Uma vez feito a produção em laboratório, aumentar a escala de produção, para 2 toneladas desse produto, portanto, determinar para a escala industrial:
4. Descrever qual será o tipo de agitador utilizado, justificar a escolha.
4. Descrever qual será o tipo de agitador utilizado, justificar a escolha.
Passo 1
O enunciado pede que, ao escalar de laboratório para uma planta que produz 2 t do produto, você determine qual agitador industrial usar e por quê.
Matéria: operação unitária de agitação (engenharia química).
O que precisamos:
Matéria: operação unitária de agitação (engenharia química).
O que precisamos:
- Entender os tipos de impelidor (agitador) e seus perfis de fluxo.
- Ver qual fluxo e intensidade de mistura são ideais para o nosso produto (vamos supor um líquido de viscosidade moderada, sem sólidos nem grande geração de gases).
- Aplicar conceitos de número de Reynolds e de potência de agitação para justificar a escolha.
Passo 2
Antes de tudo, qual é a “teoria” por trás dos tipos de agitador?
• Impelidores de fluxo radial (ex.: disco de Rushton) jogam o líquido para as paredes do tanque, gerando bom cisalhamento e dispersão (úteis em gases-líquido ou quando você quer quebrar gotas).
• Impelidores de fluxo axial (ex.: hélice simples ou pás inclinadas, os chamados pitched-blade turbines) puxam o líquido de cima para baixo e vice-versa, criando uma circulação vertical intensa (ótimo para homogeneizar temperatura e concentração no volume todo).
• Impelidores mistos (combinação de axial e radial) tentam extrair vantagens de ambos.
• Impelidores de fluxo radial (ex.: disco de Rushton) jogam o líquido para as paredes do tanque, gerando bom cisalhamento e dispersão (úteis em gases-líquido ou quando você quer quebrar gotas).
• Impelidores de fluxo axial (ex.: hélice simples ou pás inclinadas, os chamados pitched-blade turbines) puxam o líquido de cima para baixo e vice-versa, criando uma circulação vertical intensa (ótimo para homogeneizar temperatura e concentração no volume todo).
• Impelidores mistos (combinação de axial e radial) tentam extrair vantagens de ambos.
Passo 3
Quais parâmetros usamos para comparar?
- Número de Reynolds de agitação:
onde ρ é densidade do fluido, μ a viscosidade, N a rotação (s⁻¹) e D o diâmetro do impelidor.
- Se Re > 10⁴, estamos em regime turbulento (bom para homogeneização rápida).
2) Potência de agitação:
com Nₚ (número de potência) que depende do tipo de impelidor. Ele indica quanta energia é transferida ao fluido.
Para escalar, a gente costuma manter constante o Re (ou o P/V, potência por volume) para garantir que o escoamento e a eficiência de mistura sejam parecidos do laboratório para a escala industrial.
Passo 4
Agora, escolhemos o agitador para o nosso tanque de ~2 m³ (aprox. 2 t de água ≈ 2 m³):
- O produto tem viscosidade moderada e não precisamos dispersar gás nem quebrar gotas.
- Queremos circulação rápida e uniforme para temperatura e concentração.
Logo, um impelidor de fluxo axial é ideal.
Entre as opções, o Pitched-Blade Turbine (pás inclinadas a 45°) se destaca:
• Gera circulação axial forte (topo ↔ fundo).
• Consome menos potência que um Rushton para o mesmo nível de mistura.
• É simples de fabricar e instalar em tanques industriais.
Justificativa usando números (aproximação):
- No laboratório mantínhamos Re ≈ 2×10⁴ (turbulento).
- Para o tanque de 2 m³, escolhemos D ≈ 0,3 m e N ≈ 1,2 s⁻¹ (≈72 rpm).
- Com um Nₚ ≈ 1,2 (típico de impelidor axial), a potência por volume fica dentro do mesmo intervalo do lab.
Isso garante que o escoamento seja “parecido” e a mistura eficaz.
Resposta
O agitador ideal é um Pitched-Blade Turbine (turbina de pás inclinadas), pois cria forte circulação axial, mantém o regime turbulento com menor consumo energético e garante homogeneização uniforme em um tanque de grande escala.