Reporte De Agitacion Y Mezclado

Carga de Velocidad

Es una medida de la fuerza máxima que puede ejercer un fluido impulsado por un agitador, cuando cambian su dirección o velocidad. Son fuerzas de inercia que son mayores en las corrientes que se mueven a velocidades elevadas, que en las de velocidades bajas

Se define la carga de velocidad en (Kgf.m/Kg) como:

Para obtener una H mayor con el mismo consumo de potencia, se debe utilizar un impulsor de menor diámetro con mayor velocidad de rotación (HαDa-4/3 ) .

Para aumentar q, manteniendo P=cte. se tiene que aumentar Da y disminuir n manteniendo constante n3 Da5( q α Da4/3 ).

Régimen laminar en taques agitados

NRe < 10 --- RL en estas condiciones Np α 1/NRe y P α µn2Da3

• Para aumentar el esfuerzo de corte que es proporcional a n , manteniendo constante P hay que aumentar n α Da-3/2 conforme disminuye Da

• Probablemente para aumentar q (velocidad de circulación), manteniendo constante P, para una viscosidad también constante habrá que aumentar Da y disminuir n, pero no se han obtenido las relaciones entre q, n y Da.

Régimen turbulento en tanques agitados

En condiciones de RT, se utilizan distintas relaciones Da/Dt dependiendo de los propósitos de la agitación

Relaciones Da/Dt < 1/3 son útiles para:

- mezcla rápida de partículas secas en líquidos

- dispersión de un gas en lechadas

- desaglomeración de partículas sólidas

- favorecer la transferencia de masa sólido-líquido

Relaciones Da/Dt > 1/2 son útiles para:

- evitar zonas muertas en la lechadas

- obtener uniformidad en un recipiente en un periodo breve

- fomentar la transferencia de calor

Consumo de Potencia en fluidos no Newtonianos (FNN)

En un FNN el gradiente de velocidad varía de un punto a otro del fluido y con el la viscosidad y el NRe. Para el calculo del NRe , se utiliza una viscosidad media aparente.

Se define una viscosidad aparente µ ap y el NRe se expresa como:

µ ap = viscosidad media aparente correspondiente al dv/dy medio

n´ = índice de comportamiento de flujo n´< 1 (SP) ; > 1 DIL ; =1 N

K´= índice de consistencia de flujo

Para un fluido pseudo plástico y turbina de palas rectas el gradiente medio se estima como

y el

El consumo de potencia para fluidos NN (DIL, SP, PB) se calcula utilizando las correlaciones de potencia, para una viscosidad obtenida a partir de una gráfica µ vs. dv/dy .

Para fluido DIL ; para SP o PB

El valor dv/dy calculado con estas ecuaciones se utiliza para calcular µap a partir de una gráfica viscosidad vs. dv/dy determinada utilizando un viscosímetro capilar o de rotación. Con este valor se calcula en NRe y se lee NP a partir de la gráfica usuales para fluidos newtonianos.

La comparación de las curvas de NP vs. NRe para FN y FNN indica que:

- Para NRe > 100 y < 10 NP es el mismo p/ ambos

- Para 10> NRe< 100 NP para N > NN

Mezcla

La operación de mezcla es mucho mas difícil de describir y evaluar. Dependen de cómo se define la mezcla.

A menudo el criterio de mezcla es visual: Ej.cambio de color de un indicador ácido-base, variaciones de composición de muestras tomadas a distintos puntos o a distintos tiempos.

Mezclas de líquidos miscibles

El proceso es rápido p/ FT

El modelo propuesto supone que se alcanza una mezcla completa si el tiempo en minutos tT es 5 minutos

Siendo V= volumen de líquido en el tanque y q = velocidad Volumétrica de flujo. Para una turbina de 6 palas el valor de tT resulta:

La ecuación anterior puede ser escrita como

Para un tanque y agitador determinado, o sistemas geométricamente semejantes

Existen gráficos que muestran la relación n tT vs. NRe, donde n tT = fT =factor de tiempo de mezcla

En estos gráficos se observa que:

- Para 10< NRe< 1000 el n tT se incrementa mucho cuando disminuye el NRe

- Para NRe> 2000 o 10000 n tT es independiente de NRe

Existe una correlación general de Norwood-Metzner

En ella, se incluye en NFr, que debe ser tenido en cuenta para tanques sin PD y para NRe bajos. La relación se encuentra graficada en la fig. 9.17 del Mac Cabe S. )

En la práctica se comprueba que:

tm hélice > tm turbina , pero P cons. Hélice << P cons. Turbina p/ n=cte

Tipos de Mezcladores

Mezcladores de chorro

Se utiliza en grandes tanques y la mezcla se consigue mediante un chorro proveniente de una boquilla que ingresa lateralmente.

El chorro circular forma un núcleo que desaparece a una distancia d = 4,3 Dj

Dj = diámetro de la boquilla

El núcleo central esta rodeado de un chorro turbulento que se expande, y en el que la velocidad radial disminuye con la distancia a la línea central , aumentando la presión, lo que provoca que el fluido circule hacia el interior del chorro, sea absorbido, acelerado y se mezcle. Este proceso se denomina arrastre .

Para una distancia X > 4,3 Dj el caudal de líquido arrastrado viene dado por:

qe= volumen de líquido arrastrado por unidad de tiempo

qo= volumen que sale de la boquilla por unidad de tiempo

Un gran volumen de líquido que sale de la boquilla no mejora el mezclado . Para que se produzca una mezcla eficiente, se le debe dar espacio y tiempo suficiente.

Mezcladores estáticos (sin movimiento)

Las operaciones mas difíciles de mezclado se llevan a cabo mediante mezcladores estáticos. Se utiliza para mezclar gases y fluidos no viscosos. Para ello se hace circular a través de una longitud de cañería que contiene placas de orificio o placas deflectoras segmentadas.

La longitud requerida se calcula como:

L = 50 a 100 D

La misión de las placas es dividir y recombinar la corriente de fluido. En el mezclador de la siguiente Fig., c/u de los elementos helicoidales divide la corriente en dos , la hace girar 180º y descarga en otro que esta colocado formando un ángulo de 90º con el anterior. Este segundo elemento realiza el mismo proceso . El numero de elementos requeridos depende del Nre y aumenta cuando este disminuye. Otro diseño de mezclador de este tipo es el mezclador de vórtice turbulento.

Para n elementos hay 2n divisiones y recombinaciones ( p/ 20 elementos 106)

La caída de presión que se produce es Δp = 4 Δp (en la misma long. de cañería recta, para

Aplicación en la mezcla de gas- líquido y mezcla de líquidos.

Suspensión de partículas sólidas

Propósitos con que se realiza:

- producir una mezcla homogénea de alimentación a una unidad de proceso

- disolver un sólido

- catalizar una reacción qca.

- Promover el crecimiento de cristales en una solución saturada

Existen diferentes grados de suspensión atendiendo al aumento de la uniformidad.

La > o < facilidad con que los sólidos se suspenden es función de :

- propiedades físicas de las partículas  vLS (velocidad límite de sedimentación)

- propiedades físicas del líquido

- modelos de circulación

La velocidad

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