AGITACIÓN Y MEZCLA EN LA INDUSTRIA
OPERACIONES INDUSTRIALES
Competencias Terminales
Compresor de dos etapas
Compresores Multietapas
Competencias Terminales
Compresor de dos etapas
Compresores Multietapas
COMPETENCIAS TERMINALES
AGITACIÓN Y MEZCLADO AGITACIÓN
MEZCLA
la agitación se refiere a forzar un fluido por medios mecánicos para que adquiera un movimiento circulatorio en el interior de un recipiente.
Implica partir de dos fases individuales, tales como un fluido y un sólido pulverizado o dos fluidos, y lograr que ambas fases se distribuyan al azar entre sí.
AGITACIÓN Y MEZCLADO Dentro de las operaciones más comunes en el procesado de alimentos se encuentran la agitación y mezcla de sistemas fluidos.
Aunque
la
agitación
y
el
mezclado
se
encuentran
interrelacionados, desde el punto de vista técnico se establece que la principal diferencia entre ambas es que la definición de agitación recae en el consumo de potencia (Griskey, 2002).
MEZCLADO El mezclado es una operación unitaria en la cual se forma una combinación uniforme de dos o más componentes (Brennan, 2006). Implica partir de dos fases individuales y lograr que ambas fases se distribuyan al azar entre sí (Geankoplis, 2006). En adición a la mezcla de componentes la operación de mezclado conlleva otros cambios deseables en los materiales, tales como la promoción de la transferencia de calor, facilitar reacciones químicas o biológicas, el trabajo mecánico.
CLASIFICACIÓN DE LAS MEZCLAS FÍSICA Aplicaciones que dependen de algún tipo de uniformidad
CLASIFICACIÓN BÁSICA
QUÍMICA Aplicaciones que requieren algún tipo de transferencia de masa o reacción química
Suspensión
Líquido – Sólido
Disolución
Dispersión
Líquido – Gas
Absorción
Emulsión
Líquido – Líquido (inmiscibles)
Extracción
Mezcla
Líquido – Líquido (miscibles)
Reacciones
Bombeo
Movimiento de fluido
Transferencia de calor
AGITACIÓN La agitación se refiere a forzar un fluido por medios mecánicos para
que
adquiera
un
movimiento circulatorio en el interior
de
un
recipiente
(Geankoplis, 2006). Aplicación en alimentos Líquidos de baja viscosidad: preparación de salmueras y jarabes, bebidas a base de extractos de frutas, mezcla de aceites.
OBJETIVOS DE LA AGITACIÓN Existen varios objetivos en la agitación de fluidos y algunos de ellos son: 1. Mezclado de dos líquidos miscibles, tales como alcohol etílico yagua. 2. Disolución de sólidos en líquidos, tales como sal en agua. 3. Dispersión de un gas en un líquido en forma de burbujas pequeñas, como en el caso del oxígeno del aire en una suspensión de microorganismos para la fermentación, o para el proceso de activación de lodos en el tratamiento de aguas de desperdicio. 4. Suspensión de partículas sólidas finas en un líquido, tal como en la hidrogenación catalítica de un líquido, donde las partículas del catalizador sólido y las burbujas de hidrógeno se dispersan en un líquido. 5. Agitación de un fluido para aumentar la transferencia de calor entre dicho fluido y un serpentín o una camisa en las paredes del recipiente.
EQUIPO PARA AGITACIÓN Consiste en un recipiente cilíndrico (cerrado o abierto), y un agitador o impulsor mecánico, montado en un eje y accionado por un motor eléctrico. Las proporciones del tanque varían ampliamente, dependiendo de la naturaleza del problema de agitación. El fondo del tanque debe ser redondeado, con el fin de eliminar los bordes rectos o regiones en las cuales no penetrarían las corrientes del fluido.
EQUIPO PARA AGITACIÓN La altura del líquido, es aproximadamente igual al diámetro del tanque. Sobre un eje suspendido desde la parte superior, va montado un agitador. El eje está accionado por un motor, conectado a veces, directamente al mismo, pero con mayor frecuencia, a través de una caja de engranajes reductores.
AGITADORES O IMPULSORES Los agitadores se dividen en:
Los
que
generan
corrientes paralelas al eje del impulsor que se denominan impulsores de flujo axial.
Los
que
generan
corrientes en dirección radial tangencial que se llaman impulsores de flujo radial.
TIPO DE AGITADORES Diferentes tipos de agitadores se emplean en la industria de alimentos. Kalkschmidt (1977) enlista los tipos de agitadores empleados en la industria láctea que son clasificados como:
Propelas: hélice, cuchilla y anillo Mezcladores (stirrers): disco, barra cruzada, pala, ancla, hoja, paleta, espiral.
TIPO DE AGITADORES Los agitadores también se pueden clasificar de acuerdo a su colocación: Entrada superior (a): Empleado en mezclado de alimentos viscosos. Entrada lateral (b): Populares en la industria del vino y bebidas. Abrazadera (c): Ideales para mezclar en pequeños tanques (“clamp on”)
AGITADORES DE PALA O PALETA 1. Consiste en una hoja plana sujeta a un eje rotatorio. 2. El flujo de líquido tiene una componente radial grande en el plano de la pala y también un gran componente rotacional. 3. Los agitadores de pala son de construcción relativamente fácil. 4. Los agitadores de pala sencillos producen una acción de mezcla suave, que es con frecuencia la conveniente para el trabajo con materiales cristalinos frágiles. 5. Son útiles para operaciones de simple mezcla, como, por ejemplo, la mezcla de líquidos miscibles o la disolución de productos sólidos.
AGITADORES DE PALA O PALETA
AGITADORES DE PALETAS
AGITADORES DE PALETAS 1. Los agitadores industriales de paletas giran a una velocidad comprendida entre 20 y 150 rpm. 2. La longitud del rodete de un agitador de paletas es del orden de 50 al 80% del diámetro interior del tanque. 3. La anchura de la paleta es de un sexto a un décimo de su longitud. 4. A velocidades muy bajas, un agitador de paletas produce una agitación
suave,
en
un
tanque
sin
placas
deflectoras
o
cortacorrientes, las cuales son necesarias para velocidades elevadas. De lo contrario el líquido se mueve como un remolino que gira alrededor del tanque, con velocidad elevada pero con poco efecto de mezcla.
AGITADORES DE TURBINAS Están constituidos por un componente impulsor con más 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. Los agitadores de turbina son eficaces para un amplio intervalo de viscosidades; en líquidos poco viscosos, producen corrientes intensas, que se extienden por todo el tanque y destruyen las masas de líquido estancado.
AGITADORES DE TURBINA
AGITADORES DE HÉLICE
Poseen elementos impulsores de hojas cortas (corrientemente
de
menos
de
¼
del
diámetro del tanque); giran a gran velocidad (de 500 a varios millares de r.p.m).
Las hélices no son muy efectivas si van montadas sobre ejes verticales situados en el centro del depósito de mezcla.
AGITADORES DE HÉLICE La velocidad de flujo creada, en un depósito, por un mezclador de hélice tiene tres componentes: a.
Una componente radial que actúa en dirección perpendicular al eje.
b. Una componente longitudinal que actúa paralelamente al eje. c.
Una componente rotatoria que actúa en dirección tangencial al círculo de rotación del eje.
Tanto el componente radial como la longitudinal contribuyen, generalmente, a la mezcla, pero no siempre el componente rotatorio.
Formas de flujo en los sistemas agitados por hélices
POTENCIA CONSUMIDA POR EL AGITADOR Las variables que pueden ser controladas y que influyen son: Dimensiones principales del tanque y del rodete: Diámetro del tanque (Dt), Diámetro del rodete (Da), altura del líquido (H), ancho de la placa deflectora (J), distancia del fondo del tanque hasta el rodete (E), y dimensiones de las paletas. Viscosidad (μ) y densidad (ρ) del fluido. Velocidad de giro del
agitador (N).
CÁLCULO DE LA POTENCIA DEL AGITADOR El cálculo de la potencia consumida se hace a través de números adimensionales, relacionando por medio de gráficos el número de Reynolds y el Número de Potencia. Estas gráficas dependerán de las características geométricas del agitador y de si están presentes o no, las placas deflectoras.
CÁLCULO DE LA POTENCIA DEL AGITADOR P
2
N Re
Da N
N P =
Da
Diametro del impulsor en metros
P
Densidad del fluido en kg/m 3
=
Viscocidad en kg/ms
N Re
10 Flujo laminar
N Re
10000 Flujo turbulento
10 N Re 10000 Flujo en transición
5
Potencia en J/s o W
N = Velocidad de rotación en rev/s =
3
N Da
2
N Fr
N Da g
EJEMPLOS En un tanque se instala un agitador de tur bina de aspas planas con disco que tiene seis as pas. El diámetro del tanque D , mide 1.83 m, el diámetr o de la tur bina Da es de 0.61 m, DI = H Y el ancho W, de 0.122 m. El tanque tiene cuatro
def lectores, todos ellos con un ancho J = 0.15 m. La turbina opera a 90 rpm y el líquido del tanque tiene una viscosidad de 10 c p y densidad de 929 kg/m", Calcúlense los kilowatts r equer idos para el mezclador .
El problema nos da la siguiente información:
Da W
N
0,61m
3
5
N Da
Para calcular Np utilizamos el diagrama, antes se debe conocer el número de Reynolds
1,83m
0,15m
N P =
P
0,122m
Dt J
Para calcular la potencia, aplicamos la siguiente ecuación:
1, 50rev / s 929kg / m
2
N Re
3
Da N
10cp 10cp
0,1 Pa s 100cp
0, 01Pa s
Cálculo del número de Reynolds:
N Re
Da2 N
2
(0,61m) (1,50
rev s
)929 kg
0,01 Pa s
m s Pa
kg m3
5,81104
2
Cálculo del número de potencia, Np en el siguiente gráfico:
Del gráfico Np = 5
