Agitadores de alto volumen

82

Diseño de plantas de tecnología apropiada

2.3

Unidades mecánicas (1)

La mezcla rápida mecanizada es más eficiente cuando se emplean agitadores de tipo turbina. El agitador de turbina consta de un disco o eje con impulsores, los cuales imparten (b) Radial (a) Axial movimiento al líquido a través de la rotación del disco. Se claFigura 2-30. Tipos de turbinas sifican por el tipo demovimiento producido en turbinas de flujo axial y turbinas de flujo radial (figura 2-30) (1). La potencia aplicada al agua por las turbinas depende del volumen y de la forma de la cámara de mezcla, así como de la velocidad de rotación y geometría del impulsor. Estas variables están interrelacionadas, de tal modo que el diseño de la cámara de mezcla depende del tipo de turbina y viceversa. Sonadecuadas para cualquier tipo de agua, pero se recomiendan específicamente para aguas claras que coagulen por el mecanismo de captura o barrido. 2.3.1 Parámetros de diseño • • Gradiente de velocidad de 500 a 1.000 s-1. Tiempo de retención de 1 a 7 seg.

2.3.2 Criterios para el dimensionamiento Rushton (7) encontró que la potencia debida a las fuerzas de inercia y a las fuerzas de viscosidad,representadas por el número de Reynolds (NR), están relacionadas por las siguientes expresiones, de acuerdo con el régimen hidráulico: • • Laminar P = K / gc (µ n2 D3) (38) (39)

Turbulento P = K / gc ( σ n3 D5)

Mezcladores

83

Donde: P n D σ µ gc = = = = = = potencia necesaria (kgf/m/s) número de rotaciones por segundo (rps) diámetro del rotor (m) densidad del agua (kg/m3) viscosidadabsoluta (kgf · s/m2) factor de conversión de la ley de Newton (9,81 kg · m/kgf · s2)

La ecuación (38) es válida para valores del número de Reynolds inferiores a 10 y la ecuación (39) se aplica para los números de Reynolds superiores a 10.000. Para valores intermedios del número de Reynolds, la potencia sería calculada por la fórmula (40): P = [K / gc ] σ n3 D5 . (NR)P . (NF)q Donde: NR es el númerode Reynolds NF es el número de Froude NR = n σ D2 / µ NF = n2 D/g (41) (42) (40)

El coeficiente K depende de la geometría de la cámara y del equipo de mezcla, y p y q, del régimen de flujo.
1000 500

Número de potencia K

Disco

Plana

Plana

Inclinada

200 100 50 20 10 5 2 1 1 101 102 103 104 105

W

D

W

D

W

D

W

D

WD = 1/5

Curva 1

Curva 2

WD =1/5

Curva 3

WD = 1/5

WD = 1/5

Curva 4

1 2 3 4

Figura 2-31. Relación entre el número de potencia y el número de Reynolds para algunos tipos de turbinas (1)

84

Diseño de plantas de tecnología apropiada

Los valores de K para cuatro tipos básicos de turbina son dados en función del número de Reynolds en el gráfico de la figura 2-31. Para el régimen turbulento, que es lacondición para la mezcla rápida, tales valores sólo serán válidos si se han previsto dispositivos para la eliminación del vórtice. Esto puede hacerse por medio de cuatro cortinas, tal como se indica en la figura 2-32, cada una tomando 10% del diámetro del tanque (DT). La turbina de tipo 1 es la que proporciona, bajo idénticas condiciones de rotación y diámetro, la mayor potencia útil (K = 5). Lageometría del sistema de cámara del equipo de mezcla se define por las siguientes relaciones (figura 2-32):

2,7 < DT / D < 3,3
H B W D h

2,7 < H / D < 3,9 0,75 < h / D < 1,3 B/D=1/4 W/D=1/4 1 / DT = 1 / 10

DT

Figura 2-32. Relaciones geométricas de la cámara de mezcla (1)

Ejemplo: dimensionar un retromezclador y la cámara de mezcla para una planta que tratará 450 L/s. gradiente develocidad tiempo de mezcla G = 1.000 s-1 T=1s

Mezcladores

85

Solución: los cálculos son bastante simples, como lo demuestra el cuadro 2-10. Se inician fijando las relaciones geométricas entre la cámara y la turbina, como se ha indicado en la figura 2-32. Con el gradiente de velocidad prefijado, la secuencia de cálculo es orientada hacia la determinación de la potencia aplicada al agua y,...