Agitacao_e_mistura

Prévia do material em texto

Agitação e 
mistura
5.3 Operações unitárias na 
indústria de alimentos
Agitação
Induz o movimento do fluido em uma 
direção específica 
Usualmente no interior de um tanque
Por meio de impulsores diratórios
Mistura
Produz uma distribuição
aleatória, com certo grau de 
homogeneidade entre uma ou
mais fases ou substâncias
Agitação de 
líquidos: 
objetivos
1 – Facilitar a ocorrência de reações químicas 
2 – Suspender partículas sólidas em um meio 
líquido 
3 – Acelerar as taxas de transferência de calor e 
massa 
4 – Misturar líquidos miscíveis 
5 – Dispersar gases em líquidos 
6 – Dispersar um segundo líquido, imiscível 
com o primeiro, para formar uma emulsão. 
Operac ̧ão unitária utilizada tanto em pequenas, médias e 
grandes instalac ̧ões produtivas: exemplos de uso
i) Dispersão de 
hidrogênio em 
reações de 
hidrogenação de 
gorduras. 
ii) Circulação de 
líquidos em tachos 
de fermentação. 
iii) Tanques com 
agitadores no 
tratamento térmico 
por batelada de leite. 
iv) Tanques de 
extração ou 
cozimento. 
v) Tanques de 
retenção de produto 
de processamento. 
vi) Tanques de 
recirculação de 
salmoura para 
refrigeração. 
vii) Tanque de 
lavagem de material. 
viii) Tanques de 
aeração para 
tratamento biológico 
de resíduos líquidos. 
ix) Suspensão de 
sólidos 
sedimentados para 
facilitar seu arraste 
por bombeamento. 
Normalmente ocorre em 
tanques ou vasos 
cilíndricos com agitador 
acoplado. Figura 5.22. 
Sistema composto de: 
i) Um tanque ou reservatório com 
instalac ̧ões auxiliares. 
ii) Um rotor ou impulsor instalado 
em um eixo e acionado por um 
sistema de motor e redutor de 
velocidades. 
iii) Defletores (aletas). 
Característica e usos de impulsores
Projeto de agitadores: Método de semelhanc ̧a de sistemas – Baseia-se na 
semelhanc ̧a dimensional para critérios de mudanc ̧a de escala. 
Etapas: 
1 – Seleção do tipo de impulsor. 
2 – Cálculo das dimensões geométricas. 
3 – Cálculo da frequência rotacional do impulsor (depende em geral do 
critério de mudança de escala). 
4 – Cálculo de Potência requerida. 
Projeto de agitadores
Para mudança de escala entre resultados experimentais 
e um protótipo deve- se seguir os padrões de 
escoamento devem ser iguais em ambas as escalas. 
Devem ser assegurada semelhança geométrica para 
garantir semelhanc ̧as cinemáticas e dinâmicas. 
Projeto de agitadores: São operac ̧ões unitárias bastante 
comuns na indústria de processamento químico, bioquímico e de alimentos 
Semelhança 
geométrica
Relação entre as 
medidas nas 2 escalas 
permanecem 
constantes 
Semelhança 
dinâmica
Relação de velocidade 
e de forças em vários
pontos sejam iguais no 
modelo e no protótipo. 
ANÁLISE ADIMENSIONAL
O número de Froude deve ser considerado quando há formação de 
vortex
NRe ˃ 300
Sem uso de defletores. 
Exemplo 5.5
Para agitar um fluido neuwtoniano de propriedades conhecidas (ρ = 946 kg.m-3, μ = 0,2 Pa.s) 
será empregado um impulsor de turbina de 6 pás retas com 𝐻𝑝/Da = 0,125, em um tanque 
que tem características geométricas padrão, com quatro defletores. O diâmetro do impulsor 
é de 0,51 m e a frequência rotacional de 100 rpm. 
Determine:
i) A potência adequada para o motor, sabendo-se que o conjunto do motor e sistema de 
transmissão apresenta eficiência de 70%. 
ii) As dimensões do tanque. 
Cálculo da potência requerida para agitar 
fluidos não anewtonianos
Exemplo 5.7 
Em uma indústria de geleias, suco de amora concentrado (50 0Brix) deve ser mantido sob 
agitação a 22 oC. Nessas condições, o suco apresenta densidade de 1277 kg.m-3 e os 
seguintes parâmetros reológicos: K = 26,4 Pa.s e n = 0,52. O tanque de agitação é equipado 
com um agitador tipo turbina, com seis pás retas, correspondente ao impulsor, Tipo 1 da Fig. 
5.28, com diâmetro igual a 20 cm e quatro defletores com largura igual a 10 cm. A frequência
de rotação do impulsor é de 110 rpm e a capacidade do tanque deve ser adequada para 
armazenar 215 kg de suco. 
Determine: 
1) O diâmetro e a altura do tanque.
2) A potência necessária para a agitação aplicando os dois métodos descritos acima. 
Projeto por 
semelhança: 
ampliação de escala
Semelhança
geométrica
Projeto por semelhança: ampliação de 
escala
Semelhança dinâmica 
Projeto por semelhança: ampliação de 
escala
Semelhança dinâmica:
Fluido newtoniano 
Projeto por semelhança: ampliação de 
escala
Semelhança dinâmica: 
Fluido não newtoniano 
Projeto por semelhança: ampliação de 
escala
Semelhança dinâmica: 
Igualdade na 
velocidade periférica 
do agitador
Projeto por semelhança: ampliação de 
escala
Semelhança dinâmica: 
Tempo de mistura
Projeto por semelhança: ampliação de 
escala
Semelhança dinâmica: 
Igualdade por 
transferência de calor