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LABORATORIO DE AGITACIÓN

1. OBJETIVOS.

El objetivo del presente laboratorio es la de conocer previamente el funcionamiento del equipo y las actividades a realizar.

Determinar los tipos y tamaños de impulsores que se utilizaran en esta practica.

2. FUNDAMENTO TEORICO. El proceso de agitación es uno de los más importantes dentro de la industria química porque el éxito de muchas operaciones industriales depende de una agitación y mezcla eficaz. Sin embargo, debido a la complejidad de los fenómenos de transporte involucrados, es uno de los procesos más difíciles de analizar y caracterizar. Así, hasta el momento, no existen correlaciones generales para configuraciones arbitrarias de agitación que describan cantidades útiles como la velocidad de mezcla o el grado de homogeneidad alcanzada. Se debe distinguir entre agitación y mezcla. Agitación se puede definir como el movimiento circulatorio inducido a un fluido dentro de un contenedor, fundamentalmente de forma circular y provocando vórtices. En contraste con la agitación, mezclar es obtener una distribución espacialmente homogénea de dos o más fases inicialmente separadas. Aquí, una de las fases ha de ser un fluido, mientras que la otra puede ser algo tan variado como otro fluido, partículas sólidas o burbujas.

En la práctica, el diseño de la agitación ha de atender a dos factores: el grado de homogeneidad y el tiempo de mezcla, donde la potencia requerida en la agitación depende de estos dos factores, así como del rendimiento. Generalmente, el tanque de agitación es un recipiente circular, que puede estar cerrado o abierto en su parte superior. Para evitar zonas con bajas velocidades, las esquinas se eliminan empleando un fondo circular. Para aumentar la eficiencia del mezclado, se pueden instalar unos deflectores en la pared del tanque; así se evita que el fluido gire como un sólido rígido y se aumenta la vorticidad.

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Tipos de Agitadores. Existen tres tipos básicos de agitadores, directamente relacionados con los tres modelos de flujo fundamentales:

1. Agitadores de Flujo Axial.

Permiten un flujo desprendido del rodete de aproximadamente 45º y por tanto presenta recirculación, que retorna hasta la zona central de las palas del agitador, creando un campo de flujo de ida y vuelta paralelo al eje de giro. Este tipo de flujo se presenta con un Reynolds de entre 200 a 600, y se transforma en flujo radial cuando el número de Reynolds disminuye. Los agitadores de flujo axial incluyen a todos los que tienen palas que forman un ángulo menor de 90º con el plano perpendicular al eje. Las hélices y

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turbinas de palas o aspas inclinadas son las más representativas de este tipo de agitadores.

2. Agitadores de Flujo Radial.

Los más representativos son los agitadores de palas planas. Éste tipo de agitadores incluyen palas (o aspas) paralelas al eje del motor. Los más pequeños y de aspas múltiples se denominan “turbinas”; los mayores, de velocidades más bajas, con dos o cuatro aspas, se denominan agitadores de palas o de paletas. Generan un flujo radial para cualquier Reynolds y proporcionan alta velocidad tangencial aunque baja capacidad de impulsión.

En la mayoría de los procesos industriales de mezclado, sin embargo, se busca una capacidad de impulsión lo mayor posible, mientras que la velocidad tangencial no constituye un factor de importancia. Por ello, este último tipo de agitador no es de uso extendido en la industria, siendo los más utilizados los denominados “de alta eficacia” (hydrofoil), que maximizan el flujo y minimizan la velocidad de tangencial. Estos agitadores de palas rígidas se clasifican según el valor del cociente entre el área total de las palas

con respecto al del círculo que circunscribe el impulsor; y, según aumenta la viscosidad del fluido, un mayor valor del cociente anteriormente definido resulta más efectivo para proporcionar un tipo de flujo predominantemente axial.

3. De Paso Cerrado. En los que se incluyen los de tipo ancla y helicoidal. Estos agitadores trabajan muy cercanos a la pared del tanque y son particularmente eficaces para fluidos seudo plásticos y, en general, de alta viscosidad, en los que es necesario tener concentrada la capacidad de mezcla cerca de la pared, consiguiéndose un campo de flujo más efectivo que con los impulsores del tipo abierto explicados anteriormente.

3. DESCRIPCION DEL EQUIPO. Representamos al agitador utilizado en el laboratorio con el siguiente

dimensionado:

H

E

Da

Dt

W

L

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Adicionalmente el equipo consta con:

Un motor con señales digitales para la medida del RPM y el Torque.

Placas deflectoras.

Juego de impulsores.

Motor de ¼ HP de 60 ciclos.

Un medidor digital para la lectura de los RPM y el torque en in-oz.

Un tablero eléctrico para los mandos de energía, el cual incorpora un

voltímetro análogo, pilotos para señalización. Hemos elegido como juego de impulsores la hélice, la pala inclinada, y la pala curva en sus tamaños grande y chico.

4. ECUACIONES A UTILIZAR.

Factores de forma. Los diferentes factores de forma dependen del tipo de aparato y de su disposición. En la figura anterior se indican las dimensiones necesarias, que son:

Diámetro del tanque, Dt

Diámetro del impulsor, Da

Altura del rodete sobre el fondo del tanque, E

Longitud de las palas del rodete, L

Ancho de las palas, W

Anchura de las placas deflectoras, J

Altura del líquido, H

De la figura anterior se definen los factores de forma:

Dt

DaS 1

Da

ES 2

Da

LS 3

Da

WS 4

Dt

JS 5

Dt

HS 6

Grupos dimensionales. Cálculo del Número de Reynolds (NRe), el Número de Froude (NFr) y el Número de Potencia:

..2

Re

aDNN

g

DNN a

Fr

.2

53.exp

..

.

a

cPo

DN

gPN

Donde:

: Viscosidad del líquido.

: Densidad del líquido.

g : Gravedad.

P: Potencia. N: Numero de revoluciones.

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Da: Diámetro del impulsor. gc: Gravedad especifica.

Formas de correlación.

m

Fr

Po

N

N.exp (Función potencia) …(1)

La Ec. 1 es utilizada para hallar la potencia para tanques sin deflectores. Donde “m” es igual a :

)( Re10 NLogm

, β son constantes obtenidas en tablas.

.exp = PoN …(2)

La Ec. 2 es utilizada para hallar la potencia para tanques con deflectores.

5. PROCEDIMIENTO.

Hélice

ǿ1 (cm) h = h =

Sin deflectores Con deflectores Sin deflectores Con deflectores

RPM τ A τ A τ A τ A

50

100

150

200

250

300

350

400

6