UNIVERSIDAD NACIONAL NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTI
DEDICADO
A mis padres que siempre son m fea para segir adelante.
AGRDECIMINTO
A
los
Ingenieros
Alejandro Miranda.
José
Benavides
y
Cordero, Alfns
INDICE
. ITROUCCION................... ITROUCCION.................................................. ........................................... .............. 7 2. CO CONCEPTOS NCEPTOS Y FNDAMENTOS ............ .......................... .......................... ............... ... 8 2..
¿Que es un agitador? ................................................... 8
2.2.
¿Que es agtacón? .................................................. 8
2.3.
¿Qué es mezcla? ...................................... 8
2..
Propedades Prope dades de los Fudos Fu dos......................................... ......................................... 9
.4.1. ensa............................................................... ensa............................................................... 2..2. vscosdad .............................. ................. .......................... ........................ ............... .... 9 2.5.
Tpo de Fudos Fu dos........... ...................... ....................... ........................ ....................... .............
2.5.. Fudos Newtonanos .............. .... ..................... ..................... ..................... 2.5.2. Fudos No Newt Newtonan onan
.......
5
J... Umtodad de l eperara ..................................... ...................................... L! 3.1.3. 3 .1.3. Hoogeni Hoogenición ción e reacanes........................... ...................................... 23 23 A. Mezcla e e Fluios Miscibles .................................... ........................................ 23 23 B. Mezcla e Fluios Iniscibles Iniscibles.................................... 23 C. Mezcla enre Sólios y íquios ................................. ................................... 24 24 D. Mezcla e e Gas y iquio ............. .......................................... ............................... 24 24 3.1.4. Procesos aplicaivos.............. .......................... ................................... ...................... 25 A. Sóli Sólios os en Suspensión ............ ........................ .................................. ...................... 25 3.2.
Cacerición el Fluio............................................... Fluio............................................... 28
3.3.
Tiepo e ezclao.......... ..................... .......................................... ............................... 29
3.4.
Disposiivo Dispo siivoss que aecan aeca n e ujo en anques agiaos agia os ...... ........... ....... ..... 30
3.4.1. 3.4. 1. Placas eecoras ................................................... 31 31 3.4.2. eoeía el anque .................. ....................................... ........................... ......... ... 34 34
6
4.2.1. Selección del impulsor.............................................. impulsor.............................................. 60 4.2.2. Calcuo de Potencia................................................ Potencia................................................ 61 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES............................... RECOMENDACIONES............................... 64 6. BIBLIOGIA................................................................ .................................................................. .. 65 7 . ANEXOS........ ............................................................ ................................................................... ............... 66
l. INT INTROD RODUCC UCCIÓN IÓN
En la actualidad hay muchas empresas dedicadas al estudio de los sistemas d agitación, las cuales invieren mucho dinero pa obtener agitadoes de alta eciencia y bajo consumo de energía Todos estos avances no se verán reejados en un proceso químico, si no se hace una buena selección del sistema sistema de agitación
El éxito de muchas operaciones indusiales depende de una ecaz agitación y mezcla de uidos. uidos. Los ingenieros ingenieros de planta son consciente conscientess de la necesidad necesidad de un sistema de agitación en su proceso, pero muchos de ellos no conocen cuales son os ctores que inuyen en la selección del mismo, esto se ve reejado cuando solician un agiador a un proveedor y no brindan la información exacta de
2. CO CONC NCEP EPTO TOS S Y FU FUND NDAM AMEN ENTO TOS S
2.1.
QUE ES UN AGITADOR?
ts un a1spos11vo que consise en un mooreaucor un eJe y uno o m impulsores mondos en e eje Un mpusor es un dssvo nsdo en e eje rooro y se encg de promover e nercbo de meres en e ssem en orden de ssfcer os requermenos de proceso.
2.2.
QUE ES AGTACION?:
L gcón se reere for un udo por medos mecáncos p que dquer un movmeno especíco en e neror de un recpene genermene un mode
9
2.4.
PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS:
24.1 DENSIDAD (p)
Es una propiead sica de la materia que describe la ctidad de masa contenida en un deterinado volumen. La densidad describe cuán unidos están los átomos de un elemento o las molécula de un compuesto compuesto Mientra Mientrass má unidas están las pículas individuales indi viduales de na sustancia, más densa densa es la sustancia sustancia La densidad es una propiedad intensiva de la materia denida como la relación de la masa de un objeto dividida por su volumen volumen.. La maa es es la ctidad ctidad de materia materia contenida en un oeto y comúente se la mide en uidades de amos (g). El voumen e la cntidad de espacio ocupado por la catidad de la materia y es comúnmente expresado en centmeos cúbicos (cm3 ( cm3 )
10
2.5.
TIPO DE FLUIDOS:
Un esquema conciso de los tipos de uidos existentes existentes::
NEA
FUIDES
NEWNINO
Siumnbfer o { eludaonplassticos Idendl etedi Counbrfel o Pastcos Ti x o o p c o s die
11
La ley de viscosidad de Neton está dada por:
Siendo '
=
µ
=
esfuerzo cortante (mPa) vscosidad dinám dinámica ica del uido (mPa·s
dv/dy = veocidad de dermación del uido (s- 1 = D
En la gráca
1
se aprecia la proporcionalidad de la viscosidad, así msmo como
esta permanece constante al incrementarse incrementarse el gradiente de viscosidad.
12
Fluid Fluido o No Newton Newtoniano iano indep independien endiente te del Tiemp Tiempo: o: E s s cc s s b, r s v s c q s g v. U ú ccs íc s h s y v/y s s
S ' = s c ()
13
'
D
D
Gráco 2: Cvas de idez y de vissidad paa id psedpsti
A.2 Fluo Dln: Dln: s aqes a vissidad apaete apaete amea e iemet de a eaió de defmaió defmaió (
>
1)
Ejemp Spesies de amidó, amidó, sspesies de aea
14
'
D
D
Gráfco : Cu de uidez y de vissidad pa un uid plst.
A ntnuaión se mue s diama ógs de ls uid n newnis newn is indendenes inde ndenes de em
15
Viscoidad A1>u et
17 Seudoplasico
Datan
Newiano
Velocd.1l Co,te
dv :
Gráfco 5 (b) Cuva de vissidad de uid n netnians independentes e1 tiemp.
B Flo No Nwoo l o:
E estudi de uids n netnians dependientes de tiemp es aún ms
16
B.2. Fluidos Reopécicos: n aq aq q mtran mtran n amnt amnt va aarnt () n tm
Ejm Agna ta btmna m btn y ra
Vl9co9i
17
Newonian Repectc
TixOrc Tiempo
Gáco 7: Crva va n nwtnan nwtnan - rt
17
2.6
NÚMEROS ADIMENSIONALES:
Un número adimensional es un número que no tiene unidades sicas que lo denan y por lo tanto es un númeo pro. Los númeos adimensionales se denen como productos o cocientes que si tienen unidades de tal forma que todas éstas se cancelan
Dependiendo de su valo estos números tienen un signicado sico que cacteriza nas determinadas propiedades para algunos sistemas
2.61. Número de Reynold (N ) re
Es n numero adimensional utilido en mecánica de uidos para caracteriz el movimiento de n uido El número de Reynolds se encarga de describir el
18
Nre
N.D/p µ
2.6.2. Número de Fronde (N):
Es una medida de la relación entre la fuerza inercial y la fuerza gravitaciona p0 unidad de área que actúa sobre el ido.
Interviene en situaciones uido
inámicas donde ha un movimiento de olas signicatvo sobre la supercie del lquido.
N D g 2
N fr
26.3 Número de Potecia (Np)
¡
19
Este es pbablemente el más imrnte nume dimensional usado pa representa el ujo en el tanque de agitación.
N
º
Q
=-
N D
3
l
E N dende en gr medida de régimen de ujo, umero de Reynolds y a geomea del impulsor
1
09
/
,
¡� r
0/T=
0.2 t
2 0
Tabla 1: Vos V os de NQ p impuso impusos s os en prosos proso s de mezco.
TIPO DE IMPULSOR ope min uri de ets ncin mpusor tipo hydrofi mpusor de hoj c in de pets p uri de disco y hoj p (ushto) urin de hoj cóncv (ushton
ÚMRO DE CAUDAL 04-0.6 079 055-0.73 03 07 072 076
3.
FACT FA CTOR ORS S QU QUE E INF INFL LUY UYEN EN EN EN L SE SELEC ECCI CIÓ ÓN DE DE UN UN GITADOR:
En este punto analiemos los factores que se deben tener en cuenta al momento de seleccionar un agitador
3.1.
CRACTERISTICS DEL PROCESO:
La agitación juega un rol imorte en el proceso de pducción de múltiples productos. Para poder seleccionar un agitador, es necesario identicar e proceso para poder determinar d eterminar los requerimientos de agitación en una mezcla
En a indtria podemos encontrar diversos procesos que incluyen a mezca de
22
3.1.1. REQUEIMIENTOS DE LA MEZLA:
El mezclado de líqudos miscbles o de sólidos en líqudos se efcúa con el objeto de lograr una dsibución unirme de los componentes ene sí por medo del ujo. Dcho ujo es producdo por medos mecácos (agtor) generalmente cudo se mezcla líqudos mscbles o sóldos en líqudos se puede lograr un mezclado ntmo, pero con líqudos inmscbles y materiales muy vscosos o pastosos el grado de mezclado logrado es menor menor
Para log un mezclado ecente depende de una efctiva utlcón de la energía que se emplea para generar el ujo de componentes
Para lograr
proporcon un suminso de energía adecuad adecuado o hay que consder las propedades sicas de los componente componentes s el mpulsor y la congacón del tanque
23
Cundo la agitación tiene como aplición un proceso de nsrencia de caor, s viabes no conolads por la agitación son ls que puede ener un eco mucho mayor en a srencia de caor estas viables v iables pueden ser e aumeno de direncia de temrura o el aumeno de a surcie de a nsrencia de caor.
La mezca soo puede aect a coeciente de srencia de caor de a ecación de Nusset (h) o que representa soo una pte de a srencia de caor goba
3.1.3
HOMOGENIZACION DE REACTANTES:
A ZC ZCA A DE FU FUIDO IDOS S MISC MISCIBE IBES: S:
24
Este tipo de agitación se emplea en las unidades de exacción de solventes y emulsiones, ecuentemente enconadas en la industria alimenticia y farmacéutica. Aqu, las gotas de líquido generadas y apadas por el segundo uido son mu estables sólo se sep pasado pasado un periodo periodo de tiempo Más aú, las emulsiones estables son uidos comúmente mu vscosos, cuas prpiedades son no no newtonias C MEZ MEZCLAS CLAS ENTR ENTRE E SÓLIDO SÓLIDOS S Y LIQU LIQUIDO IDOS S Este tipo de mezclas se da en prcesos de cristalición o en reacciones de sólidos con catálisis a avés de u líquido. En estos casos es necesario suspender las parículas paríc ulas sólid en un liquido que, r lo general, es de baja viscosidad; de esta ( o otación) y mera la agitación tiene la ción de evitar la sedimentación (o
25
3.14
PROCESOS APLICATIVOS:
A. SÓ SÓLI LIDOS DOS EN SUS SUSPE PENS NSIO ION: N: La suspensión de sólidos depende de a velocidad de sedimentción de as pícula sólidas Esta a su vez dependen de tmaño, rma y densidad de as pícua de la viscosidad y densidad del íquido y de que a sedimentción sea ibre o impedida En genera a parícuas pequeñ y lige con velocidad de sedimentción libe inerio a 30 cmin son fciles de suspende en un tnque agitdo ya que tienden tienden a segui e tipo de ujo del del líquido líquido
L pícuas
mayoes tienden a sedimentr a pesar del movimiento del líquido peo si a velocidad de sedimentción libe es inerio a 3 min es posible obtene una suspenión batnte uniorme en un tnque agitado
26
continuas a medida que inesa la alientación al tanque permite que el contenido en el tanque permezca suspendido haciendo que la potencia requerida sea para mtener la unirmidad.
Cuando los sólidos están suspendidos en un tanque agitado, existen direntes frmas para denir la condición de suspensión:
•
Susensión rácticamente comleta con leteado la mayor pate del sólido está suspendido en el líquido con un pequeño porcentaje de pates fleteada estacionarias de sólido en la periria exterior del fndo o de otras pates del tanque. La existencia de una pequeña cantidad de sólidos que no están en movimiento puede permitirse en un tanque de alimentación de una unidad de proceso toda vez que estas pates fleteadas
27
la concenación de partícua es consttes a avés de todo el tque de agitación.
Los sólidos en suspensión es probablemente una de la aplicaciones más comunes en la mezcla de uidos Lo podemos encontrar en la industria minera para los procesos de cianuración para recuperación del oro, en el atamiento de euentes para los procesos de oclación, en los procesos de absorción ene oos
En estos procesos es muy importante el control de la velocidad de agitación, por ejemplo en los procesos de oclación es imperativo no romper los óculos rmaos es por eso que un incremento en el ctor de velocidad sera peudicial para el proceso por que propiciaría un incremento en el corte del mismo.
28
•
Moderada
Adecuada paa la mayoría mayo ría de las nciones de de mezclado. Empleada en tanques de reacción Empleada cuando se requiere tiempos moderados de agitación o mezclado mezclado Ideal paa procesos de mezclado con eres movimientos en supercie
•
Vigorosa
Ideal paa procesos de mezclado críticos Empleado en reactoes Empleado en procesos de ansrencia ansrencia de calo Adecuado paa el conol de pH Cuando se requiere tempos rápidos de agtción En procesos de spensión unrme
•
Violenta
29
•
Los uidos newtonianos mantienen una viscosidad
independiente del
eserzo de corte. •
Los uidos no newtonianos que se encuentran en una mezca son regumente pseudo-pásticos (uidos que a ser sometido a eserzo la viscosidad viscosi dad decrece) E mayor eserzo de corte se se encuentra en la región región de impusor y es común que os uidos no no newtonianos
tengan una
mayor uidez arededor de impusor y existan zonas estancas en partes más lejanas de tanque (pedes y supercie)
3.3.
TIEMPO DE MEZCLADO (t ): m
Se debe identicar si e proceso es batch o continuo y establecer e tiempo de residencia que se dispone pa reaizar a agitación
30
·,o�. -- - ---- -----r--- - �
]
;
. N-m
,-102
"t --� +- +-----. ----.- -
1 r
1
10
.
2
_ .
3
Re
Gáco 9: nmer imensinal del tiem de mezla nte al Reylds p
31
Para el caso corriente de un eje verical, las componentes radial y tgencial están en un plano horizontal horizontal y la componente longitudinal longitudinal es verical verical Las componentes radial y longitudinal son útiles por que dan lugar al ujo necesario para que se produzca prod uzca la mezcla. Cuando el eje es verical y está dispuesto en el centro del tque, la componente tange tangencial ncial de velocidad es generalmente peudicial para la mezcla El ujo tangencial sige una ayectoria circular alrededor del eje y crea un vorice en la supecie del liquido que debido a la circulación en ujo laminar da lugar a una estraticación permanente en direntes niveles, de substcias sin mezclar, sin que exista ujo longitudinal longitudinal de un nivel a otro. otro. Si est presentes presentes partículas sólid, las corrientes circulatorias circulatorias tienden a l las partícula partículass contra la pared del tanque, debido a la er ceniga desde donde caen acumulándose en la parte centra del fondo fondo del tque. Por consiguiente en en vez de mezcla, se producee la acción conari produc
32
La co 10 muea que la ndiente de la cua (A) en el ujo lin es aproximadente meno uno, donde el número de potencia e mucho mas enible a queo cambio en el numero de Reynol y la neceidad de deectore diminuye adualmente a nguno. La cua (CD) repreenta como reponde el número de potencia en un tanque con deecto miena que la cua (BE) a un tanque in deectore. Un tanque in deectore p uido de baja vicoidad puede gener de viione de potencia, aciendo dicil que la carga ea eciente.
TUR
33
tipo de ujo a que dan lugar. En tanques grdes, son sucientes cuatro pacas deectoras, para evitar los remoinos y a formación de vórtice
Puntos a tener en cuenta:
•
Cuando los impusores son de turbina, a anchura de la paca deectora no es preciso que sea mayor de a doceava doce ava parte del dimetro de tanque. tanque.
•
Cudo os impulsores son de héice la anchura de a paca deectora basta con un octavo
•
Cudo un uido es mu viscoso no es necesario e uso de baes.
•
A medida que la viscosidad aumenta e ancho de os baes tiende a ser menor
•
Cuando e tanque de proceso es rectangular no es necesao e uso de
34
Oa foa de romper el vórtice en TANQUS PEQUEÑS es el de coloc el aitador en una posición ul ( g g 12)
Proporciona mejor nivl d mzlado
\ '
.
-
35
•
Que la atra del íquido (Z) sea aproximadmente igual a dimetro de tanque (DT)- .
Fondo plao
•
:
Fondo redon�ao
· ..
Gác 1: Comparión de tanques de fondo po y tanques on ndo
36
•
Si la relación de a altura del tanque (Z) y e diáetro de tanque (Dt) es de 1 a 2 usar dos impusores.
•
i a reación de a atura de tanque (Z) y e dimetro de tanque (Dt) es de 2 a 275 usar es impusores.
•
Como valor refrencial, e dimetro de impusor debe ser a tercera parte de dietro de tanque, ya que esta reación varia dependiendo de proceso que se quiere ograr.
•
Como vaor refrencia a distncia de a base de tanque a impusor (c) ( c) debe ser a tercera parte de dietro de tanque ya que esta reación via dependiendo del proceso que que se quiere ogr.
•
Cudo e tanque es ciíndrico se recomienda e uso de baes pa evitar a rmación de remoinos.
•
En e caso que e tanque sea rectangu e uso de baes no es necesario.
37
Existen dos tipos básicos básicos de impulsores, de o aial y de ujo radial. Lo impulsores de ujo aial generan ujos verticales localizados en las ptes superior e infrior de las aspas o cuchillas del impulsor, además de ser palelas al eje mismo. Los impulsores de ujo radial radial producen una descga de uido en dirección horizontal a las spas o cuchillas del impulsor, haciendo que la descga de uidos sea impactada hacia ls pedes del tnque de agitación
l consumo de potencia generado por los impulsores, ya sea de tipo aial o radial propicia la generació generación n de ujo y cga dentro del tanque de agitación, es deci decirr toda la energía suministrada a los uidos por medio de los impulsores produce un corte ujo o carga sobre los mismos, es por eso que con la utilización de mpulsores radiales o aiales se genera un balance sobre la cga y el o en la mezcla de esta manera pa cada uno de los impulsores está pensado un propósito
38
Impr
Implsr d Aa
de hois
Efclca en Fuis
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T Pals Incs
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Tui Rhn
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mp - lon lon
39
potencia
pr
dad de volumen y más erza corte, los impulsores de uj
radial son ideales. Los impulsores radiales de paleas planas, con cuchillas a 90 ° de la línea central del impulsor, son generalmente las ms empleadas en procesos de dispersión de gases y masa, esto debido al equilibrio presentado en cto a ujo y corte Así mismo si utilizamos turins de barra de hojas angostas se obtendrían tasas extremadamente altas de ujo de corte, estos impulsores de alta capacidad de corte son empleados para una alt efciencia de corte par suspensón de sólidos en lquidos o también de líquidos, también son empleados para propiciar tanto una reducción de tamaños de partículas sólidas como buena dispersión del sólido en la ezcla
40
Y 350 m. Las corrientes de ujo que salen del impulsor continan a avés del líquido en una dicción determinaa hta que choc con el fondo o l pdes del tnque.
La coluna, almente trbulen� de remolinos de líquido que
adona el iulsor, al moverse a el líquido escdo. L palets del impulsor corn o cizll vigoroente el líquido.
G 18: msor tipo helice-AIOO
41
siemp operan con juntente con un agtador de alta velocdad que generalmente gra en sentdo cono.
La longtud tot de un mpulsor de palas esta típcente comprendda ene el 50 y el 80% del dáeo nteor del tanque La chura de la pala es de un sexto a un décmo de su longtud A velocdades muy bajas los agtores de palas gener una agtacón muy suave en tanques sn placas deector, la cuales son necesar pa velocdades mas elevadas, pues de lo cono el lqudo se despl en bloque alrededor del tanque con velocdad alta, pe con poca mezcla.
42
remolinos, que deben ser desudos por plac deectoras o por un illo disor pa que la agitación sea ms ec.
Gá 20: (a) Turbina de palas inclinadas (b) Turbina de disco con palas plas
B.
IMPULSO IMP ULSORES RES
CLASICOS:
DE
ALTA ALT A
EFICIEN EFI CIENCIA CIA
VS VS
IMPULSORE IMPULS ORES S
43
sucie i. El BT-6 no solo e el gas a las pedes, si no no que tmbién dbuye el en todo el voluen del tque, de abajo hacia riba,
ido a mejor sncia de asa y oid e enera una disrsión de gas as unfoe
E T-6
44
F de pa y el Ja • o de de pa fc el Oo ó y uda pto de la Ja
La ta de Ja es deaa tOIO H a de v paa pveer de eea ete e ete e S pae sper.
Debi I qe J• geen H � et, el A10 se pede ar e 01 .p ma de dts dee e de te, ta abajo tOIO 05 D (ae de p) hsta ts ves e damet
Gá 22: pusor e efieni AS 1O
45
3.4.4.
POTENCIA CONSUMIDA:
Un imporante ctor en el diseño de un agitador es la potencia que se requiere para mover el impulsor. Siempre que una potencia potencia es aplicada al sistema de mezclado, se genera una capacidad de distribución de uido, es decir una capacidad de bombeo o caudal (Q) que es el ujo inteo en el sistema, de la msma manera es generada una carga (H) que es el eserzo corante en el mezclado Para estimar la potencia que se requiere para hacer girar un impulsor dado con una velocidad determinada es preciso disponer de correlaciones empíricas de a potencia (o (o del núero de potencia) en nción de otras variables del sistema La forma de tales correlaciones se encuentra por análisis dimensional, en nción de
46
L
J T
z
r
•
�
Di
-
47
Tomando en cuenta los fctores de rma la ecuación (b) se escribe como:
E primer grupo adimensional de la ecuación (b) ( b) es el número de potencia (Np (N p ), el egundo es e número de Reynolds (re) y e tercero es e número de Froude (N). La ecuación (c) se escribe entonces
A bajos eynolds (re < 1 O) e ujo viscoso prevaece en e tanque y a Nre >
48
Gráfco 26: Nue de ptenia (Np) en nión de núme de Reynlds (Ne) -
pa bin e ipulses de d e alta eienia
49
En el gráco 26 se puede apreciar que a bajos Nre a potenca es más sensible a pequeños cambios. A atos Nre e nive de turbuencia es tan ato que as erzas vscosas dejan de tener importancia siendo a que predomne a erza de inercia haciendo que e Np sea constante Así mismo apreciamos que a turbina CD-6 es simiar a a turbina de disco pero pero consume consume menor potencia potencia Los impusores de ata ecienci eci enciaa A31 O tienen números número s de potencia mucho más bajos que os de turbinas, pero además tienen bajos números de ujo y son generamente operados a atas veocidades
A Ecto de a Geome Geometría tría de Siste Sistema ma::
Los efectos de os ctores de rma sobre e Np en a ecuación (c) ( c) son agunas veces pequeñas y otras otr as muy grandes grandes Con una turbina de paas panas que opera a
50
entre los dos impusores impusores sea a menos igual al diámetro diámetro del impulsor. Dos tbinas poco separadas entre sí ueden consumir hasta 2.4 veces a potencia de una sola turbina
B. Cons Consumo umo de Potencia Potencia con Fluidos Fluidos No Newto Newtoniano nianos: s:
En las correlaciones de datos de potencia para lquidos no newtonianos, el Np se d sa p dos wtoos o s d fácimente, ya que a viscosidad aparete de uido vara con a velocidad de corte (adete de veocdad) ésta vaa cosdeaeete de pto a oo e e tanque.
Sin embargo, embargo, se han obtenido correaciones úties utiizado utiizado una una
vscosdad eda apaete (µ ) cacada a pat de adete poedo de a a
velocidad de corte. corte. l Nre es entonces:
51
En el áco 28, se puede observar que para Nre menores de 10 y mayores de OO. os esutados que se obtiee aa aa íquidos seuoásticos so so os iso que para los qudos newtonaos En el ntevao interedo interedo de de Nre Nre enre 1 O y l OO los qudos qudos seudolástcos consumen una potenca menor que os qudos newonanos
3.5
CRITERIOS DE ESCALAMIENTO
Exsten unos prncos para e escalado que ermten e establecmento de a rma de de proceder paa paa cada caso Usando a seme semejanza janza geométca las vaabes a nel de macroescala son as sguentes:
•
Los tempos para mezclado y crculacón en los recentes de mayor tamao so supeioes a de os eciietes de eo taaño
52
Cuando la potencia por unidad de volumen es constte y se mantiene la seejz geoétca e e esceto, ] veocdd de] puso cb co D -213, como se ues coucó. a
4.
APLICAC ÓN DE SELECCI ÓN DE UN AGITADOR AGITADOR
41.
Caso 1: lmacenamiento de Floculante
En l plts de atmiento de gu es muy conocido el uso de cogultes y ocultes, con el n de clricr el g medinte l remocón de l turbdez de nturlez coloidl y sólidos sólid os suspendidos.
Los ocultes pueden ser de tpo minerl ó orgánco; el de tipo orgánco se uede ecot coo tul ó stétco l ctudd so utldos os de oigen sintético ests son mcromolécul de cden lrg solules en gu y se les deo oleectoltos os ocutes e tteto de u uede s dqudos sód o lqud
54
•
Proceso de oculaión: es un proceso de agitación suve y continúa de agua coagulaa co e] popósto de a óc1os a taés de aeado de las partculas más diminutas presentes en el agua.
Consiste Consis te en un
acocoaeto de agua aa a ócuos que uede se remoidos cilmente mediante sedimentción o ltraión. Dependieno de los casos, el tipo de agitación a apicar tenrá difrentes caractesticas es po eso la ortancia de identicr el poceso
En este caso se tomara como ejemplo el "Almacenaiento de oculte una ez identicado el proceso se establece que el tipo de agitación que se euee es una agitación lenta y continua porue solo se reuiere la homogenición e la ezcla.
55
4.1.1 Selección del ipulsor Pa aza a Im, tmam m a fbat agta LIGHTIN; a ta úm ta y úm aa aa aa
Ipelr Sect - ,. 1. , IO AJ
56
TABLA 2: Números de d e caudal y potencia pa los difrentes difrentes tipos de impulsores (valores perenecen a los impulsores del Fabricante Lightnin).
Np
Nq
0.87
077
1.27
079
0.53
0.55
03
0.56
0.85
0.49
075
073
0.45
0.64
0.23
0.59
3.9
0.65
57
TABLA 3: Criterios pa ubicar un impulsor impulsor en base a la viscosidad del líquido, este estudio e realizado por Dickey (4).
Vlsci [P(a st]
Maximu lev
h/D,
Numbtr of le
<2�.00 <2� .00 !'- 5)
1.4
-�:s.o v1¡
2.1
2
>5,0) •·2 :}
08 6 1
lmpeer Cleance owe
Up
h/3 f/3h
,
Dc l3 /
D,/3
12/3h
En base a esta tabla podemos decir que necesitamos un solo impulsor y este debe sta bcado a u teco d do ve de fdo
4.1.2
Cálculo de Potencia
CALCULOS PARA DETERMINAR LA POTENCA REQUERIA POR U AGTADOR:
1 MPLLR
Np
Nq
0.3
0.5
Tmiento de Agua maceame de Flocua
CLIE: PR
PNC VLUMN D NQULUDO. ((GI))== 23308844 qq (GI SH = Npx3 X 5 5xp/ K (KG (KG) 02334425 q 35 26000 9765625 2( 22 ((G)) == 700236236 5 q 657E-4 q P Kw NUMR D RYND NUMR D UJ = x3xK 2r 3 5625 424625905 23 50 56 4 3/hr / r> <0000 1_ , n H s =
=
=
=
=
=
=
PR // ) =}M=PR 0433333 033
Nr 175 D2 p / µ
=
K
a
=
=
AMINAR
=
TURBULETO
/ //) = / /3 /3==
0008869 3739
0.0440
x
59
4.2
Caso 2: Preparación de químco
En la gran mayora de industrias vamos a encontrar el uso de reactivos químicos. Muchos de los reactivos utilizados se encuentran en el mercado a concentraciones mayores de las deseadas para el proceso, es por tal motivo que antes de ser utilizados tienen que ser diluidos para obtener la concentración adecuada (mezclas iuido - liquido liquido)) o tienen que que ser ser disueltas disueltas (mezcla un sólido sólido liquido liquido) )
Uno de los reactivos uímicos ampliamente utilizados en el tratamientos de aguas industriales para la protección de calderas es el metabisulfto de sodio conocido como secu secuestr estrante ante de oxigeno. l metab metabisulf isulfto to de sodio se encuentra en estado sólido para poder ser inyectado al caldero tiene que estar disuelto disuelto ste proceso proceso consiste en agregar una cantidad deteinada de metabsulfto de sodo en un tanque con agua desmineralizada y mediante una agitación rápida de 1 ó 2
60
4.2.1. Selección del impulsor
En este caso requerimos de una agitación vigorosa con un tiem de mezcla imitado, tenemos como oión 2 ti de impulsores, el A100 A 100 (impulsor tipo hélice) o el impulsor A310 (impulsor ti bina de 3 hojas).
AOO
A310
61
Realizando la corda con ambos impulsores, podemos ver que utlzano el A3 O a una menor poenca consumda genera mayo tublenca y mayo caual; po o tanto selecconaemos e mpulsor A3 O (corra 2).
4.22
Cálculo de Potencia:
Realzano amb corr se ha selecconao la corrda 2 obteneno como potenca consuma 0.1098 Hp
CORDA 1:
IMLLER
rs S.suo lución delbi uo o POTCA VOLUM DE TAUE/ FLUI 11 ((GmI)) 17067 9P= PNx xx!K (GI) 01'07 N3 = 21 10 \ 2(22(2 ((mGI)) 70525 K -14 79 ta a HP UME DE REYD U FLUJ N 0pµ Q xD3x NK 1 1005 2 3K 10231 778 N N 100 <50 = N> 21 m/ha CU: POE:
A10
DTOS INSO
1
=
. 7 pu pu
=
= =
=
enca =
4
Pena
PARES lfOS
04 O.
9.5E-0
Kw
= =
33 GI/ min.
LINA
T�BUEN
PV (HP/KG) P V (Kw m =
004' 5
1 P a �I �I
0.127
Q
X h x min.
CORDA 2:
IMPELLER A310
Np
Nq
0.3
056
CLIENTE: PROCESO:
lras S.A Disolució de Mebisulfito sio
VOUMEN DE TANQUE/ FLUD. men (G) 067 q m 76 i q (KG) 07677807 e q men me 22 (G) 207 079 q 50 025 ee ttq 50025
POTC S = = p x x 5 x p / K 29520 5 488 6 254882 7-42 nci Kw c
(m3) = =
=
(m3) =
K
0E-0
=
HP
823E02
NUMERO DE REYODS.
NUMERO DE FLUJO PAMROS IMPORTANTES / / (ul / 1 a=do) 0083
06220 0
Q
K =
�H •
0 .1 09
re 0 µ 44 2e 05682 50 re>e <00
K NQ x
xN/
p/
728 2 6 Gm/mh
AMINAR
72955
Q
TURBULENTO
1,172 172..9595 GI l 263838 mts3 x hr. 26 x mín.
5
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
l Para rea reaiza izarr a seección seección corre correcta cta de un agitador agitador,, es ecesa ecesao o comprender e identicar e proceso y e objetivo de a operación de mezcado. 2 s muy imporante reconocer cues son os paráetros que inuyen en a seección de un agitador y comprender como estos iuyen en e proceso de agitación 3 n agitador bien seeccionado puede evitar un emboteaieto en os procesos de fbricación 4 a correcta seección de un impusor se vera reado en un proceso exitoso con bajos consumos de eergía 5 tipo de ujo que se produce en un tanque agitado depende de tipo
6. BIBLIOGRA
Y Oldsh Oldshue, ue, N.R N.R Herbst. Herbst. A Guide Guide to uid uid mixin mixing g - Lig Light htnin nin and SPX Process Equipment Operation McGrawHill USA Quinta edición mayo 2007
2
Y
Oldshue. Fluid Mixng Technology McrawHill 1983
Operaciones es Unitarias Unitarias en Ingeniería Ingeniería Química. Química. McCabe Smith Harriot Operacion Cuara Edición Capitulo nueve Agitación y mezcla de lquidos.
4
Stanley M Walas Chemical rocess Equipment selection and Desgn Howd Brenner Massachusets Institute of Technology Capitulo 10 Mixing and Agitation
7.
ANEXOS:
1 Consideracones rerencaes, pa tener en cuenta según la apcacón ndustria Done:: A3O y A l 00 son impulsores de ujo axa Done I Wk WT W T Agat on o ben poymer no Polyelecolyte Mae Up 30/A00 r-2 _ 0.3 35 ero Meum Agaton - Agitaton bed on na souton vscosty 30/A00 060 il Polyelecolyte Storage which depends on e concenaton F. 3 ratment Chemcal Mae Up 30/AOO 1� ! 0040 id Agtaton - Based on retenton tme & tan geomey Bend 2500 me Flh Mxer 30/A00 �2 to be /3 ofhe reenton te \ 1 ry. Ble Ble geome ry. io; time time, & a nk geome �reen n io; Based ased o o�ree 30/A00 03 045 220 time Neursaton an o be /3 ofof the the retention tme -
-
º
¡
_I
-
Equalisation Basin
-
¡A31/A1
02 -.3
.1
1
¡3 O / /A1 r-2 o.3 Flocculation O .3 L m e Sl _ M _ e _U _ p � O /A OOO u
a
--
LimeSl Storage u
.4 22
�10/AlAl O 25 25.45 .45 4 r!OIO .4-0.5 0.525 1/Al 2 .3 4 lIO f� - .040 !
+
LimeSling AnoxicZone Sludge Holding Sludge Digestion
31/A .2 3
4
No ofunits depends on t geometry, geometry , desi to achieve unity ofed to processing Very gentle uid motion motio n r coagulation ofoccs - r O to 2% solids 6 7 r 2 to 38% solids or 2%visc 2cp 2cpss 3 4 r 22 to 38%, 3%visc 1cps, 38% visc 5cps lg deee ofagitation ofagitation to prevent alls ofdry ofdry impellerss r optim olids rming use dual impeller control ild Agition 'ild Agitation based on viscosity which depends n the solids solid s content ild Agitation =
=
=
Paint & Varis Varish
Peed & Hold
31/A1 3 65
65
Maintain Unity,Use Appent viscosity at 3sec, 1, Typical viscosities 1 T 5 cps
aiP ntM ; Up- · 310/AOO .350.55 f 13 13 ssAppen Appen viosiy a 2.3sec1 1 g d e d i l n a n m m i s i p b i b e m s a d o x u v j _ 6 : 6 Tin& Tin A 0 / 4 . 0 O 0 . t JI � r ypically 1000 o 50000cps id Bending, S nson dindissolving \1 �es Reac o r s 10/ A A00 00 , d ea Tsr Base on Maxmum viscosi . 1 _ -r nderbody Waxes & Seal Seals ¡J1O/100 h.450. 0.55 130 !se Appen viscosiy a 2.3sec1 TypéY visc IOOcps 70% vi 500cps 75% 75% -1 Tiium Dioxide Holdng Ts A310/A100 t.35 _0.4 1 % sc 2500cps \ J _ J Coaer indiding. Desi r We Mil ing oCoGr oCo Grind T 310/A100 .350.45 .065 BoSuspend om Suspensionon Se Seling Velociy 2/2/min Suspend Sac base on Appen viscosiy a Sc Sorage 310/A100 0.3 0.5 .3sec1 w muliple impellers r vying level. on mimm viscosiy. Typicaly 10000 o Sc Cookng 10/AOO 0.4 0. 0.6 400 ased 25000cps. Dual impellers usully required. sually a mulisage columnelecon based on Sc Conversion f10/AOO .350.5 .750 axi mm viscosiy in column.
Ba se
1
+-�'
-,
1
.950
r.35-0.45
-
-
T
1�
20000cps 15000 1500 0 to 20000cp
1
-(
=
=
=
uga e
tar
1
=
"-
0.13
-
1
ryp Soage Addiive Me Up Sug Di s o v e 1
-3-30 0.45 .45 r / l � ! r � -_ 310/lOO f,250. 250.35 310/lOO .3 0.4
h)(d & lkn:rages
Yeas and Enzymes ddiives/avous Mik Pocessing Syheic Poeins Fui Juice Concenaes i Juice Diuion- omao Pase SoDinks -
r
-
-
-
�
310/lOO 310/100 310/100 310/l00 310/l00 310/100 3lO/lO/100 310/100 L_
�
.250.35 .250.35 .1 0.2 .3 0. 0.4 0.40.55 .350.45 .5 0.65 .250.35
sectin based on maximum iscosiding T o sy. . 30 0 fneay ow viscos 1o 100 cps .130 nain soid pices in suspesio we issoving. Desi Viscosi = 1OOcps um gaon based on he mmum 1 50 Mviscosid o Med 150 . 0.0.100 Mid giaion y ange mouned side eny 1 .100 Miunids.bTheendiangngeusu depends on he Z/T aio J 0.080 Mid bending based on poduc viscosi . ¡ .30 iMiscosid o medium agiaion based on he maximumu m .1 ;Seecin based on e viscosi aio j ó.200 scosi o concena concena = 30000 cps owviviscosiy mid beding o ense unimi \ 0130 ow 400 Suying Gain and wae. Seecion based on
i.130
t
t
t
t
-
t
t
_ J
t
t
t
-
1
Ceria Cookers Fiished Product Storage
31/AlOO 0.45- 1/Al .
8 -
I
· pn visosity of lcs lcs o Grai surry, requires raid bedig d a trsr to revet bg, bae o aim visosiy M Bedig to esure iy Seectio o axi visosiy
'Sl\1. \1.
Bed Taks
A1/A1 -6
1
St ookig
1/A1 6
-
idiets, Seetio based o axi 2 to 1 cs B o axi viscosiy Tyiay Tyiay to Dua ieers usuay required
o 'r 'r1 1
i / Peoeu / Additive Additive Bedig 1O/A1 ¡ 2- . Additive ke U 1/A1 2 6 Bite - '
1/AlOO � 1/AlOO
_ ¡
1
Bedig to esure iity Seectio d o axi visosiy id Bedig to esure iy Seectio based o axi visosiy ased o ;isosiy wic is veryeerure sesative
Pulp & aer
In - Chemca Recovery Recovery Section
03 0.
10/Al00 0/Al00
0.2
150
B:d on porouct viscosity viscosity Bed on porouct viscosity
-
( ·1.Ling nd rcraton rcraton ns
D typicay oun 5000cps at 2seclr 7% sois sois Hg eve of agation agation to wet out sois sgn tpicay oun 1500cps at 2seclr 0 sois on n srry viscosity which epens on th sois concenation s on porouct viscosity -
Cay Storage
A10/Al00
5-045 5 -045
0150
Cak akii Cbonate Mae own
1
10
05-045 05 -045
¡ 00
Cacium Cbonate Storage
10/A100
05-045
0150
Titanum ioxe ioxe Storage
0/A100
35 - 045
010
Meo Mae Up s
10/Al00
-045
150
I· ¡hre m Pt
Prouct Storage Emul on Storage / enng S S ank
10/AlOO 10/AlOO 10/Al00 10/A100
-05 - -05 0505
010 - 0150 150
on porouct viscosity s on porouct viscosity on porouct viscosity
10/A100
0
0150
to Meium agitation base on the mimum
wH 1:; / esn ' wH
Fermentation Proucts Hoing
I _
ntibiotics �310/AlOO Medi- cants antisetics 3IO/A100 Cosmetics and Permes 310/AI00 ncecticides & disin ecas /AlOO omoundsnds & general rrocessing ! IO/AlOO omou Shoo 10/AlOO -
p.25-0.35 .25-0.35 .25-0.35 25-0.35 .250.35 .4 0.5
.080 .080 .080 .080 .130 .600
Fcrti rtillscr
Phoshoric AciAcid Digest Di gesters ¡ 3310/10/AlOO f .35-0.4 .220 Phoshoric AciAcid Stora ge Ts 310/AI00 .25-0.35 0.060 Leach T asas/Dissolers 310/AI00 0.0.3 0.45 .300
viscost to ensure unirmit Blend constituents, Mild Agitation Blend constituents, Mild Agitation Blend contituent, Mild Agitaion Blend constituent, Mild Agitation Blend constituents, Mild to Medium Agitation Selddiecttioion ibased on bl e ndi n g l o w i s cosi t y n t o h g h i s cosi t y bat c h ( 5 000 t o lOOOOcs) :in unty o solution durng zystal osusens maintoanin a small o gysum solids in Susend sol i d s usu usual al l y 20 t o 30% by wt t o irmomote hase coto beactat wileast e1/3 aciodth ee reteoerntioanl tiblmeendin continuous rocesses
-
Ura Mk p
10/AIOO
r Hodng
¡ 10/100 -
0.25-035 0.25035
130 0.30
05 035
Dissol e prs by ng th sods o th k o to d dssouton uty of souton
Sl iar ar-- :m< Degcnts 1
bc Sonr
10/A100
g /T bsd on non nutonn nur of th
0 0 065 65
mt.
Storg Tnks
10/A100
0 0 045 45
130
-
!ng to ntn nirty Scton bd xu vscosty
liner iners Pcesing
sods to b conctd by cd or Lch Tnk
310100
045
gt gt B on th t h sttng vocty of solid
1
nr odng /storg Acd / Chc Mk p
310/A100 10/IOO
0. 0 045 45
.3
04
130
of gton w dpnd on o boto or suspnson s rqurd B consttunts togthr n th rqurd bnd .
- Rcton Chc Stog
f 10/AIOO
5 0 035 35
0.6
-
G gton to nn nrty
_ 1
