Este trabalho estudou a aplicação de oito métodos clássicos de escalonamento de tanques condicionadores, testando sua validade para dois tanques de geometria semelhante, mas com diferentes volumes (V1=10 e V2=49 decímetros cúbicos). No interior dos tanques, operavam impulsores (diâmetro D1=0,078m x D2=0,132m) que exibiam três distintos desenhos (2 pás versus 4 pás inclinadas em 45 graus versus turbina de Rushton). Sua rotação (N1 no tanque menor x N2 no tanque maior) visava à suspensão de partículas grossas de apatita (diâmetro médio = 254 micrometros) em polpas com 40% de sólidos em massa. Para balizar o escalonamento, adotou-se como variável de controle a mínima rotação do impulsor (Njs) que é capaz de fazer com que nenhuma partícula repouse no fundo do tanque por mais do que 1 ou 2 segundos (Critério 1-s), além de perfis axiais de distribuição de sólidos e a extensão da Zona Turbulenta versus Zona Quiescente no interior dos tanques. A diferença entre o valor previsto de Njs para o tanque de 49 decímetros cúbicos (N2) pelos métodos de escalonamento versus o valor de Njs (N2) determinado experimentalmente foi expressa como erro percentual (E). Consideraram-se como adequados para a aplicação que constitui o objetivo desta dissertação todos os métodos que exibiram E menor que 10%. Para o impelidor de 2 pás inclinadas, a adequação do método baseado na constância da razão potência/volume (E=2%) e também do método empírico de Rautzen (E=6%), indica a expressão N2=N1.(D1/D2) com seu expoente da relação entre os diâmetros variando entre 0,67 e 0,75 para a aplicação desejada. Considerando o impulsor de 4 pás inclinadas, a adequação do método da constância da razão potência/volume (E=4%); assim como dos métodos empíricos de Rautzen (E=0%) e Zwietering (5%), sugere o uso da expressão N2=N1.(D1/D2) com seu expoente da relação entre os diâmetros variando entre 0,67 e 0,85. Para a turbina de Rushton, o único método que exibiu E menor que 10% foi o da constância da relação potência/volume (E=8%), cuja expressão é N2=N1.(D1/D2) com seu expoente da relação entre os diâmetros igual a 0,67. Uma vez que a determinação do valor real de N2 foi baseada numa técnica experimental influenciada pelas limitações do observador, pode-se inferir que uma expressão geral de escalonamento do tipo N2=N1.(D1/D2) com seu expoente da relação entre os diâmetros igual a 0,75 atende aos propósitos desta aplicação. Por outro lado, o uso da relação P/V provê um critério mais objetivo para se balizar o escalonamento, haja vista que ele se adequou a todos os três tipos de impelidores contemplados por este estudo. / This work has studied the application of eight classical methods appointed by literature to accomplish the scale-up of stirred tanks which aimed to suspend slurries of 40% of solids, containing coarse (mean diameter=254 micrometers) apatite particles. The validity of the methods was accomplished by using two tanks of similar geometry but different capacity (V1=10 e V2=49 cubic decimeter), together with impellers of different diameter (D1=0,078m versus D2=0,132m) and design (turbine of 2 or 4 blades inclined at 45 degrees and Rushton turbine). To assist the process of validation, the impeller speed (Njs) under which no particle rests on the bottom of the tank for more than 1-2 seconds (1-s Criterium) was used together with the axial profile of solids percent distribution plus the extension of the turbulent versus quiescent zones within the two tanks. For any of the eight scale-up methods, the difference between the predicted value of Njs (N2) for the 49 cubic decimeter tank and the actual value (experimental) of the same variable was determined and its magnitude was expressed in terms of the percent error (E). The methods that yielded E less than 10% were considered as suitable for the aimed application. Considering the 2-inclined blade impeller, low value of E yielded by the method based on the constancy of the ratio power/volume (E=2%) and also by the empiric method of Rautzen (E=6%) indicate that the expression N2=N1.(D1/D2) with its exponent of the relation between diameters ranging between 0,67 and 0,75 is suitable for the desired application. Regarding the 4-inclined blade impeller, because the method based on the constancy of the ratio power/volume (E=4%) and also the empiric methods of Rautzen (E=0%) and Zwietering (E=5%) yielded the lowest values of E, the expression N2=N1.(D1/D2) with its exponent of the relation between diameters ranging between 0,67 and 0,85 is suitable for the aimed application. Moreover, for the Rusthon turbine, only the method based on the constancy of the ratio power/volume (E=8%) was adequate for the aimed application and, thus, the expression N2=N1.(D1/D2) with its exponent of the relation between the diameters equal to 0,67 is suitable for the purpose of this dissertation. Once the actual value of N2 is determined by visual observation, it is not possible to get very accurate results. This way, a generic scale-up expression is proposed: N2=N1.(D1/D2) with its exponent of the relation between the diameters equal to 0,75. On the other hand, the ratio P/V may provide a more objective criterium for scale-up, because the three sort of impellers used in this study yielded E less than 10% when the power/volume method was applied for the purpose of scale-up.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-05122012-172154 |
| Date | 14 December 2010 |
| Creators | Sousa, Paulo Rogério Meneses de |
| Contributors | Leal Filho, Laurindo de Salles |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | Dissertação de Mestrado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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