Teoría básica de la operación de mezclado y agitación

1. Agitación y mezclas
de líquidos

2. Agitación
La agitación se refiere a
forzar un fluido por
medios mecánicos para
que adquiera un
movimiento circulatorio en
el interior de un
recipiente.

3. Los objetivos de la agitación pueden ser:
 Mezcla de dos líquidos miscibles (ej: alcohol y agua)
 Disolución de sólidos en líquido (ej.: azúcar y agua)
 Mejorar la transferencia de calor (ej.,en calentamiento o
enfriamiento)
 Dispersión de un gas en un líquido (ej.,oxígeno en caldo
de fermentación)
 Dispersión de partículas finas en un líquido
 Dispersión de dos fases no miscibles (ej.,grasa en la
leche)

4. Equipo de agitación
 Consiste en un recipiente cilíndrico (cerrado o
abierto), y un agitador 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.

5. Equipo de 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.

6. Clases de Agitadores
Los agitadores se dividen en
• Los que generan corrientes paralelas al eje
del impulsor que se denominan impulsores de
flujo axial;
• y aquellos que generan corrientes en
dirección radial tangencial que se llaman
impulsores de flujo radial.

8. Tipos de agitadores
 Los tres tipos principales de agitadores
son,
• paletas
• turbina
• hélice

9. • Consiste en una hoja plana sujeta a un eje rotatorio.
• El flujo de líquido tiene una componente radial grande en el
plano de la pala y también un gran componente rotacional.
• Los agitadores de pala son de construcción relativamente fácil.
• Los agitadores de pala sencillos producen una acción de
mezcla suave, que es con frecuencia la conveniente para el
trabajo con materiales cristalinos frágiles.
• Son útiles para operaciones de simple mezcla, como, por
ejemplo, la mezcla de líquidos miscibles o la disolución de
productos sólidos.
Agitadores de paleta o pala

10. Agitadores de Palas o paletas

11. Agitador de paletas

12.  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 diámetro interior del tanque.
 La anchura de la paleta es de un sexto a un décimo de
su longitud.
 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.

13. 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.
AGITADORES DE TURBINA

14. Agitadores de turbina típicos

16.  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.
 En las proximidades del rodete existe una zona de corrientes rápidas,
de alta turbulencia e intensos esfuerzos cortantes. Las corrientes
principales son radiales y tangenciales. Las componentes
tangenciales dan lugar a vórtices y torbellinos, que se deben evitar por
medio de placas deflectoras o un anillo difusor, con el fin de que el
rodete sea más eficaz.
 El agitador de turbina semiabierto, conocido como agitador de disco
con aletas, se emplea para dispersar o disolver un gas en un líquido.
El gas entra por la parte inferior del eje del rodete; las aletas lanzan
las burbujas grandes y las rompen en muchas pequeñas, con lo cual
se aumenta grandemente el área interfacial entre el gas y el líquido.

17. 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.

18. 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 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.

19. Formas de flujo en los sistemas agitados por
hélices

20. AGITADORES PARA TANQUES CERRADOS Y TANQUES
ABIERTOS DE MONTAJE FIJO
 Estos tipos de agitadores son recomendados
para su aplicación, y todo depende de los
requisitos de su proceso. Los hay de
acoplados directo, estos están diseñados para
aplicaciones de baja viscosidad, o volumen
pequeños, o aplicaciones en que se requiere
trituramientos del producto. Los agitadores de
acoplado de engranaje (caja reductora), son
eficientemente usados en productos con mas
alta viscosidad o aplicaciones con un volumen
mas elevado.

21. Tipos de Flujo en Tanques
Agitados
 El tipo de flujo que se produce en un tanque agitado,
depende del tipo de rodete, de las características del
fluido y del tamaño 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.

22.  La primera componente de velocidad es radial y
actúa en dirección perpendicular al eje del rodete.
La segunda es longitudinal y actúa en dirección
paralela al eje. La tercera es tangencial o rotacional,
y actúa en dirección tangencial a la trayectoria
circular descrita por el rodete.
Tipos de Flujo en Tanques
Agitados

23. Formas de evitar remolinos:
 Colocando el agitador fuera del eje central del
tanque En tanques pequeños 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 dirección del radio.

24. Formas de evitar remolinos:
 Instalando placas deflectoras Estas son placas
verticales perpendiculares a la pared del tanque. En
tanques pequeños son suficientes 4 placas
deflectoras, para evitar remolinos y formación de
vórtice. El ancho de las placas no debe ser mayor
que un doceavo del diámetro del tanque. Cuando se
usan agitadores de hélice, el ancho de la placa
puede ser de un octavo del diámetro del tanque.

25. Deflectores o bafles
 Cuando se emplean agitadores de aspas para agitar
fluidos de baja viscosidad en tanques sin deflectores
(o bafles) se genera un vórtice. La profundidad del
vórtice crece con la velocidad hasta que
eventualmente el vórtice pasa por el agitador.
 La eficiencia del mezclado en un sistema con vórtice
es usualmente menor que la correspondiente en el
sistema sin ella. Para eliminar esta problemática,
comúnmente se colocan cuatro deflectores al tanque
con un ancho de 1/10 el diámetro del tanque.

26.  Para líquidos de alta velocidad su misma resistencia
natural a fluir amortigua la formación del vórtice al
grado que el ancho de los bafles puede reducirse a
1/20 del diámetro 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
detrás de estos.
Deflectores o bafles

27. Rango de viscosidades para agitadores

28. Potencia consumida por el
agitador

29. 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).

30. Cálculo de Potencia
 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.
Y
Fr
X
P N
N
C
N )
(
)
( Re

NP= Nº Potencia
NRe = Nº Reynolds
NFr= Nº de Froude

31. Número de Reynolds = esfuerzo de inercia / esfuerzo cortante


N
D
N a
2
Re 

32. Número de Froude = esfuerzo de inercia / esfuerzo gravitacional
g
D
N
N a
2
Fr 

33. Número de Potencia = esfuerzo de frotamiento / esfuerzo de inercia

5
3
a
P
D
N
P
N 

34. Esquematización de una curva de potencia