A importância do fluxo radial na dispersão e fabricação de tintas.

A agitação mecânica é fundamental na indústria de tintas para dispersar pigmentos e obter misturas homogêneas de alta qualidade. Misturadores industriais utilizam hélices (disco cowles, centrífugas, navais, âncoras, etc.) que induzem diferentes padrões de escoamento no fluido. Os três padrões de fluxo principais são: axial, radial e tangencial. Cada um destes apresenta características distintas de dinâmica de fluidos e influencia de maneira única a eficiência de dispersão de pigmentos e homogeneização de tintas.

Neste relatório técnico, exploramos o funcionamento do movimento radial em misturadores industriais de tintas imobiliárias, descrevendo a mecânica dos fluidos envolvida, o papel do fluxo radial na dispersão de pigmentos e na homogeneização, bem como suas vantagens em comparação aos fluxos axial e tangencial, com base em referências adquiridas no atendimento de mais de 300 fábricas de tintas em todo o mercosul – acesse o post das 31 maiores fábricas de tintas do Brasil. 

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Padrões de Fluxo em Misturadores: Axial, Radial e Tangencial.

Em tanques agitados, o tipo de impelidor determina o padrão de escoamento gerado no fluido, os misturadores dividem-se em três classes básicas:

• Fluxo Axial: promove circulação topo-fundo, útil contra estratificação (separação de camadas) e suspensão de sólidos. Promovem escoamento paralelo ao eixo do impelidor (ou seja, empurram o fluido ao longo do eixo vertical do tanque). Esse tipo direciona a corrente para cima e para baixo.
  
  
• Fluxo Radial: promove circulação horizontal (centro-paredes) com alta turbulência localizada. Geram corrente na direção do raio (perpendicular ao eixo) na saída das pás​. O fluido é impulsionado horizontalmente em direção às paredes do tanque. Misturadores como: disco cowles, ARA-S e dispersores de alta velocidade são exemplos que produzem escoamento radial e entregam as melhores tecnologias custo x benefício para fabricação de tintas.
  
  
• Fluxo Tangencial: Tendem a formar vórtice central, reduzindo a eficiência da mistura. Escoamento circular ao redor do tanque (fluido girando como um todo). Nessa condição, o próprio giro do impelidor induz um movimento do líquido ao redor do eixo, formando um vórtice central na superfície. Esse vórtice tangencial (semelhante a um redemoinho) é indesejado em muitos casos, pois o fluido pode girar sem misturar adequadamente as diferentes regiões do tanque, gerando zonas mortas e baixa homogeneização.

 

 

 

 

Mecânica dos Fluidos do Movimento Radial:

No movimento radial, a mecânica de fluidos é marcada por altas taxas de cisalhamento na região das pás do impelidor e fluxos turbulentos que se dissipam radialmente. Impelidores radiais clássicos (disco cowles) geram jatos fluidos perpendicularmente ao eixo. Esses jatos encontram as paredes do tanque, criando zonas de recirculação e intensa turbulência.

Estudos indicam que impelidores radiais produzem maior número de potência  – isto é, consomem mais energia para agitar – em comparação a impelidores axiais e tangenciais, evidenciando sua capacidade de gerar tensão de cisalhamento elevada. Essa característica os torna eficazes para processar sistemas que demandam energia de agitação intensa, como dispersão de sólidos ou gases em líquidos viscosos.

Uma consequência importante do escoamento radial é seu padrão de bombeamento. Diferente de impelidores axiais (que promovem grande recirculação vertical de volume), impelidores radiais têm baixa capacidade de bombeamento global no tanque​. Ou seja, o volume de fluido efetivamente deslocado em ciclos completos pelo tanque é menor; grande parte da energia se dissipa localmente em turbulência ao invés de gerar correntes de longo alcance.

Por isso, impelidores radiais são mais sensíveis à viscosidade do fluido​ – em líquidos muito viscosos ou pseudoplásticos, o alcance do seu jato radial pode ficar restrito, criando uma zona altamente agitada próximo ao impelidor (chamada de “caverna” de escoamento) enquanto regiões mais distantes permanecem pouco misturadas​.

Em formulações de tintas que frequentemente apresentam comportamento shear thinning (tixotrópico), essa característica deve ser considerada. Muitas vezes, usa-se combinação de impelidores ou movimentação vertical do impelidor para garantir que toda a tina de tinta seja coberta pela agitação.

Entretanto, dentro de seu domínio de atuação, o fluxo radial proporciona turbulência intensa e homogênea em seu plano de atuação, favorecendo a quebra de partículas e a dissipação de aglomerados. Ensaios e simulações de fluidodinâmica computacional (CFD) confirmam que impelidores radiais de alto cisalhamento geram regiões com altos gradientes de velocidade e dissipação viscosa concentrada próximas às lâminas​.

Isso é essencial para processar sistemas onde a mistura em escala microscópica (dispersão de partículas sólidas ou gotículas) é o objetivo principal quando o assunto é fabricação de tintas em especial, carregadas de dióxido de titânio (TiO2).

 

 

 

 

 

Papel do Movimento Radial na Dispersão de Pigmentos:

Na fabricação de tintas, um dos desafios críticos é dispersar os pigmentos sólidos (geralmente fornecidos na forma de pós ou aglomerados) uniformemente no meio líquido (resina, solvente/água e aditivos). O movimento radial, especialmente quando gerado por impelidores de alta velocidade, desempenha um papel central nesse processo de deaglomeração e molhamento de partículas.

Equipamentos conhecidos como dispersores de alta velocidade (disco cowles) são amplamente utilizados na indústria de tintas justamente por produzirem escoamento radial de alto cisalhamento. A lâmina circular dentada rotaciona tipicamente a velocidades de ponta de 20–25 m/s, induzindo um fluxo turbulento vigoroso no entorno imediato.

O principal objetivo de um dispersor de alta velocidade é “incorporar pós em líquidos e quebrar aglomerados de partículas para gerar uma dispersão fina e estável”​. A ação radial dessas lâminas cria um forte vácuo no centro (devido ao vórtice) que suga os pigmentos em pó para dentro do líquido, enquanto as bordas da lâmina os submetem a elevadas tensões de cisalhamento, desaglomerando-os rapidamente. Em outras palavras, o movimento radial facilita dois mecanismos essenciais na dispersão de pigmentos:

• Incorporação rápida do pó na fase líquida: o escoamento radial com componente tangencial (vórtice) forma um funil na superfície da tinta, pelo qual os pigmentos são aspirados e umedecidos instantaneamente​. Isso minimiza a formação de grumos secos ou “bolinhas” de pigmento, pois o pó não fica flutuando na superfície, sendo imediatamente arrastado para a região de alta turbulência.
• Quebra de aglomerados (moagem hidráulica): as partículas de pigmento, ao passar pelas zonas de alta velocidade na periferia do dispersor, sofrem intensas forças de cisalhamento e colisões com micro-esteiras de fluido, resultando na desintegração dos aglomerados em partículas primárias finas​. A turbulência radial garante que essas partículas se distribuam uniformemente na resina, formando uma suspensão estável.

 

 

Vantagens técnicas do fluxo radial para TiO₂:

A principal vantagem do fluxo radial na dispersão de dióxido de titânio (TiO₂) é sua capacidade de gerar altas taxas de cisalhamento, essenciais para romper aglomerados e promover a distribuição homogênea das partículas pigmentares — um fator crítico na qualidade final de tintas, especialmente tintas imobiliárias brancas, onde o TiO₂ é o principal agente opacificante e refletor de luz.

 

• Alta energia de cisalhamento localizada: O dióxido de titânio tende a formar aglomerados muito resistentes devido às forças de van der Waals entre suas partículas. O disco cowles — um impelidor radial de alto cisalhamento — é capaz de aplicar energia suficiente para romper esses aglomerados e reduzir o tamanho das partículas à faixa submicrométrica, condição necessária para alcançar máxima cobertura óptica e brilho.

 

• Dispersão rápida e eficiente: O escoamento radial cria um jato horizontal de fluido que, ao colidir com as paredes do tanque, forma redemoinhos locais e zonas de turbulência intensa. Essa ação promove a quebra mecânica dos clusters de TiO₂ em um tempo de processo significativamente menor, otimizando a produção e evitando reprocessos ou o uso excessivo de dispersantes químicos.

 

• Formação de zonas de turbulência controladas:
  A configuração radial permite controlar com precisão a zona de impacto de energia, mantendo a dispersão próxima ao impelidor. Isso evita o superaquecimento do lote e proporciona um melhor controle reológico da formulação, preservando a viscosidade desejada.

 

• Ideal para adição por vórtice central (sem chicanas): Durante a adição do pó de TiO₂, o movimento tangencial induzido no topo do tanque (em sistemas sem defletores) forma um vórtice controlado, que ajuda a arrastar o TiO₂ seco para dentro do líquido, reduzindo a formação de grumos e melhorando o tempo de umedecimento das partículas.

 

• Melhor controle da opacidade e cobertura final da tinta: A eficácia da dispersão do TiO₂ influencia diretamente o índice de refração e a capacidade de espalhamento da luz da tinta. A distribuição uniforme das partículas promovida pelo fluxo radial maximiza o “efeito de ocultação”, o que permite, inclusive, reduzir a carga total de pigmento sem comprometer a qualidade do produto.

 

 

 

 

 

Estudos Acadêmicos para fabricação de tintas:

Estudos reforçam a importância do escoamento radial sem chicanas durante a etapa de dispersão. Curiosamente, a ausência de defletores (baffles) – que normalmente é contraindicada para mistura homogênea – pode ser benéfica no início da dispersão de pós.

Pesquisas em processos de dispersão de pigmentos mostram que operar o tanque sem chicanas favorece a formação de um vórtice central, o qual ajuda a melhorar o tempo de incorporação dos sólidos​. Em outras palavras, o vórtice gerado pelo fluxo tangencial auxilia ativamente no arraste dos pigmentos para a zona de cisalhamento do impelidor, tornando a incorporação mais eficiente.

De fato, em processos de dispersão com impelidores de alto cisalhamento (do tipo radial), é prática comum permitir um vórtice controlado para adicionar pós, evitando acúmulo na superfície​. Uma vez que os pigmentos estejam umedecidos e pré-dispersos, as chicanas podem ser introduzidas ou o próprio dispersor pode ser deslocado verticalmente para eliminar o vórtice e completar a homogeneização.

Resumidamente, o movimento radial é responsável por converter a energia mecânica em turbulência fina, condição necessária para desintegrar aglomerados de pigmento. Isso garante que cada partícula de pigmento seja molhada pelo veículo (fase líquida) é separada das demais, desenvolvendo plenamente a cor e propriedades da tinta.

Como vantagem adicional, a turbulência radial intensa tende a uniformizar a concentração de pigmentos nas proximidades do impelidor rapidamente, prevenindo regiões super concentradas (que poderiam levar a floculação) e regiões pobres em pigmento.

 

 

Homogeneização de Tintas e Fluxo Radial:

Além de dispersar pigmentos, um bom misturador deve assegurar que a tinta como um todo esteja homogênea – não apenas em torno do impelidor, mas em todo o tanque. O fluxo radial contribui para a homogeneização através das recirculações que estabelece (centro → paredes → topo/fundo → centro). Em tanques relativamente largos e pouco altos, um único impelidor radial bem posicionado pode ser suficiente para promover a mistura completa. 

Impelidores radiais são particularmente adequados para tanques baixos e largos, pois geram fluxo horizontal capaz de varrer eficientemente o volume nessas geometrias​.

Entretanto, para tanques de maior altura (relação altura/diâmetro elevado) ou fluidos muito viscosos, a homogeneização com impelidor radial único pode exigir estratégias complementares. Algumas práticas comuns na indústria de tintas incluem:

• Uso de impelidores múltiplos ao longo do eixo: Por exemplo, combinar um dispersor radial no fundo com um impelidor axial ou radial adicional mais acima. O impelidor inferior dispersa os pigmentos e o superior garante circulação na região superior, evitando gradientes de concentração ou temperatura.
  
  
• Movimentação vertical do dispersor: Muitos dispersores de tinta são montados em elevadores hidráulicos, permitindo subir e descer o impelidor durante a operação. Este movimento varre diferentes camadas de líquido, destruindo possíveis zonas mortas e uniformizando a mistura​. A Ross observa que essa técnica previne “estratificação ou formação de camadas no interior do lote” durante a dispersão​.
  
  
• Auxílio de raspadores ou impelidores auxiliares de fluxo axial: Em tintas muito espessas (altos sólidos ou viscosantes reológicos), é comum agregar agitadores de baixa velocidade com pás tipo âncora (que geram fluxo tangencial e raspam as paredes) simultaneamente ao impelidor radial de alta velocidade. O impelidor de alta cisalhamento cuida da dispersão micro e a âncora cuida da macro-homogeneização, evitando gradientes e removendo material aderido nas paredes.
  
  

Com a configuração apropriada, o fluxo radial consegue homogeneizar rapidamente a composição da tinta, pois a dispersão efetiva dos pigmentos já impulsiona o equilíbrio de concentração. Diferentes estudos destacam que a ausência de zonas estagnadas é crucial para boa homogeneização​. O movimento radial, quando bem implementado (geralmente com auxílio de chicanas a partir da fase de homogeneização), minimiza zonas estagnadas devido à sua natureza altamente turbulenta. As áreas logo acima e abaixo do impelidor radial recebem fluxo ascendente/descendente resultante do jato radial batendo na parede, o que ajuda a renovar continuamente o líquido em todas as regiões.

Um ponto a ressaltar é que o controle do regime de escoamento (laminar vs. turbulento) influencia a eficácia da homogeneização. Em sistemas de tintas, normalmente opera-se em regime turbulento (números de Reynolds elevados), onde a difusão por turbilhonamento domina. Impelidores radiais operando em regime turbulento alcançam coeficientes de mistura elevados, bastando alguns minutos para uniformizar completamente lotes de tintas de centenas de litros, conforme dados empíricos industriais.

 

 

Vantagens do Fluxo Radial na Indústria de Tintas:

Considerando os pontos acima, fica evidente que o movimento radial possui vantagens importantes para a formulação de tintas, especialmente em etapas de dispersão e moagem úmida de pigmentos:

• Dispersão Rápida e Completa de Pigmentos: Impelidores radiais de alta velocidade reduzem drasticamente o tempo necessário para molhar e dispersar pigmentos. A combinação de cisalhamento alto e turbulência fina resulta em partículas de pigmento uniformemente distribuídas e tamanho devidamente reduzido, garantindo desenvolvimento ótimo da cor e estabilidade da suspensão​.
  
  
• Homogeneização Eficiente em Escala Microscópica: Enquanto impelidores axiais misturam em escala macroscópica (massa líquida), os radiais atuam nas micro-escala. Eles asseguram que componentes como pigmentos, cargas minerais e emulsões poliméricas fiquem bem triturados e misturados na resina, o que melhora propriedades como cobertura (poder tintorial), brilho e reologia da tinta acabada.
  
  
• Alta Turbulência Favorecendo Reações e Transferência de Massa: Muitas tintas envolvem reações (polimerização, dispersão de emulsificantes) ou adição de solventes que requerem boa distribuição. O regime turbulento intenso criado pelo fluxo radial favorece a rápida difusão de quaisquer aditivos ou reagentes introduzidos, bem como a uniformidade térmica (transferência de calor mais rápida). Cerca de 80% das aplicações de agitação em processos industriais exigem principalmente bombeamento (mistura bulk) e 20% exigem cisalhamento intenso​; a fabricação de tintas se enquadra neste último caso, em que a capacidade de cisalhamento é extremamente importante para o sucesso do processo.
  
  
• Versatilidade com Diferentes Viscosidades: Misturadores radiais podem lidar com uma gama razoavelmente ampla de viscosidades encontradas em tintas. Em formulações aquosas mais fluidas, eles geram fluxo circulatório suficiente (especialmente se complementados com chicanas) para misturar bem. Em tintas pastosas ou de alto teor de sólidos, podem ser combinados com agitadores auxiliares. Assim, o fluxo radial confere flexibilidade ao processo, pois um mesmo equipamento pode, por exemplo, primeiro dispersar pigmento (fase de cisalhamento alto, sem chicana) e depois, ao aumentar a viscosidade com resinas espessantes, realizar a homogeneização final (usando chicanas e impelidor auxiliar axial, se necessário).
  
  
• Melhoria da Qualidade do Produto Final: A adoção de um padrão de fluxo adequado impacta diretamente a qualidade da tinta. O fluxo radial, ao garantir dispersão fina, evita problemas como tonalidade inconsistente, perda de brilho por aglomerados de pigmentos não dispersos, sedimentação prematura de partículas pesadas e até defeitos de desempenho (por exemplo, menor resistência à abrasão devido a má distribuição de cargas). A literatura mostra que bons parâmetros reológicos de tintas (como viscosidade equilibrada e tixotropia adequada) estão associados a processos de mistura eficientes. Portanto, um mixer radial bem projetado contribui para tintas com propriedades reológicas consistentes, facilitando a aplicação (pincelamento/rolagem) e formação do filme uniforme na secagem.
  
  

 

Conclusão:

Os misturadores com escoamento radial desempenham um papel indispensável na indústria de tintas imobiliárias, aliando mecânica de fluidos à engenharia de processos para atingir dispersões de pigmentos eficazes e misturas uniformes. Enquanto impelidores de fluxo axial garantem a circulação em larga escala, é o movimento radial que fornece o poder de cisalhamento necessário para desagregar partículas e homogeneizar componentes em nível fino. A comparação entre os padrões de fluxo evidencia que o radial sobressai naquilo que é crítico para tintas: pulverizar aglomerados sólidos e distribuir fases insolúveis de forma homogênea. 

Combinado a práticas recomendadas (uso de defletores, configurações mistas de impelidores e controle de vortex), o fluxo radial oferece melhores resultados de mistura em muitos casos, superando fluxos puramente axiais ou tangenciais na obtenção de um produto final de alta qualidade​.

 

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