O documento discute agitação e mistura em processos industriais. Ele explica que a agitação envolve o movimento de um fluido dentro de um recipiente usando meios mecânicos, enquanto a mistura envolve duas ou mais fases distribuídas dentro uma da outra. O documento também descreve diferentes tipos de agitadores e fatores que influenciam a agitação e mistura de fluidos e sólidos.

1. AGITAÇÃO E MISTURA
AULA – 09
2012

2. Introdução
Agitação e Mistura
Muitas operações dependem da agitação e mistura de
fluidos,que são ações complementares. O agente da
operação é denominado agitador, embora nem sempre
haja um dispositivo mecânico instalado especificamente
para essa finalidade. Agitação e mistura são operações
usadas durante os processos industriais; seja na
mineração, indústrias alimentícias, químicas
farmacêuticas, de papel e tratamento de água e esgoto.
Normalmente estas operações são realizadas em
tanques providos de agitadores mecânicos.

3. A operação é caracterizada qualitativamente por três palavras:
1.Homogeneização: movimentação branda que visa uniformizar
líquidos miscíveis para se conseguir uniformidade no sistema;
2.Mistura: operação mecânica que aumenta a homogeneidade do
fluido, que podem ser miscíveis ou não, através da eliminação do
gradiente de concentração, temperatura e outras propriedades. Na
mistura de fluidos, as propriedades que vão influenciar serão a
viscosidade, massa específica e miscibilidade. Já nos sólidos, as
propriedades são: tamanho, massa específica do sólido, formato e
rugosidade.Tendo um regime turbulento;
3.Agitação: É uma operação mais completa que as anteriores. Refere-
se à movimentação intensa induzida de um material em forma
determinada, por meio de impulsores giratórios, dentro de um
recipiente (Ex: tanques).

4. AGITAÇÃO
A agitação refere-se ao movimento
induzido em um fluido por meios mecânicos
em um recipiente. O fluido pode circular no
recipiente ou apresentar outro padrão de
fluxo. Pode-se agitar uma única substância
homogênea.

5. MISTURA
A mistura está normalmente relacionada a
duas ou mais fases inicialmente separadas
que são aleatoriamente distribuídas dentro
ou através uma da outra.
A mistura de fluidos em vasos agitados é
uma das mais importantes operações
unitárias para diversas indústrias.

6. DIFERENÇAS ENTRE AGITAÇÃO E
MISTURA
Entende-se que os processos de agitação
diferem dos processos de mistura, porque
na agitação considera-se uma única fase e
nos processos de mistura considera-se que
os componentes se apresentam em duas ou
mais fases.

7. Classificação das misturas
-Homogênea: gás-gás, líquido-líquido (miscível);
-Heterogênea: sólido-líquido.
A agitação dos fluidos não implica necessariamente numa
distribuição homogênea dos fluidos ou partículas, isto é, com
agitação, a mistura pode não ser conseguida.

8. Propriedades que influem nas misturas
As propriedades mais importantes dos materiais, que
podem influenciar na facilidade da mistura para fluidos e
sólidos são:
Fluidos: viscosidade, massa específica, relação
entre as massas específicas e miscibilidade;
Sólidos: finura, massa específica, relação entre as
massas específicas, forma, aderência e
molhabilidade.

9. Tipos de agitadores
Os três principais tipos de agitadores para
líquidos de viscosidade baixa a moderada são:
Propulsores, Pás e Turbinas.
Para líquidos muito viscosos, os mais usados são:
Propulsores tipo hélice e os agitadores
âncora.

10. Agitação de Líquidos:
Os líquidos são agitados com vários propósitos, dentre os
principais têm-se:
- suspensão de partículas sólidas;
- mistura de líquidos miscíveis (água e álcool metílico);
- dispersão de um gás através de um líquido na forma de
pequenas bolhas;
- dispersão de um líquido em um outro imiscível, para a
formação de emulsão ou suspensão de gotículas muito
finas;
- transferência de calor entre líquido e superfície aquecida,
tal como serpentina, camisa de aquecimento, etc.

11. Características:
- Tanques cilíndricos verticais, abertos ou fechados
para o ar;
- Base do tanque arredondada, para evitar regiões
mortas ou cantos;
- Altura do líquido = diâmetro do tanque;
- Agitador na parte superior;
- Caixa de engrenagem para redução de velocidade
(nem sempre necessária).

12. Agitadores:
São divididos em duas classes: fluxo axial e fluxo
radial.
-Fluxo axial: correntes paralelas ao eixo do agitador; são aqueles
cujas pás fazem um ângulo menor que 90º com o plano de rotação
do impulsor. Ex: hélices, turbinas de pás inclinadas.
- Fluxo radial: correntes tangenciais ou na direção perpendicular ao
eixo do agitador. Tem suas pás paralelas ao eixo de rotação. Este
fluxo é perpendicular a parede do tanque. Ex: turbina, pás, âncora,
grade.

13. velocidade de fluxo

14. 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.
Vaso típico de um processo de agitação

15. s
O dispositivo convencional é mecânico destinado
a movimentar o fluido pela ação de um rotor. O
rotor consiste em geral de certo número de
lâminas presas com certa inclinação a um cubo
acionado pelo eixo. O escoamento provocado
pelo rotor pode ser axial, mais comum com
lâminas inclinadas a 45º, ou radial, que é o rotor
de lâminas planas.

16. Tipos de agitadores para líquidos de
viscosidade baixa a moderada são:
(a) Propulsor marinho de três pás, (b) turbina de pá fina aberta,
(c) turbina de disco, (d) turbina vertical de pás curvas

17. Existem modelos com sistemas impulsores para
produção de fluxo predominantemente radial ou
axial, tais como:
- Impulsores de pás retas com inclinação de 45º
-Impulsores navais
-Impulsores de alta eficiência com pás em ângulo
variável próximo de pás constante
-Impulsores de pás planas
-- Impulsores de pás curvas, etc.

18. IMPULSORES DE FLUXO AXIAL
São utilizados quando se deseja induzir fluxos
de cima para baixo com objetivo de:
- misturar líquidos
- realizar suspensão de sólidoslor
- incorporar pó seco em líquido
- promover transferência de calor

19. IMPULSORES DE FLUXO AXIAL
No modelo de fluxo induzido, podemos
observar que o componente de velocidade axial
predominante direciona o fluxo para o fundo do
tanque.
Os defletores por sua vez além de eliminar os
redemoinhos, atuam no redirecionamento do fluido,
forçando-o para cima, criando certa forma uma
eficiente recirculação do produto.
Esta interação entre os fluxos ascendente e
descendente, inerente na ação do movimento é
usado para misturar o fluido.

20. IMPULSOR DE FLUXO RADIAL
Os impulsores deste tipo induzem perfis de
velocidade predominantemente radiais e são
utilizados quando se deseja:
- misturar líquidos imiscíveis
- obter troca de calor
- dispersar gás nos líquidos

21. IMPULSOR DE FLUXO RADIAL
No modelo do fluxo induzido podemos observar que o
fluxo está mais ou menos confinado nas proximidades do
impulsor tanto acima como abaixo do mesmo. O fluxo, que
próximo ao eixo é axial, toma gradualmente um perfil
predominantemente radial, até atingir as paredes do
tanque, onde é redirecionado tanto para cima como para
baixo.
A alta ação de cizalhamento do fluxo, resultante da
mudança de fluxo axial para radial é exatamente aquela
necessária para produzir os efeitos de transferência de
massa.

22. Tipo de agitação
AGITAÇÃO LEVE: Caracteriza-se nas aplicações onde se
requer o mínimo de velocidade do fluido, permitindo os
seguintes resultados:
- promover completa mistura do fluido de maneira
suave formando uma superfície plana porém com
movimento.
- misturar fluídos miscíveis até homogeneidade, se a
diferença de suas densidades for menor que 0,1
- misturar fluídos miscíveis até uniformidade, sendo a
viscosidade de um, menor de 100 vezes a viscosidade do
outro.
- manter a temperatura da mistura uniforme.

23. Tipo de agitação
AGITAÇÃO MÉDIA: A agitação média é a mais comum
nos processos industriais:
- misturar fluídos miscíveis até uniformidade,
sendo a diferença de suas densidades menor que 0,6
- misturar fluídos com grande diferença de
viscosidade menor que 10.000 vezes.
- auxiliar no aquecimento ou resfriamento de
misturas.

24. Tipo de agitação
AGITAÇÃO FORTE: A agitação forte é caracterizada por
requerer alta velocidade do fluído.
- produz superfícies turbulentas em fluídos de
baixa viscosidade.
- é utilizada quando o tempo de mistura é crítico
ou quando as diferenças de viscosidade são grandes
(menor que 100.000 vezes).
- misturar fluídos até a uniformidade quando a
diferença de densidade é menor que 1,0.

25. Modelo de agitação com turbina de pás
inclinadas

26. Tanque com agitador horizontal
(McCabe, 1985).
Padrão de escoamento com uma turbina de escoamento
radial em um vaso sem chicanas (McCabe, 2001).

27. Escoamento padrão com o agitador
fora do centro (McCabe, 2001).
Em tanques
pequenos, o
agitador pode
ficar
descentralizado
e/ou inclinado

28. Tanque com agitador horizontal
(McCabe, 1985).
Em tanques
largos, o
agitador pode
ser colocado na
lateral
horizontalmente
.

29. Escoamento padrão em um tanque com
chicanas com um agitador
montado no centro (McCabe, 1985)

30. Tanque com chicanas e “draft” tubos:
(a) turbina, (b) propulsor (McCabe, 2001)
Estes equipamentos são úteis quando se deseja grande
cisalhamento no agitador, como no caso da fabricação de
certas emulsões, ou quando partículas sólidas tendem a
flutuar na superfície do líquido.

31. A ancora é o mais econômico dos impulsores de pás,
trabalhando em regime laminar e com fluidos muito
viscosos.

32. Detalhe do fluxo tangencial

33. MISTURA DE SÓLIDOS
A mistura de sólidos é uma operação difícil de
realizar. Gases e líquidos misturam-se
espontaneamente por difusão, porém a mistura de
sólidos, além de consumir muita energia, requer a
moagem prévia das partículas até uma granulometria
bastante fina. É uma operação industrial muito
frequente na indústria farmacêutica, compostos de
plásticos e a produção de fertilizantes mistos e de
produtos agropecuários em pó.

34. Fatores que interferem na mistura
– Densidade do pó
– Proporção dos diferentes componentes.
– tamanho relativo da partícula sólida, formato e
densidade de cada componente;
– a eficiência do misturador para aquele componente
– a tendência dos materiais a formar agregados;
– conteúdo de umidade, características superficiais e
de escoamento de cada um dos componentes.

35. TIPOS DE OPERAÇÃO
Quando os sólidos a serem misturados são
constituídos de partículas de fácil escoamento, a
operação de mistura pode ser realizada a seco.
Nesse caso um alto grau de mistura é conseguido
sem muita dificuldade.
Se a umidade do material a ser misturado for
elevada é preferível operar usando via úmida.
Os equipamentos nessas operações são diferentes.
No entanto, nossa atenção estará focalizada
principalmente na mistura de sólidos granulares
secos.

36. EQUIPAMENTO UTILIZADO
Há uma variedade de modelos em uso. Alguns
equipamentos já apresentados como, o
transportador helicoidal e os moinhos de bolas
prestam-se muito bem para a finalidade. Outros
dispositivos serão considerados a seguir. Alguns
operam em batelada, enquanto outros são contínuos.
O tipo mais simples de misturador de batelada é o
tambor rotativo com chicanas radiais. A carga é feita
até a metade da capacidade do tambor e a operação
dura geralmente de 5 a 20 minutos. O conteúdo é
descarregado por uma abertura lateral diretamente
sobre um transportador.

37. EQUIPAMENTO UTILIZADO
Deve-se levar em conta a rotação do tambor que
geralmente é 50 a 60% da rotação crítica. O consumo
de energia é inferior ao dos misturadores helicoidais
de fita de aço. O acionamento é feito por meio de
engrenagens ou correias cujo número depende do
tamanho do tambor, da carga, e diâmetro das polias.
Usam-se geralmente 2, 5, ou 8 correias.
Um tipo especial de tambor rotativo é a conhecida
betoneira utilizada no preparo de concreto. A carga e
descarga é feita pela boca do tambor, que muitas
vezes é basculante e tem a forma de pera.

38. Tambor Rotativo

39. Misturadores de impacto
São utilizados para sólidos finos, como os inseticidas e
alguns produtos farmacêuticos. Os ingredientes bem
secos são alimentados continuamente no centro de um
disco 20 a 70cm de diâmetro, girando em alta rotação
(1750 a 3500 rpm) no interior de uma carcaça .
Geralmente o disco é horizontal, mas há também modelos
com discos verticais. A mistura é realizada durante o
impacto das partículas contra as paredes do misturados
(carcaças). Misturadores deste tipo podem ser usados em
série afim de melhorar a uniformização. A capacidade
varia entre 1 e 25 t/h para materiais de fácil escoamento.

40. MISTURADOR DE IMPACTO

41. MISTURADOR DE IMPACTO

42. Misturadores em V
Constituem um tipo bastante comum na indústria.
Dois cilindros curtos, unidos pela base de modo a
formar um ângulo próximo a 90º, giram em torno de
um eixo horizontal. Os cilindros podem ser de
comprimento diferente. Estes misturadores funcionam
em bateladas que ocupam metade do volume total.
O tempo de mistura é de 5 a 20 minutos.
Com vários V em série obtém-se um misturador
em zig-zag e que, se for ligeiramente inclinado, permite
realizar operação contínua.

43. Misturadores em V

44. Misturador de Duplo Cone
É constituído de dois cones unidos pela base
maior e que giram em torno de um eixo no plano
da base.
A carga e a descarga são feitas pelos vértices. Há
misturadores de duplo cone com agitadores
internos adicionais e que permitem realizar a
mistura em poucos minutos.

45. Misturador de Duplo Cone

46. Misturadores Helicoidais
São misturadores com as características de
terem helicóides feitas com chapas metálicas
onduladas ou com fitas de aço afastadas do
eixo.
São misturadores de operação contínua.

47. Misturador
com agitador helicoidal

48. MISTURADOR DE FITA E DE ROSCA
HELICOIDAL

49. Forças que atuam no processo e
Mecanismos de mistura
As forças que atuam no processo de mistura
podem ser:
– inerciais e de aceleração ou
– gravitacionais
Mecanismos de mistura:
– Convecção
– Difusão
– Mistura pneumática
– Impacto

50. MECANISMOS DE MISTURA
DIFUSÃO (revolvimento,tombamento):
• Neste processo as partículas são reorientadas uma em
relação às outras quando são colocadas em movimento
aleatório havendo uma modificação de suas posições
relativas devido à modificação da posição de
conjuntos de partículas
• Neste processo, também denominado de
CISALHAMENTO, há criação de planos de deslizamento
dentro da massa como resultado da mistura de grupos de
partículas.

51. MECANISMOS DE MISTURA
• Planos de escorregamento são formados no
seio do sólido granulado durante a mistura,
provocando o deslocamento relativo de porções
grandes do material.
• Exemplos de misturadores que operam com
este principio são :
misturadores em V, cones duplos, misturadores
em cubo, misturadores de tambores.

52. DIFUSÃO (revolvimento,
tombamento)

53. Mecanismos de mistura
CONVECÇÃO REVOLVIMENTO
• É a mistura de produto ou grupos de partículas
de um ponto a outro.
• Grupos de partículas movem-se de um ponto a
outro do sólido granular, como na convecção
fluida, originando a mistura convectiva.
• Exemplos de misturadores que utilizam este
princípio: Misturadores de fitas, misturadores
tipo masseira, misturadores helicoidais,
misturadores verticais de alta intensidade, etc

54. MISTURADORES CONVECTIVOS

55. CONTROLE DA OPERAÇÃO
Os sólidos particulados nunca atingem um estado
de perfeita uniformidade ao serem misturados.
O melhor que se consegue é um estado de desordem
global média, isto é, um estado de dispersão das
partículas que não prevalece à medida que a porção
examinada vai ficando menor.
Os métodos estatísticos constituem a ferramenta
ideal para se proceder à avaliação do resultado das
operações de misturas de sólidos. Esta avaliação
consiste basicamente em obter o valor da composição
mais provável da batelada em cada instante.

56. CONTROLE DA OPERAÇÃO
O procedimento é realizado após um determinado
tempo de mistura de dois sólidos A e B, dez amostras são
retiradas e analisadas. De posse dos resultados calcula-se
o desvio padrão.
Dado um conjunto de resultados feitos em uma
“mesma amostra” e calculado sua média aritmética,
define-se “desvio padrão”, como sendo o limite superior
e inferior de erros sobre a média aritmética dos
resultados obtidos. Matematicamente, o desvio padrão é
definido pela fórmula:

57. S = desvio padrão
= somatória de n termos
xi = valor individual da amostra
x = valor médio aritmético
n = número de vezes da repetição

58. Exemplo da aplicação do cálculo do
desvio padrão
n % de A x-x (x-x)2
01 0,0204 +0,0004 0,00000016
02 0,0200 0,0000 0,00000000
03 0,1910 - 0,0009 0,00000081
04 0,0203 +0,0002 0,00000004
05 0,0209 +0,0009 0,00000081
06 0,0202 +0,0002 0,00000004
07 0,0206 +0,0006 0,00000036
08 0,0187 - 0,0013 0,00000169
09 0,0205 +0,0005 0,00000025
10 0,0198 - 0,0002 0,00000004

59. S = (Desvio Padrão)
Indica que, baseado na média aritmética (x) dos valores
obtidos que: é permitido um erro de 0,00068% para mais ou
menos da média obtida que é 0,0200%. Sendo que o
resultado final poderá ser expresso da seguinte forma:
% A = 0,0200% ± 0,00068
O desvio relativo é calculado assim:
0,0200 100%
0,0068 x%
x = 3,41 %

60. O desvio padrão depende de:
(1) - Método analítico
(2) - Concentração da amostra
(3) - Tipo de amostra
(4) - Número de determinação
(5) - Número de analistas envolvido
O desvio padrão diminui a medida que a
uniformidade de mistura aumenta.