Dinâmica de Escoamento no Tanque de Reciclo

A dinâmica de escoamento no tanque de reciclo ao ser investigada pela técnica da DTR forneceu informações sobre o processo de homogeneização, uma vez que os experimentos inerentes foram realizados para uma vazão de reciclo fixa de 48,30 cm3/s, variando-se sistematicamente a velocidade de agitação em 0 rpm, 250 rpm e 1000 rpm.

Os dados experimentais obtidos encontram-se no Capítulo 9, Apêndice A (Tabelas A.1 a A.3).

O comportamento do fluido no tanque de reciclo para as condições investigadas pode ser visualizado através das Curvas E (Equação 20, Capítulo 2) apresentadas na Figura 28. 0 1 2 3 4 5 6 7 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 E ( 1 /m in ) Tempo (min) 0,0 rpm 250,0 rpm 1000,0 rpm

Figura 28: Distribuição de idades das partículas materiais do fluido no tanque de reciclo submetido a diferentes velocidades de agitação.

Os perfis mostrados na Figura 28 podem ser interpretados de acordo com a clássica análise sobre DTR encontradas, Levenspiel (2000) e Fogler (2002). Comparando-os com aqueles apresentados na Figura 13 do capítulo 2.

Na Figura 28, vê-se que a curva obtida para o ensaio realizado sem agitação não apresentou um espalhamento acentuado. No entanto, as curvas E obtidas para as velocidades de agitação de 250 rpm e 1000 rpm mostram que o fluido, em cada situação operacional, segue comportamentos que podem ser chamados de semelhantes, porém com distintas dispersões ou espalhamentos, principalmente, nos 3 minutos iniciais do processo.

Os dados obtidos para as Curvas E foram analisados de acordo com a literatura citada a fim de se obter informações sobre o tempo de residência médio ( t ) e a variância ou medida de espalhamento da curva (σ2_{), seguindo as Equações 24 e 25 do}

Tabela 4: Parâmetros de análise inerentes a DTR Velocidade de Agitação (rpm)

Parâmetro 0 250 1000

t (min) 1,93 2,12 2,11

σ2 (min2) 1,79 2,18 2,43

O tempo espacial do tanque (

τ

) foi de 2,76 minutos (Capítulo 9, item 9.1, Apêndice A) e quando se compara com os tempos residência médio ( t ) obtidos, observa-se que há o aparecimento prematuro do traçador o que poderia estar causando canalização do fluido e estagnação no tanque, como também curto-circuito.

Conclui-se, a partir dos dados apresentados na Tabela 4, que, nas condições operacionais estudadas, não houve uma variação significativa nos valores obtidos para o tempo de residência médio, o que era de se esperar, pois se manteve a velocidade de circulação constante. Estes resultados, porém, apontam para o fato de que houve uma melhoria na qualidade de mistura ou homogeneização do líquido no tanque de reciclo, uma vez que a variância aumentou em 21,79% e em 37,75% quando a velocidade de agitação variou de 0 rpm para 250 rpm e de 0 rpm para 1000 rpm, respectivamente. Cruzando-se estes resultados com aqueles obtidos através da evolução dinâmica da concentração de E. coli (Figura 27), observa-se uma melhoria na distribuição dinâmica dos dados obtidos ao se agitar o tanque, empregando-se a velocidade de 250 rpm.

As Figuras 29, 30 e 31 apresentam comparações feitas entre as curvas E admensionais obtidas através dos dados experimentais e aquela gerada para o modelo ideal de comportamento de um tanque de mistura perfeita.

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 E (θ ) θ Teórico Experimental

Figura 29: Comparação entre a curva, teórica e a obtida experimentalmente para o tanque de reciclo com velocidade de agitação de 0 rpm.

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 E (θ ) θ Teórico Experimental

Figura 30: Comparação entre a curva, teórica e a obtida experimentalmente para o tanque de reciclo com velocidade de agitação de 250 rpm.

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 θ E (θ ) Teórico Experimental

Figura 31: Comparação entre a curva, teórica e a obtida experimentalmente para o tanque de reciclo com velocidade de agitação de 1000 rpm.

Para sistema sem agitação (Figura 29) verifica-se um afastamento do comportamento ideal do fluido no tanque de reciclo para um de mistura perfeita, principalmente no início do processo, quando o traçador está sendo misturado à água. Após

θ

≈2,5 a dispersão diminui e o comportamento do fluido começa a se aproximar ao ideal.

As Figuras 30 e 31 apresentam os resultados para o comportamento do fluido no tanque de mistura operado com a velocidade de agitação de 250 rpm e de 1000 rpm, respectivamente. Comparando-se as curvas E experimental e teórico, em cada condição de agitação, chega-se a conclusão que em ambas situações houve uma aproximação considerável ao comportamento ideal para o tanque de mistura, após θ ≈ e 1

θ

≈0,5 para as velocidades de agitação de 250 e 1000 rpm, respectivamente. A condição com velocidade de 250 rpm apresentou maior estabilidade em manter seu comportamento próximo ao ideal após

θ

≈1,5, os espalhamentos ocasionais praticamente desapareceram, enquanto que na condição de 1000 rpm estabilizou-se em

θ

≈2, 25. Esta análise mostra que: a) O processo de mistura do tanque no que se refere a homogeneização do traçador na água foi melhorado sob agitação do líquido, b) O comportamento dinâmico de escoamento aproximou-se do ideal para um tanque de mistura, ou seja, mistura perfeita, porem a dispersão do traçador fez-se presente ao longo de todo processo.

A razão para o comportamento observado para o escoamento dinâmico no tanque de mistura com agitação é possivelmente devido ao tipo de agitador usado e o tanque não conter chicanas. Segundo Borzani et al (2001), em um tanque agitado a direção do escoamento do fluido depende das propriedades físicas do fluido e da geométria do: impeller, tanque e chicanas, quando presentes. Utilizou-se nesta pesquisa o agitador do tipo hélice. A literatura concernente à Operação Unitária de Agitação (Perry et al., 1997), cita que o impeller do tipo hélice provoca escoamento axial e deve ser usado em altas rotações em um meio líquido de baixa viscosidade. A dispersão na idade dos fluidos observada nas curvas E para rotações de 250 rpm e 1000 rpm, deve ter sido causada pelo escoamento direcionado axialmente.

5.2 Análise do Campo de Radiação de um Fotorreator Anular de Acordo com o

No documento Desinfecção de água contaminada com Escherichia Coli: desenvolvimento de fotorreator e estudo cinético (páginas 83-88)