2.4. ndice de Mezclado2.1. Agitadores y mezcladores2.2. Seleccin de Equipos de mezclado.2.3. Potencia del Agitador.

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

Los objetivos de la agitacin pueden ser:

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

Equipo de agitacinConsiste 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.

Equipo de agitacinLa 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.

Clases de AgitadoresLos agitadores se dividen en los que:

Generan corrientes paralelas al eje del impulsor que se denominan impulsores de flujo axial.

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

Tipos de agitadoresLos tres tipos principales de agitadores son: Paletas TurbinaHlice

Consiste en una hoja plana sujeta a un eje rotatorio. El flujo de lquido tiene una componente radial grande en el plano de la pala y tambin un gran componente rotacional. Son de construccin relativamente fcil.Los agitadores de pala sencillos producen una accin de mezcla suave, que es con frecuencia la conveniente para el trabajo con materiales cristalinos frgiles. Son tiles para operaciones de simple mezcla, como, por ejemplo, la mezcla de lquidos miscibles o la disolucin de productos slidos. Agitadores de paleta o pala

Agitadores de Palas o paletas

Agitador 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.

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.

AGITADORES DE TURBINA

Agitadores de turbina tpicos

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 o 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.

AGITADORES DE HLICEPoseen 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.

Tanto la componente radial como la longitudinal contribuyen, generalmente, a la mezcla, pero no siempre la componente rotatoria.La velocidad de flujo creada, en un depsito, por un mezclador de hlice tiene tres componentes:Una componente radial que acta en direccin perpendicular al eje.Una componente longitudinal que acta paralelamente al eje.Una componente rotatoria que acta en direccin tangencial al crculo de rotacin del eje.

Formas de flujo en los sistemas agitados por hlices

AGITADORES PARA TANQUES CERRADOS Y TANQUES ABIERTOS DE MONTAJE FIJOSon recomendados para su aplicacin, y todo depende de los requisitos de su proceso.

Acoplados directo:

Diseados para aplicaciones de baja viscosidad, o volumen pequeos, o aplicaciones en que se requiere trituramientos del producto.

Acoplado de engranaje (caja reductora): Aplicados en productos con mas alta viscosidad o aplicaciones con un volumen mas elevado.

Tipos de Flujo en Tanques Agitados

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 estos tres componentes de la velocidad, de un punto a otro.

Tipos de Flujo en Tanques AgitadosEl primer componente es velocidad: es radial y acta en direccin perpendicular al eje del rodete.

El segundo es longitudinal y acta en direccin paralela al eje.

El tercero es tangencial o rotacional, y acta en direccin tangencial a la trayectoria circular descrita por el rodete.

Formas de evitar remolinos:

Colocando el agitador fuera del eje central del tanque.

Instalando placas deflectoras: Estas son placas verticales perpendiculares a la pared del tanque. En tanques pequeos son suficientes 4 placas deflectoras, para evitar remolinos y formacin de vrtice.

Deflectores o baflesCuando se emplean agitadores de aspas para agitar fluidos de baja viscosidad en tanques sin deflectores (o bafles) se genera un vrtice. La profundidad del vrtice crece con la velocidad hasta que eventualmente el vrtice pasa por el agitador.

La eficiencia del mezclado en un sistema con vrtice es usualmente menor que la correspondiente en el sistema sin ella. Para eliminar esta problemtica, comnmente se colocan cuatro deflectores al tanque con un ancho de 1/10 el dimetro del tanque.

Deflectores o baflesPara lquidos de alta velocidad su misma resistencia natural a fluir amortigua la formacin del vrtice al grado que el ancho de los bafles puede reducirse a 1/20 del dimetro del tanque.

Para fluidos viscosos se recomienda colocar los deflectores a una distancia de la pared igual al ancho del deflector para evitar zonas estancadas detrs de estos.

Rango de viscosidades para agitadores

Potencia consumida por el agitador

Las variables que pueden ser controladas y que influyen son:Dimensiones principales del tanque y del rodete: Dimetro del tanque (Dt), Dimetro del rodete (Da), altura del lquido (H), ancho de la placa deflectora (J), distancia del fondo del tanque hasta el rodete (E), y dimensiones de las paletas.

Viscosidad () y densidad () del fluido.

Velocidad de giro del agitador (N).

Clculo de PotenciaEl clculo de la potencia consumida se hace a travs de nmeros adimensionales, relacionando por medio de grficos el nmero de Reynolds y el Nmero de Potencia. Estas grficas dependern de las caractersticas geomtricas del agitador y de si estn presentes o no, las placas deflectoras.NP= N PotenciaNRe = N ReynoldsNFr= N de Froude

Nmero de Reynolds = esfuerzo de inercia / esfuerzo cortante

Donde :D= dimetro del impulsor (agitador) en m,N= la velocidad de rotacin en rev/s, P= la densidad del fluido en kg/m3 y p la viscosidad en kg/m 9 s.

El flujo es laminar en el tanque cuando NRe < 10, turbulento cuando NRe > 10000 y para un intervalo de 10 a 10000, el flujo es de transicin, mostrndose turbulento en el impulsor y laminar en la partes ms recnditas del recipiente.

El consumo de potencia se relaciona con la densidad del fluido p, su viscosidad p, la velocidad de rotacin Ny el dimetro del impulsor Da, por medio de grficas de nmero de potencia Np en funcinde NIRe.

Nmero de Froude = esfuerzo de inercia / esfuerzo gravitacional

Nmero de Potencia = esfuerzo de frotamiento / esfuerzo de inercia

Esquematizacin de una curva de potencia

Mezcla completa de una sustancia con otraMezcla de suspensiones lquidasMezcla de lquidos misciblesFloculacinTransferenciaIMPORTANCIA DEL MEZCLADO1. Se introduce la sustancia que se quiere mezclar. 2. Se introduce la otra sustancia y puede medirse el ndice de mezclado. 3. Toma de la muestra al final del mezclado.

El mezclado de slidos secos y de pastas viscosas se parece en cierto modo al mezclado de lquidos de baja viscosidad. Ambos procesos, implican la interposicin de dos o ms componentes separados para formar un producto ms o menos uniforme. Algunos de los equipos que se utilizan normalmente para la mezcla de lquidos pueden usarse a veces para mezclar slidos y pastas, y viceversa.MEZCLADO DE SOLIDOS Y PASTAS

Depende de la creacin de corrientes de flujo que transportan el material no mezclado hasta la zona de mezcla adyacente al agitador.

Dan lugar a un producto bien mezclado, que generalmente conduce a una fase lquida homognea, de la cual, las muestras tomadas al azar tienen todas la misma composicin, aun siendo de tamao muy pequeo.MEZCLA DE LIQUIDOSNo se producen tales corrientes y el mezclado de pastas slidas tiene lugar por otros procedimientos.

En el mezclado de pastas y polvos, el producto suele constar de dos o ms fases fcilmente identificables y las pequeas muestras tomadas al azar diferirn notablemente en su composicin.MEZCLA DE SOLIDOS

Una pasta bien mezclada es la que tiene las propiedades necesarias:uniformidad visual, elevada resistencia, velocidad de combustin uniforme o cualquier otra caracterstica deseada.

Un buen mezclador es el que produce el producto bien mezclado con el menor coste global.

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES A TENER EN CUENTA1. Espesamiento2. Adherencia3. Humectabilidad4. Viscosidad5. DensidadEstos pueden ser notablemente diferentes durante distintos tiempos a lo largo de la operacin de mezclado.

MEZCLADORES PARA PASTAS Y MASAS PLASTICAS

Mezcladoras de espirales

Estn indicadas en aquellos procesos de mezcla tanto de productos slidos, pastosos, semilquidos, pulverulentos y granulados en los que se busca un mezclado homogneo sin producir rotura de las partculas de los elementos de la mezcla.

Mezcladoras de alta turbulencia MTEstn indicadas para producir rpidos procesos de mezcla, por contracorriente, con toda clase de polvos secos, granulados y pastas de baja densidad, en los que se busca una mezcla perfecta utilizando cortos perodos de tiempo sin producir rotura de partculas.

En el diseo del cuerpo y las tapas de estas mezcladoras se ha buscado facilitar el acceso al interior de la mquina para disminuir los tiempos empleados en las labores de limpieza.

Con la alta rigidez torsional del eje y los soportes de rodamientos alejados del cuerpo de la mquina, obtenemos un equipo con un bajo nmero de averas y una muy larga vida til de funcionamiento.

Mezcladoras bicnicas MBDLas mezcladoras bicnicas estn indicadas para procesos de homogenizacin de productos slidos y granulados en los que se busca un mezclado ntimo y una gran facilidad para los procesos de limpieza.Este tipo de mezcladoras est especialmente indicado en los procesos de mezcla y homogenizacin de las industrias qumicas, farmacuticas y de plsticos.Variando la velocidad de rotacin de la mquina, se pueden obtener diferentes grados de homogenizacin.

Tiempo de mezclado e ndice de mezclado estn relacionados con la siguiente formula:

LnM = -Ktm

K: es la velocidad de mezclado constante, que varia con el tipo de mezcladora y la naturaleza de los componente.

tm (s): el tiempo de mezclado.

Existen tres diferentes ndices de mezclado:

PooleLaceyAshton y Valentin

El ndice de mezclado son parmetros utilizados para caracterizar el grado de mezcla alcanzado, es decir el grado de homogeneidad.

Las condiciones del ndice de mezclado son las siguientes:

Nmero de muestras elevado y representativo >10 de diferentes zonas del dispositivo.Escala de muestreo adecuada al uso posterior.Las tomas de muestras no debe provocar la segregacin de los componentes.

Algo importante para el buen mezclado de las sustancias es seguir adecuadamente las etapas de mezclado.

Expansin del lecho: Se necesita espacio libre en el mezclador.Aplicacin de mezclas de cizalla.Aparicin de fenmenos de segregacin.

Es recomendable saber que dispositivo de mezclado se usar, depende mucho si estas sustancias son slidas, semislidas o liquidas y suspensiones.

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