Aula 07 Agitação e Misturas Operações Unitárias III

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Industria Química IIIIndustria Química III
Prof.: Esdras Passos
Conteúdo: Aula 07
Operações Unitárias III
AGITAÇÃO E MISTURA
Entende-se por agitação a operação de produzir
movimentos mais ou menos regulares no interior de
um fluido. Quando se trata de urna só substância, a
operação é de agitação propriamente dita; para duas
ou mais substâncias (miscíveis ou imiscíveis entre si)
tem-se, então, uma mistura. A maioria das operações
nas indústrias químicas, farmacêuticas, alimentícias,
entre outras, requer agitação do produto para
cumprir uma das seguintes finalidades: mistura de
líquidos, formação de dispersões, transmissão de
calor ou distribuição uniforme da temperatura e
redução das dimensões de aglomerados de
partículas.
Operações Unitárias III
Agitação => Refere-se ao movimento induzido de um
material em forma determinada, geralmente
circulatória, dentro de um recipiente. Pode-se agitar
uma só substância homogênea.
Mistura => Movimento aleatório de duas ou mais
fases inicialmente separadas. Operação unitária
empregada na indústria química, bioquímica,
farmacêutica, petroquímica e alimentícia.
Operações Unitárias III
Equipamento de Agitação:
Os líquidos são agitados em tanques ou vasos,
geralmente cilíndricos e com um eixo vertical. As
proporções do tanque variam muito, dependendo da
natureza da agitação.
Operações Unitárias III
Precisamos de agitação para:
 Mistura de líquidos miscíveis;
 Dispersão de líquidos imiscíveis;
 Mistura de dois ou mais sólidos (pós secos);
 Mistura de líquidos e sólidos (pastas e
suspensões);
 Dispersão de gases em líquidos (aeração);
 Auxiliar na transferência de calor (convecção);
 Auxiliar na transferência de massa (convecção);
 Reduzir aglomerados de partículas;
 Acelerar reações químicas;
 Obter materiais com propriedades diferentes da
matéria-prima original.
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Agitadores para líquidos
Operações Unitárias III
Agitadores:
São dividido em duas classes: fluxo axial e fluxo radial.
- Fluxo axial: correntes paralelas ao eixo do agitador;
- Fluxo radial: correntes na direção perpendicular ao eixo 
do agitador.
- Rotacional ou tangencial: (tangencial ao eixo do
agitador. Responsável pela formação do vórtice)
Operações Unitárias III
• 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;
Vórtice
Operações Unitárias III
Problemas do Vórtice:
• 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.
Operações Unitárias III
• A formação do vórtice se resolve colocando-se
chicanas (defletores), que evita o escoamento radial
ou longitudinal;
Formas de evitar vórtice 
Operações Unitárias III
Maneiras de evitar o vórtice:
- Descentralizar o agitador;
- Inclinar o agitador de 15° em relação ao centro do
tanque;
- Colocar o agitador na horizontal;
Operações Unitárias III
Dimensionamento de um Sistema de AGITAÇÃO
A seleção do tipo e do tamanho adequado do
misturador depende do tipo e da qualidade da
substância 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 visco
elásticas;
• Dispersões de pós em líquidos.
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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
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O conjunto conhecido como tanque agitado
normalmente consiste em um tanque cilíndrico, um
ou mais impelidores, um motor e, usualmente,
chicanas.
Alguns tanques são providos de serpentinas ou
camisas para promover a troca térmica.
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Configurações e Dimensões Características de 
Tanques Padrões
Onde:
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
Tanque
Agitador
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Operações Unitárias III
Escolha do tipo de agitador:
Ainda hoje o processo de escolha do agitador
apropriado, é considerado uma “arte”.
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Equações
O fluxo de líquidos é definido por uma série equações:
Onde:
D = diâmetro do agitador
T = diâmetro do Tanque
N= velocidade de rotação
ρ = viscosidade do líquido 
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Operações Unitárias III
Analíse de Processo através de Número de
Froude (Fr):
O efeito do número de Froude aparece quando há
formação de vórtice para valores de Re acima de
300. Em sistemas onde o vórtice não ocorre (devido
a introdução de chicanas, para Re<300, etc.) o
número de Froude não aparecerá como um fator.
Quando o número de Froude for considerado ele
aparecerá incorporado à seguinte equação:
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O número de Potência (Np) é influenciado pela
presença de chicanas no tanque e pela distância do
impelidor ao fundo do tanque.
Re < 10 - 100, Re ˃ 104
Operações Unitárias III
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Quando o tanque e o impulsor tem medidas diferentes das
medidas padrão:
Quando as relações geométricas diferem um pouco das medidas
padrão aplica-se um fator de correção (fc) desenvolvido pelos
pesquisadores dessa operação unitária.
Operações Unitárias III
Codificação envolvendo as dimensões do sistema 
de agitação (Mc. Cabe). 
Onde:
J = largura das chicanas (baffles);
H = nível de líquido no reservatório;
D a =largura da turbina;
Dt = diâmetro do tanque;
E = distância entre a turbina e o fundo do
tanque;
L = largura da pá (blade) da turbina;
W = altura da pá da turbina.
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Exercícios
1) Uma turbina Rushton com 6 pás está instalada no
centro de um tanque vertical. O diâmetro do tanque é
de 1,83 m o diâmetro da turbina é de 0,61 m e está
posicionada a 0,61 m do fundo do tanque. O tanque é
cheio com uma solução a 50% de soda cáustica, com
uma viscosidade de 0,012 kg/m.s e uma densidade de
1498 kg/m³). A turbina é operada a 90 rpm. O tanque
não possui chicanas. Qual é potência requerida para
operar o misturador?
Dados: a= 1,0 e b = 40
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Gráfico de Turbina Rushton com 6 pás: 
Operações Unitárias III
2) Ao tanque do exemplo anterior são adicionadas 4
chicanas com 0,19 m de largura. Qual a potência
requerida para operar este misturador com chicanas?
3) Uma turbina Rushton com 6 pás está instalada no
centro de um tanque vertical. O diâmetro do tanque é
de 2,0 m o diâmetro da turbina é de 0,50 m e está
posicionada a 0,3 m do fundo do tanque. O tanque é
cheio com uma solução, com uma viscosidade de
0,10 kg/m.s e uma densidade de 1208 kg/m³). A
turbina é operadaa 10 rpm. O tanque não possui
chicanas. Qual é potência requerida para operar o
misturador?
Dados: a= 1,0 e b = 40
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4) Uma turbina Aberta (Figura abaixo) com 6 pás está
instalada no centro de um tanque vertical. O diâmetro
do tanque é de 3,0 m o diâmetro da turbina é de 1,80
m e está posicionada a 1,0 m do fundo do tanque. O
tanque é cheio com uma solução, com uma
viscosidade de 0,17 kg/m.s e uma densidade de 1608
kg/m³). A turbina é operada a 100 rpm. O tanque não
possui chicanas. Qual é potência requerida para
operar o misturador?
Dados: a= 1,0 e b = 40
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4) Cont.