PRÁCTICA 4. POTENCIA GASEADA Y NO GASEADA.

INTRODUCCIÓN.

Los tanques agitados son usados en procesos industriales de gran aplicación farmacéutica ybiotecnológica en la cual están involucrados procesos bioquímicos para la obtención de unproducto de interés. A pesar de que estos sistemas son más complejos en cuanto a la estructura yoperación, tienen la gran ventaja de que los estudios de la hidrodinámica de estos tanquespermite realizar diseños más eficientes en los cuales se optimiza el consumo de la potencia y de lageneración de residuos (Guha, 2007).

La hidrodinámica juega un papel imprescindible en los procesos donde están involucrados lossistemas de tanques agitados y aireados, ya que un mal planteamiento de las condiciones deoperación pueden mermar los procesos y hasta generar pérdidas mayores (Grislingas, Jakobsen, &Mork, S.F.). De igual manera, la hidrodinámica dentro de un tanque agitado es dependiente de laconfiguración geométrica del mismo, es decir, las características geométricas del tanquedeterminan el flujo del mismo, así como las condiciones de mezclado (Levenspiel, 1987).

Los accesorios en tanques agitados son tan variados como complejos, ya que el solo hecho deagregarlos u omitirlos en los sistemas genera cambios en los patrones de flujo. Los patrones deflujo son las corrientes de flujo generadas debido a la aplicación de movimiento que se genera demanera mecánica a través de impulsores con diversas formas geométricas, cado uno genera unpatrón de flujo distinto y son clasificados generalmente en agitadores de flujo axial y radial. Losimpulsores requieren de cierta cantidad de potencia para proporcionar el movimiento requeridopara un mezclado adecuado. La potencia depende de la naturaleza de fluido (densidad, viscosidad,etc.) y la geometría del sistema (tanque y accesorios), sin embargo un factor a considerar es laaireación del sistema. Los aspersores son accesorios que sirven para introducir fluidos gaseosos alos tanques (Grislingas, Jakobsen, & Mork, S.F.)

OBJETIVO.

Determinar experimentalmente la potencia gaseada para un biorreactor de tanque agitadoutilizando factores no convencionales permitiéndose la colaboración en equipo.

MATERIALES Y MÉTODOS.

EQUIPOS:1. Equipo de tanque agitado2. Bomba de aire comprimido (80LPM)3. Flujómetro4. Extensión

MATERIALES:1. Cinta métrica2. Cinta aislante3. Flecha4. Impulsores5. Aspersores6. Manguera7. Multímetro de corriente alterna (2mA-20A)

REACTIVOS:1. Agua de la llave

CUESTIONARIO.PRE-LABORATORIO.

1. ¿Qué indica el número de potencia?_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2. ¿Qué indica el número de aireación?_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________3. Esquematice el flujo axial y el flujo radial.____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________4. Mencione al menos dos tipos de turbinas para flujo axial y dos para flujo radial._________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________5. Explique porque la potencia gaseada es menor que la potencia no gaseada.__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.

Importante: Todo el procedimiento experimental se realizará bajo la supervisión y asistencia de losprofesores.

Potencia no Gaseada

1. Seleccionar un impulsor y unir a la flecha, colocar la flecha con agitador en el equipo de tanqueagitado, asegura que la flecha quede centrada dentro del tanque.

2. Conectar la manguera al grifo y llenar el tanque en relación H=D o H=2D según las indicacionesdel profesor.

3. Conectar el equipo de tanque agitado y el multímetro a la extensión, asegurando con cintaaislante según las indicaciones del profesor.

4. Encender el multímetro en paralelo y checar el voltaje (127 Volts aproximadamente).5. Conectar la extensión a la corriente eléctrica y asegurar que el multímetro mida en corriente

alterna el amperaje del equipo (3.5-4 Amperes).6. Encender el equipo de agitación y programar a 50rpm. Hacer mediciones del amperaje en cada

intervalo. Primero: 50, 60, 70, 80 90 y 100rpm, segundo en intervalos de 50: 150, 200, 250,300,…., 1000 rpm y registrar datos.

Potencia gaseada

1. Repetir los pasos del procedimiento de la potencia no gaseada hasta el paso 5.2. Seleccionar el sparger y colocarlo dentro del tanque, asegúrese de que este fijo.3. Con ayuda del profesor, conectar las mangueras de paso del compresor al sparger evitando

fugas.4. Encender la compresora y regular el flujo volumétrico a 5 LPM o según indique el profesor y

hacer mediciones hasta 25 LMP a un intervalo de 5 LPM.

5. Encender el equipo de agitación y programar a 50rpm. Hacer mediciones del amperaje en cadaintervalo. Primero: 50, 60, 70, 80 90 y 100rpm, segundo en intervalos de 50: 150, 200, 250,300,…., 1000 rpm y registrar datos.

ACTIVIDADES PREVIAS:1. Consultar los manuales de operación de los equipos de medición y control que se utilizarán.

1.1 Llene la tabla inferior en una hoja de excel con sus respectivas mediciones.Ni(rpm) A(amp) NRE P0(W) ̇ g(LPM) Na Pg (w)

RESULTADOS Y DISCUSIÓN.

Discuta los siguientes puntos:

Diagrama en el que se observe el Número de potencia (Np) en función del número deReynolds.

Diagrama en el que se observe la relación de Potencia gaseada/ potencia no gaseada en

función del número de aireación (Na). Obtener una correlación tipo Michel y Miller para la potencia gaseada. Corroborar los diagramas y la correlación con lo reportado en la bibliografía. Observaciones realizadas durante el procedimiento experimental.

CUESTIONARIO.

POST-LABORATORIO.1. ¿Por qué la potencia es influenciada al aumentar o disminuir el flujo de gas?_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2. Mencione los tipos de aspersores y las características de cada uno de ellos._________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________3. ¿Qué importancia tiene el tamaño de burbuja en un tanque aireado?_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________4. ¿Cómo afecta el flujo de gas al mezclado del tanque?_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________5. ¿Qué relevancia tienen las distintas formas de los aspersores respecto a la potencia?_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________6. ¿Qué otras correlaciones pueden ayudar a interpretar los datos de potencia?_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

7. De acuerdo a sus resultados, ¿Qué correlación resulta más apropiada para el manejo dedatos? ¿Por qué?

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CONCLUSIONES________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

REFERENCIAS

Grislingas, A., Jakobsen, H. A., & Mork, M. (S.F.). Stirred Tank Reactors. Noruega: NTUN.

Guha, D. (2007). Hydrodynamics and Mixing in Single Phase and Liquid-Solid Stirred Tank Reactors.Saint Louis, Missouri USA: Washington University. School of Engineering ans Applied Science.

Levenspiel, O. (1987). Ingeniería de las Reacciones Químicas. México: 2nd ed. Ediciones Repla.

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