
Proporo dos diferentes componentes;
Tamanho relativo das partculas slidas, formato e densidade de
cada componente;
Eficincia do misturador para aquele componente;
Tendncia dos materiais a formar agregados;
Contedo de umidade, caractersticas superficiais e de escoamento
de cada um dos componentes.
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Agitao / Mistura
Tipos de operao:
seco: realizado quando as partculas so de fcil
escoamento e conseguido um alto grau de mistura
sem muita dificuldade
Em umidade: realizado quando a umidade do material
elevada, neste caso usa-se equipamentos diferentes
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Agitao / Mistura
Tipos de equipamento mistura seco
Tambor rotativo com chicanas radiais
Carga at da capacidade do tambor;
Tempo de operao: 5 a 20 minutos;
Rotao do tambor 50-60% da rotao crtica;
Acionamento por engrenagens ou correias o nmero vai
depender do tamanho do tambor, da carga e do dimetro das
polias, geralmente de 2 a 8.
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Agitao / Mistura
Misturadores de impacto:
Utilizados para slidos finos (inseticidas e alguns
farmacuticos);
Possui um disco central girando em alta rotao no interior da
carcaa;
A mistura acontece durante o impacto das partculas contra as
paredes;
Misturadores desse tipo podem ser usados para melhorar
uniformizao.
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Agitao / Mistura
Misturadores em V
Dois cilindros curtos unidos pela base (< 90);
Podem ser de comprimentos diferentes;
Batelada;
Tempo de mistura: 5 a 20 minutos;
Vrios Vs podem formar um sistema contnuo;
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Agitao / Mistura
Misturador de duplo cone:
Dois cones unidos pela base maior que giram em
torno de um eixo no plano da base;
A carga e a descarga so feitas pelos vrtices;
Alguns possuem agitadores internos adicionais
realizando a mistura em poucos minutos.
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Agitao / Mistura
Misturadores Helicoidais:
Possuem helicides de chapas metlicas onduladas ou com
fitas de ao afastadas do eixo;
Operam em fluxo contnuo.
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Agitao / Mistura
Por hoje s, pessoal!
