Aula 4 agitação e mistura

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DA BAHIA
IFBA - CAMPUS BARREIRAS
ENGENHARIA DE ALIMENTOS
Agitação e mistura
Operações Unitárias I
Prof.: Davi Fogaça

CONCEITOS
2
 Agitação: refere-se ao movimento induzido de um material em
forma determinada, geralmente circulatório, 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. Pode ser do
tipo:
 Homogênea: gás-gás; líquido-líquido (miscível);
 Heterogênea: sólido-líquido (farinha+manteiga+leite).
 Agitação ≠ Mistura

OBJETIVOS
3
 Misturar líquidos miscíveis (água+xarope de glicose);
 Dispersar gás em líquidos (carbonatação, aeração);
 Produzir emulsões onde os líquidos são imiscíveis (maionese);
 Misturar e dispersar sólidos em líquidos;
 Misturar dois ou mais sólidos;
 Auxiliar na transferência de calor e massa;
 Acelerar reações químicas;
 Modificar as propriedades (textura) de um alimento.

OBJETIVOS
4
A mistura não possui nenhum efeito de conservação e tem a única
intenção de auxiliar o processamento ou alterar características
sensoriais do alimentos.

AGITAÇÃO E MISTURA
5
 As propriedades mais importantes dos materiais que podem
influenciar a facilidade da mistura são:
 Fluidos: viscosidade, massa específica, relação entre as
massas específicas e miscibilidade;
 Sólidos: granulometria, massa específica, relação entre as
massas específicas, forma, aderência e molhabilidade.

EQUIPAMENTO DE AGITAÇÃO
6
A agitação geralmente é
efetuada num tanque
cilíndrico pela ação de lâminas
que giram acopladas a um eixo
que coincide com o eixo
vertical do tanque.

TIPO DE FLUXO
7
 Longitudinal: paralela ao eixo do agitador;
 Rotacional: tangencial ao eixo do agitador;
 Radial: perpendicular ao eixo do agitador.
Longitudinal Rotacional Radial

VÓRTICE
8
 Produzido pela ação da força centrífuga que
age no líquido em rotação, devido à
componente tangencial da velocidade do
fluido.
 Geralmente ocorre para líquidos de baixa
viscosidade (com agitação central).

FORMAS DE EVITAR VÓRTICE
10
 Colocação de chicanas ou defletores:

MISTURA DE SÓLIDOS
12
 Ao contrário de líquidos e pastas viscosas, não é possível alcançar
uma mistura completamente uniforme de pós secos ou sólidos
particulados;
 O grau de mistura alcançado depende:
 Do tamanho, da forma e da densidade de cada
componente;
 Do teor de umidade, das características superficiais e do
fluxo de cada componente;
 Da tendência do material a aglomerar;
 Da eficiência de um misturador específica para esses
componentes.

MISTURA DE SÓLIDOS
13
 Fatores que influenciam no grau de mistura de sólidos:
 Tamanho das partículas: homogeneidade, resistência
mecânica, comportamento reológico.
 Forma: fluidez, segregação.
 Densidade: forças gravitacionais que agem sobre a partícula.
 Coesão: tendência à agregação.
 Conteúdo de umidade:
- sólidos constituídos por partículas de fácil
escoamento: mistura a seco
- material muito úmido: mistura a úmido

EQUIPAMENTOS
14
 A seleção do tipo e do tamanho adequado do misturador
depende:
 do tipo e da qualidade do alimento a ser misturado;
 da velocidade de operação necessária para atingir o grau de
mistura desejado com menor consumo de energia.

EQUIPAMENTOS
15
 São classificados em tipo adequados para:
 Pós secos ou sólidos particulados;
 Líquidos de baixa ou média viscosidade;
 Líquidos de alta viscosidade e massas viscoelásticas;
 Dispersões de pós em líquidos.

MISTURADORES PARA PÓS SECOS E
SÓLIDOS PARTICULADOS
16
 São usados para misturas de grãos e farinhas e na preparação de
misturas pré-prontas (sucos em pó, mistura para bolos e
sopas).classificados em tipo adequados para:
 Misturadores rotatórios

17

18

19
 Misturadores de fita
 Possuem uma ou mais lâminas finas de metal na forma de hélices
que giram em direção contrária à do vaso hemisfério fechado onde se
encontram.

20
 Misturadores de rosca vertical
 Possuem uma rosca ou um parafuso rotatório vertical dentro de
um recipiente cônico que gira ao redor de um eixo central para
misturar os conteúdos.

MISTURADORES PARA LÍQUIDOS DE BAIXA
OU MÉDIA VISCOSIDADE
23
 Agitador de pás
 Consiste de lâminas chatas e largas, que medem cerca de 50 a 75%
do diâmetro do tanque e giram de 20 a 150 rpm;
 Velocidade de agitação baixa, não há a necessidade de utilizar
chicanas;
 Fluxo radial.

24
 Agitador tipo turbina
 As lâminas podem ser: retas, curvadas, inclinadas ou verticais;
 Amplo intervalo de viscosidade;
 Altas forças de cisalhamento são desenvolvidas (escoamento
turbulento);
 Produzem fluxos radiais e verticais;

25
 Agitador tipo turbina

26
 Disco de Cowles
 1750 – 3500 rpm
 Líquidos de baixa viscosidade
 Dispersão e dissolução de sólidos
 Fluxo axial e radial
 Dispersão de micelas

27
 Agitador de hélice
 Operam de 400 a 1500 rpm e são utilizados para misturar líquidos
miscíveis, diluir soluções concentradas, dissolver sólidos e aumentar
a taxa de transferência de calor;
 Possui de 1 a 4 hélices;
 Fluxo axial e radial;

VANTAGENS E LIMITAÇÕES DE ALGUNS
MISTURADORES DE LÍQUIDOS
28
Tipo de misturador Vantagens Limitações
Agitador de pás
Bom fluxo radial e
rotacional, barato
Fluxo perpendicular fraco,
alto risco de formação de
vórtice e velocidade mais
alta
Agitador de múltiplas pás
Fluxo bom nas três
direções
Mais caro, maior
necessidade de energia
Agitador de hélices
Fluxo bom nas três
direções
Mais caro do que o
agitador de pás
Agitador de turbinas Mistura muito boa
Caro e com risco de
entupimento

MISTURADORES PARA LÍQUIDOS DE ALTA
VISCOSIDADE E PASTAS
29
 Agitador de âncora
 Pode ser usado em vasos de mistura com aquecimento e lâminas
de raspagem. São acopladas à âncora para evitar que o alimento
queime em contato com a superfície quente;
 Giram de 20 a 60 rpm;
 Fluxo radial.

30
 Misturador em Z ou Sigma
 Consiste de duas lâminas bem resistentes montadas em uma cuba
horizontal de metal;
 Elas entrecruzam-se e giram em direção a si mesmas em
velocidades similares ou diferentes (14 a 60 rpm) para produzir forças
de cisalhamento entre as lâminas e entre as lâminas e a base da
cuba;
 Apresentam gasto substancial de energia que é dissipada no
produto em forma de calor.

31
 Misturador em Z ou Sigma

32
 Misturadores planetários
 Recebem este nome devido ao percurso realizado pelas lâminas
rotatórias (40 a 370 rpm), que percorrem todas as partes do
recipiente durante a mistura;
 Pás do tipo portão, agitadores tipo gancho e batedores.

DIMENSIONAMENTO DE UM AGITADOR
33
 Dimensões típicas
 4 chicanas;
 W/Da = 1/8;
 Distância entre as chicanas
e as paredes: 0,10 a 0,15 J;
 J/Dt = 1/10 a 1/12;

DIMENSIONAMENTO DE UM AGITADOR
34
 Proporções geométricas para um sistema de agitação “padrão”

POTÊNCIA CONSUMIDA EM UM AGITADOR
35
 N’Re: Número de Reynolds do agitador;
 Da: diâmetro do agitador;
 N: velocidade de rotação em rev/s;
 ρ: massa específica do fluido em kg/m³;
 µ: viscosidade do fluido em kg/m.s.

ND
N
a²
'Re 

36
 Fluxo laminar: N’Re < 10;
 Fluxo em transição: 10 < N’Re < 10000;
 Fluxo turbulento: N’Re >10000.

ND
N
a²
'Re 

37
 NP: Número de potência;
 P: potência em J/s ou W;
 N: velocidade de rotação em rev/s;
 Da: diâmetro do agitador;
 ρ: massa específica do fluido em kg/m³;
5
³ a
P
DN
P
N



38

39
 Curva 1. Turbina de seis lâminas planas; Da/W = 5; com quatro defletores
cada um com Dt/J = 12;
 Curva 2. Turbina aberta com seis lâminas planas; Da/W = 8; com quatro
defletores cada um com Dt/J = 12;
 Curva 3. Turbina aberta com seis lâminas a 45”; Da/W = 8; com quatro
defletores cada um com Dt/J = 12;
 Curva 4. Propulsor; inclinação 2Da, com quatro defletores com Dt/J = 10;
também é válida para o mesmo propulsor em posição angular deslocada do
centro sem defletores;
 Curva 5. Propulsor; inclinação = Da, com quatro defletores com Dt/J = 10;
também é válida para o mesmo propulsor em posição angular deslocada do
centro sem defletores;

40
 Exemplo 3.4-1 (Geankoplis) Em um tanque agitador com 6
lâminas do tipo plana, com diâmetro do tanque Dt, 1,83 m e o
diâmetro do agitador Da, 0,61 m, Dt = H e largura W = 0,122 m. O
tanque possui quatro deflectores (chicanas), todos com uma largura
J = 0,15 m. A turbina opera a 90 rpm e o líquido no tanque tem uma
viscosidade de 10 cp e densidade de 929 kg / m³.
a) Calcule os kW’s requeridos para o agitador;
b) Para as mesmas condições, exceto a viscosidade do fluido, agora
com 100000 cp, calcule os kW’s requeridos.

41
 Relações para geometrias fora do padrão:
 Número de Potência (Np) para agitador simples tipo âncora
sem barras horizontais e N’Re <100:
 Com Da/Dt =0,9; W/Dt =0,1 e C/Dt = 0,05.
955,0
Re )'(215 
 NNP

42
 Relações para geometrias fora do padrão:
 Número de Potência (Np) para agitador de banda helicoidal
para líquidos muito viscosos e N’Re <20:
1
Re )'(186 
 NNP
1
Re )'(290 
 NNP
Com Da/Dt = 1,0
Com Da/Dt = 0,5

AUMENTO DE ESCALA DE AGITADORES
43
 Razão de aumento de escala R:
 Para um tanque cilíndrico padrão com DT1=H1, temos:













4
)(
4
3
1
1
2
1
1
TT D
H
D
V

3
1
3
2
3
1
3
2
1
2
4/
4/
T
T
T
T
D
D
D
D
V
V



1
2
3/1
1
2
T
T
D
D
V
V
R 







44
 Com o valor de R se obtém todas as outras dimensões:
12 aa RDD  12 RJJ 
12 RLL  12 RII  12 RCC 
12 dd RDD 

45
 O aumento de velocidade (N) obedece à:
 Com n = 1 para movimento de líquidos, n = 3/4 para pastas e n
= 2/3 para taxas iguais de transferência de massa.













2
1
112
1
T
T
n
D
D
N
R
NN

46
 Exemplo 3.4-3 (Geankoplis) Um sistema de agitação possui
turbina de lâmina plana com seis lâminas e um disco. As condições e
os tamanhos são DT1 = 1,83 m, Da1, = 0,61 m, W1 = 0,122 m, J1 = 0,15
m, N1 = 90/60 = 1,50 rev/s, ρ = 929 kg/m³ e µ = 0,01 Pa.s. Se deseja
aumentar a escala dos resultados para um recipiente cujo volume é
3 vezes maior. Faça isso para os seguintes objetivos do processo.
a) Quando se deseja igual quantidade de transferência de massa.
b) Quando se necessita do mesmo movimento de fluido.

TEMPO DE MISTURA PARA LÍQUIDOS
MISCÍVEIS
47
 Fator adimensional de mistura ft:
 Onde: tT é o tempo de mistura em segundos;
 Para N’Re>1000, ft é aproximadamente constante, então tTN2/3 é
constante.
2/32/1
2/16/13/22
)(
t
aa
Tt
DH
DgND
tf 

MISCÍVEIS
48
 Aumento de escala do tempo de mistura ft
18/11
2
2
1
2







a
a
T
T
D
D
t
t
4/11
2
2
11
22
)/(
)/(







a
a
D
D
VP
VP

MISCÍVEIS
49
 Aumento de escala do tempo de mistura ft

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