*AGITAO E MISTURAOperaes de mistura encontram-se frequentemente na indstria em processos que envolvem transformaes fsicas e qumicas indstria alimentar indstria farmacutica indstria do papel indstria dos plsticos indstria cermicaO investimento financeiro (custos de capital e de operao) em processos de mistura considervel

*Fundamental adquirir as bases dos conhecimentos fundamentais em processos de misturaexemplo:- seleo do tipo de agitador para uma dada aplicao- anlise do desempenho de instalaes existentes

*Os termos agitao, mistura e disperso tm diferentes significadosagitao -processo que permite o movimento global num fluido, promovendo a mistura e a dispersomistura -combinao numa s massamixingno incio existem 2 ou mais materiais, distintos numa ou mais propriedades (composio, densidade ou temperatura) e aps mistura completa existe uma s entidade num estado de uniformidade mximo possvel(misturas homogneas, dissoluo de slidos em lquidos, mistura de dois lquidos com diferentes temperaturas)

disperso combinao de 2 materiais num produto final onde continuam existir os materiais separados (pores de pequenas dimenses espalhadas umas entre as outras a uma escala que maior do que as dimenses das molculas)(suspenso de slidos, disperso de gases em lquidos, emulses)

*A agitao constitui um excelente exemplo onde o escoamento de fluidos ocorre frequentemente em simultneo com transferncia de massa, reaes qumicas e transferncia de calor.mistura de lquidos (miscveis)

processo simples, pois no envolve reao qumica (em geral) e transferncia de massa interfacialexemplo: - combinao de produtos do petrleo

reduzir as variaes de concentrao para nveis aceitveis

*mistura slido - lquido

Promover a suspenso de partculas num lquido com viscosidade relativamente baixaexemplo: - cristalizao- reao em fase lquida com catalisador slido

transferncia de massa e/ou reao qumica associada(s)

dispersar partculas muito finas em lquidos com viscosidade elevadasexemplo: - incorporao de carbon black na borracha

comportamento reolgico muito complexo(em geral, envolve fenmenos de superfcie e contato fsico)

*mistura gs lquido

Gerar uma disperso de bolhas gasosas numa fase lquida contnuaexemplo: - oxidao- hidrogenao- fermentaes biolgicastransferncia de massa associada e por vezes reaco qumica na fase lquidamistura lquido lquido (lquidos imiscveis)

Criar uma disperso de gotas de lquido numa fase lquida contnuaexemplo: - extrao lquido - lquido- emulsificao transferncia de massa associada

*Mecanismos de MisturaA agitao de um lquido , em geral, realizada num contentor equipado com um agitador (hlice, p ou turbina)

*Embora muitos equipamentos sejam projetados tendo como base o grau de mistura final, a transferncia de massa e as reaes qumicas, em alguns casos a transferncia de calor o mecanismo controlante

*os regimes podem ser caracterizados

laminar turbulento transiomistura laminarassociada normalmente a lquidos com elevada viscosidade (> 10 Pa s) os agitadores possuem dimenses comparveis s dos tanques

*prximo das superfcies que rodam existem grandes gradientes de velocidade (elevadas tenses de corte) deformaes dos ele- mentos de fluido e estiramentonas disperses e emulses so frequentemente este tipo de esforos (que resultam das tenses de corte e alongamento) que reduzem o tamanho de bolhas e gotas

*mistura turbulentaem termos prticos, o movimento global do fluido em tanques de mistura turbulento se a viscosidade do fluido < 10 mPa s

*A diversidade de equipamento de mistura disponvel reflete a enorme variedade de aplicaes nas diferentes indstriasseleccionar o tipo de sistema de agitao que permite obter o resultado final eficientemente (baixos custos de capital e de operao)

tanques de agitao mecnicamisturadores de jatoin-line static mixers in-line dynamic mixers moinhos de dispersovlvulas homogeneizadorasextrusorasEquipamento Sistemas de Agitao Mecnica

*Sistemas de Agitao MecnicaB largura dos anteparosC distncia entre o fundo do tanque e a linha central do agitadorD dimetro do agitadorT dimetro interno do tanqueW largura do agitadorZ altura do fluido no tanque

*

*anteparos

para impedir a formao de vrtice central quando os fluidos de baixa viscosidade so agitados num tanque cilndrico com o agitador montado axialmente

*existncia do vrtice central

desvantagensvantagem

- baixo grau de mistura (fluido e - submerso dos slidos em aplicaes onde agitador possuem a mesma velocidade so usadas suspenses angular)- captura de ar pelo lquido- nvel do lquido sobe junto s paredes do tanqueem geral, os anteparos (so chamados de chicanas) no so necessrios em aplicaes com fluidos de elevada viscosidade

*agitadores

a configurao do agitador tem um forte impacto nas caractersticas da agitao e nas necessidades energticas

*Turbina

*TurbinaHliceP

*

*os agitadores usados em mistura turbulenta normalmente possuem D/T igual a 1/3

gama de variao:0,2 D/T 0,5

*notar que os agitadores usados em mistura laminar possuem normalmente dimenses comparveis do tanque

0,7 D/T 1,0o agitador mais usado provavelmente a turbina com 6 lminas implantadas no disco (agitador de Rushton)-agitador de Rushton utilizado na disperso de gases em lquidos

-hlice (3 lminas) usada na mistura de lquidos de baixa viscosidade

*-agitador montado centralmente (vertical) o normal

- agitador montado inclinado

-agitador montado de lado (horizontal)

- mltiplos agitadores implantados no mesmo veio

-diversos agitadores montados separadamente no mesmo tanque

*mistura turbulenta: o padro de escoamento do fluido num tanque agitado depende do tipo de agitador

escoamento axialescoamento radial

a hlice cria um fluxo global axial(usada em suspenses de slidos)a turbina de lminas planas cria um forte fluxo radial para fora(existem zonas de recirculao na poro superior e inferior do tanque)

*o agitador tipo ncora promove o movimento do fluido junto s paredes do tanque regio perto do veio est praticamente estagnada (escoamento tangencial)

*Tanque de agitao com um lquido Newtoniano de densidade e viscosidade conhecimento da potncia (P) necessria para rodar o agitador essencial no projeto do motor/caixa de transmissoP = f(, , N, g, D, T, W, H, outras dimenses)Variveis de Projecto e Nmeros AdimensionaisN velocidade de rotao

*usando a anlise dimensional, o nmero de variveis que descreve o problema pode ser diminudo- nmero de potncia (NPo)- nmero de Reynolds (Re)- nmero de Froude (Fr)

*Fr usado para ter em conta o efeito do comportamento da superfcie livre do lquido (vrtice central) no NPopode ser desprezado para:

-Re pequenos (< 300)-Re elevados nas aplicaes em que se usam anteparosNPo = f(Re, razes geomtricas)para sistemas geometricamente semelhantesNPo = f(Re)

*Curva tpica de potnciaregio laminarNPo = K / Re (Re < 10)(K constante que depende da geometria do sistema)regio turbulenta NPo = constante (Re > 104)

*Curvas de potncia para diferentes tipos de agitadores

*indicadores da potncia consumida em certas aplicaesbaixa potnciasuspenses de slidos leves0,2 kW/m3mistura de lquidos pouco viscosos

potncia moderadadisperso de gases0,6 kW/m3contato lquido/lquidosuspenses de slidos com peso moderado

potncia elevadasuspenses de slidos pesados 2 kW/m3emulsesdisperso de gases

potncia muito elevadamistura de pastas 4 kW/m3

*Tanque de agitao com um lquido Newtoniano de densidade e viscosidade o tempo de mistura (tM) depende das variveis do processo e de operaotM = f(, , N, g, D, T, W, H, outras dimenses)Lquido No-newtoniano

*usando a anlise dimensionalpara sistemas geometricamente semelhantes e desprezando o efeito de FrNtM = f(Re)

*ExerccioCalcular a potncia necessria para a agitao num tanque cilndrico, mediante uma turbina de lmina simples, nas condies da curva 4 da figura, em cada uma das situaes dadas abaixo. A densidade do lquido 62,3 lb/ft3. O nmero de Reynolds mnimo para a misturao adequada o vigente na operao. O dimetro da turbina de 1 ft.Lquido pseudoplstico (k=1, n=09)Fludo newtonianao ( = 1,0 lb/ft s)Fluido dilatante (k =1, n=1,1)

*

*a) Dt/D = 3, usar o NRe = 270De modo queN= 3,05 rpsa= (0,231)(3,05) = 0,704 lb/ft.s

*Da figura, com Nre=270 encontra-se Npo =3,7Resolvendo para potncia:

*O nmero de potncia no se modifica, pois as curvas para os lquidos newtoniano e pseudoplstico coincidem nesse nmero de Reynolds.C) Pelo mesmo mtodo que em a), com k=1 e n=1,1N= 6,65, P= 3,83, HP