CIRCULACION, VELOCIDADES Y CONSUMO DE POTENCIA EN TANQUES AGITADOS

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OPERACIONES

UNITARIAS

EN

INGENIERIA

QUIMICA

CIRCULACION, VELOCIDADES Y CONSUMO DE POTENCIA
EN TANQUES AGITADOS
Para que un tanque de proceso sea eficaz, con independencia del problema de
agitación, el volumen de fluido movido por el agitador debe ser suficiente para
llevar las corrientes hasta las partes más remotas del tanque. En las operaciones
de mezcla y dispersiónla velocidad de circulación no es el único factor, ni
siquiera el más importante, sino que con frecuencia la turbulencia de la corriente
controla la eficacia de la operación. La turbulencia es una consecuencia de que
las corrientes estén adecuadamente dirigidas y de que se generen grandes gradientes de velocidad en el líquido. Tanto la circulación como la generación de
turbulencia consumenenergía. Más adelante se estudia las relaciones entre el
consumo de potencia y los parámetros de diseño de tanques agitados. Según se
verá, algunos problemas de agitación requieren grandes flujos o elevadas velocidades medias, mientras que otros necesitan una elevada turbulencia o disipación
local de potencia. Aun cuando tanto la velocidad de flujo como la disipación de
potencia aumentan con lavelocidad del agitador, la selección del tipo y tamaño
del agitador influye sobre los valores relativos de la velocidad de flujo y la
disipación de potencia. En general, se utilizan grandes agitadores que se mueven
a velocidades medias para promover el flujo, y agitadores más pequeños a
velocidad elevada cuando lo que se requiere es una elevada turbulencia interna.
Número de flujo. Un agitadorde turbina o de hélice es, en esencia, un rodete de
una bomba que funciona sin carcasa y con flujos de entrada y salida no dirigidos.
Las relaciones que rigen el comportamiento de turbinas son similares a las de las
bombas centrífugas que se han estudiado en el Capítulo 8 13e. Consideremos el
rodete de turbina de palas rectas que se muestra en la Figura 9.10. Se utiliza la
misma nomenclaturaque en la Figura 8.11: u2 es la velocidad de las puntas de las
palas; V:, y V,‘2 son las velocidades tangencial y radial del líquido que abandona
los extremos de las palas, y Vi es la velocidad total del líquido en el mismo

Vectores de velocidad en el extremo
un rodete de turbina.

AGITACION Y MEZCLA DE LIQUIDOS

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punto. Supóngase que la velocidad tangencial del líquido es unafracción k de la
velocidad en el extremo de la pala, o sea
V;, = ku, =

kzD,n

(9.1)

puesto que u2 = nD,n. De acuerdo con la Ecuación (8.14), la velocidad volumétrica de flujo es
4 = GA,

(9.2)

donde A, es el área del cilindro barrido por los extremos de las palas del rodete
A, = xD,W

(9.3)

donde D, = diámetro del rodete
W = anchura de las palas
De acuerdo con la geometría dela Figura 9.10
(9.4)
Sustituyendo de la Ecuación (9.1) para V&, se obtiene
Vi, = nD,n(l - k ) tanPi

(9.5)

Por tanto, la velocidad volumétrica de flujo, según las Ecuaciones (9.2) a (9.4), es
q = ~?D,fn W(l - k) tan / ?;

(9.6)

Para rodetes geométricamente semejantes W es proporcional a D, y, por tanto,
para valores dados de k y fi;
q oc nD:

(9.7)

La relación de estas dosmagnitudes recibe el nombre de número deflujo NQ,
que está definido por

Las Ecuaciones (9.6) a (9.8) indican que si b; está fijado, No es constante. Para
hélices marinas / ?; y No pueden considerarse constantes; para turbinas, No es una
función de los tamaños relativos del rodete y el tanque. Para el diseño de tanques
agitados provistos de placas deflectoras, se recomiendan los siguientesvalores:
Para hélices marinas 1 3b (paso cuadrado)

NQ = 0,5

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OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA

Para una turbina de 4 palas con 45” r3’ ( W/D, = 6)
Para una turbina con 6 palas planas l6 ( W/D, = t)

N, = 0,87
N, = 1,3

Estas ecuaciones calculan el flujo de descarga desde el borde del rodete y no el
flujo total generado. La corriente de alta velocidad del líquido...