Transferência de calor e scale-up de tanques com impulsores mecânicos em operação com fluidos não-newtonianos.

• Ano de defesa: 2017
• Autor(a) principal: Rosa, Vitor da Silva
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Fenômenos de transporte; Metzner and Otto; Nusselt; Operações unitárias; PBT impeller; Power number; Pseudoplastic; Reologia; RT impeller; Scale-up; Spiral coil; Vertical tube baffle
• Link de acesso: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-12032018-141529/

A literatura corrente possui informações limitadas sobre o projeto da área de troca térmica de tanques com jaqueta, serpentina helicoidal, serpentina espiral e chicana tubular vertical, em operação com fluidos não-Newtonianos. A presente tese teve por objetivo principal analisar a transferência de calor, potência consumida e ampliação de escala em tanques com impulsores mecânicos na agitação de fluidos não-Newtonianos com duas superfícies de transmissão de calor, chicana tubular vertical e serpentina em espiral. O trabalho também visou fornecer métodos de ampliação de escala de tanques com agitação para fluidos não-Newtonianos que sigam o modelo reológico da lei das potências. A unidade experimental contemplou dois tanques de acrílico, com volume de 10 litros e 50 litros, respectivamente, chicanas tubulares verticais e serpentina em espiral. Os impulsores mecânicos utilizados foram o axial com 4 pás inclinadas a 45° e o radial turbina com 6 pás planas. Como fluidos utilizaram-se soluções aquosas de carboximetilcelulose (0,5%, 1,0% e 1,5%), solução aquosa de carbopol 940 (1,5%), solução aquosa de sacarose (50%) e água. Todos os experimentos foram conduzidos em batelada. Com os dados obtidos, empregou-se o uso de regressões para a obtenção da Equação de Nusselt, as quais forneceram valores de coeficiente de determinação ajustados entre 0,83 e 0,89 com Reynolds no intervalo de 20 a 405000, Prandtl na faixa de 4 a 6400 e índice reológico do modelo da lei das potências entre 0,45 e 1,00. Observou-se que no aquecimento realizado com a chicana tubular vertical, o impulsor radial forneceu coeficientes de convecção 20% acima quando comparado com o impulsor axial, entretanto o consumo de potência foi cerca de 66% maior em relação ao impulsor axial. No caso da serpentina espiral, o impulsor axial promoveu coeficientes de convecção por volta de 15% superiores em relação ao impulsor radial com um consumo de potência 65% menor. Desse modo, em processos em que não é necessária uma elevada turbulência, recomenda-se o uso do impulsor axial com a serpentina espiral, porém, se o processo demandar uma turbulência significativa, deve-se usar o impulsor radial com a chicana tubular vertical. Em uma última análise, os modelos não-lineares obtidos para ampliação de escala forneceram erros entre 11% e 20% na predição da rotação no tanque industrial, os quais são válidos para Reynolds modificados de Metzner e Otto (1957) na faixa de 20 a 4000 e para fluidos não-Newtonianos pseudoplásticos com índices reológicos entre 0,45 e 1,00.