Simulação numérica de um sistema de agitação laboratorial assistido por Computational Fluid Dynamics

Abstract

Os reatores de misturas possuem grande aplicabilidade na indústria química, onde umas das suas principais finalidades são a formação de misturas de reagentes e uniformização de temperatura. São compostos por chicanas e agitadores. As chicanas possuem como objetivo redirecionar os fluxos e auxiliar numa maior ação de mistura, já os agitadores possuem como função gerar a movimentação do fluido. Como forma de verificar a influência das chicanas, dos agitadores e da velocidade de rotação de reator de mistura, sobre a velocidade do fluido, tensão de cisalhamento, turbulência cinética e dissipativa, foram efetuadas simulações com base de uma geometria de um reator de bancada, a partir do software CFX comercializado pela ANSYS In, juntamente com testes de sensibilidade de malha. Nas simulações foram adotadas condições de contorno de escorregamento, escorregamento livre e de interface do tipo Frozen Rotor e o modelo de turbulência k-ε. Após os dados obtidos pelo software, realizou-se uma análise do planejamento fatorial 2k, através do software Minitab 17. De acordo com os resultados da simulação, observou-se que em direção das pás, o campo de velocidade é maior em comparação com outras partes do tanque, já as chicanas promovem a redução de vórtices na mistura e a diminuição de velocidade em sua proximidade. Através da análise estatística pode-se notar uma maior influência da velocidade do rotor e do número de pás, no entanto as chicanas representam um papel importante no sistema de agitação. A utilização de um número menor de chicanas demonstrou alguns resultados não compatível a literatura, no entanto, pode-se observar que para sistemas com menor número de chicanas é mais aconselhável a utilização de outro sistema de turbulência. Por fim, os restantes dos resultados foram compatíveis com a literatura.