E32 Misto

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Misturar na cozinha abrange, dentro da mesma gama de operações, tudo, desde mexer um molho com uma colher até bater chantilly com uma batedeira elétrica, sempre com o objetivo de homogeneizar uma concentração, homogeneizar uma temperatura ou incorporar ar ao fluido que está sendo misturado. É o regime de fluxo desse fluido — laminar ou turbulento — que determina qual desses mecanismos domina durante a mistura. Se o fluido atingir um regime turbulento, em vez de permanecer em um regime laminar, a mistura consequentemente homogeneizará o fluido usando um mecanismo dominante diferente.

O número de Reynolds dessa mistura, o mesmo número de Reynolds que estabelece outro modelo desse sistema, compara as forças inerciais geradas pelo movimento do agitador dentro do fluido com as forças viscosas que o fluido se opõe a esse movimento. Quando esse número de Reynolds cai abaixo de um limite baixo, o fluxo do fluido permanece laminar e a mistura progride lentamente, dominada pelo estiramento das camadas do fluido umas sobre as outras. Quando o número de Reynolds desse processo de mistura ultrapassa um limite muito mais alto, o fluxo do fluido torna-se turbulento e a difusão turbulenta domina, resultando em um processo de mistura muito mais eficiente do que a estratificação característica do fluxo laminar. Um número de Reynolds mais alto torna o processo de mistura mais eficiente.

A potência consumida por esse agitador é proporcional à sua velocidade de rotação e ao seu diâmetro, de uma forma mais do que proporcional a qualquer um desses parâmetros: dobrar a velocidade de rotação requer significativamente mais potência do que simplesmente dobrá-la, e dobrar o diâmetro, para o mesmo processo de mistura, requer ainda mais potência do que dobrar a velocidade de rotação. Os requisitos de potência desse agitador também dependem de sua geometria e do regime de fluxo — laminar ou turbulento — em que o fluido se encontra.

Nesse regime de fluxo turbulento, as escalas de Kolmogorov desse fluido caracterizam os menores vórtices dentro desse fluido, aqueles nos quais ocorre a dissipação da energia de mistura. Para um fluido de baixa viscosidade, como a água ou este molho líquido, essas escalas de Kolmogorov são muito pequenas e, portanto, a mistura é muito eficiente até o nível molecular. Para um fluido viscoso, por outro lado, como esta massa ou este purê, essa turbulência não se desenvolve dentro do fluido e, consequentemente, a mistura permanece lenta. O fato de o fluido a ser misturado ser mais viscoso dificulta o desenvolvimento de turbulência em seu interior e, consequentemente, torna a mistura mais lenta.

Portanto, este modelo, com seu número de Reynolds de mistura específico e as escalas de Kolmogorov usadas em seu projeto inicial, garante que o número de mistura deste agitador — o produto de sua velocidade de rotação e o tempo de mistura necessário — permaneça aproximadamente constante para uma determinada geometria do agitador. Essa mesma constância do número de mistura implica que o tempo de mistura é inversamente proporcional à velocidade de rotação do agitador, de modo que dobrar a velocidade de rotação reduz pela metade o tempo de mistura necessário. Consequentemente, girar o agitador mais rapidamente reduz o tempo de mistura necessário, mantendo-se constante o número de mistura, embora ao custo de um consumo de energia significativamente maior, como já foi estabelecido, devido a essa maior velocidade de rotação.

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