Agitadores y Mezcladores

PRES

ENTA

DO

PO

R :

BEIQ

UER

BA

LLES

TAS

; W

ILLI

AM E

SCO

RCIA

“El éxito de muchas operaciones industriales depende de la efectiva agitación y mezclas de

fluidos.”

1. La agitacion se refiere al movimiento inducido de un material en una manera especifica, normalmente en un patron circulatorio dentro de algun contenedor.

2. La mezcla es una distribución aleatoria, dentro y a través una de otra, de dos o mas fases inicialmente separadas

AGITACIÓN

La agitación se refiere a forzar un fluido por medios mecánicos para que adquiera un movimiento circulatorio en el interior de un recipiente.

PROPOSITOS DE LA AGITACION Suspensión de partículas solidasMezclado de líquidos miscibles, por ejemplo, alcohol metílico y agua Dispersión de un gas a través de un liquido en forma de pequeñas burbujas Dispersión de un segundo liquido, inmiscible con el primero, para formar una emulsión o suspensión de gotas finas Promoción de la transferencia de calor entre el líquido y un serpentín o encamisado

EQUIPO DE AGITACIÓN

• Consiste en un recipiente cilíndrico (cerrado o abierto), y un agitador mecánico, montado en un eje y accionado por un motor eléctrico.

• Las proporciones del tanque varían ampliamente, dependiendo de la naturaleza del problema de agitación.

• El fondo del tanque debe ser redondeado, con el fin de eliminar los bordes rectos o regiones en las cuales no penetrarían las corrientes del fluido.

EQUIPO DE AGITACIÓN• La altura del líquido, es aproximadamente igual al

diámetro del tanque.

• Sobre un eje suspendido desde la parte superior, va montado un agitador.

• El eje está accionado por un motor, conectado a veces, directamente al mismo, pero con mayor frecuencia, a través de una caja de engranajes reductores.

CLASES DE AGITADORESLos agitadores se dividen en – Los que generan corrientes paralelas al eje del

impulsor que se denominan impulsores de flujo axial;

– y aquellos que generan corrientes en dirección radial tangencial que se llaman impulsores de flujo radial.

MEZCLADO: Operación unitaria en la que a partir de uno o más componentes, dispersando uno en el otro, se obtiene una mezcla uniforme.Con la finalidad de conseguir determinadas propiedades funcionales o características organolépticas.

SELECCIÓN DE UN EQUIPO MEZCLADOR:Liquido: agitadores o bombeo.Solido: rotación y traslación.Pastoso: agitadores o brazos.

EL PROCESO DE MEZCLA REQUIERE DE 2 O MAS OPERACIONES RELACIONADAS

MEZCLADISPERSIÓNDISOLVERDESINTEGRACIÓNEMULSIFICACIÓNGRANULACIÓN

MEZCLA DE SÓLIDOS

• Masa(generalmente en % peso).• Reducción

de tamaño.

Mezcla de líquidos

• Miscibles• No miscibles

MEZCLA DE LIQUIDOS MISCIBLES

La mezcla de un liquido miscible en un tanque es un proceso relativamente corto en propulsores, turbinas o impulsor de alta eficiencia. Generalmente colocados en el centro en grandes tanques de almacenamiento, tratamiento de desechos por propulsores de entrada lateral

•Mezclas gas-liquido•Mezclas gas-solidos

EQUIPOS UTILIZADOS PARA LA AGITACIÓN Y MEZCLA

• Mezcladores de flujo• Paletas o palas(cortas, largas, ancla) <150

rpm• Rotatorios(hélice, turbina, cono)> 500 rpm• Burbujeo

MEZCLADORES DE FLUJO O CORRIENTES1. Chorros.2. Inyectores.3. Bombas

centrifugas.

MEZCLA EN CHORRO

• La circulación en grandes tanques puede ser inducida en uno o mas chorros de liquido.

• Algunas veces los chorros se colocan en grupo en varios puntos en el tanque.

• La corriente que sale de un chorro sencillo mantiene su identidad durante una distancia considerable.

1.Chorros:• Combinación de 2

tipos de sustancias impulsadas a presión(generalmente gasas o líquidos)

• 2 boquillas en ángulo agudo descargan al centro de la tubería que transporta la mezcla

• Ejemplo: mezcla de gases para soldar

2. Inyectores:• Un tubo principal y

un orificio auxiliar por el cual se inyecta un2°elemento (gases-gases; gases-líquidos; líquidos-líquidos)

La masa auxiliar debe ingresar a mayor velocidad de flujo que la masa principal.Ejemplos: Quemadores de petróleo, leche en polvo, jugos.

3.Bombas centrifugas:• Generalmente

mezcla de líquidos inmiscibles y para mezcla simple

• Rápidas (tiempo de retención menos de 2 segundos).

• Provocan gran turbulencia.

MEZCLADORES DE PALETAS• Una o más serie de

brazos horizontales montados en un eje vertical (la mayoría)

• Producen estratificación (el material ubicado frente a la paleta avanza más rápido que el que está entre paletas),

• Requieren mayor energía que los de hélice o turbina.

• Se usan contrapalas para evitar formación de remolinos

Paletas1. Cortas:

disoluciones y dispersiones

2. Largas : varias series de brazos (masas viscosas y mezcla densa 7000poise)

3. Anclas

MEZCLADORES ROTATORIOS1.De Hélice2.Agitadore

s de Turbina

1. De hélice:• Equipos diseñados para

mezclas a alta revolución (300 a 1000r.p.m.) y viscosidad no superior a los 2000 centipoises (portátil: 5 HP; fijo: 50HP ).

• Gran turbulencia cerca del rodete.

• Flujo generalmente axial pero junto a las paredes es tangencial.

• Líquidos bastante fluidos, dispersiones poco viscosas (sólido en líquido); pequeña cantidad de soluto.

• Para grandes espesores: 2 o más rodetes en el eje con diferente ángulo para que una suba y la otra baje.

Propulsor de hoja lisa

Propulsor con sierra

Propulsor de disco simple

Turbina en disco

Propulsor de hoja en punta

Hélice Propulsor de lamina fina en fluidos

Turbina lanzadora de hojas

PRINCIPALES TIPOS DE RODETES

Los impulsores se dividen en dos clases: RODETES DE FLUJO AXIAL: Los que generan corrientes paralelas al eje del rodete.

RODETES DE FLUJO RADIAL: Aquellos que generan corrientes en dirección tangencial o radial al eje.

MOVIMIENTOS O CORRIENTES PROVOCADOS POR LA AGITACION

FLUJO AXIAL

FLUJO RADIAL

FLUJO ROTATORIO

2.Agitadores de turbina

• Cuatro hojas montadas sobre el mismo elemento y fijas a un eje rotatorio.

• Proporcionan gran velocidad a las partículas (trabajan a velocidad media a alta).

• Esencialmente son rodetes de bomba centrifuga sin carcasa.

• Poco consumo; flujo radial (Líquidos viscosos, Suspensión de sólidos densos, Disoluciones rápidas).

Agitadores de turbina

IMPULSORESDE ALTA EFICIENCIA

Se han desarrollado variantes de las turbinas de aspas inclinadas que han proporcionado un flujo axial mas uniforme y un mejor mezclado, además de reducir la potencia requerida que están plegadas por dentro para disminuir el ángulo de cada aspa cerca del extremo

Agitadores de Paleta• Pala Plana: producen acción de mezcla suave, ; para mezclas

sencillas (líquidos miscibles).• Agitador de reja: Para líquidos más viscosos.• Agitador de ancla: Promueve la transmisión de calor y minimiza

la formación de depósitos en los tanques con camisa ( Limpian las paredes del tanque).

• Palas de giro opuesto.

MEZCLADORAS PARA PRODUCTOS SÓLIDOS SECOSMezcla de sólido: En general se considera producida por tres mecanismos básicos:1. Convección: Transporte de productos o grupos de partículas de

un punto a otro.2. Difusión: transmisión de partículas individuales de un punto a

otro.3. Cizalle: creación de planos de resbalamiento dentro de la mezcla.

SUSPENSIÓN DE PARTÍCULAS SÓLIDAS

Las partículas sólidas se suspenden en líquidos con muchos fines, tales como:

•Producir una mezcla homogénea.

•Disolver los sólidos

•Catalizar una reacción química

•Promover el crecimiento de un producto

cristalino en una solución sobresaturada

GRADOS DE SUSPENSIÓN

Diferentes procesos requieren distintos grados de suspensión

•Suspensión Prácticamente Completa con Fileteado: Donde la mayor parte del sólido está suspendido en el líquido.

•Movimiento Completo de las Partículas: Donde todas las partículas o bien están suspendidas o se mueven a lo largo del tanque

•Suspensión Completa o Suspensión Completa Fuera del Fondo: Donde todas las partículas están suspendidas fuera del fondo del tanque o bien no permanecen sobre el fondo mas que unos segundos.

•Suspensión Uniforme: Donde la velocidad del agitador es considerablemente superior a las que se requiere para obtener una suspensión completa

1. MEZCLA DORAS DE VOLTEO

• Voltean la masa de los sólidos en un tambor giratorio.

• Más adecuadas para la mezcla suave de polvos de características similares.

2.MEZCLA DORAS DE CUBETA HORIZONTAL• Compuestas• Para

operaciones exigentes se puede utilizar una mezcla de cintas

3.MEZCLADORAS DE TORNILLO VERTICAL• Tornillo vertical

giratorio situado en un recipiente cilíndrico o cónico.

• Útil para mezclar pequeñas cantidades de aditivos en una gran masa de producto.

4.MEZCLADORA DE LECHO FLUIDIZADO• Deben poseer

buenas características de fluidización.

• Efectivos para sólidos con características de sedimentación de partículas similares.

Para efectuar una correcta selección del mezclador se debe considerar cómo interactúan entre sí los siguientes parámetros:- forma, dimensiones y geometría del depósito;- material y roce de las paredes;- elementos de resistencia en el interior del depósito (tubos, aireadores, etc.);- distancia entre la hélice del mezclador y las paredes del depósito;- tipo de líquido a tratar y su peso específico;- distancia entre los mezcladores (en el caso de instalaciones múltiples)

CORRELACIONES PARA LA SUSPENSIÓN.

Las correlaciones proporcionan la condición de agitación mínima para la suspensión y los requerimientos para la dispersión de un gas.

Correlación de Zwietering

13.045.02.01.085.0 )( BgDSDn pac

Tabla. Constante S en la Ecuación para la velocidad crítica del agitadorTipo de rodete

TIPO DE RODETE Dt/ Da Dt/E S

TURBINA DE SEIS PALAS 2 4 4.1

(Da/w)= 5 3 4 7.5

Np= 6.5 4 4 11.5

AGITADOR DE DOS PALAS 2 4 4.8

(Da/w)= 4 3 4 8

Np= 2.5 4 4 12.5

HELICE DE TRES PALAS 3 4 6.5

Np= 0.5 4 4 8.5

4 2.5 9.5

CALCULO DE POTENCIA

La potencia por unidad de volumen que se requiere para conseguir suspensión completa disminuye considerablemente con el cambio de escala. Si se utiliza la Ecuación anterior, por lo tanto se utiliza: (P/V)= (KT n3 Da

5)/ Dt3

Donde: Da = Diámetro del agitador Dt = Diámetro del tanque KT = Constante de agitación

n = Índice de la ley de potencia. Sí n = 1, el fluido es newtoniano; sí n 1, es seudo-plástico; si n 1 el fluido es dilatante.

Ejercicio

Un tanque agitado de 6 pies (1,83 m) de diámetro que opera con un espesor de líquido de 8 pies (2,44 m) se utiliza para preparar una suspensión de leche con fécula de maíz a 70 “F. El sólido tiene una densidad relativa de 3,18 y la suspensión contiene 25 por 100 de peso sólido. El rodete es una turbina de cuatro palas rectas de 2 pies (0,61 m) de diámetro situado a 1.5 pies sobre el fondo del tanque. (a) ¿Cuál es la velocidad crítica del agitador para suspensión completa, suponiendo que dicha velocidad es la misma que para una turbina estándar? (b)¿ Qué potencia se requiere si la constante de agitacion(KT) es 1.5?

Solución

• (Dt/ Da) = (6/2) = 3

• (Dt/E) = (6/1.5) = 4 • Por la tabla tenemos que:• ρleche(3.18) = ρfecula de maíz =(1030Kg/m3)(3.18) = 32754K g/m3

• S= 7.5• vleche= (µleche /ρleche)=(19x10-4/1030)= 1.8x10-6m2/s =0.018cm2/s

• Dp= 0,0104cm• ∆ρ=(3275.4- 1030)Kg/m3)= 2245.4 Kg/m3= 2.245 g/cm3

• g(∆ρ/ρ)= 980x(2.245/1)= 2200cm/s2

• B= (0.25/0.75)(100)=33.3

• Por la Correlación de Zwietering tenemos q: nc= (Sv0.1 Dp

0.2(g(∆ρ/ρ)0.45B0.13)/ Da0.85

• Reemplazamos y tenemosnc=(7.5x 0.0180.1x0,01040.2x22000.45x33.30.13)/ 610.85

nc= (3.08r/s)=n

nc=184.77 rpm

Reemplazamos la ecuacion de potencia(P/V)=(1.5x 3.083x25)/63=( 6.49CV/gal)= 1255kW/m3

Ejemplo de agitadores:• Paso 1Seleccionar curva para la aplicación en cuestión utilizando las anteriores definiciones, por ejemplo Aplicación 2.

Paso 2

Seleccionar volumen del tanque, por ejemplo 1200 m3.• Paso 3Utilizar el diagrama de curva para determinar la energía necesaria. Este ejemplo = 10 W/m3 para fango primario.

• Paso 4Calcular la potencia de entrada necesaria, utilizando esta fórmula:

• Resultado: 1 ud. de AMG.150.73.354 que dará una potencia de salida de 15 kW (se necesitan 12 kW).Como alternativa, seleccionar 2 uds.AMG.75.98.336. Comprobar que no se exceda la longitud máx. del tanque. Si es así, hay que repartir la energía necesaria entre más agitadores instalados en serie.