Nesse problema, estamos interessados APENAS em área da superfície do líquido; não estamos nos importando com efeitos adversos que isso venha a causar.

Para haver maior área superficial possível no líquido, vamos precisar de vórtice, por que a área gerada pelo “V” é maior do que a área da superfície caso plana.

Então, a questão se resume a como gerar um vórtice. Vamos por partes.

• Vimos que vórtices aparecem quando a o fluxo tangencial predomina na agitação, então, para favorece-los, vamos ter que escolher um impelidor que forneça fluxo tangencial majoritário.
• Também sabemos que chicanas são utilizadas para quebrar vórtices, daí nosso tanque NÃO vai poder ter chicanas.

Exercício bem teórico, né? Haha Mas importante. O objetivo de agitação e mistura pode ser:

• aumentar taxas de transferência de calor e massa
• tornar o que está sendo mexido mais homogêneo

Lá na teoria vimos que tanto agitação como mistura envolvem “mexer” algo. A diferença é que falamos em agitação quando há apenas uma fase sendo “mexida” e falamos em mistura quando há duas ou mais fases.

Um exemplo de aplicação de agitação é num tanque com líquido para uniformizar concentrações ou temperatura.

Já um exemplo de mistura pode ser uma fase líquida e uma fase gasosa entrando em contato para haver transferência de massa.

Tanto agitação como mistura envolvem “mexer” algo (e gasta-se energia para isso). Entretanto:

• Agitação se refere a “mexer” algo em uma única fase. Por exemplo, agitar um líquido para uniformizar a concentração de algum reagente nele.
• Já mistura é quando você mexe algo que está em duas ou mais fases. Na teoria vimos o exemplo de fazer clara em neve, em que se mistura a clara, um líquido, com o ar, um gás. Um exemplo mais da indústria pode ser mistura um gás contendo muito de algum reagente com um líquido contendo pouco, de forma a haver transferência de massa entre essas fases.

A gente já viu que agitação serve para mexer algo, mas o que esse enunciado pergunta é “como esse algo é mexido”. Lá na teoria vimos que existem três tipos de fluxo:

• Fluxo Radial
• Fluxo Axial
• Fluxo tangencial

Ok, uma parte do que foi pedido já tá aí. Agora temos que diferenciar esses fluxos.

• Fluxo Radial: nesse tipo de fluxo, o fluido é lançado em direção à parede do tanque. Depois que ele bate na parede, o fluido se distribui pra cima e pra baixo; traça um percurso e acaba voltando ao impelidor pra “refazer” o ciclo. Tipo assim:



• Fluxo Axial (= fluxo longitudinal): nesse tipo de fluxo, o fluido é lançado para o fundo do tanque e depois ele sobe e acaba voltando ao impelidor pra recomeçar o ciclo. Tipo assim:



• Fluxo Tangencial (= fluxo rotacional): esse fluxo é circular em torno do eixo do impelidor.

E é importante lembrar que no tanque vão existir os 3 tipos de fluxos simultaneamente, mas dependendo do tipo de impelidor e geometria do tanque, algum vai prevalecer.

Lá na teoria, a gente viu que vórtice é quando forma tipo um V na superfície do líquido sendo agitado. O líquido meio que “sobe” pela parede do tanque e “afunda” mais pro centro. Fica algo mais ou menos assim:

Vórtices são geralmente indesejados porque:

• Se o tanque não for fechado, pode ocorrer derramamento de fluido
• A mistura uniforme é dificultada; se tiverem partículas sólidas no meio, a força centrífuga as lança pra fora do vórtice

E também vimos na teoria que pra evitar a formação dos vórtices a gente tem que colocar umas placas na parede do tanque pra quebrar o vórtice. Essas placas são chamadas de chicanas.

Então, nessa questão a gente vai ter que primeiro lembrar dois três tipos de fluxo existentes:

• Fluxo Radial:



• Fluxo Axial (= fluxo longitudinal):



• Fluxo Tangencial (= fluxo rotacional):



Agora, bora pensar nesses fluxos associados a uma bolha de ar qualquer injetada. A bolha possui densidade menor do que o líquido então vai, inevitavelmente, subir. Eventualmente ela chega na superfície e sai do líquido.

O lance é avaliar se a agitação vai contribuir para esse percurso da bolha até a superfície ser mais ou menos rápido.

Passo 2

Bora pensar o que acontece com uma bolha de ar presente no fundo do reator quando cada um dos 3 tipos de fluxo possíveis existe.

• Fluxo Radial:



Pelo desenho, a gente vê que logo que a bolha chega no fundo do reator, vai ter uma corrente jogando-a mais pra cima, pra altura do impelidor. Logo depois a bolha será lançada para a parede e, assim como pode voltar ao fundo, pode ser projetada para cima. E isso DIMINUI o tempo que ela passa no líquido.

• Fluxo Axial (= fluxo longitudinal):



Nesse tipo de fluxo, a coitada da bolha não tem nem chance... assim que entra no fundo do tanque já tem uma corrente jogando-o pra superfície e a tirando do contato com o líquido. Esse é o pior dos casos e ocorre, também, a diminuição do tempo de contato.

• Fluxo Tangencial (= fluxo rotacional):

Finge que ainda não sabe que a resposta é fluxo rotacional haha Pensa comigo. Se NÃO houvesse nenhuma agitação, a bolha injetada ia seguir em linha reta do fundo do reator até o topo, certo? Vamos dizer que isso ia levar um tempo .

Quando há fluxo tangencial, a bolha vai continuar, inevitavelmente, subindo em direção à superfície. No entanto, ela não vai subir em linha reta e sim “girando” ao longo do reator, devido ao movimento rotacional do fluxo gerado. E, como o percurso será MAIOR, o tempo para percorrê-lo também será MAIOR então a bolha permanecerá mais tempo em contato com a fase líquida.