AGITAO E MISTURA1 Mistura de Lquidos tipos e princpios Os processos de agitao e mistura de fluidos so muito importantes na indstria de processamento de alimentos, pois muitas operaes dependem delas. Normalmente a agitao o movimento ocasionado em um fluido por meios mecnicos em um recipiente. O fluido pode circular no recipiente ou apresentar um padro de fluxo diferente. A mistura relacionada a duas ou mais fases diferentes e inicialmente separadas que so aleatoriamente distribudas dentro do recipiente ou atravs uma da outra. Para entendermos essa diferena podemos ter como exemplo um tanque contendo gua fria que pode ser agitado para trocar calor com uma serpentina, mas no pode ser misturado at que algum outro material seja adicionado a ele como, por exemplo, partculas de algum slido. Sendo assim, podemos ver que os processos de agitao diferem dos processos de mistura, uma vez que ao tratarmos de agitao iremos considerar uma nica fase e nos processos de mistura consideraremos que os componentes se apresentam em duas ou mais fases. Nestes processos a mistura resultante pode ainda ser classificada como homognea, gs-gs, lquido-lquido (miscvel) e heterognea, sendo slido-lquido. A agitao dos fluidos no implica necessariamente numa distribuio homognea dos fluidos ou partculas, isto , com agitao, a mistura pode no ser conseguida. As propriedades mais importantes dos materiais, que podem influenciar a facilidade da mistura para fluidos e slidos so:Fluidos: viscosidade, massa especfica, relao entre as massas especficas e miscibilidade;Slidos: finura, massa especfica, relao entre as massas especficas, forma, aderncia e molhabilidade.2 - Agitao de Lquidos: Os lquidos so agitados com vrios propsitos, dentre os principais tm-se a suspenso de partculas slidas, mistura de lquidos miscveis (gua e lcool metlico), disperso de um gs atravs de um lquido na forma de pequenas bolhas, disperso de um lquido em um outro imiscvel, para a formao de emulso ou suspenso de gotculas muito finas e transferncia de calor entre lquido e superfcie aquecida, tal como serpentina, camisa de aquecimento, etc. 3 - Equipamento de Agitao:Os lquidos so agitados em tanques ou vasos, geralmente cilndricos e com um eixo vertical. As propores do tanque variam muito, dependendo da natureza da agitao. Os componentes para agitao de lquidos so o vaso, o motor, o redutor de velocidade, a haste, as placas defletoras, o termmetro e o ponto de amostragem.3.1- Vrtice: produzido pela ao da fora centrfuga que age no lquido em rotao, devido componente tangencial da velocidade do fluido. Geralmente ocorre em lquidos de baixa viscosidade. Para evitar a formao do vrtice deve-se descentralizar o agitador, inclinar o agitador 15 em relao ao centro do tanque ou usar dificultores (chicanas).3.2- Caractersticas dos agitadores:Os tanques tem geralmente tanques cilndricos verticais, abertos ou fechados para o ar, sua base arredondada, para evitar regies mortas ou cantos, a altura do lquido igual ao dimetro do tanque, o agitador fica geralmente na parte superior e deve haver uma caixa de engrenagem para a reduo da velocidade. 3.3- Agitadores:So divididos em duas classes: fluxo axial e fluxo radial. No fluxo axial as correntes so paralelas ao eixo do agitador, j no fluxo radial as correntes tangenciais ou na direo perpendicular ao eixo do agitador. Alm do tangencial ou rotacional (correntes tangentes ao eixo do agitador; responsvel pela formao do vrtice. Deve ser evitada). Os trs principais tipos de agitadores para lquidos de viscosidade baixa a moderada so: propulsores, ps e turbinas. Para lquidos muito viscosos, os mais usados so os propulsores tipo hlice e os agitadores ncora.

3.4- Agitadores tipo Propulsores:Esse tipo de agitador usado quando se deseja correntes verticais intensas. Ex: manter slidos em suspenso, fluxo axial. Ele um tipo de agitador de alta velocidade usado em lquidos de baixa viscosidade, podendo ser pequenas (1150 ou 1750 rpm) ou grandes (400 a 800 rpm). Este tipo de agitador cisalha o lquido vigorosamente. O movimento rotatrio d ao fluido um movimento helicoidal, uma rotao completa move o fluido longitudinalmente a uma distncia fixa, dependendo do ngulo das lminas do propulsor. A razo entre esta distncia e o dimetro do propulsor chamada passo do agitador. O agitador mais comum o propulsor de 6 lminas e passo quadrado, mas ainda existe o de quatro lminas e outros casos especiais. Independente do tamanho do tanque, tanques mais profundos podem utilizar dois ou mais propulsores. 3.5- Agitadores tipo Ps: um agitador de rotao baixa e geralmente utilizado em misturas de fluidos muito consistentes. Podem ser de 2 ou 4 lminas, as mais comuns so as verticais, mas tambm podem ser inclinadas, o fluxo radial interno prximo as ps, praticamente no gera fluxos verticais, no so utilizados para manter slidos em suspenso, agitao em tanques profundos requer vrios conjuntos de ps. Comprimento das ps: 50 a 80% do dimetro do tanque a largura das ps: 1/6 a 1/10 do comprimento. Existem vrios tipos de agitadores de ps, como: Fita dupla helicoidal, Ancora e Impulsor parafuso.3.6- Agitadores tipo Turbinas:Podem apresentar escoamento radial, tem alta tenso de cisalhamento nas pontas do impulsor ou escoamento axial (ps inclinadas), so teis para suspenso de slidos, e como as de ps planas so teis para agitao de fluidos viscosos, fluidos poucos viscosos, disperso de gases em lquidos, mistura de fluidos imiscveis, disperso de gases e transferncia de calor e tem velocidade de rotao alta. As lminas podem ser: retas, curvadas, inclinadas ou verticais, so eficazes para amplo intervalo de viscosidade, trabalha em velocidades elevadas, produzem fluxos radiais e verticais, so bons para mistura de lquidos com aproximadamente a mesma densidade relativa. 3.7- Tipo de fluxo em tanques agitados:A maneira como um lquido se move dentro de um vaso depende de muitas coisas, como o tipo de lmina, as caractersticas do fluido e o tamanho e proporo do tanque, as placas defletoras e os agitadores. Quando o agitador est disposto no centro a componente tangencial prejudicial mistura. O fluxo tangencial segue uma trajetria circular ao redor do eixo e cria vrtices no tanque de agitao. E isso gera alguns problemas, tais como a estratificao permanente em vrios nveis. Substncias sem se misturar, sem fluxo longitudinal de um nvel a outro, se houver a presena de slidos, estes podero ser lanados parede e descerem, acumulando-se embaixo do agitador, ao invs de se obter mistura haver concentrao de slidos, pode acontecer de em altas velocidades o vrtice pode ser to grande que o agitador fica descoberto, introduzindo ar (bolhas) no lquido. Quando h a necessidade de melhorar o fluxo vertical e, quando a direo e a velocidade do escoamento para a suco do propulsor precisam ser controlados, so usados draft tubos Estes equipamentos so teis quando se deseja grande cisalhamento no agitador, como no caso da fabricao de certas emulses, ou quando partculas slidas tendem a flutuar na superfcie do lquido.3.7- Configuraes e dimenses caractersticas do tanque padro:Dimenses lineares do tanque em relaes adimensionais.

Em que:J largura do defletor; n velocidade de rotao; Dt dimetro do tanque; Da dimetro do agitador; H nvel do lquido; L comprimento da lmina; W altura da lmina; E distncia da lmina ao fundo. Segundo McCabe (1985), baseado em um agitador de turbina do tipo apresentado acima:Nmero de defletores: 4 Nmero de lminas: 4 16, o mais usual de 6 8 Fatores de forma:

Dois misturadores de mesmas propores geomtricas, mas de diferentes tamanhos, sero geometricamente semelhantes tendo seus fatores de forma iguais. 4 -Consumo de potncias em tanques agitados Para estimar a energia necessria para rotacionar um certo agitador e uma certa velocidade, utilizam-se correlaes empricas de potncia com outras variveis do sistema. A forma destas correlaes encontrada atravs de anlise dimensional.Para um tanque padronizado, os fatores de forma so temporariamente ignorados e o lquido considerado newtoniano, a potncia P funo das seguintes variveis:

5-Aplicaes:A potncia (P) requerida para suspender partculas em suspenso uma altura mxima Zs usando um impelidor tipo turbina dada pela equao emprica:

onde: m, Vm = massa especfica e volume da suspenso (exclhuindo fase lquida acima de Zs; m=frao volumtrica de lquido na suspenso; E= distncia entre o impelidore a base do vaso; Dp, p= tamanho e massa especfica da partcula slida; =massa especfica do lquido.5-Mistura:A mistura um processo muito mais complicado de se tratar e de se estudar, os tipos de fluxos mesmo sendo mais complexos so um pouco mais definidos e mais facilmente reproduzveis e a potncia pode ser medida Resultados de estudos de mistura so difceis de reproduzir e dependem muitas vezes de como definida a mistura pelo experimentador. Com muita frequncia o critrio visual, porm outros mtodos so utilizados com objetivos especficos. Exemplos: pela mudana de cor em uma reao cido-base com indicador, pode-se medir o tempo de mistura; em misturas slido-lquido a uniformidade da suspenso observada visualmente.5.1- Misturas miscveis:Se o escoamento for turbulento a mistura bastante rpida. O agitador produz correntes de altas velocidades e o fluido misturado melhor prximo ao agitador devido a alta turbulncia. Como as correntes se movem na direo das paredes, ocorre uma mistura radial, porm essa mistura pequena na direo do fluxo. Quando o fluido completa uma volta, ele retorna ao centro do agitador e a mistura intensa ocorre novamente. Clculos indicam que para que 99% da mistura ocorra, necessrio circular o contedo do tanque 5 vezes.6- Aplicaes:A potncia (P) requerida para suspender partculas em suspenso uma altura mxima Zs usando um impelidor tipo turbina dada pela equao emprica:

onde: m, Vm = massa especfica e volume da suspenso (excluindo fase lquida acima de Zs; m=frao volumtrica de lquido na suspenso; E= distncia entre o impelidore a base do vaso; Dp, p= tamanho e massa especfica da partcula slida; =massa especfica do lquido.

7- Aplicao de agitao e mistura na indstria de alimentos: