Lista Agitação e Mistura

Lista de Exercício – Agitação e Mistura 1) Deseja-se projetar um tanque agitado que irá conter 10000 gal de glicerina. Selecionar o rotor adequado e sua rotação tendo como sugestão a geometria do sistema proposto por Chudacek (1984). 2) Uma turbina com disco de lâminas verticais retas é instalada ao eixo de um tanque vertical de fundo plano. Os diâmetros do tanque e do rotor são, respectivamente, 1,83 m e 0,61 m. O rotor tem lâminas de espessura igual a 0,152 m, está distante 0,61 m do fundo do tanque, o qual contém líquido a uma altura igual ao seu diâmetro. Esse líquido é solução de soda cáustica (50%) a 65,6°C, cuja viscosidade é de 12 cP e massa específica de 1498 kg/m³. Sabe-se que a turbina opera a 90 rpm e que o tanque contém quatro chicanas. Que potência útil será necessária para operar o agitador, em kW? Qual a potência do motor considerando uma eficiência de 75%, em HP? (Usar o gráfico de Treybal - 1980). R: 2,24 kW; 3,82 HP 3) Deseja-se agitar um líquido newtoniano de propriedades físicas conhecidas (µ = 84 cP e ρ = 820 Kg/m³) por meio de um impulsor do tipo turbina de 6 lâminas verticais planas com tanque padrão com 4 defletores. O diâmetro do impulsor (D) é 0,355 m e a taxa de rotação (N) é 100 rpm. Qual será a potência no eixo do motor, considerando uma eficiência de 70%, em HP e a potência útil por unidade de volume (nível de agitação), em HP/m³? Identifique o tipo de agitação no tanque. (Usar gráfico de Bates et al. - 1953). R: 0,95 HP/m³ 4) Em um tanque de agitação deve-se aquecer uma doce que apresenta viscosidade dinâmica igual a 25 cP e massa específica igual a 1550 kg/m³. Calcule a potência consumida pelo sistema de agitação (útil), em HP, sabendo que o rotor é do tipo turbina de lâminas verticais retas com as seguintes dimensões e dados para o tanque agitado: T = 3 D; m = C; O = 7 m; CT = 21 m; N = 60 rpm (Usar o gráfico de Treybal - 1980). a) Tanque com chicanas. R: 1,47 HP b) Tanque sem chicanas R: 0,31 HP 5) Deseja-se misturar ácido acético com água em batelada. Testou-se, em laboratório, um sistema de agitação utilizando-se um tanque padrão com um impulsor do tipo turbina de pás retas. Os dados do sistema de agitação em laboratório são: T = 0,25 m; T/D = H/D = 3 cm; C/D = 1; m; W/D = 0,1. Projetou um sistema industrial para misturar 4 m³ de ácido acético com água através do sistema de agitação estudado em laboratório. R: T1=1,2 m; D=0,57 m; H1=1,72 m; C0=0,57 m; W0=0,057 m. = 300 rpm. 6) Em um experimento de laboratório foram obtidos os seguintes dados durante a inversão de um xarope de 40% de sacarose a 30°C: ρ= 1050 kg/m³; n = 4 cP; N = 750 rpm; rotor tipo turbina de lâminas curvas; tanque com 4 chicanas; H/D = 3; T = 0,33; m T/D = 3; C/D = 0,75; W/D = 0,17. Calcule: (Usar o gráfico de Treybal - 1990). a) A potência útil, em kW. (W = 0,10 kW) => b) Potência calculada => c) WDL -P e) A potência útil, em kW; a rotação e as dimensões para um sistema industrial com 50000 litros de xarope, operando na mesma potência por metro cúbico do item (a). R: (WL)=166,82 kW; N=143,16 rpm; T2=4,00 m; D1=3,33 m; H1=4,00 m; C =1=00 m; (WDL)=0,23 m. 7) Obtenha o valor da potência útil associada à agitação de certo óleo essencial de origem amazônica (µ = 38 cP; ρ = 902 g/cm³), sabendo-se que o impulsor é do tipo turbina de Rushton (turbina disco de lâminas verticais planas), que opera a 240 rpm. O tanque agitado segue as medidas padrão e o nível de agitação é igual a 1 HP/m³. (Usar o gráfico de Treybal -1980). R: 13,1 HP 8) Deseja-se projetar um sistema para concentrar biomassa de levedura (Saccharomyces cerevisiae) oriunda de uma solução residual de uma indústria cervejeira. Para tanto, esta solução deve ser desbembada para um reservatório. Após tal operação, a solução deve ser conduzida a um tanque agitado para promover a homogeneização da solução (antes de submetê-la à operação de concentração). Sendo assim, projete o sistema de agitação para um tanque de 10 litros, considerando-o em medidas padrão, de modo que o seu volume venha ser 35% maior do que o volume do líquido a ser agitado. O impulsor a ser utilizado é do tipo turbina de Rushton (turbina disco de lâminas verticais planas). Sabe-se, também, que o nível de agitação é igual a 0,2 HP/m³, assim como a suspensão apresenta µ = 1,435 cP e ρ = 0,998 g/cmi. (Usar o gráfico de Treybal - 1980). R: T2=22,0 cm; D1=7,3 cm; H=22,0 cm; C=7,3 cm; b=2,2 cm; W=1,5 cm; L=1,8 cm; V=7,4x10³ m³; W1=1,25 W; N=294 rpm. μ = 8,4 cP, 8,4 x 10⁻³ kg/m.s σ = 800 kg/m³ D = 0,355 m η = 0,9 N = 100 rpm = 1,667 rps Impulsor de tipo turbina de 6 lâminas vetorias planas com tanque padrão e com 4 defletores. Re = ρND²/μ = 800 kg/m³ * 4,6647 rps * (0,355 m)² / 8,4 x 10⁻³ kg/m.s => Re = 2,0 x 10⁴ P = f (pelo gráfico de Bates, 1963) => W|Mist = P N³ D⁵ ρ = 5 (1,667 rps)³ (0,355 m)⁵ (800 kg/m³) => W|Mist = 204,5 W W|conv = W|u W|hp=> W|conv = 204,5 W / 0,7 = 2,73402 HP / 0,1³ W = W|conv = 0,2 HP P/ um impulsor de 6 lâminas vetorias planas com 4 defletores, T/D = 3 T = 3 => T = 3 D = 3 x 0,355 m => T = 1,065 m V = πD³/4 T/T² => T* = (0,065 m)³/4 => V = 0,35 m³ Na = W|u/V = 204,5 W / 0,925 m³, (2,73402 HP) / 0,1³ W => Na = 0,15 HP/m³ μ = 46 cP, 4 x 10⁻³ kg/m.s ρ = 1550 kg/m³ T = 2,1 m C = 0,7 m N = 60 rpm D = 0,7 m h = 2,1m Re = ρND²/μ = 1550 kg/m³ x 1 rps x (0,7 m)² / 4 x 10⁻³ kg/m.s => Re = 5,4 x 10³ (a) Pelo gráfico de Treiyeal, 1980 ρ = 4 W|Mist = ρ N³ D⁵ρ = 4 (1 rps)³ (0,7 m)⁵ (1550 kg/m³) => W|Mist = 0,042,034 W W|u W|hp=> W|u = 0,042,034 W / 2,73402 HP /0 103 W) => W|u = 2,4 HP (b) pelo gráfico de Treiyeal, 1980 ρ = 0,8 W|Mist = ρ, N³D⁵ ρ = 0,8 (1 rps)³ (0,7 m)⁵ (1550 kg/m³) => W|Mist = 208,4062 W W|u = W|u = 208,4062 W (2,73402 HP) /0 103 W) => W|u = 0,28 HP ==================== 5) Impulsor do tipo turbina de seis pás retos T = 0,25 m I/D = 3 H/D = 3 m C = 1 m W/D = 0,1 I/D = 3 m : Do T/3 m => Di = D/0,25 m/3 => Df = Df/3 => Df = 0,083 m H⁰ = 3 m : H2 = 2/D2 = 0,083 m => Ho = 0,248 m C|/D| = 1m : Ca = 1m x 0,083 m => C2 = 0,083 m W|D/D| = 0,1m : W|e = 0,1m x 0,083 m => W|e = 0,0083 m V = πD³/4 V = πT³/4 T⁰ = 4V/π Te = T²² 4 x 4 m² π ==================== To = T2D2 T: Pe =TcD1/ T1 Te = π1, 72m x 0,083m/0,25m = Te = 0,54 m H2 = T Ho = H2/D2 Ho = 0/0,536 m 0 = 0,539 m 0/0054m = H2 = 1,72m C1/D1 = C2/D2 C1 = C/D2 = 0,003 m H2 = 0,54 m 0 = 0,57 m W2/W1 = De C2 = 0,0083m W2 = 0,54 m W2 = 0,057 m 6) ρ = 1050 kg/m³ μ = 46cp 4 x 10⁻³ kg/m.s N = 250 rpm = 22.5 rps T/H = 1/0.333m I/CD = 0,9 W/D = 0,14 D = T/3 => Df = 0,111m (a) Re = ρND²/μ = 1050 kg/m³ x 22,5 rps x (0,111m)² / 4 x 10⁻³ kg/m.s => Re = 6,094 x 10⁴ ==================== W|Mist = ρ,N³ D⁵ ρ, -= (22,5, rps)³ (0,111m)⁵ (1050 kg/m³) => W|Mist = 36,76 We = 0.10KW (b) V = πT³/4. Te = 4V/π Te = 1 m 10002 4x50.10/(m³ 1000,²) Te = 4,1 m Te/D2 = T1 D2 = Te D1/T1 => 4.0 x 0.111 m/0.333 m => D2 = 1,33 m ==================== (N³ D⁵) = = (N³ D²) = D2² N2³ = N¹ D¹² D² = N2 = √(1925 x 0.447) N¹ = √ N2/123 1.33² N2 = 183rps N2 = 2,3 rps 1.93,23.rpm H2 = 3 \rightarrow H2 = 3D2 = 3,0,33m \rightarrow Ht = 9,00m C2: 0.75= C2 = 0,75DC2 = 0,75 \times 0,33m = Qt: 4,0m W2:0,12 \rightarrow W2= 0,12D2 = 0,17 \times 0,33 = W2 = 0,23m 7) me= 32kg - 32x10-8 kg/cm = 520 /d = Turbina disco de lâminas retas planas \rho = 0,920 g/cm³ \rightarrow \frac{1kg}{1000g} \times \frac{1000cm³}{1m} = 520 kg/m² N = 240 rpm = 4rps Pelo gráfico de Trebal, a curva representa +cada pela curva G , Adimitindo que o regime é N Vu = 2.9 HP turbulento e Re da ordem de 10* e Po= 5 w2 = N\rho D5 = Po= w1u N2D5 \rho N2D3\rho = 222,55 T3 N2D5 \rho \times 4 N2D3\rho = 6026,26 D3 D2 = \frac{6026,26}{N3 \rho} \rightarrow D= \sqrt{\frac{6026,26}{4^3 \times 520}} \rightarrow D = 0,32 m w= N\rho .D.T2 = Nh = 2,9 HP m3 \times \frac{TT}{4} \rightarrow \frac{w}{4} = \frac{(9,364mh)3 \times TT}{4} = Fill . 1, v{}u = 130 I . cm3 = 7,41 x 10+ 3 = fill \hline Vuu = 432 HP \ldots N\eta = 12 HP /m3. \rho e = 0,928 g/cm2 me= 1,425p /p + 1,35 x 10-7g/cm = depoimento 8) Vt= 10 \ell \frac{m3}{1000\ell} = 0,01m2 \rho = volume do tanque é 35% mais \quad o do liq\nitem Y. = 8,35V \quad Y = \frac{Vt}{2,35} \quad = 0.01m3 Turbina disco de lâminos rectilo planas. Tamque patri hm T= \frac{TT}{4} D = \sqrt{\frac{42}{TT} \times \frac{4 \times 9.21 \times 10 \times 8 m3}{ \pi}} hm -D \gets 0,21m\n\frac{10cm}{l} \rightarrow 24 \box{0.21m} \to D = 0,9cm - D/T \circ \frac{1}{3}= 0,333* D = 0,333 - 2Hcm\n\rightarrow D = 2,03cm C 1 \rightarrow C= x 7,03 cm \rightarrow C = 7,03 cm HM 9 \rightarrow H= 4y 21M = h \rightarrow V1 = 21,1 cm W/3D C \rightarrow q \ni \times ,\,03cm \rightarrow w/w1 = 21,1m b2 =. H1m \rightarrow 21,1/mc/m = b = 1,41cm * Cm \cm^{m} -2 \rightarrow km d=\frac{b}{dT} \rightarrow b =\frac{1}{10}= \frac{3,14}{21/cm} \rightarrow b = 2,41 cm \hline b =2,49 cm \ldots