1. Descreva os componentes e características de um tanque agitado.

Passo 1

O enunciado pede para descrever os componentes e as características de um tanque agitado. Este tópico pertence à área de operações unitárias em processos químicos (mistura e agitação). Para resolver, precisamos listar as partes que compõem o sistema de agitação e explicar as propriedades de projeto e operação (hélices, baffles, regimes de escoamento, potência, transferência de massa, etc.).

Passo 2

Identificamos os componentes principais de um tanque agitado:
  • o vaso (ou recipiente) propriamente dito;
  • o agitador (impelidor) com suas lâminas;
  • o motor e o sistema de transmissão (eixo e redutor);
  • os baffles (calços internos para evitar vórtices);
  • o selo mecânico ou vedação do eixo;
  • sistemas de instrumentação (termômetro, densímetro, torquímetro).

Passo 3

Descrevemos cada componente e sua função:
  • Vaso: geralmente cilíndrico com fundo curvo ou chato, feito de aço inox ou material compatível com o fluido;
  • Agitador: hélice axial, hélice radial, turbina ou pás inclinadas, dimensionado pelo diâmetro D em relação ao diâmetro do tanque T (tipicamente D/T\approx0{,}3 a 0{,}5);
  • Motor e transmissão: fornecem velocidade de rotação N controlada (rpm), com redutor para ajustar torque;
  • Baffles: quatro chapas verticais fixas, espaçadas para interromper o fluxo helicoidal e melhorar a homogeneização;
  • Selo mecânico: evita vazamentos no eixo, mantendo o jarro fechado em pressão ou vácuo;
  • Instrumentos: medem temperatura, carga de torque e, às vezes, pH ou condutividade para avaliar a mistura.

Passo 4

Apresentamos as características de operação e desempenho:
  • Regime de escoamento determinado pelo número de Reynolds de mistura
    \mathrm{Re}=\dfrac{\rho\,N\,D^{2}}{\mu}, distinguindo misturas laminar ( \mathrm{Re}<10), de transição e turbulenta ( \mathrm{Re}>10^{4});
  • Potência consumida P, dada pela correlação
P = N_{p}\,\rho\,N^{3}D^{5},
onde N_{p} é o número de potência (depende do tipo de impelidor);
  • Eficiência de mistura avaliada pelo tempo característico de homogeneização e pelo número de dispersão de fase;
  • Transferência de massa e calor favorecidas pela turbulência e recirculação; coeficientes de transferência dependem de P/V (potência por volume).

Passo 5

Conectamos as escolhas de projeto às características de operação:
  • A seleção do tipo de agitador (axial versus radial) depende do objetivo: circulação intensa ou dispersão de gás/líquido;
  • A presença de baffles é fundamental para máxima eficiência de mistura, pois inibe vórtices e melhora o coeficiente de transferência;
  • O dimensionamento de D, N e N_{p} visa obter o regime de mistura desejado e atender restrições de consumo de energia e efeitos de cisalhamento.

Resposta

Componentes principais:
  • Vaso cilíndrico (fundos curvos ou chatos);
  • Agitador (hélice axial, radial ou turbina) com diâmetro D;
  • Motor com redutor, eixo rotativo e selo mecânico;
  • Baffles internos (geralmente quatro);
  • Instrumentação (sensores de temperatura, torque, pH etc.).
Características de projeto e operação:
  • Razão D/T entre 0{,}3 e 0{,}5;
  • Número de Reynolds de mistura \mathrm{Re}=\tfrac{\rho\,N\,D^{2}}{\mu} (laminar a turbulento);
  • Potência P=N_{p}\,\rho\,N^{3}D^{5} e potência específica P/V;
  • Presença de baffles para evitar vórtices;
  • Coeficientes de transferência de massa e calor proporcionais à turbulência e ao consumo de energia.

Exercícios relacionados