Calculo de Potencia Del Agitador

Calculo de potencia del agitador

La agitaci agitación ón se refi refier eree a forz forzar ar un fluid fluido o por por medio medioss mecá mecáni nico coss para para que que adquiera un movimiento circulatorio en el interior de un recipiente. Los objetivos de la agitación pueden ser: •

Mezcla de dos líquidos miscibles (ej: alcohol  agua!

•

"isolución de sólidos en líquido (ej.: azucar  agua!

•

Mejorar la transferencia de calor (en calentamiento o enfriamiento!

•

"ispersión de un gas en un líquido (o#ígeno en caldo de fermentación!

•

"ispersión de partículas finas en un líquido

•

"ispersión de dos fases no miscibles (grasa en la leche!

$eneralmente el equipo consiste en un recipiente cilíndrico (cerrado o abierto!%  un agitador mecánico% montado en un eje  accionado por un motor el&ctrico. Las proporciones del tanque varían ampliamente% dependiendo de la naturaleza del problema de agitación. 'l 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. fluido. La altura altura del líquido líquido%% es apro#im apro#imada adamen mente te igual igual al diámet diámetro ro del tanque. obre un eje suspendido desde la parte superior% va montado un agitador. 'l eje está accionado por un motor% conectado a veces% directamente al mismo%  pero con maor frecuencia% a trav&s de una caja de engranajes reductores. 'l agitador crea un cierto tipo de flujo dentro del sistema% dando lugar a que el líquido circule por todo el recipiente  vuelva de vez en cuando al agitador. AGITADORES PARA TANQUES TANQUES CERRADOS C ERRADOS Y TANQUES TANQUES AIERTOS DE !ONTA"E #I"O

'stos tipos de agitadores son recomendados para su aplicación%  todo depende de los requ requisi isitos tos de su proc proces eso. o. Los Los ha ha de acop acopla lados dos direc directo% to% estos estos está están n dise dise)a )ado doss para para apli aplica caci cion ones es de baja baja visc viscos osid idad ad%% o volu volume men n pequ peque) e)os os%% o aplicaciones en que se requiere trituramientos del producto. Los agitadores de acoplado acoplado de engranaje engranaje (caja reductora!% son eficienteme eficientemente nte usados en productos productos con mas alta viscosidad o aplicaciones con un volumen mas elevado. 'stos agitadores agitadores varían desde *+, a - caballos caballos de fuerza fuerza (/!%  son disponibles con siete diferentes velocidades%  con una variedad de h&lices. 'stos agitadores

son disponibles a sea con motor el&ctrico% o motores de aire% así como tambi&n  pueden ser equipados con variador de velocidades. TIPOS DE AGITADORES$

Los agitadores se dividen en dos clases: los que generan corrientes paralelas al eje del agitador  los que dan origen a corrientes en dirección tangencial o radial. Los primeros se llaman agitadores de flujo a#ial  los segundos agitadores de flujo radial. Los tres tipos principales de agitadores son% de h&lice% de paletas%  de turbina. 0ada uno de estos tipos comprende muchas variaciones  subtipos que no consideraremos aquí. 'n algunos casos tambi&n son 1tiles agitadores especiales%  pero con los tres tipos antes citados se resuelven% quizás% el 2-3 de los problemas de agitación de líquidos. AGITADORES DE %ELICES

4n agitador de h&lice% es un agitador de flujo a#ial% que opera con velocidad elevada  se emplea para líquidos pocos viscosos. Los agitadores de h&lice más  peque)os% giran a toda la velocidad del motor% unas *.*-5 ó *.6-5 rpm7 los maores giran de ,55 a 855 rpm. Las corrientes de flujo% que parten del agitador% se mueven a trav&s del líquido en una dirección determinada hasta que son desviadas por el fondo o las paredes del tanque. La columna de remolinos de líquido de elevada turbulencia% que parte del agitador% arrastra en su movimiento al líquido estancado% generando un efecto considerablemente maor que el que se obtendría mediante una columna equivalente creada por una boquilla estacionaria. Las palas de la h&lice cortan o friccionan vigorosamente el líquido. "ebido a la persistencia de las corrientes de flujo% los agitadores de h&lice son eficaces para tanques de gran tama)o. /ara tanques e#traordinariamente grandes% del orden de *-55m9 se han utilizado agitadores m1ltiples% con entradas laterales al tanque. 'l diámetro de los agitadores de h&lice% raramente es maor de ,- cm% independientemente del tama)o del tanque. 'n tanques de gran altura% pueden disponerse dos o más h&lices sobre el mismo eje% moviendo el líquido generalmente en la misma dirección.  veces dos agitadores operan en sentido opuesto creando una zona de elevada turbulencia en el espacio comprendido entre ellos. AGITADORES DE PALETAS

/ara problemas sencillos% un agitador eficaz está formado pr una paleta plana% que gira sobre un eje vertical. on corrientes los agitadores formados por dos  9  paletas. Las paletas giran a velocidades bajas o moderadas en el centro del tanque% impulsando al líquido radial  tangencialmente% sin que e#ista movimiento vertical respecto del agitador% a menos que las paletas est&n

inclinadas. Las corrientes de líquido que se originan se dirigen hacia la pared del tanque  despu&s siguen hacia arriba o hacia abajo. Las paletas tambi&n pueden adaptarse a la forma del fondo del tanque% de tal manera que en su movimiento rascan la superficie o pasan sobre ella con una holgura mu peque)a. 4n agitador  de este tipo se conoce como agitador de ancla. 'stos agitadores son 1tiles cuando cuando se desea evitar el depósito de sólidos sobre una superficie de transmisión de calor% como ocurre en un tanque enchaquetado% pero no son buenos mezcladores. $eneralmente trabajan conjuntamente con un agitador de paletas de otro tipo% que se mueve con velocidad elevada  que gira normalmente en sentido opuesto. Los agitadores industriales de paletas giran a una velocidad comprendida entre ;5  *-5 rpm. La longitud del rodete de un agitador de paletas es del orden de -5 al 853 del diámetro interior del tanque. La anchura de la paleta es de un se#to a un d&cimo de su longitud.  velocidades mu bajas% un agitador de paletas  produce una agitación suave% en un tanque sin placas deflectoras o cortacorrientes% las cuales son necesarias para velocidades elevadas. "e lo contrario el líquido se mueve como un remolino que gira alrededor del tanque% con velocidad elevada pero con poco efecto de mezcla. AGITADORES DE TURINA

La maor parte de ellos se asemejan a agitadores de m1ltiples  cortas paletas% que giran con velocidades elevadas sobre un eje que va montado centralmente dentro del tanque. Las paletas pueden ser rectas o curvas% inclinadas o verticales. 'l rodete puede ser abierto% semicerrado o cerrado. 'l diámetro del rodete es menor que en el caso de agitadores de paletas% siendo del orden del 95 al -53 del diámetro del tanque. Los agitadores de turbina son eficaces para un amplio intervalo de viscosidades7 en líquidos poco viscosos% producen corrientes intensas% que se e#tienden por  todo el tanque  destruen las masas de líquido estancado. 'n las pro#imidades del rodete e#iste una zona de corrientes rápidas% de alta turbulencia e intensos esfuerzos cortantes. Las corrientes principales son radiales  tangenciales. Las componentes tangenciales dan lugar a vórtices  torbellinos% que se deben evitar   por medio de placas deflectoras o un anillo difusor% con el fin de que el rodete sea más eficaz. 'l agitador de turbina semiabierto% conocido como agitador de disco con aletas% se emplea para dispersar o disolver un gas en un líquido. 'l gas entra por la parte inferior del eje del rodete7 las aletas lanzan las burbujas grandes  las rompen en muchas peque)as% con lo cual se aumenta grandemente el área interfacial entre el gas  el líquido. TIPOS DE #LU"OS EN TANQUES AGITADOS

'l tipo de flujo que se produce en un tanque agitado% depende del tipo de rodete% de las características del fluido  del tama)o  proporciones del tanque% placas deflectoras  agitador. La velocidad del fluido en un punto del tanque tiene tres componentes  el tipo de flujo global en el mismo% depende de las variaciones de estas tres componentes de la velocidad% de un punto a otro. La primera componente de velocidad es radial  act1a en dirección perpendicular al eje del rodete. La segunda es longitudinal  act1a en dirección paralela al eje. La tercera es tangencial o rotacional%  act1a en dirección tangencial a la traectoria circular  descrita por el rodete. /ara el caso corriente de un eje vertical% las componentes radial  tangencial están en un plano horizontal  la componente longitudinal es vertical. Las componentes radial  longitudinal son 1tiles porque dan lugar al flujo necesario  para que se produzca la mezcla. 0uando el eje es vertical  está dispuesto en el centro del tanque% la componente tangencial de velocidad es generalmente  perjudicial para la mezcla. 'l flujo tangencial sigue una traectoria circular  alrededor del eje  crea un vórtice en la superficie del líquido que debido a la circulación en flujo laminar% da lugar a una estratificación permanente en diferentes niveles% de substancias sin mezclar% sin que e#ista flujo longitudinal de un nivel a otro. i están presentes partículas sólidas% las corrientes circulatorias tienden a lanzar las partículas contra la pared del tanque% debido a la fuerza centrífuga% desde donde caen acumulándose en la parte central del fondo del tanque. /or consiguiente en vez de mezcla% se produce la acción contraria. 'n un tanque sin placas deflectoras% el flujo circulatorio es inducido por todos los tipos de rodete% tanto si el flujo es a#ial como radial. i los remolinos son intensos% el tipo de flujo dentro del tanque es esencialmente el mismo% independientemente del dise)o del rodete. /ara velocidades de giro del rodete elevadas% la profundidad del vórtice puede ser tan grande que llegue al rodete mismo% dando lugar a que en el líquido se introduzca el gas que está encima de &l% lo cual normalmente debe evitarse. #OR!AS DE E&ITAR RE!OLINOS$ •

Colocando el agitador 'uera del e(e central del tan)ue. 'n tanques  peque)os se debe colocar el rodete separado del centro del tanque% de tal manera que el eje del agitador no coincida con el eje central del tanque. 'n tanques maores el agitador puede montarse en forma lateral% con el eje en un  plano horizontal% pero no en la dirección del radio.

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In*talando placa* de'lectora*. 'stas son placas verticales perpendiculares a la pared del tanque. 'n tanques peque)os son suficientes , placas deflectoras%  para evitar remolinos  formación de vórtice. 'l ancho de las placas no debe ser maor que un doceavo del diámetro del tanque. 0uando se usan agitadores de h&lice% el ancho de la placa puede ser de un octavo del diámetro del tanque.

i el eje del agitador está desplazado del centro o inclinado% no se necesitan  placas deflectoras. 0uando no se presentan remolinos% el tipo de flujo específico depende del tipo de rodete: •

Los agitadores de h&lice impulsan el líquido hacia el fondo del tanque% desde donde la corriente se e#tiende subiendo por las paredes  retornando hacia la h&lice. e emplean cuando se desean intensas corrientes verticales% por  ejemplo para mantener en suspensión partículas sólidas pesadas.
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Los agitadores de paletas producen un flujo radial intenso en el plano  pró#imo a las palas% pero prácticamente no dan lugar a corrientes verticales. 'stos agitadores no son eficaces para mantener sólidos en suspensión.

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Los agitadores de turbina impulsan al líquido radialmente contra las paredes laterales del tanque% desde donde la corriente se divide% una parte flue hacia arriba  otra parte hacia el fondo% retornando ambas al rodete. /or lo que  producen dos corrientes de circulación separadas. "an e#celentes resultados en la mezcla de líquidos que tienen apro#imadamente la misma densidad relativa.

CONSU!O DE POTENCIA

Las variables que pueden ser controladas  que influen en la /otencia consumida por el agitador son: •

"imensiones principales del tanque  del rodete: "iámetro del tanque (" t!% "iámetro del rodete (" a!% altura del líquido (!% ancho de la placa deflectora (=!% distancia del fondo del tanque hasta el rodete ('!%  dimensiones de las  paletas.

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>iscosidad (µ!  densidad (ρ! del fluido.

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>elocidad de giro del agitador (
'l cálculo de la potencia consumida se hace a trav&s de n1meros adimensionales% relacionando por medio de gráficos el n1mero de ?enolds  el <1mero de /otencia. 'stas gráficas dependerán de las características geom&tricas del agitador  de si están presentes o no% las placas deflectoras.  <1mero de ?enolds @ esfuerzo de inercia + esfuerzo cortante

 <1mero de /otencia @ esfuerzo de frotamiento + esfuerzo de inercia

 <1mero de Aroude @ esfuerzo de inercia + esfuerzo gravitacional

/ara bajos n1meros de ?enolds (?e B*5! el flujo es laminar% la densidad deja de ser un factor importante  la potencia puede encontrarse como:

'n tanques con placas deflectoras  para n1meros de ?enolds superiores a *5.555% la función de potencia es independiente del n1mero de ?enolds  la viscosidad deja de ser un factor. Las variaciones del <1mero de Aroude tampoco influen. 'n este intervalo el flujo es completamente turbulento  la /otencia  puede ser calculada como: