Agitação e Mistura

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20/03/2017
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Agitação e Mistura
Profa. Marianne Ayumi Shirai
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Campus Londrina
Departamento Acadêmico de Alimentos
Operações Unitárias na Indústria de Alimentos
Agitação e Mistura
• O sucesso de muitas operações depende da efetiva agitação
e mistura dos fluidos;
• Agitação  Mistura
• Agitação: única fase
• Mistura: duas ou mais fases ou componentes
• Homogênea: gás-gás, líquido-líquido (miscível);
• Heterogênea: sólido-líquido (areia + brita + cimento +
água).
• Exemplo: um tanque contendo água fria pode ser agitado
para trocar calor com uma serpentina, mas não pode ser
misturado até que algum outro material seja adicionado a
ele como, por exemplo, partículas de algum sólido.
• No processamento de alimentos, os líquidos são agitados
para vários propósitos
• Misturar líquidos miscíveis (água + xarope de glicose);
• Dispersar gás em líquidos (carbonatação);
• Produzir emulsões onde os líquidos são imiscíveis
(maionese);
• Misturar e dispersar sólidos em líquidos;
• Misturar dois ou mais sólidos;
• Auxiliar na transferência de calor e massa;
• Acelerar reações químicas.
• A mistura não possui nenhum efeito de conservação e tem a
única intenção de auxiliar o processamento ou alterar
características sensoriais dos alimentos.
Agitação e Mistura
• As propriedades mais importantes dos materiais
que podem influenciar a facilidade da mistura são:
• Fluidos: viscosidade, massa específica, relação
entre as massas específicas e miscibilidade;
• Sólidos: granulometria, massa específica,
relação entre as massas específicas, forma
aderência e molhabilidade.
Agitação e Mistura
A agitação geralmente é efetuada
num tanque cilíndrico pela ação
de lâminas que giram acopladas a
um eixo que coincide com o eixo
vertical do tanque
Equipamento de Agitação Tipo de fluxo
• Longitudinal ou axial (paralela ao eixo do agitador)
• Rotacional ou tangencial (tangencial ao eixo do
agitador. Responsável pela formação do vórtice)
• Radial (direção perpendicular eixo do agitador)
Fluxo 
tangencial
Fluxo 
radial
Fluxo 
axial
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Vórtice
• Forma-se um redemoinho (V) 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.
Formas de evitar vórtice
Escoamento padrão com agitador 
fora do centro (tanques pequenos)
Tanque com agitador horizontal
(tanque largo)
• A formação do vórtice se resolve colocando-se 
chicanas (defletores), que evita o escoamento 
radial ou longitudinal;
Formas de evitar vórtice
Sem 
chicana
Agitadores com chicanas
H = altura de líquido no 
tanque
T = diâmetro do tanque
D = diâmetro do impulsor
N = número de rotações
Hi = altura do fundo ao 
impulsor
Wb = largura dos defletores
• Ao contrário de líquidos e pastas viscosas, não é possível alcançar 
uma mistura completamente uniforme de pós secos ou sólidos 
particulados;
• O grau de mistura alcançado depende:
• Do tamanho, da forma e da densidade de cada componente;
• Do teor de umidade, das características superficiais e do fluxo 
de cada componente;
• Da tendência do material a aglomerar;
• Da eficiência de um misturados específico para esses 
componentes.
• Durante a operação de mistura, diferenças nessas propriedades 
podem causar a separação dos ingredientes;
• Materiais mais semelhantes formam misturas mais uniforme.
Mistura de sólidos
• Tamanho das partículas: homogeneidade, resistência
mecânica, comportamento reológico.
• Forma: fluidez, segregação.
• Densidade: forças gravitacionais que agem sobre a partícula.
• Coesão: Tendência à agregação.
• Conteúdo de umidade:
• sólidos constituídos por partículas de fácil escoamento:
mistura a seco
• material muito úmido: mistura a úmido.
• Características de escoamento: determinam a facilidade de
mistura
• Eficiência do misturador
Fatores que influenciam no grau de mistura de 
sólidos
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Equipamentos
• A seleção do tipo e do tamanho adequado do
misturados depende do tipo e da qualidade do
alimento a ser misturado e da velocidade de operação
necessária para atingir o grau de mistura desejado com
menor consumo de energia.
• São classificados em tipos adequados para:
• Pós secos ou sólidos particulados;
• Líquidos de baixa ou média viscosidade;
• Líquidos de alta viscosidade e massas viscoelásticas;
• Dispersões de pós em líquidos.
Misturadores para pós secos e sólidos 
particulados
• São usados para misturas de grãos e farinhas e na 
preparação de misturas pré-prontas (sucos em pó, 
mistura para bolos e sopas).
1) Misturadores rotatórios
Movimento executado pelo misturador duplo cone
Misturadores para pós secos e sólidos 
particulados
Movimento executado pelo misturador cone em V
Misturadores para pós secos e sólidos 
particulados
2) Misturadores de fita
Possuem uma ou mais lâminas finas de metal na
forma de hélices que giram em direção contrária à do
vaso hemisférico fechado onde se encontram.
Misturadores para pós secos e sólidos 
particulados
3) Misturadores de rosca vertical
Possuem uma rosca ou um parafuso rotatório vertical dentro
de um recipiente cônico que gira ao redor de um eixo central
para misturar os conteúdos.
Misturadores para pós secos e sólidos 
particulados
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Agitadores para líquidos
A/R - HÉLICE 
NAVAL
A - PITCH 
BLADE
R - PÁS 
RADIAIS 
R - TURBINA 
ABERTA RIBBON 
A/R - DISCO DE 
COWLES
R -
ANCORA 
Escolha do agitador
T
ip
o 
de
 a
gi
ta
do
r
Viscosidade (Pa.s)
Hélice
Turbina
Âncora
Helicoidal
Pá em Z
Amassadeira
10410310210110010-110-210-3
Escolha do agitador
1) Agitador de pás
• Consiste de lâminas chatas e largas, que medem cerca de 50
a 75 % do diâmetro do tanque e giram de 20 a 150 rpm;
• Velocidade de agitação baixa, não há a necessidade de
utilizar chicanas;
• Fluxo radial.
Misturadores para líquidos de baixa ou média 
viscosidade
2) Agitador tipo turbina
• As lâminas podem ser: retas, curvadas, inclinadas ou 
verticais;
• Medem cerca de 50 a 75 % do diâmetro do tanque e giram 
de 20 a 150 rpm;
• Amplo intervalo de viscosidade;
• Altas forças de cisalhamento são desenvolvidas;
• Produzem fluxos radiais e verticais;
Misturadores para líquidos de baixa ou média 
viscosidade
3) Disco de Cowles
• 1750-3500 rpm
• Líquidos de baixa viscosidade
• Dispersão e dissolução de sólidos
• Fluxo axial e radial 
• Dispersão de micelas
Misturadores para líquidos de baixa ou média 
viscosidade
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3) Agitador de hélice
• Operam de 400 a 1500 rpm e são utilizados para misturar 
líquidos miscíveis, diluir soluções concentradas e dissolver 
sólidos;
• Possui de 1 a 4 hélices;
• Fluxo axial e radial.
Misturadores para líquidos de baixa ou média 
viscosidade
Tipo de misturador Vantagens Limitações
Agitador de pás Bom fluxo radial e 
rotacional, barato
Fluxo perpendicular fraco, 
alto risco de formação de 
vórtice e velocidade mais 
alta
Agitador de 
múltiplas pás
Fluxo bom nas três 
direções
Mais caro, maior 
necessidade de energia
Agitador de hélices Fluxo bom nas três 
direções
Mais caro do que o agitador 
de pás
Agitador de turbinas Mistura muitoboa Caro e com risco de 
entupimento
Vantagens e limitações de alguns misturadores de 
líquidos
1) Agitador de âncora
• Pode ser usado em vasos de mistura com aquecimento e 
lâminas de raspagem são acopladas à âncora para evitar que 
o alimento queime em contato com a superfície quente;
• Giram de 20 a 60 rpm;
• Fluxo radial.
Misturadores para líquidos de alta viscosidade e 
pastas
2) Misturador em Z
• Consiste de duas lâminas bem resistentes montadas em
uma cuba horizontal de metal;
• Elas entrecruzam-se e giram em direção a si mesmas em
velocidades similares ou diferentes (14 a 60 rpm) para
produzir forças de cisalhamento entre as lâminas e entre as
lâminas e a base da cuba;
• Tem gasto substancial de energia que é dissipada no
produto em forma de calor => cubas com paredes
encamisadas.
Misturadores para líquidos de alta viscosidade e 
pastas
3) Misturadores planetários
• Recebem este nome devido ao percurso realizado pelas
lâminas rotatórias (40 a 370 rpm), que percorrem todas as
partes do recipiente durante a mistura;
• Pás do tipo portão, agitadores tipo gancho e batedores.
Misturadores para líquidos de alta viscosidade e 
pastas
• A taxa de mistura é caracterizada por um índice de mistura e
a constante desta taxa depende das características do
misturador e dos líquidos:
𝐷 ∝
𝐷3𝑁
𝐷𝑡2𝑧
D = diâmetro do agitador (m)
N = velocidade do agitador (rev/s)
Dt = diâmetro do recipiente (m)
Z = altura do líquido (m)
Equações
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• O fluxo de líquidos é definido por uma série de números adimensionais:
𝑅𝑒 =
𝐷2𝑁𝜌𝑚
𝜇𝑚
𝐹𝑟 =
𝐷𝑁2
𝑔
𝑃𝑜 =
𝑃
𝜌𝑚𝑁3𝐷5
Eles se relacionam pela seguinte equação:
𝑃𝑜 = 𝐾(𝑅𝑒)𝑛(𝐹𝑟)𝑚
Equações
Número de 
Reynolds
Número de 
Froude
Número de 
Potência
P = força transmitida pelo 
agitador (W)
ρm = densidade da mistura 
(kg/m3)
µm = viscosidade da mistura 
(N.s/m2)
• K, m e n são fatores relacionados à geometria do agitador
• Fr só é importante quando um vórtice é formado em um vaso sem
chicanas
• A densidade de uma mistura é encontrada pela soma das 
densidades dos componentes das fases contínua e dispersa:
𝜌𝑚 = 𝑉1𝜌1 + 𝑉2𝜌2
• Os subscritos 1 e 2 referem-se às fases contínua e dispersa, 
respectivamente.
• A viscosidade da mistura é encontrada:
𝜇𝑚 𝑠𝑒𝑚 𝑐ℎ𝑖𝑐𝑎𝑛𝑎 = 𝜇1
𝑣1𝜇2
𝑣2
𝜇𝑚 𝑐𝑜𝑚 𝑐ℎ𝑖𝑐𝑎𝑛𝑎 =
𝜇1
𝑉1
1 + 1,5𝜇2𝑉2
𝜇1 + 𝜇2
V = fração volumétrica
1. Uma turbina de disco de seis lâminas retas é instalada em
um tanque. O diâmetro do tanque é 1,83 m, o diâmetro
da turbina é 0,61m, Dt=H, e a largura da turbina é de
0,122 m. O tanque contém quatro defletores de 0,15 m
de largura cada um. A turbina é operada a 90 rpm e o
líquido no tanque possui uma viscosidade de 10 cP e uma
densidade de 929 kg/m3. Calcule a potência requerida
pelo sistema de agitação.
Exercício