Universidad técnica nacional
Sede roble, Puntarenas
Diplomado en ingeniería producción industrial
IPRI-612 Operaciones Industriales
Tema de exposición:
“Agitación y Mezclas”
Profesor:
Luis Alberto Rojas Montealegre
Autores:
Katherine Ramírez Salazar Alicia herrera Carvajal
Jennifer García Marín Alejandra madrigal Hernández
Contenidos
Índices de Figuras...3
Introducción...3
Agitación:...4
Mezcla:...4
Tipos de mezclas:...4
Propósitos de la agitación:...4
Objetivo de una mezcladora:...4
Aparatos y equipos para agitación...6
Objetivos de la agitación...6
Equipo de agitación...7
Tipos de agitadores...7
Aparatos y equipos para mezclas...10
Procesos industriales asociados a estas operaciones...14
Conclusiones...15
Índices de Figuras
Figura 1 Tipo de mezclas para sólidos ……….……….4
Figura 2 Desviaciones debido a la etapa del proceso de la mezcla...5
Figura 3 Índices de mezclado...6
Figura 4 Tanque del proceso de Agitación...6
Figura 5. Tipos de agitadores………7
Figura 6. Elementos Agitadores de hélices……….………8
Figura 7. Agitadores de Paleta...9
Figura 8. Agitadores de turbinas típicos...10
Figura 9. Mezclador tipo biconico ………..11
Figura 10. Mezclador Supramix ………..11
Figura 11. Mezclador Turbomix ………..12
Figura 12. Mezclador Instamix ………..……….13
Figura 13.Mezclador cónico vertical Eliconomix ……….13
Figura 14. Mezclador en V ………. ……….14
Introducción
El mezclado y la agitación son procesos que se ven diariamente en la industria, sin embargo, en algunas ocasiones son difíciles de identificar por lo que en este trabajo se trata de explicar que es la agitación y que es el mezclado.
De igual forma se menciona los propósitos y/o objetivos de la mezcla y la agitación, como también se hace referencia a los tipos de mezcla que existen y lo que normalmente se busca obtener en estas por medio del muestreo.
En la industria existen muchos medios para realizar el proceso de mezclado y de agitación por lo que se detallan algunos aspectos importantes de los equipos empleados en el caso de los agitadores y mezcladores podemos mencionar los tipos, características entre otras cosas más.
Aun cuando se menciona todo esto no se deja de lado los procesos industriales asociados a este tipo de operaciones pues los mismos se interrelacionan con los equipos empleados en las organizaciones los cuales varían en función a esta (ejemplo: sector alimentario, sector agrícola, sector de construcción, entre otros)
La agitación y mezclado es una operación unitaria presente en la gran mayoría de los procesos industriales. Esta operación involucra sistemas de una sola fase o de varias fases líquidas, sólidas y gaseosas y se puede realizar en mezcladores estáticos o en sistemas agitados. (Uribe Ramírez, Rivera Aguilera, Aguilera Alvarado, & Murrieta Luna, 2012)
Agitación:
Movimiento inducido de un material en una manera específica, normalmente en un patrón circulatorio dentro de algún tipo de contenedor. (McCabe, Smith, & Harriott, 2007)
Mezcla:
Distribución aleatoria, dentro y a través una de otra, de dos o más fases inicialmente separadas (McCabe, Smith, & Harriott, 2007)
Tipos de mezclas:
Se distinguen tres tipos de mezclas en función del tamaño de las partículas de las sustancias que se combinan: mezclas homogéneas o disoluciones, mezclas heterogéneas o suspensiones y mezclas coloidales o coloides. (Hurtado, M. 2012)
Según (Irezabal) existen tres tipos de mezclas para sólidos:
Mezcla perfecta: Partículas de igual tamaño que independientemente de la región donde se tome se encontrará la misma proporción de cada tipo de partículas (son las ideales de obtener). La mezcla perfecta, a menos que se haga manualmente, No es posible obtenerla en una mezcla real.
Mezcla al azar: Es una probabilidad, por lo que indica que la muestra es proporcional al número de partículas del componente específico en la mezcla total. En los procesos industriales lo que se pretende es obtener mezclas aleatorias ya que en teoría son las mejores mezclas que se pueden lograr en la práctica.
Mezcla Segregada: Se deben evitar debido a que aquí existe separación entre las partículas.
Propósitos de la agitación:
1. Suspensión de partículas sólidas.
2. Mezclado de líquidos miscibles, por ejemplo, alcohol metílico y agua. 3. Dispersión de un gas a través de un líquido en forma de pequeñas burbujas.
4. Dispersión de un segundo líquido, inmiscible con el primero, para formar una emulsión o suspensión de gotas finas.
5. Promoción de la transferencia de calor entre el líquido y un serpentín o encamisado. (McCabe, Smith, & Harriott, 2007)
Objetivo de una mezcladora:
Mover las partículas de los ingredientes, cuánto mayor sea el movimiento de partículas realizado más rápido y eficiente será el mezclado. (Irezabal)
Principales causas de la segregación según (Irezabal): Diferencias en el tamaño de los componentes. Diferencias en la densidad de los componentes. Forma de las partículas.
Realizar un Sobre-Mezclado Una mezcla perfecta:
Independientemente de la región donde se tome la muestra se encontrará la misma proporción de cada tipo de partículas (Irezabal)
Índices de mezclado: Se compara la desviación estándar de la mezcla en estudio, con la desviación estándar de toda la mezcla en el proceso “inicio, final” (Irezabal)
Figura 3 Índices de mezclado
Fuente: Luisa Colina Irezabal
Existen muchos índices de mezclado debido a que los solidos son sistemas complejos, que no pueden ser caracterizados de igual manera en todas las aplicaciones y circunstancias.
Tiempo de mezclado:
La homogeneidad de una mezcla depende del tiempo de mezclado, esta no aumenta indefinidamente con el tiempo, si no que existe un tiempo óptimo. (Irezabal)
Aparatos y equipos para agitación Agitación:
Según (ECURED, s,f) “La agitación se refiere a forzar un fluido por medios mecánicos para que adquiera un movimiento circulatorio en el interior de un recipiente”.
El agitador crea un cierto tipo de flujo dentro del sistema, dando lugar a que el líquido circule por todo el recipiente y vuelva de vez en cuando al agitador.
Fuente: ECURED
Objetivos de la agitación
(Slideshare, 2012) Menciona los objetivos de la agitación en los procesos e industria
Mezcla de dos líquidos miscibles (ej: alcohol y agua) Disolución de sólidos en líquido (ej.: azúcar y agua)
Mejorar la transferencia de calor (ej., en calentamiento o enfriamiento) Dispersión de un gas en un líquido (ej. Oxígeno en caldo de fermentación) Dispersión de partículas finas en un líquido
Dispersión de dos fases no miscibles (ej. Grasa en la leche) Equipo de agitación
El equipo consiste en un recipiente cilíndrico (cerrado o abierto), y un agitador mecánico, montado en un eje y accionado por un motor eléctrico.
Las proporciones del tanque varían ampliamente, dependiendo de la naturaleza del problema de agitación.
El 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.
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 está accionado por un motor, conectado a veces, directamente al mismo, pero con mayor frecuencia, a través de una caja de engranajes reductores.
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.
Fuente: Slideshare
Además, los tres tipos principales de agitadores son, de hélice, de paletas, y de turbina. En algunos casos también son útiles agitadores especiales, sin embargo los mencionados anteriormente son los mas comunes para resolver situaciones o problemas con líquidos.
Agitadores de hélices
Un agitador de hélice es un agitador de flujo axial, que opera con velocidad elevada y se emplea para líquidos pocos viscosos. Los agitadores de hélice más pequeños giran a toda la velocidad del motor, unas 1.150 o 1.750 rpm; los mayores giran de 400 a 800 rpm.
Las corrientes de flujo, que parten del agitador, se mueven a través 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 mayor que el que se obtendría mediante una columna equivalente creada por una boquilla estacionaria. Las palas de la hélice cortan o friccionan vigorosamente el líquido.
Debido a la persistencia de las corrientes de flujo, los agitadores de hélice son eficaces para tanques de gran tamaño. Para tanques extraordinariamente grandes, del orden de 1500m3 se han utilizado agitadores múltiples, con entradas laterales al tanque.
El diámetro de los agitadores de hélice raramente es mayor de 45 cm, independientemente del tamaño del tanque. En tanques de gran altura, pueden disponerse dos o más hélices sobre el mismo eje, moviendo el líquido generalmente en la misma dirección. A veces dos agitadores operan en sentido opuesto creando una zona de elevada turbulencia en el espacio comprendido entre ellos.
Fuente: INDUVALMA
Agitadores de paletas
Según (Slideshare, 2013) estos
Consiste en una hoja plana sujeta a un eje rotatorio.
El flujo de líquido tiene una componente radial grande en el plano de la pala y también un gran componente rotacional.
Los agitadores de pala son de construcción relativamente fácil.
Los agitadores de pala sencillos producen una acción de mezcla suave, que es con frecuencia la conveniente para el trabajo con materiales cristalinos frágiles.
Son útiles para operaciones de simple mezcla, como, por ejemplo, la mezcla de líquidos miscibles o la disolución de productos sólidos.
Los agitadores industriales de paletas giran a una velocidad comprendida entre 20 y 150 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 décimo de su longitud.
A velocidades muy bajas, un agitador de paletas produce una agitación suave, en un tanque sin placas deflectoras o cortacorrientes, las cuales son necesarias para velocidades elevadas. De lo contrario el líquido se mueve como un remolino que gira alrededor del tanque, con velocidad elevada pero con poco efecto de mezcla.
Fuente: Slideshare
Agitadores de turbina
La mayor parte de ellos se asemejan a agitadores de múltiples y 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. El rodete puede ser abierto, semicerrado o
Los agitadores de turbina son eficaces para un amplio intervalo de viscosidades; en líquidos poco viscosos, producen corrientes intensas, que se extienden por todo el tanque y destruyen las masas de líquido estancado. En las proximidades del rodete existe una zona de corrientes rápidas, de alta turbulencia e intensos esfuerzos cortantes.
Fuente: Slideshare
Aparatos y equipos para mezclas Entre ellos se encuentran:
Mezclador tipo biconico, según (Inoxpa, 2019)
Realiza una mezcla homogénea de sólidos, el proceso de mezclado es una operación común en la fabricación con destino a la industria sanitaria, alimentaria, química.
Principio de funcionamiento
El cuerpo mezclador está formado por dos conos unidos por sus bases a través de una sección cilíndrica. El eje de rotación es perpendicular al eje de los conos y atraviesa dicha sección cilíndrica. Las dos bancas situadas en los laterales ubican el motor y sujetan el cuerpo mezclador.
Características
La serie dispone de 6 modelos con capacidad total de 160 a 4200 ltr. Con una capacidad útil de 65 % de la total.
El tiempo de mezclado varía de 5 y 20 minutos en función de la mezcla.
Figura 9. Mezclador tipo biconico
El Supramix según(Bachiller, 2019)
Es un mezclador de espiral vertical para sólidos, especialmente indicado para el mezclado y la homogeneización industrial de productos pulverulentos y de granulometrías similares en tiempos cortos, respetando la morfología de los productos y con un vaciado total. Permite la adición de líquidos en el proceso.
El mezclador de sólidos Supramix consta de una espiral mezcladora vertical, girando a velocidad moderada para conseguir un flujo ascendente de producto perimetral y un flujo descendente central.
Características
Tiempos de mezcla cortos, máximo 10 minutos. Mezclas repetitivas, reproducibles y escalables. Mezclador de bajo mantenimiento.
Espiral mezcladora en cantiléver, sin apoyo inferior. Vaciado total del producto.
El Turbomix según(Bachiller, 2019)
Es un mezclador horizontal de turbulencia con palas tipo «reja de arado» para sólidos y polvos de altas prestaciones, ideal para mezclas intensas y rápidas e indicado para todo tipo de productos, incluso de granulometrías y/o densidades muy dispares. Su alto rendimiento hace de este mezclador horizontal uno de los equipos más eficientes del mercado.
El mezclador de sólidos Turbomix tiene palas especiales tipo ‘reja de arado’ que giran a alta velocidad, centrifugando el producto intensamente y generando una alta turbulencia de los productos a mezclar dentro de la cámara de mezcla.
Características
Tiempos de mezcla cortos, máximo 5 minutos. Máxima estanqueidad.
Mezclas repetitivas, reproducibles y escalables. Mezclador de bajo mantenimiento.
Grandes puertas laterales para inspección y limpieza.
Figura 11. Mezclador Turbomix
El Instamix según (Bachiller, 2019)
Es un mezclador horizontal de paletas de doble eje, ultrarrápido y de gran precisión, indicado para cualquier tipo de mezcla y de productos sólidos y pulverulentos, muy especialmente para aquellos de morfología frágil que se desea respetar.
El mezclador de palas de doble eje Instamix está provisto de dos ejes con palas a contragiro, que producen dos intensos flujos ascendentes de producto, generando una zona de ingravidez con un intenso efecto de mezcla.
Características
Tiempos de mezcla muy cortos, de 10 a 60 segundos. Mezclas repetitivas, reproducibles y escalables.
Descarga total del producto. Figura 12. Mezclador Instamix
El mezclador cónico vertical Eliconomix, según (Bachiller, 2019)
Es un mezclador de sólidos de gran precisión para todo tipo de productos de características físicas no muy distintas. Indicado para lotes de gran tamaño gracias a su bajo nivel de ocupación espacial y baja potencia.
El mezclador cónico vertical se compone de un recipiente con sistema de mezcla por tornillo sinfín que recorre todo el volumen del cono, realizando un flujo ascendente del producto. Características
Tiempos de mezcla cortos, máximo 10 minutos. Mezclas repetitivas, reproducibles y escalables. Mezclador de bajo mantenimiento.
Extrema facilidad de limpieza.
Sólidos, muy indicado para la mezcla de productos de morfología frágil o para aplicaciones con una alta exigencia de limpieza entre ciclos.
Figura 13. Mezclador cónico vertical Eliconomix
Características
Mezclas repetitivas, reproducibles y escalables. Mezclador de bajo mantenimiento.
Extrema facilidad de limpieza. Vaciado total del producto. Figura 14. Mezclador en V
El mezclador de Bandas, según(Bachiller, 2019)
Es un mezclador de sólidos adecuado para la homogeneización de lotes de productos de morfología y densidad similar. Indicado para lotes de gran tamaño por su bajo consumo de energía.
El mezclador de Bandas dispone de una espiral mezcladora horizontal, girando a velocidad moderada, que genera flujos inversos de producto dentro de la cámara de mezcla. Características
Tiempos de mezcla medios, máximo 30 minutos. Mezclas repetitivas, reproducibles y escalables. Mezclador de bajo mantenimiento.
Máquina de bajo coste de adquisición
Procesos industriales asociados a estas operaciones
Debido a la operación de agitación y mezclado se dice que es difícil encontrar dentro de los procesos industriales uno que no involucre de alguna manera un proceso de mezclado, ya sea para promover la homogeneización de las fases, mejorar el contacto entre los reactivos en reactores agitados, agilizar la rapidez de transferencia de calor en el caso de recipientes con calentamiento externo, realizar operaciones de lixiviación de sólidos así como muchos otros casos en donde la utilización de tanques agitados es parte fundamental y central del proceso productivo. De alguna manera se puede decir que el éxito de algunas operaciones industriales depende de la eficaz agitación y mezcla de fluidos. Para (McCabe, et al., 2007) citado por (Agustín Uribe, 2012)
La agitación se realiza a procesos de estado líquido los cuales se realizan con propósitos basados al objetivo de la etapa del proceso en la que se encuentra, así como también del tipo de proceso.
Aplicación Industrial
Industria alimentaria: Se utiliza el mezclado de líquidos para la elaboración de jugos, producción de café y té, producción de la cerveza y de vino. También en procesos de tratamiento de derivados lácteos.
Plantas de tratamiento de agua: El mezclado es un procedimiento de fundamental importancia en el diseño y la operación de plantas potabilizadoras de agua y de plantas de tratamiento de aguas negras. La mayoría de las operaciones se encuentran en categorías como mezcla rápida de reactivos químicos, agitación del fluido en reactores y tanques de almacenamiento y floculación.
Petroquímica: la agitación se utiliza en procesos como Homogeneización de temperatura, mezcla de lodo, aditivos petrolíferos, sales de crudo, suspensión de sólidos para la prevención de la precipitación de lodos en los tanques de almacenaje.
Metalurgia: Interviene en factores en el templado de las piezas de acero como los inherentes a la calidad del material.
Industria Química: se involucra en productos de cosméticos, farmacéuticos, abonos y fertilizantes, papeleras, pinturas y barnices.
La agitación se requiere en los procesos de:
Suspensión de sólidos
Reacciones químicas
Homogeneización de temperatura
(Sarmiento, 2016)
Conclusiones
Los agitadores deben de llevar una serie de estudio para su elección, según la industria, sustancias, proceso en el que se involucra y producto que se desea obtener. Así como también en las mezclas se deben de tener en cuenta el tipo de material y sus características.
Estas operaciones resultan ser de vital importancia durante el desarrollo de los procesos productivos, ya que para muchas de las industrias este es el punto en donde se encuentra la clave de la calidad de sus productos.
Mientras que la agitación busca que el contenido obtenga un movimiento circular (cualquiera sea el propósito) la mezcla busca que dos fases se unan de manera aleatoria debido a que obtener la mezcla perfecta es más complicado.
Bibliografía
Bachiller . (12 de 2019). Mezclador desolidos. Obtenido de https://bachiller.com
Agustín Uribe, R. R. (2012). Agitación y mezclado. Revista enlace Químico, Universidad de Guanajuato, 1.
ECURED. (s,f). Agitación (Química). Obtenido de https://www.ecured.cu/Agitaci%C3%B3n_(Qu %C3%ADmica)
ECURED. (s, f). Tanque del proceso de Agitación. [Figura]. Recuperado de https://www.ecured.cu/Agitaci%C3%B3n_(Qu%C3%ADmica)
Inoxpa. (2019). Equipos de mezclado Inoxpa . Obtenido de https://www,inoxpa.es
Irezabal, L. C. (s.f.). Mezclado de Alimentos. Recuperado el 17 de Febrero de 2020, de https://sites.google.com/site/utnpacificoluisarojasm/material
McCabe, W. L., Smith, J. C., & Harriott, P. (2007). Operaciones unitarias en ingeniería química . México: McGraw-Hill.
Sarmiento, J. B. (28 de Octubre de 2016). Operaciones unitarias. Obtenido de Agitacion y mezclas de líquidos: http://operacionesunitariasblog.blogspot.com/2016/10/agitacion-y-mezclas-de-liquidos.html
Slideshare. (2012). Fenomenos de agitación. Obtenido de
https://es.slideshare.net/MaryCollahuazo/fenomenos-agitacion
