AGITAÇÃO E MISTURA.

Apresentação em tema: "AGITAÇÃO E MISTURA."— Transcrição da apresentação:

1 AGITAÇÃO E MISTURA

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3 AGITAÇÃO E MISTURA A agitação refere-se ao movimento induzido em um fluido por meios mecânicos em um recipiente. O fluido pode circular no recipiente ou apresentar outro padrão de fluxo. A mistura está normalmente relacionada a duas ou mais fases inicialmente separadas que são aleatoriamente distribuídas dentro ou através uma da outra.

4 AGITAÇÃO E MISTURA “... ao tratarmos de agitação iremos considerar uma única fase e nos processos de mistura consideraremos que os componentes se apresentam em duas ou mais fases...” Nestes processos a mistura resultante podem ainda ser classificada como: Homogênea: gás-gás, líquido-líquido (miscível); Heterogênea: sólido-líquido

5 AGITAÇÃO E MISTURA Propriedades mais importantes dos materiais, que podem influenciar a facilidade da mistura para fluidos e sólidos... . Fluidos: viscosidade, massa específica, relação entre as massas específicas e miscibilidade. Sólidos: finura, massa específica, relação entre as massas específicas, forma, aderência e molhabilidade.

6 AGITAÇÃO Propósitos da agitação: suspensão de partículas sólidas;
mistura de líquidos miscíveis (água e álcool metílico); dispersão de um gás através de um líquido na forma de pequenas bolhas; dispersão de um líquido em um outro imiscível, para a formação de emulsão ou suspensão de gotículas muito finas; transferência de calor entre líquido e superfície aquecida, tal como serpentina, camisa de aquecimento, etc.

7 AGITAÇÃO E MISTURA Equipamento

8 AGITAÇÃO E MISTURA Características:
Tanques cilíndricos verticais, abertos ou fechados; Base do tanque arredondada, para evitar regiões mortas ou cantos; Altura do líquido = diâmetro do tanque; Agitador na parte superior; Caixa de engrenagem para redução de velocidade (nem sempre necessária).

9 AGITAÇÃO E MISTURA Acessórios: Local para termômetro; Entrada/saída;
Serpentina ou camisa de aquecimento ou resfriamento; Agitadores fazem o líquido circular através do vaso; Chicanas são usadas para reduzir o movimento tangencial

10 AGITAÇÃO E MISTURA Classes de agitadores
Fluxo axial: correntes paralelas ao eixo do agitador; Fluxo radial: correntes tangenciais ou na direção perpendicular ao eixo do agitador.

11 AGITAÇÃO E MISTURA Tipos: propulsores, pás e turbinas...
(a) Propulsor marinho de três pás (b) turbina de pá fina aberta (c) turbina de disco (d) turbina vertical de pás curvas

12 AGITAÇÃO E MISTURA Propulsores Para líquidos muito
viscosos, os mais usados são os propulsores tipo hélice e os agitadores âncora

13 AGITAÇÃO E MISTURA Propulsores (Propulsor marinho )
Empregado quando se deseja correntes verticais intensas. Ex: manter sólidos em suspensão. Fluxo axial; Agitadores de alta velocidade para líquidos de baixa viscosidade; Pequenos: 1150 ou 1750 rpm; Grandes: 400 a 800 rpm. Este tipo de agitador cisalha o líquido vigorosamente

14 AGITAÇÃO E MISTURA Agitadores tipo Pás:
Podem ser de 2, 4 ou 6 lâminas; As lâminas mais comuns são as verticais, mas também podem ser inclinadas; Fluxo radial interno próximo as pás, praticamente não gera fluxos verticais; Não são utilizados para manter sólidos em suspensão; Agitação em tanques profundos requer vários conjuntos de pás; Velocidade: 20 a 150 rpm; Comprimento das pás: 50 a 80% do diâmetro do tanque;

15 AGITAÇÃO E MISTURA Agitadores tipo Turbinas (Figura b,c,d):
Parecem algumas vezes agitadores de pás com lâminas curtas; As lâminas podem ser: retas, curvadas, inclinadas ou verticais; Bons para mistura de líquidos com aproximadamente a mesma densidade relativa. Impulsionam o fluido radialmente contra as paredes e ali a corrente se divide em duas, uma para baixo e outra para cima, e ambas retornam para o centro

16 AGITAÇÃO E MISTURA São eficazes para amplo intervalo de viscosidade;
Agitadores tipo Turbinas ... São eficazes para amplo intervalo de viscosidade; Velocidades elevadas; Produzem fluxos radiais e verticais

17 Rushton turbine

18 Fluxo e velocidade em tanques agitados
O fluxo depende de fatores como: Tipo de lâmina, agitador Características do fluido Tamanho e proporções do tanque Existência de placas defletoras (chicanas) e agitadores. A velocidade do fluido tem três componentes: radial : correntes perpendiculares ao eixo do agitador axial ou longitudinal : correntes paralelas ao eixo do agitador tangencial ou rotacional : correntes tangentes ao eixo do agitador; responsável pela formação do vórtice.

19 Agitação Quando o agitador está disposto no centro a componente tangencial é prejudicial à mistura. O fluxo tangencial segue uma trajetória circular ao redor do eixo e cria vórtices no tanque de agitação.

20 Vórtices PROBLEMAS... Estratificação permanente em vários níveis. Substâncias sem se misturar, sem fluxo longitudinal de um nível a outro. Se houver a presença de sólidos, estes poderão ser lançados à parede e descerem, acumulando-se embaixo do agitador. Ao invés de se obter mistura haverá concentração de sólidos. O vórtice pode ser tão grande que o agitador fica descoberto. Oscilação de massa flutuante.

21 Formas de evitar vórtices...
Em tanques pequenos, o agitador pode ficar descentralizado e/ou inclinado Em tanques largos, o agitador pode ser colocado na lateral horizontalmente Colocar defletores (chicanas) que impedem o escoamento rotacional...

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23 Tanque e agitadores

24 AGITAÇÃO Para melhorar o fluxo vertical e, quando a direção e a velocidade do escoamento para a sucção do propulsor precisam ser controlados, são usados tubos“draft”

25 Tanque padrão J – largura do defletor; n – velocidade de rotação;
Dt – diâmetro do tanque; Da – diâmetro do agitador; H – nível do líquido; L – comprimento da lâmina; W – altura da lâmina; E – distância da lâmina ao fundo

26 Dimensões características
Fatores de forma...

27 Consumo de potência Para estimar a energia necessária utilizam-se correlações de potência com outras variáveis do sistema. A forma destas correlações é encontrada através de análise dimensional. A potência é função das seguintes variáveis... n, Da, , , g. W= m.g.H =kg/s. m/s2.m = kg m2 / s3

28 Potência Através da análise dimensional.... Número de potência
Número de Reynolds Número de Froude P( ? )=(1/s3).m5.kg/m3 =kg m2/s Np = f (Re, Fr, FF)

29 Re <10 escoamento viscoso Re > 104 escoamento turbulento
Potência NP é proporcional a razão da força de arraste agindo sobre unidade de área do impulsor O Número de Potência (NP) é análogo ao coeficiente de arraste ou fator de fricção. Número de Reynolds em sistemas agitados... Re <10 escoamento viscoso Re > 104 escoamento turbulento Número de Froude é uma medida da razão da força inercial pela força gravitacional por unidade de área agindo no fluido. considerado quando Re>300 em tanques sem chicanas.

30 Número de potência (NP) vs NRe para turbinas de 6 pás
Número de potência (NP) vs NRe para turbinas de 6 pás. Na porção em vermelho da curva D, o valor de NP lido na figura deve ser multiplicado pelo NFr Curvas: A (Verticais); B (Verticais); C (Inclinadas 45º);D (Verticais – sem chicanas) (McCabe, 1985).

31 Número de Potência (NP) vs NRe para propulsores de 3 lâminas Pitch - É o ângulo formado entre a pá da hélice e a perpendicular ao eixo.

32 Exercício Uma turbina é instalada em um tanque com 1,83m de diâmetro. A turbina tem seis laminas e diâmetro de 0,61 m. As lâminas possuem 0,122 m altura. O tanque contém quatro chicanas cuja largura é 0,15 m. A turbina opera a 90 rpm e o líquido no tanque tem viscosidade de 10 cp e densidade de 929 kg/m3. Considerar Dt=H. Dado: 1cp = 0,001 kg/m.s Qual é a potência necessária em kW para movimentar o fluido nas condições estabelecidas? Considerando que a solução tem viscosidade de cp, qual será a potência necessária? Exercícios adicionais: Geakoplis a 3.4-7 UNIT OPERATIONS IN FOOD PROCESSING Cap. 12 Mixing Exercícios 3, 4 e 5. Mistura de partículas (Farinha e levedura –índice de mistura)

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