UNIDAD 1: AGITACIN 1. CONCEPTOS BSICOS La agitacin se refiere al
movimiento inducido de un material en una forma especfica,
generalmente con un modelo circulatorio dentro de algn tipo de
contenedor, o en otros trminos podramos decir que la agitacin es el
movimiento inducido de un material de una forma determinada dentro
de un recipiente. El objeto de la agitacin puede ser incrementar la
transferencia de calor en el fluido o incrementar el transporte de
materia, es decir, mezclar. (Hauke G; 2004) La agitacin se puede
llevar a cabo con varios fines; entre estos tenemos: Suspensin de
partculas slidas: Es la distribucin de un slido disperso en un
fluido. La suspensin de partculas slidas tiene como objetivos
mantener los slidos en suspensin, conseguir una distribucin
homognea y disolver slidos. Como ejemplos tenemos los procesos de
cristalizacin y las reacciones slido-lquido con catalizador (Gelmi
C; 2006). Mezclado de lquidos miscibles (ejemplo: alcohol-agua): Es
la mezcla de fluidos solubles, que tiene como objetivos generar un
equilibrio de gradientes de temperatura y concentracin (Gelmi C;
2006). Dispersin de un gas en un lquido en forma de pequeas
burbujas: Mezcla de un lquido con un gas. Ejemplo: Reacciones
gas-lquido, fermentaciones aerobias, etc (Gelmi C; 2006). Emulsin:
Dispersin de un segundo lquido, inmiscible con el primero, para
formar una emulsin o suspensin de gotas diminutas, mediante el
aumento de la superficie especfica de uno de los fluidos (Gelmi C;
2006). Promocin de la transferencia de calor entre el lquido y un
serpentn o encamisado (Gelmi C; 2006).
El xito de muchas operaciones industriales depende de la eficaz
agitacin y mezcla de fluidos. Con frecuencia un mismo equipo de
agitacin realiza varias de estas operaciones bsicas simultneamente,
pero es conveniente instalar mezcladores agitadores que pueden
llevar a cabo la agitacin en el sentido deseado, con el menor
consumo energtico posible. Para ello, existe en el mercado gran
variedad de agitadores, con distintas caractersticas y funciones.
(McCabe 1991) La aplicacin de la agitacin dentro de la industria se
realiza con el fin de lograr alcanzar los siguientes objetivos:
Poner en contacto dos lquidos miscibles Dispersar un gas en el seno
de un lquido Poner en contacto o dispersar dos lquidos no miscibles
Favorecer la transferencia de calor entre una superficie y un
lquido
Mantener en suspensin partculas slidas en un lquido para obtener
uniformidad, favorecer la transferencia de masa (disolucin),
iniciar una reaccin qumica o estimularla. NMEROS ADIMENSIONALES
USADOS
1.1.
1.1.1. Nmero de Reynolds de agitacin El nmero de reinolds
representa la razn entre las fuerzas de inercia y las fuerzas
viscosas. En agitacin se presentan tres regmenes de flujo: laminar,
transicin (10-10.000) y turbulento (Gelmi C; 2006). El nmero de
reinolds se representa mediante la siguiente frmula:
Donde: = velocidad de rotacin [rps] = dimetro del agitador [m] =
densidad del fluido [kg/m3] = viscosidad [Pas]
1.1.2. Nmero de potencia (Np) Es proporcional a la relacin de la
fuerza de rozamiento que acta sobre una unidad de rea del rodete y
la fuerza inercial (Gelmi C; 2006).
1.1.3. Nmero de Froude (Nfr) Es una medida de la relacin entre
la fuerza inercial y la fuerza gravitacional por unidad de rea que
acta sobre un fluido. Es til en el anlisis y escalamientos de
estanques sin bafles (Gelmi C; 2006).
1.1.4. Nmero de mezclado (B) Es la velocidad de rotacin (N),
multiplicado por el tiempo de mezclado. Define un tiempo de
mezclado adimensional (Gelmi C; 2006).
2. EQUIPOS, PARTES Y FUNCIONES Los agitadores son generalmente
tanques o recipientes de forma cilndrica y fondo redondeado
(cerrados o abiertos), provistos de un eje vertical con un agitador
mecnico accionado por un motor que puede ir conectado a un reductor
de velocidad de ser necesario. Las proporciones estos varan
ampliamente, dependiendo de la naturaleza del problema de agitacin.
La altura del lquido es aproximadamente igual al dimetro de los
anteriormente mencionados. Estos equipos de agitacin pueden traer
incorporados tambin otros accesorios como tubuladuras de entrada y
salida, serpentines, encamisados, etc. (McCabe 1991) En la
siguiente figura se observa un tanque tpico de proceso con
agitacin.
Figura N1: Tanque tpico de procesos de agitacin (McCabe,
2002)
2.1.
AGITADORES DE RODETE
Los agitadores de rodete se dividen en dos clases: los que
generan corrientes paralelas al eje del rodete, y aquellos que
generan corrientes en direccin tangencial o radial. Los primeros
reciben el nombre de rodetes de flujo axial, y los segundos rodetes
de flujo radial. 2.1.1. AGITADORES DE HLICE El rodete est
constituido por una hlice de dos, tres, o hasta cuatro palas,
anloga a la que impulsa a los barcos a traccin mecnica. Los
agitadores de hlice trabajan a elevadas velocidades (300-1000
r.p.m.), por lo que crean una
gran turbulencia en la zona prxima al rodete. El flujo que
producen es de carcter axial (desplazamiento del lquido en el
sentido del eje del rodete) pero junto a las paredes del depsito se
hace tangencial, sin embargo, adaptndoles una carcasa o
cortacorrientes puede conducirse como ms convenga. Son de poco
precio, pequeo consumo y gran rendimiento. Se construyen casi
siempre en tamaos pequeos, de 1/8 a 5 CV, y son porttiles. Los
grandes, hasta 50 CV, son fijos y no se suelen accionar
directamente por el motor elctrico, sino que se unen a ste a travs
de un reductor de velocidad. Cuando la masa lquida a agitar es muy
grande, se disponen varios agitadores de este tipo sujetos al borde
del recipiente. Para grandes espesores de lquido se colocan en el
eje dos o ms rodetes, disponiendo el ngulo de ataque de las palas
de manera que el flujo axil que provoca el rodete superior sea
ascendente, mientras que el producido por el inferior sea
descendente. Su campo de aplicacin principal es para lquidos
bastante fluidos y para agitar dispersiones de slidos en lquidos
poco viscosos y cuando el contenido en materia slida es pequeo.
(Altamir A; 2002)
Figura N2: Agitador de hlices (McCabe, 2002)
2.1.2. AGITADORES DE PALETAS Para problemas sencillos, un
agitador eficaz est formado por una paleta plana, que gira sobre un
eje vertical. Son corrientes los agitadores formados por dos y 3
paletas. Las paletas giran a velocidades bajas o moderadas en el
centro del tanque, impulsando al lquido radial y tangencialmente,
sin que exista movimiento vertical respecto del agitador, a menos
que las paletas estn inclinadas. Las corrientes de lquido que se
originan se dirigen hacia la pared del tanque y despus siguen hacia
arriba o hacia abajo. Las paletas tambin pueden adaptarse a la
forma del fondo del tanque, de tal manera que en su movimiento
rascan la superficie o pasan sobre ella con una holgura muy pequea.
Un agitador de este tipo se conoce como agitador de ancla. Estos
agitadores son tiles cuando se desea evitar el depsito de slidos
sobre una superficie de transmisin de calor, como ocurre en un
tanque enchaquetado, pero no son buenos mezcladores. Generalmente
trabajan conjuntamente con un agitador de paletas de otro tipo, que
se mueve con velocidad elevada y que gira normalmente en sentido
opuesto. 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. 2.1.3.
AGITADORES DE TURBINA La mayor parte de ellos se asemejan a
agitadores de mltiples y cortas paletas, que giran con velocidades
elevadas sobre un eje que va montado centralmente dentro del
tanque. Las paletas pueden ser rectas o curvas, inclinadas o
verticales. El rodete puede ser abierto, semicerrado o cerrado. El
dimetro del rodete es menor que en el caso de agitadores de
paletas, siendo del orden del 30 al 50% del dimetro del tanque. 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.
Figura N3: Agitadores de turbinas: (a) turbina de pala recta,
(b) turbina de disco, (c) turbina de aspas inclinadas (McCabe,
2002)
2.1.4. CARACTERSTICAS MS IMPORTANTES DE LOS TIPOS DE RODETES
Cada tipo de rodete tiene unas caractersticas propias, esto es
importante a la hora de escoger el tipo de rodete que incluiremos
en nuestros procesos. Las caractersticas ms importantes de los
tipos de rodetes se describen en la tabla N1.
CARACTERISTICAS
AGITADOR DE HELICE
AGITADOR CON ASPAS INCLINADAS 4-6 palas rectas. ngulo de
inclinacin de 45.
AGITADOR DE ASPAS PLACAS
AGITADOR DE ASPAS CURVAS
DESCRIPCIN
3 labes (generalmente). ngulo de inclinacin del aspa
constante.
6 palas rectas
FLUJO GENERADO
Axial
RGIMEN ALCANZADO VELOCIDAD TANGENCIAL VISCOSIDAD DEL MEDIO
POSICIN DEL RODETE (d2/d1)
Turbulento 3-15 m/s
Axial/Radial (componente radial mayor que con el mezclador de
hlice) De transicinTurbulento 3-15 m/s
Radial
3 palas inclinadas. Palas curvadas hacia atrs en direccin del
flujo. Radial/Axial
Turbulento 3-7 m/s
De transicinTurbulento 3-8 m/s
