1AGITACION

La agitacin se refiere a forzar un fluido por medios mecnicos para que adquiera un movimiento circulatorio en el interior de un recipiente.

CFD vector velocidad energa cintica de turbulencia trayectoria de una partcula

Agitacin: caso de un solo lquido

Mezclado: se ponen en contacto ms de una fase

Objetivos de la agitacin

Mezcla de dos lquidos miscibles (ej: alcohol y agua)

Disolucin de slidos en lquido (ej.: azcar y agua)

Mejorar la transferencia de calor (ej.,en calentamiento o enfriamiento)

Dispersin de un gas en un lquido (ej.,oxgeno en caldo de fermentacin)

Dispersin de partculas finas en un lquido

Dispersin de dos fases no miscibles (ej.,grasa en la leche

Equipo de agitacin

Consiste en un recipiente cilndrico (cerrado o abierto), y un agitador mecnico, montado en un eje y accionado por un motor elctrico.

Las proporciones del tanque varan ampliamente, dependiendo de la naturaleza del problema de agitacin.

El fondo del tanque debe ser redondeado, con el fin de eliminar los bordes rectos o regiones en las cuales no penetraran las corrientes del fluido.

2La altura del lquido, es aproximadamente igual al dimetro del tanque.

Sobre un eje suspendido desde la parte superior, va montado un agitador.

El eje est accionado por un motor, conectado a veces, directamente al mismo, pero con mayor frecuencia, a travs de una caja de engranajes reductores

Flujo en agitadores

Los agitadores se dividen en:

Los que generan corrientes paralelas al eje del impulsor que se denominan impulsores de flujo axial;

Aquellos que generan corrientes en direccin radial tangencial que se llaman impulsores de flujo radial.

3Tipos de agitadores

Los tres tipos principales de agitadores son:

paletas turbina hlice

Agitadores de paletas

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.

Producen movimiento suave, pueden utilizarse en productos frgiles

Usos: Mezclado y agitacin de lquidos viscosos. Dispersin y disolucin de slidos. Los de ancla y compuerta evitan incrustaciones se usan para que el producto no se que en contacto con la camisa.

4Agitadores de turbina

Estn constituidos por un componente impulsor con ms 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.

5Los 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. El gas entra por la parte inferior del eje del rodete; las aletas lanzan las burbujas grandes y las rompen en muchas pequeas, con lo cual se aumenta grandemente el rea interfacial entre el gas y el lquido.

Usos: Para lquidos de baja viscosidad. Premezclado de emulsiones. Disolucin de colorantes. Reconstitucin de productos deshidratados (leche en polvo). Soluciones azucaradas, preparacin de dulces. Mezclas de aceites

6Agitadores de hlice

Poseen elementos impulsores de hojas cortas (corrientemente de menos de del dimetro del tanque); giran a gran velocidad (de 500 a varios millares de r.p.m).Las hlices no son muy efectivas si van montadas sobre ejes verticales situados en el centro del depsito de mezcla.Se los usa para: Mezclar lquidos miscibles. Diluir soluciones concentradas. Dispersar y disolver slidos. Producir emulsiones, jarabes y salmuera.No sirven para productos frgiles debido a su rpido movimiento

7Tipos de flujo

El tipo de flujo que se produce en un tanque agitado, depende del tipo de rodete, de las caractersticas del fluido y del tamao y proporciones del tanque, placas deflectoras y agitador.

La velocidad del fluido en un punto del tanque tiene tres componentes y el tipo de flujo global en el mismo, depende de las variaciones de estas tres componentes de la velocidad, de un punto a otro.

La primera componente de velocidad es radial y acta en direccin perpendicular al eje del rodete. La segunda es longitudinal y acta en direccin paralela al eje. La tercera es tangencial o rotacional, y acta en direccin tangencial a la trayectoria circular descrita por el rodete

Vrtice

Colocando el agitador fuera del eje central del tanque En tanques pequeos se debe colocar el rodete separado del centro del tanque, de tal manera que el eje del agitador no coincida con el eje central del tanque. En tanques mayores el agitador puede montarse en forma lateral, con el eje en un plano horizontal, pero no en la direccin del radio.

Tipo Ventajas y Desventajas

Agitador de paleta V: BaratoV: Buen flujo radialD: Componente vertical pobreD: Riesgo de vrtices a vel. altas

Paletas mltiples V: Buen flujo en todas las direccionesD: Ms caroD: Mayores requerimientos energticosAgitador a hlice V: IdemD: Ms caro que el de paletas

Agitador a turbina V: Muy buen mezcladoD: CaroD: Riesgo de bloqueo

DepsitosLos ms usados son los cilndricos de fondo cncavo para evitar zonas muertas.Tambin rectangulares y cilndricos de fondo plano o cnico.LIH aprox. 1 (0,5 a 1 5 ) Si no se colocan varios impulsores.

8Potencia requerida.

Depende de:- naturaleza, cantidad y consistencia de la carga en el mezclador.- posicin, tipo, velocidad y tamao del impulsor.Las variables fluidodinmicas y las propiedades del lquido estn caracterizadas por nmeros adimensionales:

Reynolds, relacin entre fuerzas inerciales y viscosas

Froude, relacin entre fuerzas inerciales y gravitatorias

Nro de Potencia Po, relacin entre la potencia motriz y las resistencia inercial

NDRe a

2

=

gDNFr a

2

=

53 aDNPPo =

Po = a Ren Frm

a, n y m : dependen de las caractersticas geomtricas del agitador y deben ser determinados experimentalmente.El nmero de Froude slo es importante cuando se producen vrtices en recipientes sin bafles.Por debajo de Re 300 carece de importancia: Po = K Ren

Grficas de potencia:Representaciones logartmicas de Po vs Re para configuraciones particulares de agitadores.Son independientes del tamao del recipiente.Cambio de escala: datos de laboratorio >> sistemas semiindustriales e industrialesRequisito: mantener la configuracin geomtrica.

Densidad de una mezcla de dos fases (estimacin)m = V1 1 + V2 2 V1 y V2 fracciones volumtricas de las dos fases

Viscosidad de una mezcla de dos fases (estimacin)

con baflessin bafles21 21

VVm = ( )( )21

221

1

511

+

+= V.Vm

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Fig 9.13 Nmero de potencia Np frente a NRe para turbinas de seis palas. Para la porcin de trazos de la curva D, el valor de Np que se obtiene de la figura hay que multiplicarlo por (Fr)m.

Fig 9.14 Nmero de potencia Np frente a NRe para hlices de tres palas. Para las lneas de trazos de las curvas B, C y D, el valor de Np que se obtiene de la figura hay que multiplicarlo por (Fr)m

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bRelogam =( )nm S.......,,S,SRe,Fr

Po21=

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Calderbank

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Procedimiento para fluidos no newtonianos

1) Se obtienen datos de potencia para distintas N operando con un fluido no newtoniano se calcula el Po

2) Se lee el Re de los grficos de potencia par fluidos newtonianos para cada conjunto de datos P, N

3) Obtener de la expresin del Re para la regin de flujo laminar

4) Representar grficamente en funcin de N, para los valores obtenidos de , la pendiente es la K adimensional, pendiente del grfico

5) Calcular la velocidad de corte a partir de la ecuacin = K N con este valor se obtienen datos de incluso para la regin turbulenta y se pueden obtener Po y Re para construir la curva de potencia no newtoniana

6) La aplicacin de la curva newtoniana es conservadora (Fig. 5-5.3), para el causo de un fluido pseudoplstico, la regin laminar se extiende un poco ms que para los newtonianos.

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