M. En C. José Antonio González Moreno 6 D2 10 de Noviembre del 2014

Transcripción

1 M. En C. José Antonio González Moreno 6 D2 10 de Noviembre del 2014

2 En esta presentación se estudiarán los principios de las máquinas mezcladoras para líquidos, así como sus características y datos técnicos de algunas de ellas. Finalmente se presentan las conclusiones del tema expuesto, así como las referencias bibliográficas consultadas y las preguntas de repaso del tópico estudiado.

3 La Revolución Industrial en Inglaterra (segunda mitad del siglo XVIII) fue la antesala de muchos inventos y renovaciones de maquinarias semiautomatizadas. Entre dichos avances se presentan las máquinas mezcladoras de líquidos que se utilizaban para fabricar jarabes de azúcar y jugos de manzana.

4 Existe una gran variedad de máquinas mezcladoras de líquidos, como las de acero inoxidable, las que se utilizan para líquidos viscosos y líquidos sensibles (e.g. chocolate). También las que se utilizan para diferentes operaciones de mezclado como: mezclar, homogeneizar y emulsionar. Finalmente existe otra clasificación no tan común: a prueba de explosiones para sustancias flamables.

5 1) Tiene aplicación en plantas industriales involucradas en la ingeniería de procesos: industria química, industria alimenticia y la producción de pinturas y tintas. 2) Agitación según el tipo, compuestos y la sensibilidad del producto. 3) Motor y eje del mezclador se desacoplan fácilmente (permite trabajar con un solo motor y varios tanques con mezclador a la vez). 4) Se pueden accionar mediante Motor eléctrico o neumático, Velocidad fija o ajustable y Motor fijo o desmontable.

6 Diseño en la tapa para los diferentes tanques:

7 Se utilizan para tanques IBC plásticos con orificios de 150 mm, también para canecas con orificios de entrada de 2 pulgadas y canecas con tapa. Tipo de agitadores: hélices o conos abatibles.

8 1) Propeller (Hélice): El agitador de hélice es un agitador de flujo axial, opera con alta velocidad. Estos agitadores son eficaces para tanques de gran tamaño, tienen aplicación para líquidos de baja viscosidad y también cuando se desean corrientes verticales intensas para mantener en suspensión partículas sólidas pesadas.

9 2) Rotor estator: La alta velocidad del rotor en el líquido procesa de forma independiente la dispersión axial en el rodete y luego absorbe radialmente a través de las ranuras y presionan el líquido contra el estator. Debido a la gran fuerza de aceleración, se generan esfuerzos cortantes sobre el líquido. Se genera alta turbulencia en donde se lleva a cabo una combinación óptima de la suspensión.

10 3) Conos: Este modelo proporciona una agitación suave y trabaja con baja velocidad de rotación (30 a 120 rpm). El principio de los agitadores cónicos permite una mezcla eficiente de todos los líquidos, desde baja hasta alta viscosidad, inclusive a bajas revoluciones.

11 4) Hélice y cono plegable: También disponible el modelo de hélices plegables para barriles, canecas y tanques con orificio pequeño, con capacidades desde 60 a 220 litros, mezclando directamente a través de la boca del tonel (espacio requerido mínimo de 2 pulgadas de diámetro).

12 5) Paletas: Un agitador eficaz para problemas sencillos es el de paletas, el cual gira sobre un eje vertical. Las velocidades de giro van de bajas a moderadas en el centro del tanque, impulsando al líquido radial y tangencialmente, sin que exista movimiento vertical respecto del agitador, a menos que las paletas estén inclinadas.

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19 Configuraciones de tanques agitados típicos, mostrando las líneas flujo promedio a través del tiempo. Se describen patrones de flujo axial (figura izquierda) y de flujo radial (figura derecha) en los impulsores con ayuda de las mamparas (Baffles).

20 La agitación de un sistema está dado por el Número adimensional de Reynolds, el cual relaciona la fuerza cinética con la dinámica de partículas que conforman un fluido. Para el caso de líquidos, se tiene la expresión: Donde: D = Diámetro de la tubería (en m). N = Es la velocidad de agitación del sistema (en m/s). ρ = Densidad del fluido (en Kg/m 3 ). μ = Viscosidad dinámica (en Kg/(m*s))

21 Otro parámetro adimensional para registrar la potencia del medio mezclado, es el Número de Potencia, con el cual se puede determinar la energía que se gasta por unidad de tiempo. Para calcular dicho número se tiene: Donde: P = Es la potencia del motor mezclador (en W). ρ = Densidad del fluido (en Kg/m 3 ). N = Es la velocidad angular del motor (en hertz). D = Diámetro de la tubería o del tanque(en m).

22 Otro número adimensional es el de flujo volumétrico, en el cual se relaciona el caudal de volumen de descarga respecto a la velocidad de giro del sistema. Para calcular dicho número se tiene: Donde: Q = Es el flujo volumétrico (en m 3 /s). N = Es la velocidad de giro del motor (en hertz). D = Diámetro de la tubería o del tanque(en m).

23 Finalmente la homogenización de la concentración en una mezcla, está regida por la difusividad del medio (D AB ), la cual se incrementa al incrementarse la temperatura. La difusividad de Eddy puede aproximarse como: Donde: D E = es la Difusividad tipo Eddy (en m 2 /s). D = Diámetro de la Tubería o del tanque (en m) V = Es la velocidad promedio de mezclado (en m/s). Re = Número de Reynolds en la tubería o tanque, calculado como:

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25 Las máquinas mezcladoras de líquidos se adaptan a las necesidades de la empresa y al tipo de fluido que se esté trabajando o transformando. Se hace notar que el elemento principal es el tipo de aspa que se esté utilizando para dicho trabajo, por lo que dependerá de otro factor como lo es la velocidad para cumplir con el producto final o intermedio.

26 1) Mezcladoras. Ucon Latin America (3 de Marzo 2010) consultado el día 9 de Noviembre del 2014 de: 2) Manual del Ingeniero químico. Tomo único. (23 de Julio 2008) Consultado el día 9 de Noviembre del 2014 de: s_handbook_of_chemical_en.pdf?tsid= e7ce6&lgfp=2000 3) Consultor de imágenes de Google. (2014). Consultado el 8 de Noviembre del 2014 de: =5CZgVJzQMcH_yQSuyYLACw&ved=0CAQQqi4oAg

27 1) Describir dónde y en qué siglo se realizó la Revolución Industrial? R = En Inglaterra en la segunda mitad del siglo XVIII 2) Describir cuáles son las operaciones principales que se realizan en un proceso de mezclado: R = mezclar, homogeneizar y emulsionar. 3) Mencionar 3 ejemplos en que tiene su aplicación el mezclado en diversos procesos industriales: R = industria química, industria alimenticia y la producción de pinturas y tintas.

28 4) Mencionar las formas en que se puede accionar el proceso de mezclado: R = Mediante Motor eléctrico o neumático, Velocidad fija o ajustable y Motor fijo o desmontable. 5) Estos agitadores son eficaces para tanques de gran tamaño y tiene su aplicación en líquidos de baja viscosidad. R = Agitador tipo Propeller o Hélice