libro de donde cap9
Páginas: 5 (1236 palabras)
Publicado: 25 de noviembre de 2014
Capítulo 9
AGITACION MECANICA DE LÍQUIDOS
Y DE SISTEMAS LÍQUIDO-GAS
La agitación mecánica de líquidos en tanques es una de las operaciones más comunes en la industria. Casi todos los procesos de manufactura incluyen algún paso de agitación. Su objetivo puede ser la mezcla de dos o más líquidos o el aumento del área interfasial entre el líquido y un gas, o bien, la aceleración de latransferencia de calor. La agitación mecánica puede acompañar a reacciones químicas homogéneas o heterogéneas como la sulfonación y la cloración, y a procesos biológicos como el tratamiento de efluentes, crecimiento de levadura y otros.
Si se trata del mezclado como efecto buscado, es difícil escoger un parámetro que en forma universal califique la bondad del mismo. Puede tomarse por ejemplo eltiempo necesario para que la concentración local llegue a 95-99% de la límite. Una forma de hacer esta determinación es agregar al tanque agitado un trazador miscible con el líquido y con viscosidad y densidad cercanas a las del mismo y determinar su concentración en función del tiempo, en un punto dado del tanque, para observar su acercamiento al valor límite que corresponde a la concentracióncalculada por el balance de materia. La aproximación al límite se da normalmente en forma de onda amortiguada debido al paso repetido de un elemento de volumen con alta concentración, por el mismo lugar. En el caso más sencillo de mezcla de líquidos, ambos son de viscosidad y densidad semejantes y son poco viscosos. En otros casos los líquidos son muy viscosos o no-newtonianos. En ocasiones se tratade líquidos no miscibles como sucede en la extracción líquido-líquido o en la obtención de emulsiones, caso frecuente en la industria alimentaria y farmacéutica en que se requiere obtener emulsiones.
Desde el punto de vista práctico el consumo de potencia en la agitación es el parámetro más importante, no solamente por el requerimiento energético en sí sino porque el consumo por unidad devolumen de líquido es usado como indicador de la eficiencia del proceso y para fines de escalamiento. Es conveniente considerar por separado los casos de baja y de alta viscosidad y aquellos en que la agitación coexiste con la aireación.
9.1. AGITACIÓN DE LÍQUIDOS
Agitación de líquidos de baja viscosidad
Los impulsores más empleados son los de paleta, de turbina o de propela (Fig. 9.1).El impulsor comunica al líquido energía cinética que se va a disipar en forma viscosa en la masa líquida, al producirse el fenómeno de interacción y mezclado entre los líquidos. Normalmente los tanques están provistos de bafles o deflectores, usualmente cuatro, que aumentan la turbulencia, evitan la formación de vórtices y pueden actuar como calefactores o enfriadores.
Paletas. Se usan enlos problemas más sencillos de agitación. Son instaladas en un eje vertical al centro del tanque. Los impulsores más comunes son los de dos y de cuatro paletas verticales o inclinadas. Puede haber más de un impulsor en el eje. Giran a velocidad moderada, hasta 150-200 rpm comunicando al líquido movimiento tangencial y radial como se aprecia en la Fig.9.2. Se recomienda un diámetro de agitador delorden de 50-80% del del tanque con una relación (ancho)/(largo) entre 1/6 y 1/10.
(a) (b) (c) (d) (e)
Figura. 9.1. Tipos de impulsor (a) propela marina de 3 aspas. (b) impulsor de paletas verticales con dos paletas. (c)Turbina con 6 paletas rectas verticales (turbina Rushton) d), turbina con aspas verticales curvas (e) turbina con aspas inclinadasTurbinas. Son una especie de agitadores de paletas múltiples y cortas, girando a mayores velocidades. Las hay de varios tipos, por ejemplo con paletas rectas o curvas, verticales o inclinadas. El eje es centrado. El número de paletas es usualmente 6 u 8. Normalmente Da=(0.3-0.5)DT
Figura 9.2. Patrones de flujo en propela marina y en turbina
Propelas. Pueden girar, según su tamaño, de 400...
AGITACION MECANICA DE LÍQUIDOS
Y DE SISTEMAS LÍQUIDO-GAS
La agitación mecánica de líquidos en tanques es una de las operaciones más comunes en la industria. Casi todos los procesos de manufactura incluyen algún paso de agitación. Su objetivo puede ser la mezcla de dos o más líquidos o el aumento del área interfasial entre el líquido y un gas, o bien, la aceleración de latransferencia de calor. La agitación mecánica puede acompañar a reacciones químicas homogéneas o heterogéneas como la sulfonación y la cloración, y a procesos biológicos como el tratamiento de efluentes, crecimiento de levadura y otros.
Si se trata del mezclado como efecto buscado, es difícil escoger un parámetro que en forma universal califique la bondad del mismo. Puede tomarse por ejemplo eltiempo necesario para que la concentración local llegue a 95-99% de la límite. Una forma de hacer esta determinación es agregar al tanque agitado un trazador miscible con el líquido y con viscosidad y densidad cercanas a las del mismo y determinar su concentración en función del tiempo, en un punto dado del tanque, para observar su acercamiento al valor límite que corresponde a la concentracióncalculada por el balance de materia. La aproximación al límite se da normalmente en forma de onda amortiguada debido al paso repetido de un elemento de volumen con alta concentración, por el mismo lugar. En el caso más sencillo de mezcla de líquidos, ambos son de viscosidad y densidad semejantes y son poco viscosos. En otros casos los líquidos son muy viscosos o no-newtonianos. En ocasiones se tratade líquidos no miscibles como sucede en la extracción líquido-líquido o en la obtención de emulsiones, caso frecuente en la industria alimentaria y farmacéutica en que se requiere obtener emulsiones.
Desde el punto de vista práctico el consumo de potencia en la agitación es el parámetro más importante, no solamente por el requerimiento energético en sí sino porque el consumo por unidad devolumen de líquido es usado como indicador de la eficiencia del proceso y para fines de escalamiento. Es conveniente considerar por separado los casos de baja y de alta viscosidad y aquellos en que la agitación coexiste con la aireación.
9.1. AGITACIÓN DE LÍQUIDOS
Agitación de líquidos de baja viscosidad
Los impulsores más empleados son los de paleta, de turbina o de propela (Fig. 9.1).El impulsor comunica al líquido energía cinética que se va a disipar en forma viscosa en la masa líquida, al producirse el fenómeno de interacción y mezclado entre los líquidos. Normalmente los tanques están provistos de bafles o deflectores, usualmente cuatro, que aumentan la turbulencia, evitan la formación de vórtices y pueden actuar como calefactores o enfriadores.
Paletas. Se usan enlos problemas más sencillos de agitación. Son instaladas en un eje vertical al centro del tanque. Los impulsores más comunes son los de dos y de cuatro paletas verticales o inclinadas. Puede haber más de un impulsor en el eje. Giran a velocidad moderada, hasta 150-200 rpm comunicando al líquido movimiento tangencial y radial como se aprecia en la Fig.9.2. Se recomienda un diámetro de agitador delorden de 50-80% del del tanque con una relación (ancho)/(largo) entre 1/6 y 1/10.
(a) (b) (c) (d) (e)
Figura. 9.1. Tipos de impulsor (a) propela marina de 3 aspas. (b) impulsor de paletas verticales con dos paletas. (c)Turbina con 6 paletas rectas verticales (turbina Rushton) d), turbina con aspas verticales curvas (e) turbina con aspas inclinadasTurbinas. Son una especie de agitadores de paletas múltiples y cortas, girando a mayores velocidades. Las hay de varios tipos, por ejemplo con paletas rectas o curvas, verticales o inclinadas. El eje es centrado. El número de paletas es usualmente 6 u 8. Normalmente Da=(0.3-0.5)DT
Figura 9.2. Patrones de flujo en propela marina y en turbina
Propelas. Pueden girar, según su tamaño, de 400...
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