La
agitación
de líquidos es una de
las operaciones más antiguas y
comunes dentro del campo de la
ingeniería.
Se la suele definir como el
movimiento inducido de un material
en forma determinada, generalmente
circulatoria, dentro de algún tipo de
recipiente
La agitación tiene por objeto provocar o inducir movimientos irregulares en un sistema líquido de uno o más componentes para:
Homogeneizar propiedades
Poner en suspensión partículas sólidas
Mezclar líquidos miscibles
Dispersar un gas en el seno de un líquido en forma de pequeñas burbujas
Dispersar un líquido en otro no miscible en él para formar una emulsión
Equipos de Agitación
Ver:
* Mc Cabe Smith, Capítulo 9,
páginas 251 a 263
* Brown, Capítulo 34, páginas 528
a 535
* Foust, Capítulo 20, páginas 523
a 529
Los principales parámetros de una hélice son el diámetro
y el paso, y son los algunos de los datos que vamos a necesitar cuando encarguemos una hélice. Así pues, cuando decimos que una hélice es de 11"x 5" lo que
queremos decir es que su diámetro es de 11 pulgadas, y que tiene un paso de 5 pulgadas
El diámetro (D): es la distancia entre los extremos de las
palas en el caso de hélices de dos palas.
El paso: es la distancia que debería avanzar la hélice al
dar un giro completo de 360º, suponiendo que dicha hélice funciona como un tornillo que se enrosca en un medio sólido.
Cálculo del Consumo de potencia
en tanques agitados
BMEM
-W = Ev = f (gradientes de velocidad, prop. de los fluidos, factores geométricos de equipo, etc)
Como el sistema es muy complejo, se evalúa al -W por coeficientes de transferencia
-W = Ev = Cd . ρ . A . V3
A= a . D2
(a = coeficiente adimensional de forma que es el mismo para todos los sistemas de agitación
geométricamente semejantes)
a la vez, tomaremos V = N . D
De manera tal que
-W = Ev = Cd . ρ . a . D2 . N3 . D3
-W = Ev = Cd . ρ . a . N3 . D5
-W = Ev = Cd . ρ . a . D2 . N3 . D3
-W = Ev = Cd . ρ . a . N3 . D5
Se define entonces el Número de Potencia Po
Po = Cd . a
Po = (esfuerzo de frotamiento / esfuerzo de inercia)
Recordar que debido a “a” tenemos, en el Po,
Por varios caminos distintos se puede llegar a la conclusión que:
Po = f (Re, Fr y ad. geom.)
Ver figuras:
* 9-14, Mc Cabe Smith, pag 269, turbina de 6 palas planas * 9-15, Mc Cabe Smith, pag 270, hélice de 3 palas
* 20-26, Foust, pag 526 (con baffles) * 20-28, Foust, pag 528 (sin baffles) * 477, Brown, pag 532
* Son gráficos log – log * La ordenada es
Φ
** Donde Φ= Po / Frm
** Siendo m = (a – log Re) / b
(para sistemas sin vórtice tomar m = 0)
** a y b son constantes que dependen de la configuración geométrica del equipo
* La abscisa es
Re
* Hasta valores de Re cercanos a 10 prevalecen los esfuerzos viscosos
* Entre RE 10 y 10.000 tenemos un régimen de transición. * De Re 10.000 en adelante prevalecen los esfuerzos de
inercia y las curvas se diferencian de acuerdo a si el equipo está baffleado o no.
Sistemas no semejantes desde el punto de vista geométrico
Recordar que si las variables adimensionales representativas de mi sistema de agitación no coinciden con las del gráfico utilizado hay que corregir el Po obtenido por gráfico de la siguiente manera:
Po corregido = Po gráfico . Factor de corrección
F : ( ( Ad. Geom. Sistema) / (Ad. Geom. Correlación))1/2
Finalmente la potencia entregada efectivamente a mi sistema de agitación se calcula como:
-W = Ev =
Po
corregido . ρ
. N
3. D
5MEZCLADO DE LÍQUIDOS
La operación de mezcla es un caso particular de la de agitación, aunque mucho más difícil de estudiar y de describir que esta última.
La mezcla es la distribución al azar de dos fases inicialmente separadas
Ya se ha visto cómo calcular el consumo de potencia pero faltaría agregar otro tema importante, a saber:
Cálculo de TIEMPOS DE MEZCLADO
Cálculo del Tiempo de mezclado
La mezcla de líquidos miscibles ha sido ampliamente estudiada en forma experimental añadiendo una
pequeña cantidad de ácido (HCl) a una solución
agitada que contiene cantidades equivalentes de una base (NaOH) y observando el tiempo necesario para el viraje del indicador correspondiente.
Hay gráficos experimentales de Ft vs. Re para distintas geometrías y tipos de sistema de agitación.(por
Para un caso distinto al de la neutralización de un ácido fuerte monoprótico con una base fuerte en cantidades estequiométricas, los tiempos de
mezclado van a ser distintos, por lo que se deberá
conseguir información adicional para nuestro caso en particular o experimentar nosotros mismos con
nuestras fases “problema”.
Lo que siempre debe darse es que el tiempo de mezclado tm debe ser menor o igual al tiempo de residencia tr de las fases dentro del equipo.
