Como melhorar a eficiência das hélices cowles?
Um disco cowles fabricado sob os critérios da mecânica de fluídos e indústria 4.0, tem melhor eficiência e promove ganho significativo de performance em todos os modais de produção. As principais vantagens no dimensionamento exato estão a conversão de potências, movimentação uniforme das partículas e desestabilização molecular em menor tempo útil. Entretanto, essa é uma realidade bem distante no cenário industrial brasileiro. Em quase todas as fábricas essa eficiência fica bem abaixo dos 45%.
Há diversos fatores que influenciam diretamente no desempenho da hélice cowles, como: o ângulo de ataque das pás, ângulo entre a direção da velocidade resultante do escoamento e a direção de rotação das pás, espaçamento entre os vetores, grau de inclinação das aletas, altura e diâmetro das aletas e muitos outros. Co-relacionam uma série de números adimensionais relacionados ao dimensionamento dos vetores de mistura, principalmente os disco cowles, como: Froude, reynolds, bombeamento, potência, leitura e dimensional.
Também há elementos contundentes como Centi Poise, Poise, Saybolt, Ford, conversão de viscosidade, temperatura, quantidade, densidade, além de muitos outros. Outro ponto importante que deve ser respeitado para se realizar uma boa dispersão é a relação geométrica entre os diâmetros do tanque e o disco dispersor. A distância do disco ao fundo do tanque também deve ser observada com máxima atenção e varia conforme a viscosidade e o produto a ser disperso.
Todos esses componentes são considerados fundamentais para promover o cálculo exato do diâmetro da hélice cowles no tanque de mistura. No entanto, há uma desinformação nacional que prioriza apenas o corpo do disco como o principal elemento a ser considerado no dimensionamento da hélice + tanque de mistura. A grande maioria das fábricas com tanques industriais desatualizados, trabalham com o regime de 1/3 e 1/4 para dimensionar seus vetores de mistura. Essa prática funcionou e funciona até hoje, porém, em pleno século XXI, com a indústria 4.0 acelerando a qualidade e exatidão nos processos de fabricação, fechar os olhos para o disco cowles corretamente dimensionado é um alto custo em médio prazo.
Veja os elementos que influenciam no desempenho do disco cowles:
1 – Espaçamento entre as aletas
2 – Grau de inclinação das aletas
3 – Diâmetro das aletas
4 – Ângulo de ataque das aletas
5 – Angulação das aletas
É através da aleta e um simples cálculo de regra de três – espaçamento, graus de inclinação, altura e angulação – que se estabelece a movimentação, dissipação, arrasto e transladação de matéria-prima em qualquer impelidor – no interior dos tanques mais usuais. Um levantamento feito por nossa equipe constatou que no mercado brasileiro 1 em cada 67 hélices trabalham nos diâmetros corretos pré-estabelecidos pela dinâmica de fluídos.
O mercado mundial possui mais de 5.000 hélices misturadoras com características bem distintas. Algumas apresentam características bastante simples e rudimentares, outras elencam graus sofisticados de fabricação. No entanto, no Brasil é praticamente inviável trabalhar com as hélices mais modernas devido o alto custo de desenvolvimento e a mentalidade retrógrada do industrial que fecha os olhos ao progresso computacional e digitalização premente. Explicar que a inteligência artificial, robótica, IOT, veículos autônomos, Impressão em 3D é uma realidade cada dia mais comum para alavancar a competitividade é algo incompreensível.
A agitação pode ser definida como a conjugação de várias operações que objetivam reduzir uniformidades ou gradientes na composição, propriedades ou temperatura do material em relação a sua massa. A agitação correta ajuda na execução de processos químicos e processamentos físicos de diferentes aplicações, conforme tabela abaixo.
Em um sistema de agitação com disco cowles, deseja-se que todo o fluido agitado possua as mesmas características, em qualquer ponto do tanque. Nestas condições, um impelidor cowles teoricamente deve ser capaz de produzir a circulação do fluido por todo o volume do tanque, respeitando suas limitações físicas como altura dinâmica, conicidade inferior e defletores.
As correntes de fluxo que deixam o disco cowles carregam uma quantidade significativa de energia cinética, que é descarregada diretamente através do atrito. Foram desenvolvidos para trabalhar em rotação elevada com velocidades periféricas que variando de 18 a 30 m/s. Tal velocidade é responsável por criar uma zona de atrito hidráulico de alta turbulência que, associada aos dentes existentes nesse disco, promovem a energia necessária para redução do tamanho das partículas e, assim, garantir a homogeneidade do produto final.
Define-se por dispersão toda e qualquer distribuição de certa substância em outra, de forma uniforme e homogênea. O disco cowles entrega uma excelente dispersão acelerando as partículas presentes no meio líquido, independentemente da qualidade de sólidos no líquido. Os equipamentos responsáveis por imprimir a rotação necessária nos discos são chamados de Dispersores, Tanques de Dispersão ou Tanques Agitadores. Podem ser encontrados em diversos formatos construtivos, com ou sem variação de rotação e (inversores de frequência) e uma infinidade de acabamentos e configurações técnicas. Normalmente recomenda-se que tenha um sistema de elevação para o melhor controle da altura do disco cowles.
Muitos fabricantes reclamam da péssima qualidade dos discos de dispersão que são comercializados ultimamente no mercado. Constatamos que as principais reclamações para aquisição de um novo equipamento seriam: melhorar o tempo de vida útil, benefícios ao processo, flexibilidade na com diversas configurações de tachos e quais impactos qualidade do produto. E quase todos mencionaram quando optaram por um mais econômico baixando os custos de aquisição, o equipamento (hélice cowles) durou menos da metade do tempo.
O progresso computacional fez com que as máquinas ficassem muito mais potentes, ágeis e, sobretudo, baratas. Hélice não tem tecnologia, é manipulação do minério de ferro, algo que o homem faz muito bem há 80 anos. A principal característica dessa nova era industrial que estamos vivendo é a imensa quantidade de informação digital disponível. Assim como os smartphones facilitam a vida das pessoas, o uso de hélices dedicadas está revolucionando o chão de fábrica. Os ganhos já são visíveis antes mesmo de os primeiros produtos ficarem prontos.
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