4.1 INTRODUCCIÓN 4. AGITACION EN LA INDUSTRIA

Transcripción

1 40 4. AGITACIO E LA IUSTRIA 4.1 ITROUCCIÓ L gitción se refiere forzr un fluido por medios mecánicos pr que dquier un movimiento circultorio en el interior de un recipiente. Los objetivos de l gitción pueden ser: Mezcl de dos líquidos miscibles (ej: lcohol y gu) isolución de sólidos en líquido (ej.: zucr y gu) Mejorr l trnsferenci de clor (en clentmiento o enfrimiento) ispersión de un gs en un líquido (oxígeno en cldo de fermentción) ispersión de prtículs fins en un líquido ispersión de dos fses no miscibles (grs en l leche) Generlmente el equipo consiste en un recipiente cilíndrico (cerrdo o bierto), y un gitdor mecánico, montdo en un eje y cciondo por un motor eléctrico. Ls proporciones del tnque vrín mplimente, dependiendo de l nturlez del problem de gitción. El fondo del tnque debe ser redondedo, con el fin de eliminr los bordes rectos o regiones en ls cules no penetrrín ls corrientes del fluido. L ltur del líquido, es proximdmente igul l diámetro del tnque. Sobre un eje suspendido desde l prte superior, v montdo un gitdor. El eje está cciondo por un motor, conectdo veces, directmente l mismo, pero con myor frecuenci, trvés de un cj de engrnjes reductores. El gitdor cre un cierto tipo de flujo dentro del sistem, dndo lugr que el líquido circule por todo el recipiente y vuelv de vez en cundo l gitdor. 4.2 AGITAORES PARA TAQUES CERRAOS Y TAQUES ABIERTOS E MOTAJE FIJO Estos tipos de gitdores son recomenddos pr su plicción, y todo depende de los requisitos de su proceso. Los hy de copldos directo, estos están diseñdos pr plicciones de bj viscosidd, o volumen pequeños, o plicciones en que se requiere triturmientos del producto. Los gitdores de copldo de engrnje (cj reductor), son eficientemente usdos en productos con ms lt viscosidd o plicciones con un volumen ms elevdo. Estos gitdores vrín desde 1/4 5 cbllos de fuerz (HP), y son disponibles con siete diferentes velociddes, y con un vriedd de hélices. Estos gitdores son disponibles y se con motor eléctrico, o motores de ire, sí como tmbién pueden ser equipdos con vridor de velociddes.

2 41 Beneficios clves: Fbricdos pr operción continu Agitdores de este tipo son equipdos con ASI cobertur, con selldores de empquetdurs o mecánicos, pr uso con tnques cerrdos. Tmbién son disponibles con bse cudrd pr ser montdos en tnques biertos donde selldores no son necesrios, est montdur tmbién ls hy en ángulo pr dr un myor eficienci l plicción. Engrnje helicoidles, con un lto fctor de servicio, y lubricción de por vid.

3 42

4 TIPOS E AGITAORES: Los gitdores se dividen en dos clses: los que genern corrientes prlels l eje del gitdor y los que dn origen corrientes en dirección tngencil o rdil. Los primeros se llmn gitdores de flujo xil y los segundos gitdores de flujo rdil. Los tres tipos principles de gitdores son, de hélice, de plets, y de turbin. Cd uno de estos tipos comprende muchs vriciones y subtipos que no considerremos quí. En lgunos csos tmbién son útiles gitdores especiles, pero con los tres tipos ntes citdos se resuelven, quizás, el 95% de los problems de gitción de líquidos. Agitdores e Helice Un gitdor de hélice, es un gitdor de flujo xil, que oper con velocidd elevd y se emple pr líquidos pocos viscosos. Los gitdores de hélice más pequeños, girn tod l velocidd del motor, uns ó rpm; los myores girn de rpm. Ls corrientes de flujo, que prten del gitdor, se mueven trvés del líquido en un dirección determind hst que son desvids por el fondo o ls predes del tnque. L column de remolinos de líquido de elevd turbulenci, que prte del gitdor, rrstr en su movimiento l líquido estncdo, generndo un efecto considerblemente myor que el que se obtendrí medinte un column equivlente cred por un boquill estcionri. Ls pls de l hélice cortn o friccionn vigorosmente el líquido. ebido l persistenci de ls corrientes de flujo, los gitdores de hélice son eficces pr tnques de grn tmño. Pr tnques extrordinrimente grndes, del orden de 1500m 3 se hn utilizdo gitdores múltiples, con entrds lterles l tnque. El diámetro de los gitdores de hélice, rrmente es myor de 45 cm, independientemente del tmño del tnque. En tnques de grn ltur, pueden disponerse dos o más hélices sobre el mismo eje, moviendo el líquido generlmente en l mism dirección. A veces dos gitdores opern en sentido opuesto crendo un zon de elevd turbulenci en el espcio comprendido entre ellos. Agitdores e Plets Pr problems sencillos, un gitdor eficz está formdo pr un plet pln, que gir sobre un eje verticl. Son corrientes los gitdores formdos por dos y 3 plets. Ls plets girn velociddes bjs o moderds en el centro del tnque, impulsndo l líquido rdil y tngencilmente, sin que exist movimiento verticl respecto del gitdor, menos que ls plets estén inclinds. Ls corrientes de líquido que se originn se dirigen hci l pred del tnque y después siguen hci rrib o hci bjo. Ls plets tmbién pueden dptrse l form del fondo del tnque, de tl mner que en su movimiento rscn l superficie o psn sobre ell

5 44 con un holgur muy pequeñ. Un gitdor de este tipo se conoce como gitdor de ncl. Estos gitdores son útiles cundo cundo se dese evitr el depósito de sólidos sobre un superficie de trnsmisión de clor, como ocurre en un tnque enchquetdo, pero no son buenos mezcldores. Generlmente trbjn conjuntmente con un gitdor de plets de otro tipo, que se mueve con velocidd elevd y que gir normlmente en sentido opuesto. Los gitdores industriles de plets girn un velocidd comprendid entre 20 y 150 rpm. L longitud del rodete de un gitdor de plets es del orden de 50 l 80% del diámetro interior del tnque. L nchur de l plet es de un sexto un décimo de su longitud. A velociddes muy bjs, un gitdor de plets produce un gitción suve, en un tnque sin plcs deflectors o cortcorrientes, ls cules son necesris pr velociddes elevds. e lo contrrio el líquido se mueve como un remolino que gir lrededor del tnque, con velocidd elevd pero con poco efecto de mezcl. Agitdores e Turbin L myor prte de ellos se semejn gitdores de múltiples y corts plets, que girn con velociddes elevds sobre un eje que v montdo centrlmente dentro del tnque. Ls plets pueden ser rects o curvs, inclinds o verticles. El rodete puede ser bierto, semicerrdo o cerrdo. El diámetro del rodete es menor que en el cso de gitdores de plets, siendo del orden del 30 l 50% del diámetro del tnque. Los gitdores de turbin son eficces pr un mplio intervlo de viscosiddes; en líquidos poco viscosos, producen corrientes intenss, que se extienden por todo el tnque y destruyen ls mss de líquido estncdo. En ls proximiddes del rodete existe un zon de corrientes rápids, de lt turbulenci e intensos esfuerzos cortntes. Ls corrientes principles son rdiles y tngenciles. Ls componentes tngenciles dn lugr vórtices y torbellinos, que se deben evitr por medio de plcs deflectors o un nillo difusor, con el fin de que el rodete se más eficz. El gitdor de turbin semibierto, conocido como gitdor de disco con lets, se emple pr dispersr o disolver un gs en un líquido. El gs entr por l prte inferior del eje del rodete; ls lets lnzn ls burbujs grndes y ls rompen en muchs pequeñs, con lo cul se ument grndemente el áre interfcil entre el gs y el líquido. Tipos de Flujo en Tnques Agitdos El tipo de flujo que se produce en un tnque gitdo, depende del tipo de rodete, de ls crcterístics del fluido y del tmño y proporciones del tnque, plcs

6 45 deflectors y gitdor. L velocidd del fluido en un punto del tnque tiene tres componentes y el tipo de flujo globl en el mismo, depende de ls vriciones de ests tres componentes de l velocidd, de un punto otro. L primer componente de velocidd es rdil y ctú en dirección perpendiculr l eje del rodete. L segund es longitudinl y ctú en dirección prlel l eje. L tercer es tngencil o rotcionl, y ctú en dirección tngencil l tryectori circulr descrit por el rodete. Pr el cso corriente de un eje verticl, ls componentes rdil y tngencil están en un plno horizontl y l componente longitudinl es verticl. Ls componentes rdil y longitudinl son útiles porque dn lugr l flujo necesrio pr que se produzc l mezcl. Cundo el eje es verticl y está dispuesto en el centro del tnque, l componente tngencil de velocidd es generlmente perjudicil pr l mezcl. El flujo tngencil sigue un tryectori circulr lrededor del eje y cre un vórtice en l superficie del líquido que debido l circulción en flujo lminr, d lugr un estrtificción permnente en diferentes niveles, de substncis sin mezclr, sin que exist flujo longitudinl de un nivel otro. Si están presentes prtículs sólids, ls corrientes circultoris tienden lnzr ls prtículs contr l pred del tnque, debido l fuerz centrífug, desde donde cen cumulándose en l prte centrl del fondo del tnque. Por consiguiente en vez de mezcl, se produce l cción contrri. En un tnque sin plcs deflectors, el flujo circultorio es inducido por todos los tipos de rodete, tnto si el flujo es xil como rdil. Si los remolinos son intensos, el tipo de flujo dentro del tnque es esencilmente el mismo, independientemente del diseño del rodete. Pr velociddes de giro del rodete elevds, l profundidd del vórtice puede ser tn grnde que llegue l rodete mismo, dndo lugr que en el líquido se introduzc el gs que está encim de él, lo cul normlmente debe evitrse. Forms de evitr remolinos: Colocndo el gitdor fuer del eje centrl del tnque. En tnques pequeños se debe colocr el rodete seprdo del centro del tnque, de tl mner que el eje del gitdor no coincid con el eje centrl del tnque. En tnques myores el gitdor puede montrse en form lterl, con el eje en un plno horizontl, pero no en l dirección del rdio. Instlndo plcs deflectors. Ests son plcs verticles perpendiculres l pred del tnque. En tnques pequeños son suficientes 4 plcs deflectors, pr evitr remolinos y formción de vórtice. El ncho de ls plcs no debe ser myor que un docevo del diámetro del tnque. Cundo se usn gitdores de hélice, el ncho de l plc puede ser de un octvo del diámetro del tnque. Si el

7 46 eje del gitdor está desplzdo del centro o inclindo, no se necesitn plcs deflectors. Cundo no se presentn remolinos, el tipo de flujo específico depende del tipo de rodete: Los gitdores de hélice impulsn el líquido hci el fondo del tnque, desde donde l corriente se extiende subiendo por ls predes y retornndo hci l hélice. Se emplen cundo se desen intenss corrientes verticles, por ejemplo pr mntener en suspensión prtículs sólids pesds. o se emplen cund l viscosidd del líquido es superior los centipoises. Los gitdores de plets producen un flujo rdil intenso en el plno próximo ls pls, pero prácticmente no dn lugr corrientes verticles. Estos gitdores no son eficces pr mntener sólidos en suspensión. Los gitdores de turbin impulsn l líquido rdilmente contr ls predes lterles del tnque, desde donde l corriente se divide, un prte fluye hci rrib y otr prte hci el fondo, retornndo mbs l rodete. Por lo que producen dos corrientes de circulción seprds. n excelentes resultdos en l mezcl de líquidos que tienen proximdmente l mism densidd reltiv. Consumo de Potenci Ls vribles que pueden ser controlds y que influyen en l Potenci consumid por el gitdor son: imensiones principles del tnque y del rodete: iámetro del tnque ( t ), iámetro del rodete ( ), ltur del líquido (H), ncho de l plc deflector (J), distnci del fondo del tnque hst el rodete (E), y dimensiones de ls plets. Viscosidd (µ) y densidd (ρ) del fluido. Velocidd de giro del gitdor (). El cálculo de l potenci consumid se hce trvés de números dimensionles, relcionndo por medio de gráficos el número de Reynolds y el úmero de Potenci. Ests gráfics dependerán de ls crcterístics geométrics del gitdor y de si están presentes o no, ls plcs deflectors. úmero de Reynolds = esfuerzo de inerci / esfuerzo cortnte Re = 2 ρ µ

8 47 úmero de Potenci = esfuerzo de frotmiento / esfuerzo de inerci po = 3 P 5 ρ úmero de Froude = esfuerzo de inerci / esfuerzo grvitcionl Fr = 2 g Pr bjos números de Reynolds (Re <10) el flujo es lminr, l densidd dej de ser un fctor importnte y l potenci puede encontrrse como: P = K L 2 2 µ En tnques con plcs deflectors y pr números de Reynolds superiores , l función de potenci es independiente del número de Reynolds y l viscosidd dej de ser un fctor. Ls vriciones del úmero de Froude tmpoco influyen. En este intervlo el flujo es completmente turbulento y l Potenci puede ser clculd como: P = K T 3 5 ρ