Calculo de energia

Cálculo de la energía para la homogenización de una mezcla

Existen varios tipos de agitadores para la homogenización de una mezcla. El agitador puede ser móvil o fijo, puede estar instalado al centro o desplazado del centro del tanque. Los agitadores que giran entre 400 a 1750 rpm se utilizan para líquidos de baja viscosidad. Para velocidades de 20 a 200 rpm (más utilizados) se utilizanagitadores de paletas.

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FIGURA 1: A. Agitador de paletas de cuatro aspas. B. Agitador con paleta de marco. C. Turbina abierta de seis aspas con cuatro deflectores.
Fuente: GEANKOPLIS; 1995.

La altura del tanque debe ser 10 a 20 % mayor que su diámetro. La longitud total del propulsor de paletas (Da) mide de 60 a 80% del diámetro del tanque (Dt). El ancho de la paleta (W) debe ser1/6 a 1/10 la longitud del tanque (altura). El diámetro de una turbina suele medir de 30 a 60% el diámetro del tanque. La trayectoria del flujo depende del tipo de paletas o turbinas y tipo de deflectores del tanque. El ancho de los deflectores (J) debe ser muy cercano a 1/8 del diámetro del tanque. Ver Figura 2.
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FIGURA 2: Dimensiones de la turbina y el tanque

Los líquidos que seagitan en recipientes cilíndricos pueden estar cerrados. La altura del líquido en el recipiente debe medir aproximadamente el diámetro del tanque. La capacidad real del tanque debe ser, por lo menos, 10% mayor a la capacidad teórica.

CALCULO DE LA POTENCIA DE UN AGITADOR (HOMOGENIZADOR)

En una planta se desea homogenizar una mezcla de 1200 litros. Se utilizará un tanque de agitación para laestandarización de la mezcla con un factor de seguridad adicional de 15% (180 litros adicionales). El tanque tendrá una capacidad de 1380 L. Puesto que los tanques son de geometría cilíndrica, calculemos las dimensiones del mismo.

Volumen total del tanque = 1380 Litros = 1,38 m3

Volumen tanque = Área Base · Altura del tanque = 1,38 m3 . . . . (1)

Área Base = p· (Diámetrotanque)2 / 4

Altura del tanque = Diámetro tanque + 20% Diámetro tanque = 1,2 Diámetro tanque
Entonces:
Volumen tanque = Área Base · Altura del tanque

Volumen tanque = p· (Diámetro tanque)2 · (1,2 Diámetro tanque ) / 4 = 1,38 m3

Finalmente: Diámetro tanque = 1,14 m; Altura tanque = 1,36 m

Cuando se requiere de agitación vigorosa se emplean deflectores en el tanquepara evitar la inclusión de O2 en el fluido y golpes por el movimiento de la masa. Es importante señalar que el uso de deflectores puede aumentar la turbulencia del fluido pero también incrementan considerablemente el requerimiento de potencia del motor.

Con estos datos calculemos:
Da = 60% D tanque = 60% (1,14 m) = 0,684 m
J = (1/8) · D tanque = 0,143 m
W = (1/10) · Altura tanque = 0,136 mLa velocidad de la turbina puede variar de 20 a 200 RPM. El diámetro de las turbinas puede medir entre 30% a 60% (tanque. El ancho de los deflectores (J) debe ser 1/8(tanque. El ancho de las paletas deben ser 1/6 a 1/10 la altura del tanque. La potencia del motor en un tanque de mezcla o de agitación depende de la turbulencia que se desea generar, la cual se puede estimar a partir del Númerode Reynolds (NRe).
[pic] ........(2)
Donde:
Da: Diámetro del impulsor
N: Velocidad de rotación del impulsor (Revoluciones por segundo)
r: Densidad del fluido (Kg/m3)
(: Viscosidad Kg/(m·s)

Cuando el N Re es mayor a 4000 se dice que el flujo es de tipo turbulento y cuando es menor a 2100 se dice que el flujo es de tipo laminar (de desplazamiento uniforme y suave). Sin embargo,cuando el NRe se encuentra entre los valores de 2100 y 4000 se dice que el flujo se encuentra en transición y, cuando se realiza la agitación en un tanque, el fluido se comportará como turbulento en la zona cercana al impulsor y tendrá comportamiento laminar en las zonas recónditas del tanque. Es por esta razón que el tanque debe tener una geometría curva y cercana al impulsor para asegurar la...