Agitacin y mezclas de lquidos

AgitacinLa agitacin se refiere a forzar un fluido por medios mecnicos para que adquiera un movimiento circulatorio en el interior de un recipiente.

Los objetivos de la agitacin pueden ser:

Mezcla de dos lquidos miscibles (ej: alcohol y agua)Disolucin de slidos en lquido (ej.: azcar y agua)Mejorar la transferencia de calor (ej.,en calentamiento o enfriamiento)Dispersin de un gas en un lquido (ej.,oxgeno en caldo de fermentacin)Dispersin de partculas finas en un lquidoDispersin de dos fases no miscibles (ej.,grasa en la leche)

Equipo de agitacinConsiste en un recipiente cilndrico (cerrado o abierto), y un agitador mecnico, montado en un eje y accionado por un motor elctrico.

Las proporciones del tanque varan ampliamente, dependiendo de la naturaleza del problema de agitacin.

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

Equipo de agitacinLa altura del lquido, es aproximadamente igual al dimetro del tanque.

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

El eje est accionado por un motor, conectado a veces, directamente al mismo, pero con mayor frecuencia, a travs 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 direccin radial tangencial que se llaman impulsores de flujo radial.

Tipos de agitadoresLos tres tipos principales de agitadores son, paletas turbinahlice

Consiste en una hoja plana sujeta a un eje rotatorio. El flujo de lquido tiene una componente radial grande en el plano de la pala y tambin un gran componente rotacional. Los agitadores de pala son de construccin relativamente fcil.Los agitadores de pala sencillos producen una accin de mezcla suave, que es con frecuencia la conveniente para el trabajo con materiales cristalinos frgiles. Son tiles para operaciones de simple mezcla, como, por ejemplo, la mezcla de lquidos miscibles o la disolucin de productos slidos. Agitadores de paleta o pala

Agitadores de Palas o paletas

Agitador de paletas

Los agitadores industriales de paletas giran a una velocidad comprendida entre 20 y 150 rpm. La longitud del rodete de un agitador de paletas es del orden de 50 al 80% del dimetro interior del tanque. La anchura de la paleta es de un sexto a un dcimo de su longitud. A velocidades muy bajas, un agitador de paletas produce una agitacin suave, en un tanque sin placas deflectoras o cortacorrientes, las cuales son necesarias para velocidades elevadas. De lo contrario el lquido se mueve como un remolino que gira alrededor del tanque, con velocidad elevada pero con poco efecto de mezcla.

Estn constituidos por un componente impulsor con ms de cuatro hojas, montadas sobre el mismo elemento y fijas a un eje rotatorio. Los agitadores de turbina se pueden utilizar para procesar numerosos materiales.

AGITADORES DE TURBINA

Agitadores de turbina tpicos

Los agitadores de turbina son eficaces para un amplio intervalo de viscosidades; en lquidos poco viscosos, producen corrientes intensas, que se extienden por todo el tanque y destruyen las masas de lquido estancado.

En las proximidades del rodete existe una zona de corrientes rpidas, de alta turbulencia e intensos esfuerzos cortantes. Las corrientes principales son radiales y tangenciales. Las componentes tangenciales dan lugar a vrtices y torbellinos, que se deben evitar por medio de placas deflectoras o un anillo difusor, con el fin de que el rodete sea ms eficaz.

El agitador de turbina semiabierto, conocido como agitador de disco con aletas, se emplea para dispersar o disolver un gas en un lquido. El gas entra por la parte inferior del eje del rodete; las aletas lanzan las burbujas grandes y las rompen en muchas pequeas, con lo cual se aumenta grandemente el rea interfacial entre el gas y el lquido.

AGITADORES DE HLICEPoseen elementos impulsores de hojas cortas (corrientemente de menos de del dimetro del tanque); giran a gran velocidad (de 500 a varios millares de r.p.m).

Las hlices no son muy efectivas si van montadas sobre ejes verticales situados en el centro del depsito 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 depsito, por un mezclador de hlice tiene tres componentes:Una componente radial que acta en direccin perpendicular al eje.Una componente longitudinal que acta paralelamente al eje.Una componente rotatoria que acta en direccin tangencial al crculo de rotacin del eje.

Formas de flujo en los sistemas agitados por hlices

AGITADORES PARA TANQUES CERRADOS Y TANQUES ABIERTOS DE MONTAJE FIJOEstos tipos de agitadores son recomendados para su aplicacin, y todo depende de los requisitos de su proceso. Los hay de acoplados directo, estos estn diseados para aplicaciones de baja viscosidad, o volumen pequeos, o aplicaciones en que se requiere trituramientos del producto. Los agitadores de acoplado de engranaje (caja reductora), son eficientemente usados en productos con mas alta viscosidad o aplicaciones con un volumen mas elevado.

Tipos de Flujo en Tanques Agitados

El tipo de flujo que se produce en un tanque agitado, depende del tipo de rodete, de las caractersticas del fluido y del tamao y proporciones del tanque, placas deflectoras y agitador.

La velocidad del fluido en un punto del tanque tiene tres componentes y el tipo de flujo global en el mismo, depende de las variaciones de estas tres componentes de la velocidad, de un punto a otro.

La primera componente de velocidad es radial y acta en direccin perpendicular al eje del rodete. La segunda es longitudinal y acta en direccin paralela al eje. La tercera es tangencial o rotacional, y acta en direccin tangencial a la trayectoria circular descrita por el rodete.

Tipos de Flujo en Tanques Agitados

Formas de evitar remolinos:

Colocando el agitador fuera del eje central del tanque En tanques pequeos se debe colocar el rodete separado del centro del tanque, de tal manera que el eje del agitador no coincida con el eje central del tanque. En tanques mayores el agitador puede montarse en forma lateral, con el eje en un plano horizontal, pero no en la direccin del radio.

Formas de evitar remolinos:Instalando placas deflectoras Estas son placas verticales perpendiculares a la pared del tanque. En tanques pequeos son suficientes 4 placas deflectoras, para evitar remolinos y formacin de vrtice. El ancho de las placas no debe ser mayor que un doceavo del dimetro del tanque. Cuando se usan agitadores de hlice, el ancho de la placa puede ser de un octavo del dimetro del tanque.

Deflectores o baflesCuando se emplean agitadores de aspas para agitar fluidos de baja viscosidad en tanques sin deflectores (o bafles) se genera un vrtice. La profundidad del vrtice crece con la velocidad hasta que eventualmente el vrtice pasa por el agitador.

La eficiencia del mezclado en un sistema con vrtice es usualmente menor que la correspondiente en el sistema sin ella. Para eliminar esta problemtica, comnmente se colocan cuatro deflectores al tanque con un ancho de 1/10 el dimetro del tanque.

Para lquidos de alta velocidad su misma resistencia natural a fluir amortigua la formacin del vrtice al grado que el ancho de los bafles puede reducirse a 1/20 del dimetro del tanque.

Para fluidos viscosos se recomienda colocar los deflectores a una distancia de la pared igual al ancho del deflector para evitar zonas estancadas detrs de estos.

Deflectores o bafles

Rango de viscosidades para agitadores

Potencia consumida por el agitador

Las variables que pueden ser controladas y que influyen son:Dimensiones principales del tanque y del rodete: Dimetro del tanque (Dt), Dimetro del rodete (Da), altura del lquido (H), ancho de la placa deflectora (J), distancia del fondo del tanque hasta el rodete (E), y dimensiones de las paletas.

Viscosidad () y densidad () del fluido.

Velocidad de giro del agitador (N).

Clculo de PotenciaEl clculo de la potencia consumida se hace a travs de nmeros adimensionales, relacionando por medio de grficos el nmero de Reynolds y el Nmero de Potencia. Estas grficas dependern de las caractersticas geomtricas del agitador y de si estn presentes o no, las placas deflectoras.NP= N PotenciaNRe = N ReynoldsNFr= N de Froude

Nmero de Reynolds = esfuerzo de inercia / esfuerzo cortante

Nmero de Froude = esfuerzo de inercia / esfuerzo gravitacional

Nmero de Potencia = esfuerzo de frotamiento / esfuerzo de inercia

Esquematizacin de una curva de potencia