Como dimensionar um tanque misturador?

O dimensionamento de tanques misturadores é um procedimento de engenharia crítico para assegurar a otimização da mistura em uma variedade de processos industriais. A seleção e o dimensionamento adequados do tanque misturador impactam diretamente a eficiência, a qualidade do produto e a escalabilidade do processo.

Exige conhecimento em dinâmica dos fluidos, transferência de calor e massa e propriedades dos materiais.

Conheça: Como escolher um misturador ideal para seu ambiente de produção?

Importância da Escolha Correta do Tanque Misturador

A seleção inadequada do tanque misturador pode resultar em diversos problemas, tais como:

• Mistura Ineficiente: Zonas mortas, estratificação e falta de homogeneidade podem comprometer a qualidade do produto e a eficiência do processo.

• Consumo Excessivo de Energia: A escolha inadequada do impulsor ou da velocidade de agitação pode levar a um consumo desnecessário de energia.

• Danos ao Produto: Forças de cisalhamento elevadas podem danificar produtos sensíveis, como células ou polímeros.

• Escalabilidade Comprometida: Um dimensionamento inadequado pode dificultar a transferência do processo do laboratório para a escala industrial.

Fatores a serem considerados:

1. Tipo de mistura: É essencial definir o tipo de mistura que se deseja realizar no tanque, como mistura de líquidos, sólidos ou gases. Cada tipo de mistura requer diferentes configurações de tanque e agitador.
2. Volume do tanque: O volume do tanque é um dos principais parâmetros a serem determinados, levando em consideração a quantidade de material a ser misturada e a capacidade de produção desejada.
3. Forma do tanque: A forma do tanque pode influenciar no desempenho da mistura. Tanques cilíndricos são os mais comuns, mas também existem tanques quadrados, retangulares e cônicos, cada um com suas vantagens e desvantagens.
4. Tipo de agitador: O agitador é o responsável por promover a mistura no tanque. Existem diversos tipos de agitadores, como hélices, turbinas, pás e rotores, cada um adequado para diferentes tipos de mistura e viscosidades de fluidos.
5. Velocidade de agitação: A velocidade de agitação do agitador é um parâmetro importante que afeta a intensidade da mistura. É preciso determinar a velocidade ideal para garantir uma mistura homogênea sem gerar turbulência excessiva.
6. Tempo de mistura: O tempo de mistura necessário para atingir a homogeneidade desejada é um fator crucial a ser considerado, influenciando na escolha do agitador e na velocidade de agitação.
7. Viscosidade dos fluidos: A viscosidade dos fluidos a serem misturados é um fator importante na escolha do agitador e na determinação da velocidade de agitação. Fluidos mais viscosos exigem agitadores mais potentes e velocidades mais baixas.
8. Densidade dos fluidos: A densidade dos fluidos também influencia no dimensionamento do tanque e do agitador, principalmente em misturas de líquidos com densidades diferentes.
9. Temperatura de operação: A temperatura de operação do tanque pode afetar a viscosidade dos fluidos e a eficiência da mistura, sendo importante considerar esse fator no dimensionamento.

Como calcular o tamanho da hélice?

O diâmetro do disco deve ser sempre próximo de 1/3 do diâmetro do tacho.

A distância do disco ao fundo do tacho deve ser de 1/2 diâmetro do disco.

A carga útil a ser utilizada deve estar entre 50/70% do volume total do tacho.

Assim um tacho ideal para esse caso teria:

0,9 m a 1 m de diâmetro.

1,3 m de altura

Parâmetros Fundamentais e suas Implicações na Dinâmica dos Fluidos

1. Geometria do Tanque: A forma do tanque (cilíndrico, cônico, etc.) e a relação diâmetro/altura influenciam o padrão de fluxo e a turbulência no interior do tanque. Tanques com fundo cônico são frequentemente utilizados para facilitar a drenagem e evitar a sedimentação de sólidos.

2. Tipo de Impulsor: A escolha do impulsor (axial, radial, hélice, turbina, etc.) é crucial e deve ser determinada com base na viscosidade do fluido, no regime de escoamento desejado (laminar ou turbulento) e na aplicação específica (mistura de líquidos miscíveis, dispersão de sólidos, etc.).

3. Velocidade de Agitação: A velocidade de rotação do impulsor afeta a intensidade da mistura e a taxa de transferência de massa. É essencial encontrar um equilíbrio para evitar consumo excessivo de energia e danos ao produto devido a forças de cisalhamento elevadas.

4. Posicionamento do Impulsor: A posição do impulsor no tanque (central, descentralizado, próximo ao fundo, etc.) influencia a homogeneidade da mistura e a prevenção de zonas mortas.

5. Fluidos e suas Propriedades: As propriedades físicas dos fluidos (viscosidade, densidade, tensão superficial) são parâmetros-chave na determinação do tipo de impulsor e da velocidade de agitação. Fluidos não-newtonianos, por exemplo, exigem considerações adicionais devido ao seu comportamento reológico complexo.

Processo de dimensionamento:

1. Coleta de dados: Reúna todas as informações necessárias sobre os materiais a serem misturados, o tipo de mistura desejada, o volume do tanque, a forma do tanque, a viscosidade e densidade dos fluidos, a temperatura de operação e o tempo de mistura desejado.
2. Cálculo do volume do tanque: Determine o volume total do tanque com base na quantidade de material a ser misturada, considerando um espaço livre para evitar transbordamentos.
3. Escolha do agitador: Selecione o tipo de agitador mais adequado para o tipo de mistura, a viscosidade dos fluidos e o volume do tanque.
4. Cálculo da velocidade de agitação: Determine a velocidade de agitação ideal para garantir uma mistura homogênea sem gerar turbulência excessiva, levando em consideração o tipo de agitador, a viscosidade dos fluidos e o tempo de mistura desejado.
5. Dimensionamento do motor: Calcule a potência necessária do motor para acionar o agitador na velocidade determinada, levando em consideração o tipo de agitador, a viscosidade dos fluidos e o volume do tanque.
6. Definição dos acessórios: Determine os acessórios necessários para o tanque misturador, como bocais de entrada e saída, visor de nível, termômetro, etc.
7. Projeto do tanque: Elabore o projeto detalhado do tanque misturador, incluindo as dimensões, o tipo de material de construção, os acessórios e o sistema de agitação.
8. Construção e testes: Construa o tanque misturador de acordo com o projeto e realize testes para verificar se ele atende aos requisitos de desempenho e segurança.

Dicas importantes:

• Consulte normas técnicas: Utilize normas técnicas como a ABNT NBR 13848 para obter orientações sobre o dimensionamento de tanques misturadores.
• Utilize softwares de simulação: Existem softwares de simulação que podem auxiliar no dimensionamento de tanques misturadores, permitindo avaliar o desempenho da mistura em diferentes configurações.
• Consulte um especialista: Se você não tiver experiência em dimensionamento de tanques misturadores, é recomendado consultar um especialista para garantir a segurança e eficiência do equipamento.