AGITADORES E MISTURADORES

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Introdução 
 A operação de agitação refere-se à movimentação de líquidos e de pastas em tanques por meio de dispositivos, cujo objetivo reside, no incremento das taxas de transferências de calor e de massa, bem como na facilidade de realização de reações químicas (CREMASCO,2012).
 A agitação, por si só, refere-se à movimentação de uma determinada fase, usualmente, líquida em tanques por meio de impulsores giratórios, as técnicas de agitação e mistura são encontradas em diversos processos dentro de indústrias de transformação, principalmente como equipamentos destinados à promoção de reações químicas, trocadores; tanques de dissolução de ácidos e base; tanques de dispersão de gases; tanques de extração; tanques de retenção de produto em processamento. A agitação e mistura é o centro de um grande número de processos industriais em diversas áreas, tais como mineração, alimentos, petróleo, produtos químicos e farmacêuticos, de tratamento de efluentes e muitos outros. Na indústria de processamento de alimentos, muitas operações dependem da agitação e mistura de fluidos. Usualmente 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.
 
Objetivo
 O objetivo desta prática foi determinar as relações geométricas do sistema de agitação e o dimensionamento de um tanque de agitação. 
Metodologia 
 Consiste de um estado de revisão bibliográfica feito a partir de livros, artigos científicos e de websites, com a análise e captação de partes importantes na construção do trabalho.
Revisão bibliográfica
 4.1 Caracterização qualitativa da operação por três fases: 
 - Mistura: Operação mecânica que aumenta a homogeneidade do fluido, que podem ser miscíveis ou não, através da eliminação do gradiente de concentração, temperatura e outras propriedades. Na mistura de fluidos, as propriedades que vão influenciar serão a viscosidade, massa especifica e miscibilidade, já nos sólidos são a massa especifica, formato, tamanho e rugosidade. 
 
- Agitação: É uma operação mais completa que as anteriores, refere-se à movimentação de intensa induzida de um material em forma determinada por meio de impulsores giratórios em um recipiente. 
- Homogeneização: É uma movimentação branda que visa uniformizar líquidos miscíveis para se conseguir uniformidade no sistema.
 A diferença entre agitação e mistura é que na agitação considera-se uma única fase e nos processos de mistura os componentes se apresentam em duas ou mais fases. 
4.2 Classificação das misturas
- Homogênea: gás- gás, liquido- líquido (miscível);
- Heterogênea: sólido – liquido.
 A agitação dos fluidos não implica necessariamente numa distribuição homogênea dos fluidos ou partículas, isto é, como agitação, a mistura pode não ser conseguida.
4.3 Propriedades que influenciam na mistura
 As propriedades mais importantes dos materiais, que podem influenciar na facilidade da mistura para fluidos e sólidos são:
- Fluidos: Viscosidade, massa especifica, relação entra as massas especificas e miscibilidade;
 - Sólidos: Finura, massa especifica, relação entre as massas especificas, forma e aderência
.
4.4 Mistura de sólidos
 Empregam o princípio da elevação e queda das partículas, que caem distribuindo-se aleatoriamente. Alguns tipos de misturadores para pós secos.
- Misturador duplo cone:
Figura 1: Duplo cone
Fonte: Google.
- Misturador rotativo:
Figura 2: mistura rotativa
Fonte: Google.
- Misturador cônicos de parafusos ou fita:
Figura 3: misturador de fita
Fonte: Google.
4.5 Misturadores de pastas
 Utilizam dois eixos com pás ou dispositivos para arrastar a massa, desenvolvem tensões elevadas, necessitando de paredes firmes. Alguns tipos desses misturadores são: 
- Misturadores sigma:
Figura 4: misturador sigma
Fonte: Google.
- Misturadores planetários:
Figura 5: mistura planetária
Fonte: Google.
4.6 Mistura de líquidos 
- Mistura de líquidos miscíveis
Se o escoamento for turbulento a mistura é bem rápida. O agitador produz correntes de altas velocidades e o fluido é misturado melhor próximo ao agitador devido a alta turbulência. Como as correntes se movem na direção das paredes, ocorre uma mistura radial, porém essa mistura é pequena na direção do fluxo. Quando o fluido completa uma volta, ele retorna ao centro do agitador e a mistura intensa ocorre novamente. Líquido é qualquer solução ou suspensão bombeável. Os componentes para agitação de líquidos são:
-Vaso: fundo arredondado (evita ponto sem mistura)
- Motor
- Haste 
- Redutor de velocidade
- Dificultores
Figura 6: Modelo de tanque para líquidos. 
Fonte: Google.
Batelada
- Usado para matérias viscosas;
- Facilidade e rapidez de descarga e limpeza;
-Consumo de energia.
b) Contínuos
- Para gases, líquidos de baixa viscosidade e suspensões 
 
4.7 Características de um tanque agitador
 O tanque agitador contém um ou mais impelidores, também conhecidos como impulsores, agitadores ou misturadores, a principal função dos tanques agitadores são de promover a agitação ou mistura de meios monofásicos (meio liquido), bifásicos (liquido e sólido) ou trifásicos (meios líquidos, sólidos e gasosos). O tanque é composto pelos seguintes acessórios:
Figura 7: Representação de um tanque agitador.
Fonte: Google
 Pode- se observar de forma mais clara como funciona o sistema de um tanque de agitação com as seguintes configuração presente na tabela e em seguida ilustrado na figura 2. 
	H
	 Altura do liquido no tanque
	T
	Diâmetro do tanque
	H
	Distância entre o impelido e o fundo o tanque
	D
	Diâmetro do impelido
	W
	 Altura da pá do impelido
	L
	 Largura da pá do impelido
	B
	Largura da chicana
	N
	Número de rotações do impelidor 
 
Tabela 1: Leitura de dados.
Figura 8: características de um tanque.
Fonte: Google
 4.8 Tipos de agitadores ou impelidores.
 O tanque agitador contém um ou mais impelidores, também conhecidos como impulsores ou misturadores, sua principal função é provocar a movimentação do fluido, proporcionar a mistura desejada, há diversos modos de classificação de impelidores, destacando-se por tipo de padrão de fluxo. 
 4.9 Escoamento do fluido
 O tipo de escoamento depende:
- Do tipo de lâmina utilizada;
- Do tamanho do tanque; 
- Das características do fluido;
- Do impulsor utilizado;
- Dos dificultadores.
4.10 Tipo de agitação
- Leve: Mistura completa do fluido de maneira suave, mistura de fluidos miscíveis até homogeneizar com densidade menor que 0,1 e mistura uniforme, sendo a viscosidade de um, menor de 100 vezes que o outro. 
- Média: Comum em processos industriais, mistura de fluidos miscíveis com diferença de viscosidade menor de 0,6, auxilia no aquecimento ou resfriamento de misturas. 
- Forte: requer altas velocidades, produz superfícies turbulentas em fluidos de baixas viscosidade. Mistura até uniformizar quando a diferença de densidade é menor que 1,0 e utiliza-se quando o tempo de mistura é crítico.
4.11 Fatores que interfere na mistura
- Densidade do pó
- Proporção dos diferentes componentes.
- Tamanho relativo das partículas sólidas.
- A eficiência do misturador
4.12 Impulsionadores de líquidos
- Utilizam pás, turbinas e hélices para aplicar energia mecânica aos líquidos;
- Os dispositivos são ligados a um eixo que gira em um reservatório; 
- O rendimento dos impulsores dependem da criação de correntes que atinjam todos os pontos do reservatório, com turbulência;
- A ação de mistura ocorre em regiões afastadas do impulsor, onde ocorre a misturarão de correntes.
4.11 Padrões de escoamento de acordo com a velocidade do líquido: 
	FLUXO RADIAL
	FLUXO AXIAL
	FLUXO TANGENCIAL
	 Geram linhas de fluxo perpendicular ao eixo do agitador, ou seja,impulsiona a massa de liquido contra as paredes do tanque.
	 Geram linhas de fluxos paralelas ao eixo do agitador, ou seja, impulsiona a massa liquida contra o fundo do tanque. 
	 Geram linhas de fluxo circulares, em regime laminar, ou seja, impulsionam grande massa liquida ao redor da parede do tanque. 
	
	
	
	Características:
- Alto consumo de potência.
 – Agressivo ao produto.
	Características:
 - Baixo consumo de potência.
- Distribuição geométrica do fluxo no tanque. 
	Características:
– Alto torque. 
– Elevado investimento inicial e consumo potencial. 
	Tipos de aplicações:
- Dispersão de gases.
- Dissolução de matérias sólidos. 
	Tipos de aplicações: 
- Mistura de produtos líquidos. 
– Sólidos em suspensão.
	Tipos de aplicações:
- Mistura de fluidos viscosos.
- Dissolução de matérias sólidos em meios viscosos.
	Modelos de impelidores: 
- Turbinas de pás retas.
- Turbinas de pás inclinadas.
- Turbina de disco.
	Modelos de impelidores:
- Hélice naval.
- Turbina de pás inclinadas.
- Turbina de alto rendimento. 
	Modelos de impelidores:
-Projeto especiais.
- Impelidores tipo âncora. 
 Tabela 2: Tipos e características dos fluxos 
 4.13 Modelos e caracteristicas dos impulsionadores de líquidos:
- Hélices: Utilizadas geralmente para agitação de fluidos de baixa viscosidade, com maior circulação que uma turbina. Uso: Suspensão de sólidos, mistura de fluidos misciveis. 
	
Impulso Maxfio
	
	 - Alto bombeamento.
 - Excelente na suspensão de sólidos abrasivos e na presença de gases. 
	
 Hélice Marinha
	
	- Utilizadas para misturas de sólidos e emulsão, geram um nivel médio de turbulência.
	Impulsor ChemShear
	
	As mais grosas fornecem mais bombeamento.
- As mais fina maior nível de cisalhamento.
Tabela 3: Tipos de hélices 
- Turbinas: Podem apresentar escoamento radial, alta tensão de cisalhamento nas pontas do impulsor e escoamento axial nas pás inclinada. São úteis para suspensão de sólidos, para agitação de fluidos viscosos, poucos viscosos, dispersão de gases e líquidos. 
	
Turbina pás Curvas
	
	- Escoamento radial.
- Operações sensíveis à velocidade quando se requer altas velocidades.
	
Turbina pás Planas
	
	- Mistura de alto custo de energia quando requer alto cisalhamento.
- Emulsão de líquido- líquido ou suspensão de sólidos.
	
Turbina pás de Disco
	
	
- Impulsor efetivo a curso de energia razoável para baixa concentração de líquidos imiscíveis e gases. 
	
 Turbina pás Inclinadas
	
	 - Bom impulsor quando existe muita variação de viscosidade no decorrer do processor, variação do regime entre turbulento e laminar.
- Bom impulsor para suspensão de sólidos. 
	
 Turbina pás Smith
	
	- Turbina altamente efetiva para dispersão de volumes altos de gases.
- Dispersa 6 vezes mais volume que a pá de disco. 
Tabela 4: Tipos de turbinas. 
- Pás: Velocidade de rotação baixa, utilizada para misturas de fluidos muito consistentes. 
	
Ancora
	
	- É a mais econômica dos impulsores de pás, trabalham em regime laminar e com fluidos muito viscosos. 
	
Fita dupla helicoidal
	
	- É o melhor para fluidos de altas viscosidades em regime laminar.
- É bom quando se requer boa transferência de calor e mistura de líquidos e sólidos. 
	
Impulsor de parafuso
	
	- Tamanho quem te ser a metade do diâmetro do tanque.
- Mistura efetiva em polímeros, sensíveis ao cisalhamento, de altas viscosidade. 
Tabela 5: Tipos de pás
4.14 Vórtice
 Produzido pela ação da força centrifuga que age no líquido em rotação, devido à componente tangencial da velocidade do fluido. Geralmente ocorre para líquidos de baixa viscosidade, com agitação central. Existe maneiras de evitar o vórtice elas são:
- Descentralizar o agitador;
- Usar dificultadores (chicanas);
- Inclinar o agitador 15° em relação ao centro do tanque;
- Colocar o agitador na horizontal. 
- Chicanas (inibidores de vórtice): São tiras perpendiculares à parede do tanque, geralmente quatro tiras são suficientes para interferir no fluxo rotacional sem interferir no fluxo radial ou axial.
4.15 Dificultores
 São geralmente utilizados 4 dificultadores com largura 1/ 10 do diâmetro do tanque para soluções de baixa viscosidade. E afastados de ½ de largura, afim de evitar acumulo de sólidos atrás das lâminas. 
a) Próximo à parede: são para líquidos de baixa viscosidade.
b) Afastados da parede: líquidos de viscosidade moderada;
c) Afastados e inclinados: para líquidos de alta viscosidade. 
4.16 Dimensionamento de um sistema de agitação
 O tanque agitador consiste em um tanque cilíndrico, com uma ou mais impelidores, motor e chicanas. Outros tem serpentinas ou camisas para promover a troca térmica, o sistema abordado foi de um tanque padrão de agitação.
Figura 9: Tanque padrão
Fonte: Google. 
	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
Tabela 6: leituras da imagem.
 
 A escolha de projeto se dará por um impelidor na forma de turbina de pás planas, pois sua obtenção é de mistura a alto custo de energia, ocorre a emulsão líquido – liquido ou suspensão de sólidos. Não é recomendada para dispersão de gases. Como escolha do tipo de tanque a ser utilizado, optou-se por um tanque cilíndrico utilizando as configurações recomendadas por McCabe: 
a) Diâmetro do impelidor: Da = (1/3).Dt 
b) Altura do impelidor em relação à base do vaso: E = Da 
c) Nível do líquido: H = Dt 
d) Número de dificultores (chicanas): 4. 
e) Largura dos dificultores: J = (1/12).Dt 
f) Caso o nível do líquido seja maior que 1,25 Dt usar mais impelidores. 
g) A distância ótima entre os impelidores fica entre 1 - 1,5 Da.
 A codificação varia na literatura, mas o padrão é geral, essas relações não valem para todos os tipos de processos que ocorrem em tanques. 
 
Figura 10: modelo de tanque padrão
Fonte: Google.
4.17 Variáveis do projeto 
- Propriedade do fluido:
Equação 1: viscosidade 
µ = viscosidade
р= densidade
ϭ= tensão superficial 
κ= condutividade térmica 
Cp = calor especifico 
N= velocidade de rotação 
4.18 Analise de processo através de números adimensionais
 O mesmo associado no sistema de agitação são utilizados para informa sobre parâmetros como consumo de energia, tempo e bombeamento. 
- Número de bombeamento: o volume escoado por áreas do impelidor e por tempo, com a velocidade de rotação e tamanho do impelidor correlaciona este bombeamento, a taxa de circulação em tanques de agitação é definida como o volume do fluido deslocado por um rotor de unidade de tempo. 
- Número de Froude (NFR): este inclui as forças gravitacionais e é usada para considerar os efeitos da superfície livre. Correlacionam RE e PO em sistemas sem chicanas. 
 O número de potência, à semelhança do fator de atrito e do coeficiente de perda de carga localizada, representa o efeito de atrito em decorrência do nível de agitação do fluido e características do tanque. Por tanto é possível obter o Npo em função do número de Reynolds. É possível identificar comportamentos de mistura dos regimes encontrados em escoamentos em tubulações, regimes laminar, transição e turbulento: 
Gráfico 1: características de mistura em regimes 
Fonte: Google.
4.18 Escolha do tipo de agitador 
 Este processo é considerado uma “arte” para a escolha correta do agitador, como mostra o gráfico a seguir:
Gráfico 2: escolha de agitador
 A viscosidade (η) é a propriedade física dos semi-sólidos, sólidos e líquidos. E podem classificar em dois grandes grupos de acordo com o fluxo: newtonianos e não-newtonianos. Para a determinação da viscosidade utilizam o viscosímetro de Ostwald e de Höppler 
- Newtoniano: identifica-se por ter sua viscosidade constante independentemente davelocidade de cisalhamento a qual está submetido. Isto se justifica pelo fato destes líquidos se apresentarem em camadas, sendo que uma desliza sobre as outras assim como um baralho de cartas de superfícies lisas jogado sobre uma mesa áspera. 
- Não newtoniano não tem sua viscosidade constante, dependendo está diretamente da velocidade de cisalhamento que é aplicada sobre ele. Quanto maior está velocidade, maior será a viscosidade. 
4.19 Forças que atuam no processo e mecanismo de mistura
As forças que atuam no processo:
- Inercias e de aceleração
- Gravitacionais 
Mecanismos de mistura:
- Convecção
- Difusão
- Mistura pneumática
- Impacto 
Resultados e discussão 
Com base no método de McCabe para um tanque de agitação e mistura obtivemos os seguintes cálculos: 
 Figura 11: modelo matemático de McCabe. 
 
1° passo: dados coletados
	Diâmetro do tanque
	=
	9,5 cm
	Diâmetro do agitador
	=
	3 cm
	Nível do líquido 
	=
	9,5 cm
	Largura do defletor
	=
	0,79 cm
	Altura da lâmina
	=
	3 cm
	Distância da lâmina ao fundo
	=
	0,6 cm
2°passo: medir o diâmetro e altura do tanque;
 Da (diâmetro do agitador) = _1_ 
 Dt (diâmetro do tanque) 3
 
 3Da =9.5 
 Da=3,16 
 H (Nível do líquido)
_H_=1
 Dt
 _H_=1 H= 9,5
 9,5
 J (Largura do defletor)
 _J_= _1_
 Dt 12 
 
 _J_ = 1_ 12J = 9,5 J= 0,79 cm
 9,5 12 
 W (Altura laminar)
W = 1 
Da 5
 
 
 5W= 3 W= 0,6 cm
Figura 12: Desenho técnico do experimento.
Fonte: Print.
Experimento
6.1 Materiais 
 
- Procedimento
 A partir da obtenção dos cálculos para dimensionar a altura do tanque, altura do defletor e altura que ficaria do fundo, pode-se montar a base de suporte junto com o tronco onde iria ficar o potenciômetro e o transformador; fez as ligações de positivo e negativo para que houvesse energia durante o circuito ali presente. Após isso foi elaborado a fixação dos grampos que segurariam as chicanas em ambos os experimentos; com tudo na apresentação do slide pode se ver que o projeto foi concluído de forma simples para apenas demostrar como ocorre uma mistura com impelidores. 
 Dicas de onde pode-se encontrar este procedimento
- Fabrica Tambaú
- Vitamassa
- Agimax
-Industriais têxteis
- Industrias de bebidas ou cosméticos
9.Considerações finais 
 Para que houvesse a construção do tanque de agitação, foi necessário a realização de cálculos onde estes dimensionavam a montagem do mesmo. Com base nos valores obtidos pode-se construir um modelo caseiro onde demostrasse a funcionalidade do processo de mistura, o experimento foi simples montar e compreender. O resultado não foi obtido com 100% de satisfação, pois a haste do processor não ficou totalmente estabilizada, porém o objetivo de demostrar a agitação foi concluído. 
Referencial bibliográfico
- Celso Fernandes Joaquim Jr. Agitação E Mistura Na Indústri. Ltc - Grupo Gen.44, 2005- 2008.
- C. J. Hoogendoorn and A. P. den Hartog. Model studies on mixers in the viscous flow region. Chem. Eng. Sci. 22, 1689-1699. 1967 
- Disponível em:< http://pt.slideshare.net/Aliffjc/agitao-e-mistura2, acessado 12/10/2016; 16h20>
-Disponível em:http://www.biologica.eng.uminho.pt/CEA/downloads/CEA_aula04.pdf, acessado em 12/10/2016; 16h24
- W.L. McCabe, J.C. Smith, P. Harriot, 1993.Operações unitárias, 3ª edição, McGraw-Hill.
- C.J. Geankoplis, 1993. Processos industriais, 3ª edição, Prentice-Hall