Agitação e mistura

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Introdução a Processos Químicos
Agitadores e Misturadores
Cleber Oliveira
Daniel Vicente
Karolyne Leandra
Índice
Definições e diferença entre os processos 
Classificação e propriedades que tem influencia sobre a mistura 
Tipos de equipamentos encontrados no mercado 
Vantagens e Desvantagens de cada equipamento 
Industrias que utilizam esses equipamentos
Agitação e Mistura
Agitação 
Refere-se ao movimento induzido de um material em forma determinada, geralmente circulatória, dentro de um recipiente. Pode-se agitar somente misturas homogêneas.
Mistura 
Movimento aleatório de duas ou mais fases inicialmente separadas. A mistura de fluidos em vasos agitados é uma das mais importantes operações unitárias para indústrias químicas, bioquímicas, farmacêuticas, petroquímica e de alimentos.
Classificação das Misturas
Homogênea: gás-gás, líquido-líquido (miscível);
Heterogênea: sólido-líquido.
 A agitação dos fluidos não implica necessariamente numa distribuição homogênea dos fluidos ou partículas, isto é, com agitação, a mistura pode não ser conseguida.
Propriedades que influem nas misturas
Fluidos: 
viscosidade, massa específica, relação entre as massas específicas e miscibilidade;
Sólidos:
finura, massa específica, relação entre as massas específicas, forma, aderência e molhabilidade.
 As propriedades mais importantes dos materiais, que podem influenciar na facilidade da mistura para fluidos e sólidos são:
Agitadores e misturadores
Os Agitadores ou Misturadores são indicados para operações onde é necessário misturar, dissolver, agitar ou homogeneizar qualquer tipo de solução líquida, com ou sem a presença de sólidos.
Estes equipamentos normalmente são dimensionados especificamente para cada caso, podendo ser fornecido com várias faixas de potência, rotação, comprimento de haste e tipos e diâmetro de hélices, sendo estas configurações especificadas dependendo das características do produto agitado. 
Agitadores e misturadores
São muito usados em indústrias químicas, farmacêuticas, e nas estações de tratamento de água para dispersar ou misturar à água produtos químicos como sulfato de alumínio, a cal hidratada, o hipoclorito de sódio, os polieletrólitos entre outros.
Agitação e Mistura de Fluidos
	Os agitadores são equipamentos dotados de pás, palhetas ou lâminas que, ao girarem, provocam a mistura de líquidos, gases com líquidos ou sólidos com líquidos, formando um sistema de maior ou menor uniformidade, conforme o caso e o objetivo pretendidos.
	O movimento do elemento girante provoca o cisalhamento do fluido, formando vórtices e turbilhonamentos ao longo da massa do sistema.
Agitadores
Agitação e Mistura de Fluidos
	Motor 
É a parte responsável pelo fornecimento de força motora ao sistema, podem ser de origem elétrica, hidráulica, turbina a vapor, etc.
Redutor
É responsável pela redução da velocidade de rotação na saída do motor.
Eixo 
É a parte que transfere a rotação do motor para o rotor.
Rotor ou Impelidor 
É a parte responsável para transmitir a energia cinética, rotacional, para o meio reacional.
Equipamento - Principais Partes
Agitação e Mistura de Fluidos
	O movimento do fluido, ou padrão de fluxo, em um tanque agitado depende do tipo de rotor selecionado, das características do fluido, tamanho e proporções do tanque (geometria), dos inibidores de vórtices (“chincanas") e do agitador. 
	A velocidade do fluido em qualquer ponto do tanque possui três componentes: O primeiro componente de velocidade é radial e atua na direção perpendicular ao eixo do rotor. O segundo componente é longitudinal e atua na direção paralela ao eixo do rotor. O terceiro componente é tangencial ou rotacional e atua na direção tangente, o que propicia um movimento circular ao redor do rotor.
Padrões de Fluxo
Agitação e Mistura de Fluidos
Padrões de Fluxo
Fluxo radial atua na direção perpendicular ao eixo do rotor.
Fluxo tangencial ou rotacional atua na direção tangente ao eixo do rotor.
Fluxo axial ou longitudinal e atua na direção paralela ao eixo do rotor. 
	Os fluxos Longitudinal e Radial são os que mais contribuem com a mistura. São os fluxos que fazem com que correntes oriundas de localizações diferentes se encontrem; 
	O fluxo tangencial pouco contribui para a mistura e provoca a formação de vórtices ou redemoinhos. 
Agitação e Mistura de Fluidos
Vórtice
	Forma-se um redemoinho e a sua formação depende ação da força centrífuga sobre o líquido; 
	Ocorre a formação do turbilhão em função das forças que agem sobre o fluído por efeito da gravidade; 
 Problemas: 
• 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; 
• Em altas velocidades o vórtice pode ser tão grande que o agitador fica descoberto, introduzindo ar (bolhas) no líquido; 
• Oscilação de massa flutuante. 
Agitação e Mistura de Fluidos
Vórtice
	
A formação do vórtice se resolve colocando-se chicanas (defletores), que evita o escoamento radial ou longitudinal; 
Agitação e Mistura de Fluidos
Tipos de Agitadores e Impelidores
Hélices
	Utilizada geralmente para agitação de fluidos de baixa viscosidade (μ < 50 cP), possui maior circulação que uma turbina. 
	Suas principais aplicações são em suspensão de sólidos e mistura de fluidos miscíveis. Não fornece tensão de cisalhamento.
Hélice Marinha
Agitação e Mistura de Fluidos
Tipos de Agitadores e Impelidores
Turbinas
Podem apresentar escoamento radial, alta tensão de cisalhamento nas pontas do impelidor ou escoamento axial (pás inclinadas). 
Velocidade de rotação alta.
Turbinas de Pás Planas
Agitação e Mistura de Fluidos
Tipos de Agitadores e Impelidores
Turbinas
Turbinas de Pás Curvas
Turbinas de Rushton
Agitação e Mistura de Fluidos
Tipos de Agitadores e Impelidores
Turbinas
Turbinas Smith
Turbinas de Pás Inclinadas
Agitação e Mistura de Fluidos
Tipos de Agitadores e Impelidores
Pás
Possui velocidade de rotação baixa e são utilizadas para mistura de fluidos muito consistentes.
Fita Dupla Helicoidal
Agitação e Mistura de Fluidos
Tipos de Agitadores e Impelidores
Pás
Ancora
Impulsor de Parafuso
Empresas que Fornecem Agitadores
Mistura de Sólidos
É uma operação industrial muito frequente na indústria farmacêutica, compostos de plásticos e a produção de fertilizantes mistos e de produtos agropecuários em pó.
Neste processo emprega-se o princípio da elevação e queda das partículas, que caem distribuindo-se aleatoriamente. Utilizam eixos helicoidais ou simplesmente rotação de vasilhas.
Mistura de Sólidos
Fatores que interfere na mistura
Densidade do pó;
Proporção dos diferentes componentes;
Tamanho relativo da partícula sólida, formato e densidade de cada componente;
A eficiência do misturador para aquele componente;
A tendência dos materiais a formar agregados;
Conteúdo de umidade, características superficiais e de escoamento de cada um dos componentes.
Mistura de Sólidos
Tipos de operação e equipamentos
	Quando os sólidos a serem misturados são constituídos de partículas de fácil escoamento, a operação de mistura pode ser realizada a seco. Nesse caso um alto grau de mistura é conseguido sem muita dificuldade.
 Se a umidade do material a ser misturado for elevada é preferível operar usando via úmida. 
Os equipamentos nessas operações são diferentes. No entanto, nossa atenção estará focalizada principalmente na mistura de sólidos granulares secos.
Mistura de Sólidos
Tipos de operação e equipamentos
	Tambor Rotativo
Um tipo especial de tambor rotativo é a conhecida betoneira utilizada no preparo de concreto. 
A carga e descarga é feita pela boca do tambor, que muitas vezes é basculante e tem
a forma de pera.
Mistura de Sólidos
Tipos de operação e equipamentos
	Misturador de Impacto
São utilizados para sólidos finos, como os inseticidas e alguns produtos farmacêuticos.
A mistura é realizada durante o impacto das partículas contra as paredes do misturados (carcaças). 
Mistura de Sólidos
Tipos de operação e equipamentos
	Misturador em V
Constituem um tipo bastante comum na indústria. Dois cilindros curtos, unidos pela base de modo a formar um ângulo próximo a 90º, giram em torno de um eixo horizontal. 
Os cilindros podem ser de comprimento diferente. Estes misturadores funcionam em bateladas que ocupam metade do volume total. O tempo de mistura é de 5 a 20 minutos. 
Mistura de Sólidos
Tipos de operação e equipamentos
	Misturador de Duplo Cone
É constituído de dois cones unidos pela base maior e que giram em torno de um eixo no plano da base.
A carga e a descarga são feitas pelos vértices. Há misturadores de duplo cone com agitadores internos adicionais e que permitem realizar a mistura em poucos minutos.
Mistura de Sólidos
Tipos de operação e equipamentos
	Misturador Helicoidais
São misturadores com as características de terem helicóides feitas com chapas metálicas onduladas ou com fitas de aço afastadas do eixo.
São misturadores de operação contínua.
Mistura de Sólidos
Tipos de operação e equipamentos
	Misturadores para pastas
Utilizam dois eixos com pás ou dispositivos para arrastar a massa; 
Os dois eixos giram em sentidos opostos, arrastando porções da massa para a região entre eles, onde ocorre a mistura; 
Empresas que fornecem misturadores
Agitadores e misturadores para vários tipos de industrias
Referências
Apostila Agitação e Mistura – UTFP – Prof.ª Marianne Ayumi Shirai
Apostila Agitação e Mistura – UFSC - Depto de Eng. Química e de Eng. De Alimentos
Agitação e Misturas de Fluidos – Prof.ª Lisete Cristine Scienza
 Operações Unitárias II - Agitação E Mistura - USP - Prof. Dr. Félix Monteiro Pereira 
Equipamentos Industriais e de Processos – Archibald Joseph Macintyre - Editora LTC- 2011
Unit Operations Of Chemical Engineering - McCabe