1. Quais os padrões de fluxo posso obter em um sistema agitado?

Passo 1

O enunciado pede para listar os padrões de fluxo que podem ocorrer em um tanque agitado. O conteúdo envolve dinâmica de fluidos em agitadores: precisamos distinguir regimes de escoamento (via número de Reynolds) e também os tipos de fluxo gerados por diferentes impelidores.

Passo 2

Classificação por regime de escoamento (número de Reynolds)
– Definimos o número de Reynolds do agitador como
\mathrm{Re} \;=\;\frac{\rho\,N\,D^2}{\mu},
onde \rho é a densidade do fluido, N a velocidade de rotação, D o diâmetro do impelidor e \mu a viscosidade. Em função de \mathrm{Re} temos três regimes:
\bullet Fluxo laminar: \mathrm{Re}\lesssim10. Camadas concêntricas, sem mistura turbulenta.
\bullet Fluxo transicional: 10\lesssim\mathrm{Re}\lesssim10^4. Surgem instabilidades e pequenos vórtices periódicos.
\bullet Fluxo turbulento: \mathrm{Re}\gtrsim10^4. Mistura intensa, distribuição de velocidade caótica, redemoinhos de várias escalas.

Passo 3

Padrões de fluxo gerados pelo tipo de impelidor
\bullet Fluxo radial: jato de fluido ejectado perpendicular ao eixo do impelidor. Gera duas células toroidais (uma acima e outra abaixo do disco). Ex.: turbina de Rushton.
\bullet Fluxo axial: jato paralelo ao eixo do impelidor, direcionado para o topo (axial superior) ou para o fundo (axial inferior). Forma um grande circuito único de circulação vertical. Ex.: hélices de pás inclinadas (pitch-blade).
\bullet Fluxo tangencial: impelidores próximos à parede produzem descarga tangencial, girando o fluido em torno do eixo com formação de vórtice central.

Passo 4

Vórtice superficial e zonas mortas
– Em todos os casos pode surgir um vórtice na superfície, cuja intensidade depende da inclinação do impelidor e da velocidade, podendo arrastar ar.
– Zonas mortas (regiões de baixa velocidade) aparecem nos cantos e abaixo do impelidor, especialmente em regime laminar ou com impelidor mal posicionado.

Passo 5

Escalas de mistura em regime turbulento
– Macro-mixing: circulação global (toroidal ou axial) que leva fluido de uma parte do tanque à outra.
– Meso-mixing: mistura entre filamentos de fluido, gerada por gradientes de velocidade intermediários.
– Micro-mixing: mistura molecular nos menores redemoinhos (Kolmogorov), responsável pela homogeneização fina.

Resposta

Fluxos que posso obter em um sistema agitado:
\bullet Fluxo laminar, transicional ou turbulento (definidos pelo número de Reynolds).
\bullet Fluxo radial (jato perpendicular + duas células toroidais).
\bullet Fluxo axial (jato ao longo do eixo + grande circuito vertical).
\bullet Fluxo tangencial (descarga periférica e vórtice central).
\bullet Em regimes turbulentos, ainda distinguimos macro-mixing, meso-mixing e micro-mixing.

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