AGITACIÓN: MEZCLA DE LIQUIDOS MISCIBLES

 Articulo Investigativo Operaciones Unitarias I

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AGITACIÓN: MEZCLA DE LIQUIDOS MISCIBLES

STIRRING: MISCIBLE LIQUIDS MISING

Shirly Dueñas Ramos1, Mariana Fernández Ruiz1, Yina Galeano Vásquez 1, Daniela Perdomo Mendoza 1

*Estudiantes del curso  operaciones unitarias I, programa de ingeniería de    alimentos, universidad de Córdoba, 2018

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INTRODUCCIÓN

El mezclado y agitación de líquidos

La agitación realiza fundamentalmente en tanques, agitándose los líquidos mediante paletas accionadas por motor. Es decir, forzar un fluido por medios mecánicos para que adquiera un movimiento circulatorio en el interior de un recipiente. La forma de las paletas es muy variable, dependiendo sobre todo del comportamiento reológico del material a dispersar (su viscosidad, elasticidad, variación de ambas con la temperatura, etc.). La figura 1 muestra algunos modelos de agitadores. [2] 

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Fig. 1. (a) de hélice, (b) de turbina y flujo radial, (c) helicoidal.

Los agitadores se dividen en dos clases: los que generan corrientes paralelas al eje del agitador (fig. 2(A)) y los que dan origen a corrientes en dirección tangencial o radial (fig. 2(B)). Los primeros se llaman agitadores de flujo axial y los segundos agitadores de flujo radial.

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Fig. 2.         (A) Agitación axial, (B) Agitación radial.

Generalmente el equipo consiste en un recipiente cilíndrico (cerrado o abierto), y un agitador mecánico, montado en un eje y accionado por un motor eléctrico.  Las proporciones del tanque varían ampliamente, dependiendo de la naturaleza del problema de agitación. El fondo del tanque debe ser redondeado, con el fin de eliminar los bordes rectos o regiones en las cuales no penetrarían las corrientes del fluido. La altura del líquido, es aproximadamente igual al diámetro del tanque. Sobre un eje suspendido desde la parte superior, va montado un agitador. Cuando los impulsores-agitadores se montan verticalmente en el centro del tanque, casi siempre se desarrolla una trayectoria de flujo circular tipo remolino, que desarrolla un vórtice (Fig.3 a) y que atrapa aire, lo cual es indeseable generalmente. [3] Los vórtices causan un desbalance de fuerzas y limitan severamente el uso de las potencias suministradas. Una forma de romper éste vórtice es el de colocar al propulsor agitador en una posición angular (Fig.3 c) o desplazada del centro (Fig. 3 d). Otra manera es el emplear deflectores (Fig.3 b), que se montan en forma vertical en las paredes de los tanques, casi siempre son 4 y tienen una anchura de alrededor de 1/8 del diámetro del tanque.

[pic 7]Fig. 3: Trayectorias de flujo en tanques cilíndricos: (a) formación de vórtice con agitador centrado con deflector, (b) con agitador centrado con deflectores, (c) con agitador inclinado, (d) con agitador vertical descentrado.

Mezcla de líquidos miscibles

La mezcla de líquidos miscibles en un tanque es un proceso rápido si el régimen de flujo es turbulento. El rodete produce una corriente de alta velocidad y el fluido probablemente se mezcla con rapidez en la región próxima al rodete debido a la intensa turbulencia. A medida que la corriente se modera, arrastrando algo de líquido y fluyendo a lo largo de la pared, hay algo de mezcla radial debido a que los grandes remolinos se rompen en otros más pequeños, pero probablemente hay poca mezcla en la dirección de flujo.

Para un tanque y agitador dados, o para sistemas geométricamente semejantes, el tiempo de mezcla predicho es inversamente proporcional a la velocidad del agitador, lo cual se ha confirmado mediante estudios experimentales. Los tiempos de mezcla son apreciablemente mayores cuando los números de Reynolds están comprendidos en el intervalo de 10 a 1000. Para impulsores de alta eficiencia, los factores de tiempo de mesclado se basa en la siguiente correlación empírica par régimen turbulento y un factor de correlación para bajos números de Reynolds. [4]

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Para mezclar ciertos tipos de líquidos pueden ser preferibles otros tipos de rodetes. Un mismo consumo de potencia con líquidos muy viscosos, pero es más lento que la turbina para líquidos poco viscosos. Los tiempos de mezcla con hélices son altos en comparación con las turbinas, pero el consumo de potencia es más de un orden de magnitud inferior para la misma velocidad del agitador.

Una correlación general propuesta por Norwood y Metzner26. Su factor del tiempo de mezcla puede reordenarse para ver cómo difiere de la predicción para el régimen turbulento.

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Existe un consumo de potencia la cual se halla a través de números adimensionales, en este caso, el numero Reynolds.(1)

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MATERIALES Y MÉTODOS

Mezcla de líquidos miscibles

Para la mezcla de líquidos miscibles  se realizó un montaje como se muestra en la figura 4, Se procedió a adicionar agua en un beacker, la altura del líquido  fue de 12 cm (altura del líquido  igual al diámetro del beacker). Se seleccionó un agitador de 4 palas planas de tal forma que la distancia entre el agitador y el fondo del vaso fuera de 4.8 cm. Se adicionaron 10mL de NaoH 0,1N (base) al agua Y 10 mL de HCl y 2 gotas de fenolftaleína como  indicador , luego se comenzó a realizar el proceso de agitación  a distintas velocidades de rotación (40, 60, 80, 100, 130, 160) con el mismo  agitador , se registraron los tiempos de mezclado para cada velocidad.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Tabla 1. Tiempos obtenidos para cada velocidad programada en el equipo

Tabla 2. Datos del experimento.

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