MEZCLADORES

TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ZACATEPEC

AGITACIÓN
Movimiento inducido de un
material en una manera
específica, normalmente en un
patrón circulatorio dentro de
algún tipo de contenedor.
MEZCLADO
Distribución aleatoria, dentro y a
través una de otra, de dos o más
fases inicialmente separadas.
Ejemplo: Se puede agitar un tanque con
agua fría, pero no se puede mezclar hasta
que se añada otra sustancia

• Están constituidos por un
componente impulsor con más de
cuatro hojas, montadas sobre el
mismo elemento y fijas a un eje
rotatorio.
• Las corrientes que genera se
desplazan hacia afuera hasta la
pared del tanque y entonces fluyen
hacia arriba o hacia abajo.
• Se utilizan a altas velocidades con
una gran variedad de viscosidades.
• El diámetro de la turbina es
normalmente entre 30 y 50% el
diámetro del tanque.
• Por lo general tienen 4 – 6 paletas
Agitadores para líquidos de viscosidad moderada: a) agitador marino de
tres palas; b) turbina simple de pala recta; e) turbina de disco; d) agitador de
pala cóncava CD; 6 e) turbina de pala inclinada.

Este tipo de agitadores se utilizan para soluciones altamente viscosas y opera a bajas rpm. El diámetro de la
hélice es muy cercano al diámetro interior del tanque, lo que garantiza el movimiento del líquido en todas las
direcciones a la pared del tanque aun con materiales muy viscosos.
Para proporcionar una agitación adecuada cerca del fondo del tanque, se utiliza un agitador de ancla, es un
mezclador menos efectivo que el de cinta helicoidal, pero promueve buena transferencia de calor hacia o desde
la pared del tanque.
Agitadores para líquidos de alta velocidad: a)
agitador de cinta de doble trayectoria helicoidal;
b) agitador de ancla.
En este tipo de agitador no es posible la incorporación de
rascadores. Algunos ejemplos de aplicación son: productos
alimenticios, productos farmacéuticos y cosméticos,
pinturas, barnices, polímeros, caucho triturado, lubricante,
sólidos granulados, etc.

A continuación se presenta el resultado de las simulaciones en un tanque de agitación utilizando diferentes
impulsores y combinaciones de estos. Para cada uno de los casos se muestran los vectores de velocidad, los
contornos de velocidad total, la geometría del impulsor y las líneas de trayectoria seguidas por el fluido dentro del
tanque.

En el caso de los agitadores de tipo
radial, se observa que se forman dos
regiones de agitación y hay poco
intercambio de fluido entre ellas, por lo
que se podría asegurar que este tipo de
agitadores no favorece el mezclado,
pero, sin embargo, proporciona bastante
corte que puede provocar que dos
fluidos inmiscibles se dispersen entre sí,
por lo que pueden ser adecuados para la
dispersión de fases inmiscibles, como
un gas en un líquido, y la formación de
emulsiones. Por otro lado, en los de tipo
axial no se observa la formación de
estas regiones, en cambio se observa
que las líneas de trayectoria se
distribuyen a lo largo de toda la altura
del tanque, por lo que el mezclado será
más homogéneo que con los del tipo
radial, promoviendo así un mezclado
más uniforme a lo largo de la altura del
tanque.

𝐷𝑎
𝐷𝑡
=
1
3
𝐻
𝐷𝑡
= 1
𝐽
𝐷𝑡
=
1
12
𝐸
𝐷𝑎
= 1
𝑊
𝐷𝑎
=
1
5
𝐿
𝐷𝑎
=
1
4
𝐷𝑎 = 𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑖𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟.
𝐷𝑡 = 𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒
𝐻 = 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑙í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜
J= Ancho de la placa
deflectora
𝐸 = 𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑜𝑛𝑑𝑜
𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 ℎ𝑎𝑠𝑡𝑎 𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑖𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟
𝑊 = 𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑖𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟
Las variables que pueden ser controladas y que tienen mayor influencia son:
Dimensiones principales del tanque y del rodete (agitador):
L= Largo 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑖𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟
Densidad (ρ) y Viscosidad (μ) del
fluido
Velocidad de giro del agitador (N)
N° de revoluciones (n)

La mayor parte de los fluidos alimentarios tienen un comportamiento no Newtoniano( su consistencia
cambia con la velocidad de agitación) por lo que las mezcladoras utilizadas deben permitir una mezcla
intensa de los componentes sin sobrecargar el motor ya que esto reduciría la eficiencia del mezclado.

Pseudoplásticos
Su viscosidad
disminuye a medida
que aumenta la
velocidad de agitación.
Dilatantes
Su viscosidad aumenta
a medida que
incrementa la
velocidad de agitación
Tixotrópicos
Su consistencia
disminuye al aumentar
el tiempo de agitación,
por ejemplo las mieles.

 Con frecuencia el criterio de un buen mezclado es visual.
 El rendimiento de un mezclador industrial se juzga por el tiempo de mezclado requerido, la potencia
empleada, y las propiedades del producto.
 Tanto los requisitos del aparato mezclador como las propiedades deseadas del material mezclado varían
ampliamente de un problema a otro.
 A veces se requiere de un grado muy elevado de uniformidad, otras una acción de mezclado rápido; en otras
ocasiones un gasto de energía mínima.
Los datos característicos del mezclado son:
 El porcentaje de un componente
 El volumen total del componente
 Cantidad del componente en un tiempo de
mezclado
 Velocidad de mezclado

 Es un proceso relativamente corto en propulsores (hélices), turbinas o impulsor de alta eficiencia,
generalmente colocados en el centro, en grandes tanques de almacenamiento.
 El impulsor produce una corriente de alta velocidad y el fluido se mezcla con rapidez en la región próxima al
impulsor debido a la intensa turbulencia.
 A medida que la corriente se modera, arrastrando otro líquido y fluyendo a lo largo de la pared hay mezcla
radial, debido a que los grandes remolinos se rompen en otros más pequeños.
 Los cálculos muestran que debería llegarse a una mezcla prácticamente completa (99%) si el contenido
circula 5 veces .
 Tiempo de mezclado se puede predecir a partir de correlaciones.

• Mezcladores para pastas, caucho y masas plásticas
Se utilizan cuando el material es demasiado viscoso o plástico para
fluir fácilmente hasta la zona de succión de un agitador y no se
pueden crear corrientes de flujo.
• Mezcladores para polvos secos o sólidos
Comprenden máquinas que se utilizan también para pastas duras y
otras que están restringidas para polvos que fluyen libremente.

Estos aparatos mezclan líquidos viscosos o pastas ligeras. El
agitador consta de varias placas verticales, soportadas en un
cabezal giratorio colocado cerca de la pared de la cubeta. El
agitador se monta de excéntricamente con respecto al eje de la
cubeta.

Diseñada para auxiliar procesos de mezclado y amasado de pastas,
polvos húmedos, pesados y pastas viscosas con alto contenido de
humedad.

Un dispersor es una mezcladora de eje único utilizado para
desmenuzar o disolver partículas sólidas en un líquido. En general
esto se logra con un disco de «diente de sierra» que rota a alta
velocidad.

Su único eje horizontal, gira lentamente en una cámara de
mezclado y dispone en su superficie de varias filas de dientes en
forma de espiral, que favorece el desplazamiento de la masa a
través de la cámara.

Un extrusor es un equipo de alto rendimiento con un gran agitador
y una picadora unidos, que se extiende a lo largo de varios metros.
En un extrusor la mezcla es cortada y doblada mientras permanece
en la cámara de mezclado y esta sometida a una cizalladura
adicional a medida que fluye a través de la boquilla.

Otra forma de someter las pastas y sólidos deformables a un
intenso esfuerzo cortante consiste en hacerlos pasar entre rodillos
metálicos lisos que giran a velocidades diferentes. Pasándolos
repetidamente por tales rodillos pueden dispersarse aditivos en
materiales plásticos, pastosos o duros.

Son buenos mezcladores para cargas de sólidos duros y pastas; son
especialmente eficaces para recubrir uniformemente las partículas
de sólidos granulares con una pequeña cantidad de líquido.

El mezclado se realiza por medio de palas o cuchillas dispuestas
helicoidalmente sobre un eje horizontal que gira en un recipiente
abierto o en un cilindro cerrado.

Es una máquina de mezcla eficiente y versátil para la mezcla de
polvos secos, y gránulos. Es capaz de dar un resultado perfecto para
la mezcla debido a el diseño innovador de agitador de cinta dentro
de un canal horizontal en forma de U.

Esta diseñado para la mezcla continua de los dos, al menos tres
tipos de productos de un mismo tipo (con la misma o cerca de la
misma densidad). Se caracteriza por la velocidad alta para mezclar
con un bajo consumo de energía. Se utiliza para la mezcla ruda de
productos utilizando las mezclas finales en la industria.

Operan volteando la masa de los sólidos en un tambor giratorio de
forma variada. La envoltura gira a velocidades de 100rpm y su
capacidad de carga es de 50 – 60% del volumen total. Son más
adecuados para la mezcla suave de productos sólidos pulverizados
de características similares.

Estimación de potencia.
Las variables que intervienen en el análisis son las medidas importantes del
tanque y del rodete, la viscosidad µ, y la densidad del líquido, la velocidad de
giro.
𝑁𝑅𝑒 =
𝐷𝑎
2𝑁𝜌
𝜇
𝑁𝑝 =
𝑃
𝜌𝑁3𝐷𝑎
5
FIGURA 3.4-4 Correlaciones de potencia para
diversos impulsores y defectores (véase en la
Fig. 3.4-3~ las dimensiones D,, DI, J y W)
Curva 1. Turbina de seis aspas planas (igual a la
Fig. 3.4-3 pero con seis aspas); D,/W = 5; cuatro
deflectores cada uno con Dt /J = 12.
Curva 2. Turbina abierta de seis aspas planas
(igual a la Fig. 3.4-2~ pero con seis aspas); D,/W
= 8; cuatro deji’ectores con Dt/J = 12.
Curva 3. Turbina abierta de seis aspas a 45”
(igual a la Fig. 3.4-2d pero las aspas a 45”); D,/W
= 8; cuatro dejlectores con Dt/J = 12. Curva 4.
Propulsor; inclinacion 20, cuatro deflectores con
Dt/J = 10; también es valida para el mismo
propulsor en posición angular y desplazado del
centro sin dejlectores.
Curva 5. Propulsor; inclinación = Da, cuatro
dejlectores con Dt /J = 10; también es valida
para un propulsor en posición angular
desplazada del centro sin dejlectores.

El número de Froude es una medida que relaciona la fuerza de inercia y la fuerza gravitacional
por unidad de área que actúa sobre el fluido. Se utiliza en el cálculo del consumo de potencia
cuando el fluido del estanque mantenga un movimiento de ondas importante a causa de la falta
de placas deflectoras.
𝐹 =
𝑁2d
𝑔
Donde: N = velocidad de rotación [rps]
d2 = diámetro del agitador [m]
g = aceleración de gravedad

Consumo de potencia para n° de Re < 300 con o sin placas deflectoras.
• Para este caso con Re < 300, las líneas de Np v/s Re coinciden para un estanque con o sin
placas deflectoras. En este intervalo el flujo es laminar y la densidad no influye. La ecuación
de potencia queda de la siguiente manera:
𝑃 = 𝐾𝐿 ∗ 𝑁2
∗𝑑3
∗µ KL de tabla 9.2
Consumo de potencia para número de Reynolds > 10.000 con placas deflectoras.
• En este caso el Np es independiente del Re y la viscosidad no influye. En este intervalo el flujo
es turbulento. La potencia puede estimarse a partir del producto del flujo generado por el
impulsor y la energía cinética por unidad de volumen del fluido. La ecuación queda de la
siguiente manera:
𝑃 = 𝐾𝑇 ∗ 𝑁3 ∗ 𝑑𝑎5 ∗ 𝜌 KT de tabla 9.2

Ejercicio propuesto 9.3 McCabe
Un tanque agitado de 6 ft (1.83 m) de diámetro contiene una turbina de seis palas
rectas de 2 ft (0.61 m) de diámetro, situada a un diámetro del impulsor por encima del
fondo del tanque, y que gira a 80 rpm. Se ha propuesto este tanque para neutralizar
una solución acuosa diluida de NaOH a 70ºC con una cantidad estequiométricamente
equivalente de ácido nítrico concentrado (HN03). La altura final del líquido en el
tanque ha de ser de 6 ft (1.83 m). Suponiendo que todo el ácido se añade al tanque de
una vez, ¿cuánto tiempo se requiere para que la neutralización sea completa?
Solución Se utiliza la figura 9.16. Las cantidades requeridas son
Datos
Dt= 6ft Da= 2ft n= 80 rpm
Densidad del líquido ⍴= 62.3 lb/ft3 (apéndice 6)
Viscosidad del líquido µ=6.6x10-4lb/ft . s (apéndice 6)

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