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CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS:

Entende-se por agitação, a operação de produzir movimentos mais ou menos regulares no interior de um fluido. Quando se trata de uma só substância, a operação é de agitação propriamente dita, para duas ou mais substâncias (miscíveis ou imiscíveis entre si) tem-se uma mistura.

A maioria das operações nas indústrias de processos, requer agitação do produto para cumprir uma das seguintes finalidades: mistura de líquidos, formação de dispersões, transmissão de calor e uniformização de temperatura.

A operação básica de agitação é a mais difícil de sujeitar-se a uma análise científica. Não existe uma fórmula verdadeira ou equação generalizada para pré-determinar a velocidade de um agitador sob determinadas condições.

O sistema de agitação é, também, integrado à geometria do tanque para propiciar as melhores condições para o processo e a maior economia operacional possível.

A agitação, como visto na Figura 1, pode ser feita por impelidores: de fluxo – como a recirculação por bombas (a); rotativos rápidos – como as pás retas inclinadas em (b) e (c); os navais em (d) e os rotativos lentos – como as âncoras em (e) e (f).

Figura 1 – Tipos de impelidores

A agitação, em seu aspecto tecnológico, que consiste em produzir movimentos turbulentos em um fluido por meio de dispositivos mecânicos é uma das operações mais antigas e mais comuns na indústria. No entanto, mesmo sabendo que a eficiência e o consumo de energia na agitação dependem dos princípios básicos da Mecânica dos Fluidos, as configurações do escoamento nos tanques com agitação são tão complicadas que a aplicação rigorosa dos referidos princípios básicos é impossível.

A agitação, nos casos típicos, efetua-se num tanque cilíndrico pela ação de lâminas que giram acopladas a um eixo-árvore que coincide com o eixo vertical do tanque. O agitador pode operar em base contínua ou descontínua.

Na operação contínua, os produtos a serem misturados são aduzidos continuamente ao tanque e a mistura é removida, também continuamente.

As lâminas do agitador assumem formas diferentes dependendo do serviço a ser realizado. O tanque pode possuir chicanas ou quebra-ondas, que são chapas metálicas montadas verticalmente no costado.

As chicanas promovem maior ação de mistura e provocam a formação de uma superfície líquida livre mais ou menos horizontal.

Na ausência das chicanas, com o agitador centrado e a velocidades elevadas, forma-se um redemoinho, em virtude da ação da força centrífuga sobre o líquido e da sua superfície livre que pode responder à força.

O movimento da lâmina do agitador no fluido e o movimento resultante do fluido pelas paredes provocam um atrito característico e um arraste que dependem da rotação e do modelo das lâminas e do tanque.

O nível de agitação
Certa resposta dinâmica mínima é requerida para se resolver satisfatoriamente um problema de agitação. Essa resposta é representada pela magnitude da velocidade do fluido a ser impressa pelo misturador.

A velocidade de fluxo criada em um tanque por um agitador tem três componentes: uma radial, atuando na direção perpendicular ao eixo-árvore; uma longitudinal, atuando paralelamente ao eixo-árvore e uma componente de rotação, que atua na direção tangencial ao círculo de rotação do eixo-árvore.

As componentes radial e longitudinal contribuem efetivamente para a mistura, o que não acontece com a tangencial.

Essa componente tangencial produz uma camada de fluxo em rotação ao redor do eixo-árvore, em geral, em escoamento laminar e que praticamente impede a movimentação longitudinal. O resultado é que o conteúdo do tanque gira somente, sem produzir quase nenhuma ação de mistura.

A potência absorvida pelo líquido é muito limitada já que a velocidade relativa entre as pás e o fluido é pequena.

A componente tangencial pode dar lugar à formação de vórtice na superfície do líquido, que será cada vez mais profundo à medida que aumenta a rotação do agitador. Quando o vórtice alcança a zona de sucção da hélice, a potência transferida ao fluido diminui subitamente devido ao arraste de ar para o interior do produto.

Outro inconveniente, associado ao fluxo rotatório, é que eventuais partículas sólidas podem se separar por ação de forças centrífugas.

Critérios para definir o nível de agitação
Até alguns anos atrás, a intensidade de agitação era dividida em três ou quatro categorias: fraca ou débil, moderada ou média, vigorosa ou grande e violenta ou muito grande.

FRACA: significando baixa turbulência. A superfície apresenta-se praticamente estagnada ou com lento movimento circular.

MODERADA: onde a superfície do líquido apresenta intensa movimentação, mas sem redemoinhos ou borbulhamentos, isto é, alto grau de turbulência na parte inferior do tanque.

VIGOROSA: que compreende alto grau de turbulência em todos os pontos do líquido, sendo que na superfície aparecem os redemoinhos e o borbulhamento.

VIOLENTA: onde se tem todas as condições da agitação vigorosa mais a tendência a formação de vórtices.

Outro critério para definir o nível ou a intensidade de agitação é reportar-se a determinada potência transferida por unidade de volume de fluido. Este é um critério relativo, pois, dois agitadores consumindo a mesma potência, sem dúvida, podem ter e têm, comumente, nível de agitação distinto.

Para quantificar objetivamente o grau de agitação, fixou-se a velocidade média imprimida aos fluidos pelas pás, na faixa de 1,8 a 18,3 m/min. Uma escala de 1 a 10 foi, então, estabelecida para cobrir essa faixa.

Desta forma, o nível da agitação (NA) fica definido através da divisão da velocidade média do fluido por 1,8, como mostra a Tabela 1.

Tabela 1 – Nível de agitação

	Baixo		Médio		Alto
NA	(m/min.)	NA	(m/min.)	NA	(m/min.)
		3	5,4	7	12,6
		4	7,2	8	14,4
1	1,8	5	9,0	9	16,2
2	3,6	6	10,8	10	18,3

A agitação nos níveis 1 e 2 é característica das aplicações que requerem a menor movimentação possível para o produto. Já os níveis de 3 a 6 caracterizam a maior parte das aplicações industriais. De 7 a 10 têm-se os processos que necessitam de alta velocidade.

Além do estabelecimento do nível de agitação, são fatores importantes na determinação do melhor sistema: a densidade específica, a viscosidade do produto na temperatura de operação e a própria geometria do tanque.

Para tanques altos, é necessário um elemento impulsor a cada diâmetro de altura do recipiente.

A posição da hélice é de fundamental importância nas operações do equipamento, pois, influi na formação de vórtices ou na aspiração de ar para o produto. O vórtice pode se formar, dependendo das condições de rotação e potência, quando a hélice está colocada no centro de um tanque sem chicanas ou quando aparece muito perto da superfície do líquido.

Uma das maneiras de se evitar a formação de vórtices é deslocar o agitador para fora do centro do tanque.

Principais tipos de agitadores
Os agitadores de pás inclinadas, de maneira geral, possuem uma ação suave que, com frequência, deseja-se para a maioria das substâncias. É largamente empregado por gerar fluxo longitudinal, radial e circunferencial.

Atende a maioria das aplicações pelo fato de poder trabalhar com líquidos de 1 a 100000 cP {10-3 a 100 kg/(m.s)] de viscosidade, criando alta e baixa turbulência dependendo da velocidade de operação e consumo de potência de moderado a alto. São úteis para operações de mistura envolvendo líquidos miscíveis ou na dissolução de produtos sólidos.

Para líquidos mais viscosos, a fim de promover maior transmissão de calor nas operações de aquecimento ou resfriamento em reatores e minimizar a formação de depósitos são empregados agitadores do tipo âncora. Produzem somente fluxo tangencial, baixa turbulência e provocam alto consumo de potência.

Os agitadores navais giram a grande velocidade e produzem principalmente correntes longitudinais e rotatórias. Em função de seu pequeno diâmetro não são efetivos em tanques grandes. Produzem alta turbulência com baixo consumo de potência.

Devido à natureza predominantemente longitudinal das correntes de fluxo, as hélices navais devem ser montadas em eixos-árvores verticais descentrados em relação ao diâmetro do tanque e, de preferência, formando certo ângulo em relação a vertical. Podem ser colocados lateralmente, mas sem posicioná-los no centro. São mais efetivos na mistura de líquidos pouco viscosos [µ < 3000 cP ou 3 kg/(m.s)]. Pelo fato de cortarem e cisalharem o produto, dispersam sólidos e preparam emulsões.

Existem muitas variantes para o agitador de palhetas. Possuem fluxo tangencial, requerem mais energia que os navais e as turbinas. O comprimento, o número de palhetas e sua inclinação podem variar grandemente. As palhetas compridas são utilizadas para dissolução e dispersão.

Importância do projeto e objetivos
Em decorrência das inúmeras variáveis inseridas no processo de agitação, começando pela definição da geometria do tanque, recente estudo mostra que nos Estados Unidos perde-se cerca de 1,5 bilhões de dólares ao ano por deficiências neste processo.

Um sistema de agitação mal definido, normalmente, não atende as exigências do produto, implica em maior tempo de permanência do produto no tanque, investimentos desnecessários e elevado custo operacional.