Determinação do consumo de potência de uma planta piloto de agitação utilizando dados experimentais
| dc.contributor.advisor | Silva, Jefferson Luiz Grangeiro da | |
| dc.contributor.advisor-lattes | http://lattes.cnpq.br/4354833500264650 | |
| dc.contributor.author | Silva, Maria Eduarda Lima da | |
| dc.contributor.referee1 | Braga, Nazareno de Pina | |
| dc.contributor.referee1Lattes | http://lattes.cnpq.br/6187533524504841 | |
| dc.contributor.referee2 | Costa, Elinéia Castro | |
| dc.contributor.referee2Lattes | http://lattes.cnpq.br/9685402675283869 | |
| dc.date.accessioned | 2025-08-11T19:44:18Z | |
| dc.date.issued | 2025-08-11 | |
| dc.description.abstract | Industrial processes in several areas depend on an efficient fluid agitation operation, and the system power consumption is an important factor in the design of agitators, mainly referring to economic losses. In addition, the theoretical study of systems subjected to agitation depend on empirical correlations, with this, experimental work in pilot units is widely used as a reference for calculations of power consumption in order to perform scale-up and predict process results in bigger equipment. Thus, this work aims to analyze the influence of agitation system variables on the power consumption of a pilot plant, using the experimental data obtained in the literature. To achieve this objective, the behavior of power consumption was analyzed as a function of the variation of geometric parameters (Di/T, w/Di, and angle of inclination of the blades), and also the power number curves as a function of the Reynolds number. The experimental data were obtained for a 50 L tank, with a configuration of 3 baffles and without baffles, 60 impellers with four straight blades were used, organized in groups of five variations of the width of the impeller blade (w/Di = 0,14; 0,17; 0,20; 0,25 e 0,30), in each group 6 impeller diameter variations were used (Di/T = 0,25; 0,33; 0,40; 0,45; 0,55 e 0,70) and the blade angles were varied twice (45° and 90°), for each adopted configuration. The results showed that power consumption increases with increasing rotational speed, however it was found that this increase depends on the chosen impeller diameter. In addition, the behavior of power consumption established by the literature was graphically proven, the presence of baffles considerably increases the power of the system, as well as the increase in the width of the impeller blades and the expansion of the angle of the blades. The analysis of the power number curves in relation to the Reynolds number showed that the power number of tanks with baffles reaches stability when reaching the turbulent regime, however, for tanks without baffles the power number decreases with the increase of Reynolds, without achieving stability. From the experimental data and the analysis carried out, a didactic worksheet was developed that simulates the behavior of axial and radial flow impellers as a function of the analyzed variables for use as a teaching tool for agitation systems. Paraná. 2010. 154f. | |
| dc.description.resumo | Processos industriais em diversas áreas dependem de uma operação de agitação de fluidos eficiente, sendo o consumo de potência do sistema um fator importante no projeto de agitadores, principalmente referente a perdas econômicas. Além disso, o estudo teórico de sistemas submetidos a agitação dependem de correlações empíricas, com isso, trabalhos experimentais em unidades-piloto são muito utilizados como referência para cálculos do consumo de potência de forma a realizar aumento de escala e prever resultados do processo em equipamentos maiores. Dessa forma, este trabalho tem como objetivo a analisar a influência das variáveis do sistema de agitação no consumo de potência de uma planta piloto, utilizando os dados experimentais disponíveis na literatura. Para atingir este objetivo, analisou-se o comportamento do consumo de potência em função da variação dos parâmetros geométricos (relação Di/T, w/Di, e ângulo de inclinação das pás), e ainda as curvas de número de potência em função do número de Reynolds. Os dados experimentais foram obtidos para um tanque de 50 L, com configuração de 3 chicanas e sem chicanas, foram utilizados 60 impelidores de quatro pás retas, organizados em grupos de cinco variações da largura da pá do impelidor (w/Di = 0,14; 0,17; 0,20; 0,25 e 0,30), em cada grupo utilizou-se 6 variações do diâmetro do impelidor (Di/T = 0,25; 0,33; 0,40; 0,45; 0,55 e 0,70) e variou-se duas vezes os ângulos das pás (45° e 90°), para cada configuração adotada. Os resultados demonstraram que o consumo de potência aumenta com o crescimento da velocidade rotacional, contudo constatou-se que esse aumento depende do diâmetro do impelidor escolhido. Além disso, comprovou-se graficamente o comportamento do consumo de potência estabelecido na literatura, a presença de chicanas aumenta consideravelmente a potência do sistema, assim como o aumento da largura das pás do impelidor e a ampliação do ângulo das pás. As análises das curvas do número de potência em relação ao número de Reynolds demonstraram que o número de potência de tanques com chicanas atinge a estabilidade ao chegar no regime turbulento, porém, para tanques sem chicanas o número de potência diminui com o aumento de Reynolds sem atingir uma estabilidade. A partir dos dados experimentais e das análises realizadas, desenvolveu-se uma planilha didática que simula o comportamento dos impelidores de fluxo axial e radial em função das variáveis analisadas para uso como ferramenta de ensino de sistemas de agitação. | |
| dc.identifier.citation | SILVA, Maria Eduarda Lima da. Determinação do consumo de potência de uma planta piloto de agitação utilizando dados experimentais. 2023. TCC (Graduação em Engenharia Química ) - Universidade do Estado do Amazonas, Manaus, 2023. | |
| dc.identifier.uri | https://ri.uea.edu.br/handle/riuea/7796 | |
| dc.language.iso | pt | |
| dc.publisher | Universidade do Estado do Amazonas | |
| dc.publisher.initials | UEA | |
| dc.relation.references | BARROS, A. A. C., LEITE, A. B., BERTOLI, S. V. Absorção química de dióxido de nitrogênio (NO2). Engenharia Sanitária e Ambiental, v. 10, n. 1, 2005. BARBOSA, E. J. Dimensionamento do eixo do impelidor em sistemas de agitação e mistura para processos industriais. Dissertação de mestrado - Faculdade de Engenharia Química, Universidade Estadual de Campinas. Campinas, 2004. CACHONI, M. A. Análise da influência da geometria e das condições de operação de um reator piloto agitado aplicado a processos de esterificação e polimerização com uso de CFD. Dissertação de mestrado - Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo. São Paulo, 2018. CREMASCO, M.A. Operações Unitárias em Sistemas Particulados e Fluidomecânicos. Segunda edição – São Paulo: Editora Blucher, 2014. GARAVITO, A. M. T. Determinação experimental do consumo de potência para impelidores âncora e helicoidal usando fluidos pseudoplásticos de alta viscosidade. Dissertação de mestrado - Faculdade de Engenharia Química, Universidade Estadual de Campinas. Campinas, 2013. GONZALEZ, G. S. Principais operações unitárias da indústria química: agitação e mistura. São Paulo: Faculdades Oswaldo Cruz, 2015. HARNBY, N., EDWARDS, M. F., NIENOW, A. W. Mixing in the Process Industries, Butterworths, 1985. JOAQUIM JUNIOR C. F., CEKINSKI E., NUNHEZ J. R., URENHA L. C. Agitação e Mistura na Indústria vol 1- Rio de Janeiro –LTC, 2012. MACINTYRE, A. J.; Máquinas Motrizes Hidráulicas.1nd ed. Rio de Janeiro: Guanabara Dois,1983. MARTINI, T. L. Influência dos impelidores e condições de mistura na produção de insumos químicos para o setor coureiro. Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2010. McCABE, W. L.; SMITH, J. C.; HARRIOT, P. Unit Operations of Chemical Engineering, 7°ed., McGraw-Hill, 2005. NAGATA, S; Mixing – Principles and Applications. New York: Halsted Press Book, 1975. OLDSHUE, J.Y. Fluid Mixing Technology. New York: McGraw-Hill Publications, 1983. PAUL, E. L.; ATIEMO-OBENG, V. A.; KRESTA, SUZANNE M. Handbook of Industrial Mixing. Science and Practice: John Wiley & Sons, 2004. VILLAR ALÉ, J. A. Mecânica dos fluidos - Curso básico. Faculdade de Engenharia PUCRS. Porto Alegre, 2011. RAZUK, P.C.; Um Estudo Sobre as Operações Unitárias de Agitação, Troca de Calor em Tanques e Mistura de Pós. Tese (Livre-Docência) - Faculdade de Engenharia, Universidade Estadual Paulista, Bauru, 1992. RUSHTON, J. H.; COSTICH, E. W.; EVERETT, H. J. Power characteristics of mixing impellers- part I. Chemical Engineering Progress, Vol. 46, No. 8, 1950. SAITO, O. H. Um modelo matemático para tanques com agitação. Dissertação de Mestrado - Universidade de São Paulo, São Paulo, 2002. SILVA, J. L. G. Análise Crítica das Correlações e Parâmetros Fundamentais em Sistemas de Agitação. Dissertação de Mestrado - Faculdade de Engenharia Química, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2002. SILVA, J. L. G. Determinação Experimental do número de potência de impelidores de pás retas. Tese de Doutorado - Universidade Estadual de Campinas. Campinas, SP, 2019. SILVA, J. L. G.; SOUZA, E.; NUNHEZ, J. R.; Determinação das curvas de potência de impelidores tipo pás retas inclinadas utilizando métodos experimentais. XVII COBEQ. Recife-PE, 2008. SOUZA, E.; Consumo de Potência para Impelidores Rápidos Aplicados em Processos de Agitação e Mistura. Tese de Doutorado - Faculdade de Engenharia Química, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2011. SOUZA, E.; RAZUK, P.C.; Operações Unitárias no Tratamento do Xarope de Açúcar. São Paulo: Edipro, 260p, 1996. SPOGIS, N.; Metodologia para determinação de curvas de potência e fluxos característicos para impelidores axiais, radiais e tangenciais utilizando a fluidodinâmica computacional. Dissertação de Mestrado - Faculdade de Engenharia Química, Universidade Estadual de Campinas, 2002. UHL, V. W., GRAY, J. B. Mixing- Theory and Practice, Academic Press-New York, volume 1, 1966. | |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 United States | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/ | |
| dc.subject | Consumo de potência | |
| dc.subject | Sistema de agitação | |
| dc.subject | Impelidores | |
| dc.subject | Número de potência | |
| dc.subject | Chicanas | |
| dc.subject | Curvas de potência | |
| dc.subject | Número de Reynolds | |
| dc.subject | Parâmetros Geométricos | |
| dc.title | Determinação do consumo de potência de uma planta piloto de agitação utilizando dados experimentais | |
| dc.title.alternative | Determination of power consumption of a pilot agitation plant using experimental data | |
| dc.type | Trabalho de Conclusão de Curso |
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