Static mixers with improved performance were developed from CFD simulations in a stepwise approach. The relevant geometric features of simple mixer designs and the corresponding mixing mechanisms-laminar shear, elongational flow, and distributive mixing-were identified first. This information was used to formulate guidelines for the development of new geometries. The solid elements of the static mixer should: (a) provide restrictions to the flow; (b) deflect the flow; (c) be sequentially rotated around the flow direction to provide symmetry; (d) extend from the center of the pipe to the vicinity of the walls to avoid short-circuiting; and (e) distribute and remix the flow. Based on these guidelines, two improved mixer designs were developed: the DS A-I mixer has a good mixing efficiency and an acceptable pressure drop; the Fins 35 • mixer is more efficient and compact, but requires a larger pressure drop. Their performance indicates that their use is possible on industrial applications.Des mélangeurs statiquesà rendement accru ontété créésà partir de simulations de dynamique numérique des fluides dans une approche progressive. Les caractéristiques géométriques pertinentes des conceptions de mélangeur uniques et les mécanismes de mélange correspondants-cisaillement d'unécoulement laminaire,écoulementélongationnel et mélange par distribution-ontété déterminés en premier. Ces renseignements ontété utilisés pour formuler des lignes directrices pour la création de nouvelles géométries. Leséléments solides du mélangeur statique doivent: (a) fournir des restrictionsà l'écoulement; (b) détourner l'écoulement; (c)être tournés séquentiellement autour de la direction de l'écoulement dans le but de fournir une symétrie; (d) s'étendre du centre du tuyauà la proximité des parois pouréviter le court-circuitage; et (e) distribuer et remélanger l'écoulement. Conformémentà ces lignes directrices, deux conceptions de mélangeur améliorées ontété créées : le mélangeur DS A-I présente une bonne efficacité de mélange et une perte de charge acceptable; le mélangeur Fins 35o est plus efficace et compact, mais nécessite une perte de charge plus grande. Leur rendement indique que l'on peut les utiliser pour des applications industrielles.

Ao meu orientador e amigo prof. Dr. José Roberto Nunhez por todo o auxílio, dedicação e valiosas orientações.Ao meu co-orientador e amigo prof. Dr. Efraim Cekinski, pesquisador do IPT, pela prestimosa e inestimável ajuda.Ao Dr. Marcelo Seckler, pesquisador do IPT, por toda sua colaboração no transcorrer do presente projeto.Ao eng. Álvaro Reynold e toda a equipe de alunos e estagiários do IPT, pelo inestimável trabalho nas simulações e análises.Ao amigo MSc. Luís Antonio Galhego Fernandes pela parceria e companhia nas noites e finais de semanas dispendidos durante o transcorrer deste curso.À minha esposa Elaine pelo incentivo, apoio e auxílio, sem os quais este trabalho não teria sido concretizado.Aos meus irmãos, pelos exemplos de garra e vontade.Aos meus pais, por tudo. vii RESUMONos processos convencionais de agitação e mistura um acionamento, através de um eixo-árvore, rotaciona um ou mais impelidores no interior de um fluido, normalmente contido em um vaso de processo. Os processos de mistura que usam dispositivos estáticos no interior de dutos de escoamento são uma opção aos processos convencionais, tendo crescente aplicação e interesse, visto utilizar-se de parte da energia cedida para o bombeamento dos fluidos, permitindo a mistura em um processo contínuo, minimizando o uso de equipamentos e instalações industriais. Contudo, sua aplicação ainda é restrita a alguns processos específicos por questões tecnológicas e, principalmente, pelo pouco conhecimento de técnicos e engenheiros dos fenômenos físicos que regem sua aplicabilidade. A inexistência de tecnologia e conhecimento nacional nesta área impõe a dependência frente a empresas estrangeiras, encarecendo e dificultando sua aplicação. Na última década, técnicas computacionais tem sido utilizadas para o projeto e otimização desses dispositivos, conhecidos como misturadores estáticos, com destaque para a fluidodinâmica computacional -CFD (Computational Fluid Dynamics).Este trabalho tem como objetivo, através da aplicação de técnicas de CFD, permitir um melhor entendimento dos fenômenos que regem o escoamento de fluidos no interior de misturadores estáticos, especificamente desenhados para esta análise, permitindo sugerir e estudar seus desenhos, propondo soluções e modificações a fim de melhorar a mistura e minimizar o gasto de energia no processo.A ferramenta de CFD utilizada foi o pacote computacional CFX. Os resultados obtidos permitiram uma boa compreensão dos fenômenos envolvidos e foram coerentes com os dados experimentais disponíveis na literatura. Foram criados dois novos conceitos geométricos de misturadores estáticos, denominados de EDA e ALETAS, cujas performances permitem seu emprego em condições reais de aplicação na indústria.