ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

Fenómenos de TransporteTema: Agitación en Fluidos Newtonianos

Realizado por:

Collahuazo MaríaMaldonado Nathaly

Agitación

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

Objetivos de la Agitación• Mezcla de dos líquidos miscibles (ej: alcohol y agua)

• Disolución de sólidos en líquido (ej.: azúcar y agua)

• Mejorar la transferencia de calor (ej.,en calentamiento o enfriamiento)

• Dispersión de un gas en un líquido (ej.,oxígeno en caldo de fermentación)

• Dispersión de partículas finas en un líquido

• Dispersión de dos fases no miscibles (ej.,grasa en la leche)

Equipo• 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.

Clasificación

Los agitadores se dividen en: – Los que generan corrientes paralelas al eje del

impulsor que se denominan impulsores de flujo axial

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

Tipos de agitadores

• Los tres tipos principales de agitadores son, – paletas – turbina– hélice

Agitadores de paleta o pala

• Velocidades: 20 a 200 rpm.• Bajas velocidades: agitación suave en un recipiente sin

deflectores. • Altas velocidades: se usan deflectores porque, sin ellos, el

líquido simplemente hace remolinos y en realidad casi no se mezcla.

• Se emplea con líquidos viscosos que pueden generar depósitos en las paredes y para mejorar la transferencia de calor hacia las mismas, pero no es buen mezclador.

• Se suele usar para procesar pastas de almidón, pinturas, adhesivos y cosméticos.

Agitadores de Palas o paletas

Agitador de paletas

AGITADORES DE TURBINA• Líquidos con amplia diversidad de viscosidades.• Turbinas semejantes a un agitador de paletas múltiples con

aspas más cortas.• Dispersión de un gas en un líquido. • Este tipo es útil para sólidos en suspensión, ya que las corrientes

fluyen hacia abajo y luego levantan los sólidos depositados.• En las proximidades del rodete existe una zona de corrientes

rápidas, de alta turbulencia e intensos esfuerzos cortantes. Las corrientes principales son radiales y tangenciales. Las componentes tangenciales dan lugar a vórtices y torbellinos, que se deben evitar por medio de placas deflectoras o un anillo difusor, con el fin de que el rodete sea más eficaz.

Agitadores de turbina típicos

AGITADORES DE HÉLICE

• Poseen elementos impulsores de hojas cortas (corrientemente de menos de ¼ del diámetro del tanque); giran a gran velocidad (de 500 a varios millares de r.p.m).

• Las hélices no son muy efectivas si van montadas sobre ejes verticales situados en el centro del depósito de mezcla.

Tanto la componente radial como la longitudinal contribuyen, generalmente, a la mezcla, pero no siempre la componente rotatoria.

La velocidad de flujo creada, en un depósito, por un mezclador de hélice tiene tres componentes:

(a)Una componente radial que actúa en dirección perpendicular al eje.

(b)Una componente longitudinal que actúa paralelamente al eje.

(c)Una componente rotatoria que actúa en dirección tangencial al círculo de rotación del eje.

Formas de flujo en los sistemas agitados por hélices

Rango de viscosidades para agitadores

Trayectoria del flujo

Depende de:o Propiedades del fluidoo Geometría del tanqueo Tipo de deflectoreso Agitador

• Agitador vertical sin deflectores: trayectoria de flujo tipo remolino.• Altas velocidades: se desarrolla un vórtice considerable, se atrapa

aire y ocurren oleadas.• Tanques con grandes profundidades de líquido en comparación

con el diámetro del tanque, se montan dos o tres propulsores en el mismo eje, y cada uno actúa como un mezclador individual.

Diseño

• Potencia necesaria para mover el impulsor.• La presencia o ausencia de turbulencia se relaciona con el

número de Reynolds del agitador:

Potencia consumida por agitación

Da= diámetro del impulsor (m)N= velocidad de rotación (rev/s)= densidad del fluido (Kg/m3) = viscosidad (Pa.s)

Relaciones empíricas:Flujo laminar--------------------N’Re 10 Flujo turbulento-------------- N’Re 10000

• El consumo de potencia se relaciona el numero de potencia (densidad, diametro del impulsor, potencia):

Número de potencia

P = potencia en W

Curva Agitador

1 Turbina de seis aspas planas con 4 deflectores

2 Turbina abierta de seis aspas planas con 4 deflectores

3 Turbina abierta de seis aspas a 45° con 4 deflectores

4 Propulsor; inclinación 2Da con 4 deflectores

5 Propulsor; inclinación Da con 4 deflectores

Correlaciones de potencia

Correlaciones de potencia

• Correlación de impulsores de uso común con líquidos newtonianos contenidos en recipientes cilíndricos con deflectores.

• Estas curvas también son prácticas para tanques sin deflectores cuando N’Re 300.

• Cuando N’Re 300, el consumo de potencia en un recipiente sin deflectores es considerablemente menor que en uno con deflectores.

• Existen también curvas para otros tipos de impulsores.

Correlaciones de potencia

AUMENTO DE ESCALA DE LOS AGITADORES

INTRODUCCION

• En industrias de procesos los datos experimentales suelen estar disponibles a partir de un sistema de agitación de tamaño de laboratorio, y se desea aumentar la escala de los resultados para diseñar una unidad a escala completa.

OBJETIVOS PRINCIPALES

• Igual movimiento de líquidos ( mezcla de líquidos, donde el movimiento o velocidad correspondiente de los líquidos es aproximadamente igual en ambos casos)

• Igual suspensión de sólidos (los niveles de suspensión son iguales)

• Iguales tasas de transferencia de masa (la transferencia de masa ocurre entre una fase líquida y una sólida, entre dos fases líquidas, etc. y las tasas son iguales).

Procedimiento de Aumento de EscalaDa1, Dt1, H1, W1----------- Da2, Dt2, H2, W2

1.- Razón de aumento de escala R con cilindro estándar (Dt1=H1):

Procedimiento de Aumento de Escala2.- Aplicar R a dimensiones Da, Dt, H, W, J, L, C ---Da2=RDa1…

3.-Elegir y aplicar una regla de aumento de escala para determinar la rapidez del agitador N2 que debe usarse para duplicar los resultados a pequeña escala que se obtuvieron empleando N1:

• Se calcula la potencia P con:

n=1-----igual movimiento de líquidosn= ¾----igual suspensión de solidosn= 2/3--iguales tasas de transferencia de masa

Tiempos de Mezcla para Líquidos Miscibles

EJERCICIO

• En un tanque se instala un agitador de aspas planas que tiene seis aspas. El diámetro del tanque D1 mide 1.83m el diámetro de la turbina Da 0.61m, Dt=H y el ancho W ES 0.122M. El tanque tiene cuatro deflectores, todos ellos con un ancho J=0.15m. La turbina opera a 90rpmy el liquido del tanque tiene una viscosidad de 10cp y densidad de 929 kg/m3.

Calcúlese los Kilowatts requeridos para el mezclador Con las mismas condiciones ( excepto que la condición

tiene ahora una viscosidad de 100000cp), vuélvase a calcular la potencia requerida.

RESOLUCIÓN

Dl=1.83mDa=0.61mDl=HW=0.122mJ=0.15mN=90rpmμ=10cp=0,01kg/m.sρ=929kg/m3

• Al aplicar la Ecuación del el Re

• Aplicando las diferentes relaciones

RESOLUCIÓN

RESOLUCIÓN

Np=5

RESPUESTA

• Para literal b)

Np=14

RESPUESTA

RESOLUCIÓN