Potência de agitação

Para calcular a potência do motor que aciona um agitador é necessário um gráfico dilog relacionando o número de potência com o número de Reynolds. Este não é qualquer gráfico, mas um especifico para o tipo de tanque e agitador que usará o motor. É mais fácil escolher o tanque e o agitador que atenda a um dos gráficos disponíveis na literatura. Os números de Reynolds e de potência são, respectivamente,

As unidades devem ser tais que estes números resultem adimensionais.

Para construir uma curva experimentos precisam ser realizados relacionando o torque com a velocidade de rotação do agitador. Para medir o torque usa-se um dinamômetro de torque.

A Figura abaixo contém um esboço de uma das possíveis formas da curva. A partir do torque a potência correspondente pode ser facilmente calculada. Nela é possível perceber a existência de três regiões. Na região laminar a relação entre o número de potência e o número de Reynolds é linear. Quando esta relação se torna não linear temos a região de transição. Na região turbulenta o número de potência é constante e independe do número de Reynolds. Isso,porém, não significa que a potência seja constante. Ela cresce na região turbulenta com o número de Reynolds. Por isso não convém exagerar o valor do número de Reynolds.

Para usar este gráfico é necessário que as dimensões do agitador e do tqnque sejam proporcionais ao tanque piloto que gerou a curva de potência. Isso não é rigorosamente necessário, basta uma similaridade geométrica, mas uma correção deverá ser feita.

Para calcular a potencia são necessários a densidade e a viscosidade do fluido a ser agitado e o diâmetro do agitador. O número de Reynolds é calculado em função do número de rotação de forma a se situar no princípio da região turbulenta. A turbulência é fundamental para uma boa performance do agitador. Pelo gráfico obtém-se o número de potência. A partir do número de potência, a potência do motor é calculada. Os motores são especificados pela potencia, expressa em HP, e pela rotação, expressa em rpm. Escolhe-se o motor com potencia  e rotação acima da calculada. Um redutor colocado entre o motor e o eixo do agitador reduz a rotação a velocidade desejada.

PET 013 – Propriedades das rochas: Permeabilidade

A permeabilidade indica a facilidade com que os fluidos escoam através da rocha. Obviamente, para uma rocha ser permeável ela precisa ser porosa, mas uma rocha porosa pode ser impermeável. A permeabilidade é definida pela lei de Darcy. Esta lei estabelece que a vazão é diretamente proporcional à área transversal ao fluxo e à perda de carga e inversamente proporcional à viscosidade do fluido e à espessura do leito poroso. Assim

Para transformar numa igualdade basta inserir um coeficiente de proporcionalidade k tal que

Esta constante de proporcionalidade é conhecida como permeabilidade do meio poroso. A equação acima é a lei de Darcy para escoamento em meios porosos. Dividindo os dois membros por A resulta

onde v é a velocidade do fluido no meio poroso. Uma terceira forma diferencial é possível

Esta equação vale tanto para líquidos como para gases. Para calcular o valor da permeabilidade uma amostra de geometria conhecida, geralmente cilíndrica, de área transversal e comprimento conhecidos é submetida a uma perda de carga e a vazão é medida. Estes valores são inseridos na fórmula

O equipamento usado para medir a permeabilidade é conhecido como permeâmetro. A unidade da permeabilidade será o Darcy se as unidades usadas forem as do SI. Como o Darcy é uma unidade muito grande a permeabilidade é normalmente expressa em miliDarcy (mDa).

Existem três diferentes permeabilidades: a absoluta, a efetiva e a relativa.

A permeabilidade absoluta é a obtida usando um fluido monofásico e a efetiva usando fluidos multifásicos. No caso de petróleo as fases envolvidas são petróleo, gás e água. A permeabilidade relativa é a razão entre a permeabilidade efetiva e absoluta.

Considerando um reservatório a permeabilidade será considerada ruim se a permeabilidade estiver entre 0 mDa e 10 mDa, boa se estiver entre 10 e 100 mDa e excelente se o valor for acima de 1000 mDa.

Reatores do tipo tanque em série

Os reatores do tipo tanque podem ser colocados em série como mostra a Figura a seguir. Neste caso, temos uma bateria de tres reatores, mas podem ser mais.

Comparando os reatores do tipo tanque simples com as baterias de reatores para uma mesma reação e o mesmo rendimento final, a soma dos volumes dos tanques da bateria resulta menor do que o volume do tanque único. Várias estratégias de alimentação podem ser adotadas. Se o número de reatores tende ao infinito a bateria de reatores tende ao reator tubular com escoamento bastonado.

Os reatores pode ser colocados de forma a formar um equipamento único como mostra a Figura a seguir. Nesta Figura temos uma bateria de quatro reatores separados por placas perfuradas.

  

Outras configurações podem ser imaginadas de forma a compactar a bateria de reatores do tipo tanque contínuos num único equipamento.

REF 001 – Dessalgação do petróleo (petroleum desalting)

O petróleo recebido, seja transportado por oleodutos, ou por navio petroleiros, ou por combinação destas formas de transporte, é recebido nos tanques de armazenamento da refinaria. Neste ponto, o petróleo contém água, sais inorgânicos, traços de metais solúveis e particulas sólidas. A primeira operação consiste, portanto, na retirada ddestas impurezas para evitar a ocorrência de corrosão e/ou envenenamento de catalisadores durante o refino.

Para isso, o petróleo, aquecido entre 60°C e 170°C para reduzir a viscosidade e a tensão superficial, é misturado com entre 3% e 10% de água mais emulsificantes numa válvula misturadora (mixing valve). A emulsão resultante é levada a um decantador onde a água se separa do petróleo. O fluxograma acima ilustra o processo. Neste fluxograma a água é injetada depois do aquecedor. Esta injeção pode ser antes do aquecedor.

A dessalgação pode ser realizada em dois ou mais estágios, cada estágio associado a um sedimentador. O petróleo parcialmente dessalgado no primeiro estágio é levado para o segundo estágio para uma segunda dessalgação. O arranjo pode envolver reciclo interno e externo.

A coalescência e a sedimentação das gotículas de água é facilitada pelo aquecimento. Para facilitar mais ainda, podem ser adicionados agentes químicos desemulsificantes.

A coalescencia das goticulas de salmoura pode ser acelerada por um campo elétrico muito intenso, acima de 10 mil volts. A corrente não atravessa a mistura porque o petróleo é um isolante. A coalescência é provocada pela polarização das gotas como mostra a Figura a seguir.

Observe que a polarização faz com as gotículas se atraiam formando gotas maiores por coalescencia. Elas são também atraidas pelos eletrodos. Desta forma é possivel reduzir o tempo de residencia de 1 ou 2 horas para até cerca de 20 minutos.

Flotação

Nasceu hoje, em 1867, Alexander Stanley Elmore. Juntamente com seu pai e seu irmão, Francis, ele estava envolvido no refinamento eletrolítico do cobre  e na produção de tubos deste metal.  O primeiro processo de flotação usado em escala comercial foi desenvolvido por Francis, patenteado em 1898, e levado a escala industrial por Alexander. 

O processo consistia em moer o material recebido das minas, suspender em água e misturar com o óleo. O óleo capturava seletivamente o mineral metálico separando-o da ganga. O óleo flutuava, digo, flotava e a ganga ficava na fase aquosa mais densa. Os irmãos desenvolveram depois aquele que é conhecido como processo Elmore a vácuo que consumia uma quantidade menor de óleo.

Escala centigrada

Hoje, em 1741, foi inventada, pelo astrônomo Anders Celsius, a escala centígrada de medição de temperatura. Para isso, ele tomou como referência as temperaturas de congelamento e ebulição da água e dividiu o intervalo em 100 partes. Estranhamente, ele atribuiu o valor zero à temperatura de ebulição da água e o valor 100 a temperatura de fusão do gêlo. Depois que Celsius morreu inverteram a escala já que era contraintuitiva em relação as escalas  existentes. A escala termométrica de Celsius é posterior às escalas de Fahrenheit, proposta em 1724, e de Réaumur, de 1731.

Anders Celsius nasceu em Uppsala, Suécia, como membro de uma grande família de astrônomos. Tornou-se professor em 1 730 e, dez anos depois, foi encarregado de dirigir um observatório recém-construído. Na astronomia pura, Celsius fez observações de eclipses e de vários objetos astronômicos. Publicou catálogos de magnitudes, cuidadosamente determinadas, para um total de 300 estrelas usando um sistema fotométrico próprio. Também se devem a Celsius importantes observações sobre a aurora boreal, que ele publicou em 1733. A seguir, é mostrado um termômetro onde a escala interna está em graus Celsius e a externa em graus Fahrenheit.

O grau Fahrenheit (símbolo: °F) é uma escala de temperatura proposta por Daniel Gabriel Fahrenheit em 1724. Nesta escala, o ponto de fusão da água é de 32 °F e o ponto de ebulição de 212 °F. O objetivo era evitar temperaturas negativas em Copenhague facilitando o registro. Assim, o valor 0°F correspondia ao frio mais intenso observado nesta cidade.

A escala Réaumur é uma escala de temperatura concebida em 1731 pelo frances René-Antoine Ferchault de Réaumir cujos pontos fixos são o ponto de congelamento da água (zero) e o seu ponto de ebulição (80 graus). Abaixo vemos uma placa da Rua Reaumur em Paris.

 

A seguir um “cut and past” da Wikipedia em português sobre a escala Newton de temperatura.

“Em meados do século XVII, o termômetro já era bastante famoso e usado na Europa. Cada fabricante tinha a sua própria escala para medir a temperatura. Era comum os termômetros terem no meio uma marca “l” para mostrar a situação de temperatura confortável. Acima desta marca havia 8 graus de calor e abaixo havia oito graus de frio. Como esse sistema era um tanto confuso, Isaac Newton pensou que deveria acontecer uma racionalização. Então ele propôs uma escala de temperatura na qual o ponto de congelamento da água fosse tomado como 0° N e a temperatura do corpo humano como 12º N. Estes eram os pontos fixos da escala Newton.” ("http://pt.wikipedia.org/wiki/Grau_Newton").

Viscosimetro ou reômetro?

O viscosimetro é o instrumento que mede a viscosidade. Para isso, o fluido é considerado newtoniano, pois a viscosidade só faz sentido para este tipo particular de fluido.
Uma forma de medir a viscosidade é usando a Lei de Poiseuille para escoamentos de fluidos em tubos cilindricos de comprimento L e raio R

Nesta expressão, os símbolos tem os significados tradicionalmente dados a eles. A viscosidade dinâmica pode, então, ser explicitada

Neste caso, o viscosímetro seria um tubo capilar de dimensões conhecidas acoplado a dispositivos medidores da vazão e da perda de carga. Escolhida uma vazão, a leitura da perda de carga é feita e os valores inseridos na fórmula acima para obter a viscosidade. Simples. Qualquer que seja a vazão escolhida a viscosidade será sempre igual. Se isso não acontecer, o fluido é não-newtoniano e a viscosidade perde sentido.
Os reômetros não medem viscosidade. Eles estabelecem a relação entre a tensão cisalhante e a taxa de deformação. O equipamento descrito acima pode funcionar como um reômetro, mas a fórmula usada é outra, a equação de Rabinowistch. Esta equação pode ser escrita da seguinte forma:

onde

Na primeira equação o membro a esquerda é a taxa de deformação. Na segunda equação o membro a esquerda é a tensão cisalhante. Munido de uma tabela de valores é possível traçar a curva usando métodos numéricos de derivação.
Se o fluido for newtoniano a curva é uma reta que passa pela origem. Se isso não acontecer, o fluido será não newtoniano. Na Figura a seguir é mostrada algumas possíbilidades.

No plástico de Bingham, quando a taxa de deformação é zerada, a tensão cisalhante não zera. Este tipo de comportamento é interessante nas tintas. Nos pseudoplásticos, a “viscosidade aparente”, que é a tangente a curva num ponto, decresce com a taxa de deformação. Já nos fluidos dilatantes, também conhecidos como fluidos tixotrópicos, a “viscosidade aparente” cresce com a taxa de deformação. Mais adiante isso será visto com mais detalhes.