Prática DTR CSTR CCR_260604_180301

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Aula Prática: Determinação do Tempo de Residência do CSTR em série 
Docente: Carlos Minoru Nascimento Yoshioka 
Monitor: David Manuel Costa Passinhas 
 
1. Introdução Teórica 
 
O desempenho de um reator químico está diretamente relacionado ao tempo que os reagentes 
permanecem em seu interior, o chamado tempo de residência. Esse parâmetro é de 
fundamental importância no estudo de reatores contínuos, pois influencia diretamente a 
conversão das reações químicas, o rendimento dos produtos, a segurança operacional e o 
dimensionamento das unidades industriais. A análise do tempo de residência permite 
identificar o tipo de escoamento predominante dentro do reator, além de revelar possíveis não 
idealidades, como zonas mortas, recirculação e canais de bypass, que podem comprometer a 
eficiência do processo. 
 
Para determinar o tempo de residência real de um reator, utiliza-se um traçador inerte, isto é, 
uma substância que acompanha o fluido sem participar das reações químicas e sem interagir 
com o meio. O traçador é introduzido no sistema e sua concentração na saída do reator é 
monitorada ao longo do tempo. A partir dessa resposta, é possível construir a chamada curva 
de distribuição do tempo de residência (DTR ou RTD - Residence Time Distribution), que 
fornece informações sobre o comportamento do escoamento no interior do reator. 
 
Existem dois métodos principais de introdução do traçador: 
● Método de pulso: Uma pequena quantidade de traçador é injetada de forma instantânea 
na entrada do reator. A resposta na saída é registrada como uma curva de concentração 
versus tempo. Esse método é útil para obter a função E(t), que representa a fração do 
fluido que permanece um tempo t dentro do reator. 
● Método de degrau: O traçador é introduzido de maneira contínua a partir de um 
determinado tempo, substituindo o fluido sem traçador. Nesse caso, monitora-se o 
crescimento da concentração até atingir o regime permanente. A curva resultante é 
utilizada para determinar a função F(t), que representa a fração cumulativa do fluido 
que já saiu do reator até o tempo t. 
 
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Ambas as técnicas permitem caracterizar o reator e comparar seu comportamento com os 
modelos ideais de escoamento: o reator de mistura completa contínua (CSTR) e o reator de 
fluxo pistão (PFR). No CSTR, assume-se que o fluido é perfeitamente misturado, e todas as 
partículas possuem o mesmo tempo médio de residência. Já no PFR, considera-se que o 
escoamento ocorre de forma ordenada, sem mistura axial, e cada partícula mantém seu tempo 
de residência individual. O estudo da distribuição do tempo de residência é amplamente 
utilizado na indústria química, petroquímica, farmacêutica e de alimentos, onde o controle 
preciso das condições de reação é essencial para garantir a qualidade do produto final, a 
segurança operacional e a conformidade ambiental. Além disso, esse tipo de análise é 
empregado no diagnóstico de problemas em reatores existentes, na validação de projetos e na 
otimização de processos industriais. Dessa forma, a prática experimental de determinação do 
tempo de residência proporciona uma base sólida para a compreensão da dinâmica de fluidos 
em reatores, permitindo aliar teoria e prática na modelagem de processos e no 
desenvolvimento de soluções tecnológicas mais eficientes e sustentáveis. 
 
2. Objetivo Geral 
Determinar a distribuição do tempo de residência (DTR) em um reator contínuo, a fim de 
caracterizar o comportamento do escoamento do fluido no interior do reator e compará-lo 
com os modelos teóricos ideais, como o reator de mistura completa (CSTR). 
3. Objetivos Específicos 
● Coletar e analisar experimentalmente a curva de concentração do traçador ao longo do 
tempo; 
● Calcular o tempo médio de residência experimental e compará-lo com o teórico. 
 
4. Materiais 
Materiais 
Reator e Sistema de Escoamento 
Traçador 
Cronômetro 
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Espectrofotômetro 
Becker e tubos de ensaio 
Pipetas 
 
5. Procedimentos - Determinação do Tempo de Residência no CSTR em série 
 
1. Dividir os alunos em 3 grupos, cada grupo fará a DTR de um reator; 
2. Preencher o sistema com água limpa (2 tanques lado inferior esquerdo); 
3. Ajustar a vazão das duas bombas para operarem na capacidade máxima; 
4. Calcular a vazão com que os reatores são preenchidos para o cálculo teórico do tempo de 
residência (Q); 
5. Após o enchimento, garantir a agitação máxima que evite formação de vórtice; 
6. Aguardar 5 minutos para estabilizar o fluxo antes de iniciar o experimento; 
7. Enumerar os tubos para facilitar durante o experimento; 
8. Com o sistema em fluxo contínuo, injetar rapidamente 5 mL de traçador (corante); 
9. Iniciar o cronômetro no exato momento da injeção; 
10. Coletar as primeiras 5 amostras a cada 30s e as outras 7 amostras a cada 1min em tubos de 
ensaio ou béqueres devidamente rotulados; 
11. Medir a absorbância do traçador nas amostras utilizando o espectrofotômetro configurado a 
500 nm. 
12. Meça o volume do reator para o cálculo teórico do tempo de residência (V); 
 
 
Referência: Fogler, Elementos de Engenharia das Reações Químicas, 4 edição, capítulo 13 
 
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