Fenomenos de Transporte Aplicaciones de Agitadores y ecuaciones a utilizar

1. ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
Fenómenos de Transporte
Tema: Agitación en Fluidos Newtonianos
Realizado por:
Collahuazo María
Maldonado Nathaly

2. Agitación
La agitación se refiere a forzar un fluido por
medios mecánicos para que adquiera un
movimiento circulatorio en el interior de un
recipiente.

3. Objetivos de la Agitación
• 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)

4. 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.

5. Clasificación
Los agitadores se dividen en:
– Los que generan corrientes paralelas al eje del
impulsor que se denominan impulsores de flujo
axial
– Aquellos que generan corrientes en dirección
radial tangencial que se llaman impulsores de flujo
radial.

7. Tipos de agitadores
• Los tres tipos principales de agitadores son,
– paletas
– turbina
– hélice

8. Agitadores de paleta o pala
• Velocidades: 20 a 200 rpm.
• Bajas velocidades: agitación suave en un recipiente sin
deflectores.
• Altas velocidades: se usan deflectores porque, sin ellos,
el líquido simplemente hace remolinos y en realidad casi
no se mezcla.
• Se emplea con líquidos viscosos que pueden generar
depósitos en las paredes y para mejorar la transferencia
de calor hacia las mismas, pero no es buen mezclador.
• Se suele usar para procesar pastas de almidón, pinturas,
adhesivos y cosméticos.

9. Agitadores de Palas o paletas

10. Agitador de paletas

11. AGITADORES DE TURBINA
• Líquidos con amplia diversidad de viscosidades.
• Turbinas semejantes a un agitador de paletas múltiples
con aspas más cortas.
• Dispersión de un gas en un líquido.
• Este tipo es útil para sólidos en suspensión, ya que las
corrientes fluyen hacia abajo y luego levantan los sólidos
depositados.
• En las proximidades del rodete existe una zona de
corrientes rápidas, de alta turbulencia e intensos esfuerzos
cortantes. Las corrientes principales son radiales y
tangenciales. Las componentes tangenciales dan lugar a
vórtices y torbellinos, que se deben evitar por medio de
placas deflectoras o un anillo difusor, con el fin de que el
rodete sea más eficaz.

12. Agitadores de turbina típicos

14. AGITADORES DE HÉLICE
• Poseen elementos impulsores de hojas cortas
(corrientemente de menos de ¼ del diámetro del
tanque); giran a gran velocidad (de 500 a varios
millares de r.p.m).
• Las hélices no son muy efectivas si van montadas
sobre ejes verticales situados en el centro del
depósito de mezcla.

15. La velocidad de flujo creada, en un depósito, por un mezclador
de hélice tiene tres componentes:
(a)Una componente radial que actúa en dirección
perpendicular al eje.
(b)Una componente longitudinal que actúa paralelamente
al eje.
(c)Una componente rotatoria que actúa en dirección
tangencial al círculo de rotación del eje.
Tanto la componente radial como la longitudinal contribuyen,
generalmente, a la mezcla, pero no siempre la componente
rotatoria.

16. Formas de flujo en los sistemas agitados por hélices

17. Rango de viscosidades para agitadores

18. Trayectoria del flujo
Depende de:
o Propiedades del fluido
o Geometría del tanque
o Tipo de deflectores
o Agitador
• Agitador vertical sin deflectores: trayectoria de flujo tipo remolino.
• Altas velocidades: se desarrolla un vórtice considerable, se atrapa
aire y ocurren oleadas.
• Tanques con grandes profundidades de líquido en comparación con
el diámetro del tanque, se montan dos o tres propulsores en el
mismo eje, y cada uno actúa como un mezclador individual.

19. Diseño

21. Potencia consumida por agitación
• Potencia necesaria para mover el impulsor.
• La presencia o ausencia de turbulencia se relaciona con el
número de Reynolds del agitador:
Da= diámetro del impulsor (m)
N= velocidad de rotación (rev/s)
= densidad del fluido (Kg/m3)
= viscosidad (Pa.s)
Relaciones empíricas:
Flujo laminar--------------------N’Re 10
Flujo turbulento-------------- N’Re 10000

22. Número de potencia
• El consumo de potencia se relaciona el numero
de potencia (densidad, diametro del impulsor,
potencia):
P = potencia en W

23. Correlaciones de potencia
Curva Agitador
1 Turbina de seis aspas planas con 4
deflectores
2 Turbina abierta de seis aspas planas
con 4 deflectores
3 Turbina abierta de seis aspas a 45°
con 4 deflectores
4 Propulsor; inclinación 2Da con 4
deflectores
5 Propulsor; inclinación Da con 4
deflectores

24. Correlaciones de potencia

26. Correlaciones de potencia
• Correlación de impulsores de uso común con
líquidos newtonianos contenidos en recipientes
cilíndricos con deflectores.
• Estas curvas también son prácticas para tanques
sin deflectores cuando N’Re 300.
• Cuando N’Re 300, el consumo de potencia en
un recipiente sin deflectores es
considerablemente menor que en uno con
deflectores.
• Existen también curvas para otros tipos de
impulsores.

31. AUMENTO DE
ESCALA DE LOS
AGITADORES

32. INTRODUCCION
• En industrias de procesos
los datos experimentales
suelen estar disponibles a
partir de un sistema de
agitación de tamaño de
laboratorio, y se desea
aumentar la escala de los
resultados para diseñar
una unidad a escala
completa.

33. OBJETIVOS PRINCIPALES
• Igual movimiento de líquidos ( mezcla de líquidos,
donde el movimiento o velocidad
correspondiente de los líquidos es
aproximadamente igual en ambos casos)
• Igual suspensión de sólidos (los niveles de
suspensión son iguales)
• Iguales tasas de transferencia de masa (la
transferencia de masa ocurre entre una fase
líquida y una sólida, entre dos fases líquidas, etc.
y las tasas son iguales).

34. Procedimiento de Aumento de Escala
Da1, Dt1, H1, W1----------- Da2, Dt2, H2, W2
1.- Razón de aumento de escala R con cilindro
estándar (Dt1=H1):

35. Procedimiento de Aumento de Escala
2.- Aplicar R a dimensiones Da, Dt, H, W, J, L, C --- Da2=RDa1…
3.-Elegir y aplicar una regla de aumento de escala para
determinar la rapidez del agitador N2 que debe usarse
para duplicar los resultados a pequeña escala que se
obtuvieron empleando N1:
n=1-----igual movimiento de líquidos
n= ¾----igual suspensión de solidos
n= 2/3--iguales tasas de transferencia
de masa
• Se calcula la potencia P con:

36. Tiempos de Mezcla para Líquidos
Miscibles

37. EJERCICIO
• En un tanque se instala un agitador de aspas
planas que tiene seis aspas. El diámetro del
tanque D1 mide 1.83m el diámetro de la turbina Da
0.61m, Dt=H y el ancho W ES 0.122M. El tanque tiene
cuatro deflectores, todos ellos con un ancho J=0.15m. La
turbina opera a 90rpmy el liquido del tanque tiene una
viscosidad de 10cp y densidad de 929 kg/m3.
 Calcúlese los Kilowatts requeridos para el mezclador
 Con las mismas condiciones ( excepto que la condición
tiene ahora una viscosidad de 100000cp), vuélvase a
calcular la potencia requerida.

38. RESOLUCIÓN
Dl=1.83m
Da=0.61m
Dl=H
W=0.122m
J=0.15m
N=90rpm
μ=10cp=0,01kg/m.s
ρ=929kg/m3

39. RESOLUCIÓN

40. RESOLUCIÓN

41. RESOLUCIÓN