ESCUELA DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL DOCENTE
ALUMNO
: ING. PELAYO ANTONIO SAMANAMUD ÁLVAREZ
CALDERON ZAVALETA JEAN FRANCO
:
: AGITADORES Y MEZCLADORES
TEMA
CURSO
CICLO
: INGENIERÍA DE OPERACIONES
:
VI
AGITADORES Y MEZCLADORES
AGITADORES La agitación se refiere a forzar un fluido por medios mecánicos para que adquieraun movimiento circulatorio en el interior de un recipiente. Los objetivos de laagitación pueden ser:
Mezcla de dos líquidos miscibles (ej: alcohol y agua) Disolución de sólidos en líquido (ej.: azucar y agua) Mejorar la transferencia de calor (en calentamiento o enfriamiento) Dispersión de un gas en un líquido (oxígeno en caldo de fermentación) Dispersión de partículas finas en un líquido Dispersión de dos fases no miscibles (grasa en la leche)
Generalmente el equipo consiste en un recipiente cilíndrico (cerrado o abierto), y unagitador mecánico, montado en un eje y accionado por un motor eléctrico. Lasproporciones del tanque varían ampliamente, dependiendo de la naturaleza delproblema de agitación. El fondo del tanque debe ser redondeado, con el fin deeliminar los bordes rectos o regiones en las cuales no penetrarían las corrientes delfluido. La altura del líquido, es aproximadamente igual al diámetro del tanque. Sobre un eje suspendido desde la parte superior, va montado un agitador. El eje estáaccionado por un motor, conectado a veces, directamente al mismo, pero con mayorfrecuencia, a través de una caja de engranajes reductores. El agitador crea un cierto tipo de flujo dentro del sistema, dando lugar a que ellíquido circule por todo el recipiente y vuelva de vez en cuando al agitador.
AGITADORES PARA TANQUES CERRADOS Y TANQUESABIERTOS DE MONTAJE FIJO Estos tipos de agitadores son recomendados para su aplicación, y todo depende delos requisitos de su proceso. Los hay de acoplados directo, estos están diseñadospara aplicaciones de baja viscosidad, o volumen pequeño, o aplicaciones en que serequiere trituramientos del producto. Los agitadores de acoplado de engranaje (cajareductora), son eficientemente usados en productos con más alta viscosidad oaplicaciones con un volumen más elevado. Estos agitadores varían desde 1/4 a 5 caballos de fuerza (HP), y son disponibles consiete diferentes velocidades, y con una variedad de hélices. Estos agitadores sondisponibles ya sea con motor eléctrico, o motores de aire, así como también puedenser equipados con variador de velocidades. Beneficios claves: Fabricados para operación continuaAgitadores de este tipo son equipados con ANSI cobertura, con selladores deempaquetaduras o mecánicos, para uso con tanques cerrados. También sondisponibles con base cuadrada para ser montados en tanques abiertos dondeselladores no son necesarios, esta montadura también las hay en ángulo para dar unamayor eficiencia a la aplicación.
TIPOS DE AGITADORES: Los agitadores se dividen en dos clases: los que generan corrientes paralelas al ejedel agitador y los que dan origen a corrientes en dirección tangencial o radial. Losprimeros se llaman agitadores de flujo axial y los segundos agitadores de flujoradial. Los tres tipos principales de agitadores son, de hélice, de paletas, y de turbina. Cadauno de estos tipos comprende muchas variaciones y subtipos que no consideraremosaquí. En algunos casos también son útiles agitadores especiales, pero con los trestipos antes citados se resuelven, quizás, el 95% de los problemas de agitación delíquidos.
Agitadores De Hélice Un agitador de hélice, es un agitador de flujo axial, que opera con velocidad elevaday se emplea para líquidos pocos viscosos. Los agitadores de hélice más pequeños,giran a toda la velocidad del motor, unas 1.150 ó 1.750 rpm; los mayores giran de400 a 800 rpm. Las corrientes de flujo, que parten del agitador, se mueven a travésdel líquido en una dirección determinada hasta que son desviadas por el fondo o lasparedes del tanque. La columna de remolinos de líquido de elevada turbulencia, queparte del agitador, arrastra en su movimiento al líquido estancado, generando unefecto considerablemente
mayor que el que se obtendría mediante una columnaequivalente creada por una boquilla estacionaria. Las palas de la hélice cortan ofriccionan vigorosamente el líquido. Debido a la persistencia de las corrientes deflujo, los agitadores de hélice son eficaces para tanques de gran tamaño. Paratanques extraordinariamente grandes, del orden de 1500m3 se han utilizadoagitadores múltiples, con entradas laterales al tanque.
Agitadores De Paletas Para problemas sencillos, un agitador eficaz está formado pr una paleta plana, quegira sobre un eje vertical. Son corrientes los agitadores formados por dos y 3paletas. Las paletas giran a velocidades bajas o moderadas en el centro del tanque,impulsando al líquido radial y tangencialmente, sin que exista movimiento verticalrespecto del agitador, a menos que las paletas estén inclinadas. Las corrientes delíquido que se originan se dirigen hacia la pared del tanque y después siguen haciaarriba o hacia abajo. Las paletas también pueden adaptarse a la forma del fondo deltanque, de tal manera que en su movimiento rascan la superficie o pasan sobre ellacon una holgura muy pequeña. Un agitador de este tipo se conoce como agitador deancla. Estos agitadores son útiles cuando cuando se desea evitar el depósito desólidos sobre una superficie de transmisión de calor, como ocurre en un tanqueenchaquetado, pero no son buenos mezcladores. Generalmente trabajanconjuntamente con un agitador de paletas de otro tipo, que se mueve con velocidadelevada y que gira normalmente en sentido opuesto. Los agitadores industriales de paletas giran a una velocidad comprendida entre 20 y150 rpm. La longitud del rodete de un agitador de paletas es del orden de 50 al 80%del diámetro interior del tanque. La anchura de la paleta es de un sexto a un décimode su longitud. A velocidades muy bajas, un agitador de paletas produce unaagitación suave, en un tanque sin placas deflectoras o cortacorrientes, las cuales sonnecesarias para velocidades elevadas. De lo contrario el líquido se mueve como unremolino que gira alrededor del tanque, con velocidad elevada pero con poco efectode mezcla.
Agitadores De Turbina La mayor parte de ellos se asemejan a agitadores de múltiples y cortas paletas, quegiran con velocidades elevadas sobre un eje que va montado centralmente dentro deltanque. Las paletas pueden ser rectas o curvas, inclinadas o verticales. El rodetepuede ser abierto, semicerrado o cerrado. El diámetro del rodete es menor que en elcaso de agitadores de paletas, siendo del orden del 30 al 50% del diámetro deltanque. Los agitadores de turbina son eficaces para un amplio intervalo de viscosidades; enlíquidos poco viscosos, producen corrientes intensas, que se extienden por todo eltanque y destruyen las masas de líquido estancado. En
las proximidades del rodeteexiste una zona de corrientes rápidas, de alta turbulencia e intensos esfuerzoscortantes. Las corrientes principales son radiales y tangenciales. Las componentestangenciales dan lugar a vórtices y torbellinos, que se deben evitar por medio deplacas deflectoras o un anillo difusor, con el fin de que el rodete sea más eficaz. El agitador de turbina semiabierto, conocido como agitador de disco con aletas, seemplea para dispersar o disolver un gas en un líquido. El gas entra por la parteinferior del eje del rodete; las aletas lanzan las burbujas grandes y las rompen enmuchas pequeñas, con lo cual se aumenta grandemente el área interfacial entre elgas y el líquido.
MEZCLADORES
Los mezcladores tienen como objetivo la dispersión instantánea delcoagulante en toda la masa de agua que se va a tratar. Esta dispersión debe ser lomás homogénea posible, con el objeto de desestabilizar todas las partículas presentesen el agua y optimizar el proceso de coagulación. La coagulación es elproceso más importante en una planta de filtración rápida; de ella depende la eficiencia de todo el sistema. No importa que los demás procesos siguientes seanmuy eficientes; si la coagulación es defectuosa, la eficiencia final del sistema esbaja. La eficiencia de la coagulación depende de la dosificación y de la mezclarápida. En la unidad de mezcla la aplicación del coagulante debe ser constante ydistribuirse de manera uniforme en toda la sección. Debe existir una fuerte turbulenciapara que la mezcla del coagulante y la masa de agua se dé en forma instantánea.
La mezcla rápida puede realizarse aprovechando la turbulencia provocadapor dispositivos hidráulicos o mecánicos.
PARÁMETROS GENERALES DE DISEÑO
La intensidad de agitación, medida a través del gradiente de velocidad, puedevariar de 700 a 1.300 s-1 o de 3.000 a 5.000 según el tipo de unidad seleccionada. El tiempo de retención puede variar de décimas de segundos a siete segundos,dependiendo de la concentración de coloides en el agua por tratar y deltipo de unidad seleccionada. De la concentración de coloides presente en elagua dependerá el tipo de mecanismo de coagulación resultante; esto es: alta concentración de coloides mecanismo de absorción o de neutralizaciónde cargas baja concentración de coloides mecanismo de barrido.
Unidades hidráulicas Entre los mezcladores de este tipo se pueden citar, entre los más utilizadospor su simplicidad y eficiencia, los siguientes:
canales con cambio de pendiente o rampas; canaletas Parshall; vertederos rectangulares y triangulares; difusores; inyectores.
En los tres primeros mezcladores la turbulencia que ocasiona la mezcla esproducida por la generación de un resalto hidráulico que causa un gradiente develocidad de alrededor de 1.000 s-1. Estas unidades tienen la ventaja de que, además,involucran la medición del caudal de ingreso a la planta. Las unidades de resalto hidráulico son adecuadas para todo tipo de aguas; es decir, tanto para las que coagulan por el mecanismo de absorción o neutralizaciónde carga como para las de barrido. Para las aguas que coagulan por el mecanismode barrido, son adecuados todos los tipos de mezcladores, inclusive losretromezcladores, porque en este caso, para que el mecanismo de barrido se produzca,son más importantes las condiciones químicas (dosis de coagulante) quelos parámetros de mezcla. En los difusores e inyectores se obtiene una eficiencia similar a la conseguidaen las unidades de resalto hidráulico, pero con menores gradientes
de velocidad;esto es, con menor disipación de energía durante el proceso. Esto se debe aque la homogeneización coagulante-masa de agua en estas unidades se consiguecomo consecuencia de la gran cantidad de puntos de aplicación del coagulanteantes que de la agitación de la masa de agua. Otros tipos de mezcladores depatente como las denominadas unidades de mezcla en línea requieren gradientesde velocidad mayores, normalmente entre 3.000 y 5.000 s-1. La canaleta Parshall es adecuada exclusivamente para plantas de medianasa grandes (Q > 500 L/s). El canal con cambio de pendiente se adecúa acualquier rango de caudal, y los vertederos rectangular y triangular solo a caudalespequeños; el último, preferiblemente a caudales menores de 30 L/s.
Mezcladores de resalto hidráulico
Estas unidades son especialmente adecuadas para aguas que la mayor partedel tiempo están coagulando mediante el mecanismo de adsorción; es decir, aguas que presentan alta concentración de coloides. Los tiposmás frecuentes tienen laventaja de servir de unidadesde medición de caudal y deunidades de mezcla rápida, porlo cual son muy populares (figura2-1).
Canaleta Parshall
Se usa la canaleta Parshall normalmente con la doble finalidad de medir elcaudal afluente y realizar la mezcla rápida. Generalmente, trabaja con descargalibre. La corriente líquida pasa de una condición supercrítica a una subcrítica, loque origina el resalto. Fue ideada en 1927 por R. L.En el caso de mezcladoresde tipo canaleta Parshall,también debe empalmarse elnivel de salida de la canaletacon el nivel de entrada delfloculador para que el resaltose produzca en la garganta dela unidad. Al proyectar unacanaleta Parshall, se deben teneren cuenta las recomendacionesrelacionadas con la longitudde los canales de aproximacióny salida para que secomporte adecuadamente.
