CURSO BASICO DE AGITACION
REOLOGIA • Un fluido se considera Newtoniano si la resistencia contra el movimiento que se mide como esfuerzo cortante es proporcional a la velocidad “w”. Esta proporcionalidad se demuestra como una línea recta que cruza el cero en la gráfica llamada curva de flujo o τ vs γ ´. ´. La constante de proporcionalidad se llama viscosidad dinámica “ η” y es una propiedad de los materiales que es independiente del esfuerzo cortante para los líquidos Newtonianos. Las propiedades de flujo de los materiales se puede demostrar también con las gráficas de curvas de viscosidad.
REOLOGIA
•
PSEUDOPLASTICOS DILATANTES BINGHAM ELASTO-VISCOSOS •
TIXOTROPICOS REOPEXICOS
CARACTERISTICA DE LA POTENCIA CURVA Np vs Re
TANQUE STANDARD Y CONFIGURACION TIPICA DE UN AGITADOR
(Cerrado, A Prueba de Explosión) o Neumático. Velocidad 1,750 RPM (Flecha Lineal o En Paralelo). Si la flecha es demasiado larga (> 1,500 mm) y el equipo no pueda resistir todos los esfuerzos (radial, tangencial y axial), que existen en el tanque. Los esfuerzos del tanque y la longitud de la flecha son las variables que se toman en cuenta para el cálculo del diámetro de la flecha Cada tipo de turbina trabaja en un rango de velocidad y con una relación entre el diámetro del tanque (T) y el diámetro de la turbina (D), D/T. El diseño standard de los tanques relaciona dos variables, una de ellas es la altura final del líquido al término del proceso denominada como Z y el Ø del tq. Z / T = 1 a 1.3.
TURBINAS RAYNERI RÁPIDAS
SEVIN
CENTRI DEFLOCULEUSE
DEFLOCULEUSE
CUTTING
EMULSOR ROTOR - ESTATOR
CENTRIFUGE
TURBINAS RAYNERI LENTAS
CENTRIPETE
TRIALETADA
TYPHON
MARIPOSA
HELICE MARINA
ANCLA
TRIALETADA BIDIRECCIONAL
PATRON DE FLUJO
PATRON DE FLUJO TURBINAS RAYNERI
DEFLOCULEUSE
CENTRIFUGE
CENTRIPETE
HELICE MARINA
TYPHON PSVB
TRIALETADA
AGITACION EN CONTINUO GYROFLUX
EMULSOR MULTI-ETAPAS
COMO CALCULAR UN AGITADOR: TIPOS DE PROCESOS • DISPERSIONES: – SOLIDO - LIQUIDO – LIQUIDO - LIQUIDO (Emulsión) – GAS - LIQUIDO
• HOMOGENEIZACION: No implica disminución de tamaño de partícula.
• DILUCION: – BAJA CONCENTRACION – ALTA CONCENTRACION
• CIRCULACION: • REACCION QUIMICA:
• TRANSFERENCIA DE CALOR • SUSPENSION DE SOLIDOS – UNIFORMIDAD COMPLETA. – SUSPENSION COMPLETA POR ENCIMA DEL FONDO DEL TANQUE SIN SEDIMENTACION. (COMPLETE OFF-BOTTOM SUSPENSION). – MOVIMIENTO COMPLETO POR ENCIMA DEL FONDO DEL TANQUE DE TODAS LAS PARTICULAS. (COMPLETE ON- BOTTOM MOTION OF ALL PARTICLES).
COMO CALCULAR UN AGITADOR: FORMULAS. •
: Este parámetro nos indica en que régimen de flujo va a trabajar nuestro agitador, es importante porque de él depende si introducimos o no aire a la mezcla, el cual para algunos productos o aplicaciones es NO deseable. En un régimen laminar, hay poca o nada de introducción de aire a la mezcla (Dentro de este régimen trabajan los agitadores lentos), en el régimen turbulento hay gran introducción de aire a la mezcla (Aquí trabajan los agitadores rápidos). Existe el transitorio, el cual es un estado intermedio. El número de Reynolds influye directamente en la potencia del agitador y la viscosidad se refleja en él. La fórmula es la siguiente:
ρ Donde: – ρ = Densidad del producto kg/m3. – N = Velocidad de salida del motor o motorreductor en RPS. – D = Ø de la turbina expresado en mts. – µ = Viscosidad en Pa • seg (1 Pa • seg = 10 poises = 1,000 cps).
•
Una de las fórmulas para determinarla, según el tipo de unidades que se estén utilizando y dependiendo del autor, es la siguiente: ρ
• •
• • • •
Donde: P = Potencia en Watts. Np = Número de potencia (Gráfica o Tabla). ρ = Densidad expresada en kgs/m³. N = Velocidad del motor en RPS. D = Ø de la turbina expresada en mts. µ = Viscosidad expresada en Pa·seg 1 Pa·seg = 1,000 cps (centipoises).
COMO CALCULAR UN AGITADOR: FORMULAS. • • Π
Donde: Vp = Velocidad periférica en m/s. • Π = Pi, 3.141592 • D = Diámetro de la turbina en mts. • N = Velocidad del motor en RPS. •
A partir de esta fórmula, si conocemos la velocidad periférica, pero queremos saber el diámetro de la turbina que necesitamos, entonces utilizamos la siguiente: Π N
Ahora, si lo que queremos saber es la velocidad del motor a la que tenemos que girar y ya conocemos la velocidad periférica y el diámetro de la turbina, entonces utilizamos la siguiente: Π D
: El caudal de bombeo se conoce en la literatura como Q, el caudal nos indica cuantas veces el volumen útil del tanque pasa por la turbina de agitación en un periodo determinado de tiempo, que normalmente es de 1 hr. Este parámetro se puede consultar en las tablas o en la gráfica, ya que para cada tipo de turbina, se ha establecido o medido su caudal a varias potencias, varios diámetros y con algunas otras variables. También se puede calcular con la siguiente fórmula:
Donde: Nq = Número de bombeo, este factor está ya determinado para cada tipo de turbina de cada fabricante en la literatura especializada, se consulta en tablas o en la gráfica. Esta fórmula utiliza una relación entre la velocidad de salida del motor o motorreductor (RPS), el diámetro de la turbina en metros y elevado al cubo y el factor de caudal o número de bombeo de la turbina elegida, todo es multiplicado por 3600 para obtener m³/hr. También en la literatura encontrará tablas que le indican el caudal de cada turbina bajo ciertas variables como son RPM, potencia del motor, relación D/T, etc.
Gráfica Nq vs Re
Para una turbina de aspas inclinadas a 45° (Pitched Blade Turbine)
RESUMEN DE FORMULAS • D / T Turbinas Rápidas: D / T = 0.2 a 0.3 • D / T Turbinas Lentas: D / T = 0.3 a 0.6
• • • •
• P = Np * ρ * N 3 * D 5
•
ρ
• Vp = Π * D * N •
P = Watts Re = adimensional Vp = m/s Q = m3 /hr
ρ
SUGERENCIAS DE Vp y CAUDAL DEPENDIENDO DEL TIPO DE MEZCLA TIPO DE MEZCLA
Velocidad m/s
Caudal lotes/hr o “Q”
Mantener en suspensión, circulación. Prod. Sed. Lenta.
0.5 – 1.5
50 - 200
Mantener en suspensión, circulación. Prod. Sed. Rápida. Homogeneización líq-líq
1.5 – 2.5
200 - 300
2.5 – 4.0
300 - 400
Homogeneización líq-sol con densidades similares Disolución a concentraciones ligeras: 10 – 20 % máximo Homogeneización líq-sól con densidades muy diferentes Disolución a concentraciones fuertes: Hasta 50% Dispersión líq-sól. (fácil) Dispersión difícil, emulsión y empastados
4.0 – 5.0
400 - 700
4.0 – 5.0
400 - 700
5.0 – 8.0
700 – 1,000
5.0 – 8.0
700 – 1,000
8.0 – 10.0
800 - 1200
15.0 – 20.0
1,000 – 1,500
SUGERENCIA DE TURBINAS DEPENDIENDO DEL TIPO DE OPERACION OPERACION
DILUCION
DISOLUCION
DEFINICION ES EL CAMBIO DE UNA SOLUCION CONCENTRADA A UNA SOLUCION MAS DILUIDA, LA ADICION DE UNA FASE CONTINUA COMPATIBLE CON LA SOLUCION BASE, ESTA OPERACIÓN REQUIERE DE UNA RECIRCULACION MUY ALTA. ES COLOCAR UNA FASE SOLIDA SOLUBLE DENTRO DE UNA FASE LIQUIDA CONTINUA LLAMADA SOLVENTE. ESTA OPERACIÓN REQUIERE DE UNA BUENA RECIRCULACION
SUSPENSION
COLOCAR UNA FASE SOLIDA NO SOLUBLE DENTRO DE UNA FASE LIQUIDA CONTINUA PARA MANTENERLA HOMOGENEA EN TODO EL RECIPIENTE, SE REQUIERE QUE EL CAUDAL DEL AGITADOR SEA MAYOR QUE LA VELOCIDAD DE ASENTAMIENTO DE LAS PARTICULAS
DISPERSION
ES COLOCAR UNA FASE SOLIDA DENTRO DE UNA FASE LIQUIDA CONTINUA, LAS PARTICULAS DE LA FASE SOLIDA NO SON SOLUBLES EN LA FASE LIQUIDA
EL EMPASTADO ESTA REALIZADO POR MEDIO DE UNA DISPERSION O DE UNA SUSPENSION DE UNA FASE EMPASTADO SOLIDA DENTRO DE UNA FASE LIQUIDA DE CONCENTRACION MUY ELEVADA, HASTA EL 75 % DE SOLIDOS CONSISTE EN LOGRAR UN EQUILIBRIO EN EL SISTEMA HOMOGENEIZACION DE TODOS LOS COMPONENTES, ESTA OPERACIÓN ES FAVORECIDA POR UN CIRCULACION ALTA EN EL MISMO.
APLICACION
TURBINA
PINTURA
TYPHON TRIALETADA
JUGOS
TRIAL. BIDIREC. CENTRIPETA TYPHON
SUSPENSION MEDICINAL
TYPHON TRIALETADA TRIAL. BIDIREC.
PINTURA GELES
ROTOR/ ESTATOR DEFLOCULEUSE SEVIN OUIES
PINTURA
DISPERSION SEVIN OUIES
COSMETICA SHAMPOO
TYPHON TRIALETADA TRIAL. BIDIREC.
SUGERENCIA DE TURBINAS DEPENDIENDO DEL TIPO DE OPERACIÓN II
OPERACION
EMULSION
CIRCULACION
DEFINICION PONER EN CONTACTO ESTABLE UNA FASE OLEOSA EN UNA FASE ACUOSA O VISCEVERSA, AMBAS NO MISCIBLES, ESTA OPERACION REQUIERE DE UN GRADO DE CORTE MUY ELEVADO. LA ESTABILIDAD DE LA EMULSION ESTA LIGADAPRINCIPALMENTE AL TAMAÑODE LAS GOTAS, DE LA TENSION SUPERFICIAL Y DE LA REPARTICION EN LA FASECONTINUA. ES MANTENERENMOVIMIENTOUNFLUIDO, NOIMPLICAFABRICACION.
APLICACION
CREMA COSMETICA
TANQUESDE ALMACENO DEPOSITO
TURBINA
ROTOR/ESTATOR CENTRIPETA DEFLOCULEUSE SEVINOUIES
HELICEMARINA
CARACTERISTICAS DE Np Y Nq DE LAS TURBINAS RAYNERI TURBINA
DISPERSION TYPHON PSVB ASPAS CORTAS TYPHON PSVB ASPAS LARGAS TYPHON PSVH ASPAS CORTAS TYPHON PSVH ASPAS LARGAS TYPHON PA ASPAS CORTAS TYPHON PA ASPAS LARGAS CENTRI-DISPERSION TRIALETADA HELICE MARINA CUTTING O CORTE CENTRIPETA DISPERSORA SEVIN CENTRIFUGA ROTOR – ESTATOR (ULTRAMIX) TRIALETADA BIDIRECCIONAL
Npo
CALCULO DE Npo
Nq
0.4 A 0.8 1 a 1.5 0.8 a 2.3 0.8 A 1.1 0.75 A 1.5 1.6 A 2.0 1.45 A 2.4 1.0 A 2.0 0.3 A 0.4 0.18 A 0.22 0.8 A 1.1 1.8 A 2.5
4.47(b/d)^1.05 10.56 (L / D) ^ 1.39 10.56 (L / D) ^ 1.39 10.56 (L / D) ^ 1.39 10.56 (L / D) ^ 1.39 4.72 (L / D) ^ 0.62 4.72 (L / D) ^ 0.62
0.44 1.22 1.22 1.22 1.22 1.22 1.22 0.54 0.84 0.68 0.50 1.28 0.55 0.80
0.4 A 0.55 2.5 2 A 3.5 0.4 A 0.7
5.4 (b / D) ^ 1.34
1.00
GUIA DE SELECCIÓN RELACION D / T TIPO DE HERRAMIENTA
VELOCIDAD EN RPM
D/T PRODUCTO POCO VISCOSO
D/T PRODUCTO VISCOSO
300
0.1
0.15
1500
0.15
0.17
1500 A 750 500 A 250 170 A 90 60 A 30
0.2 0.25 0.3 0.5
0.25 0.3 0.5 0.65
10 A 200
0.9 A 1.0
0.9 A 1.0
ROTOR ESTATOR
HELICE O TURBINA
ANCLA MARIPOSA
TABLA: CALCULO DE UN AGITADOR VARIANDO: Diametro de Turbina, N, Densidad y Viscosidad Turbina tipo Trialetada (Tripale Profile) Diametro Turbina
Densidad Viscosidad
Q
Vp
P
N
Re
m^3/hra 13 108
m/seg 0,04 2,09
Kw 0,001 0,011
rpm 200 200
33.333 133.333
mm 100 200
1 1
cps 1 1
300
1
1
349
3,14
0,079
200
300.000
400 500 600
1 1 1
1 1 1
788 1461 2390
4,14 5,23 6,28
0,242 0,627 1,440
200 200 200
533.333 833.333 1.200.000
300
1
1
174
1,57
0,010
100
150.000
300
1
1
349
3,14
0,079
200
300.000
300 300 300 300
1 1 1 1
1 1 1 1
524 699 873 1048
4,71 6,28 7,85 9,42
0,213 0,420 0,821 1,309
300 400 500 600
449.999 600.000 749.999 899.999
300 300 300
1,5 1 1,5
1 10000 10000
349 341 341
3,14 3,14 3,14
0,119 0,338 0,364
200 200 200
300.000 29 29
PROBLEMA: CALCULAR EL SIGUIENTE AGITADOR: Volumen: 1,000 lts. Ø Tanque: 1,050 mm. Z = 1,050 mm. H = 1,050 mm. Densidad: 1.2 Viscosidad: 1,000 cps. % Sólidos: 30 Proceso: Disolución
