Informe de Agitacion y Mezcla
Informe de Agitacion y Mezcla
Informe de Agitacion y Mezcla
=
N D
Re
2
a
Agitacin y Mezcla Pgina 14
Nmero de Potencia = esfuerzo de frotamiento / esfuerzo de inercia
Nmero de Froude = esfuerzo de inercia / esfuerzo gravitacional
Para bajos nmeros de Reynolds (Re <10) el flujo es laminar, la densidad deja de ser
un factor importante y la potencia puede encontrarse como:
En tanques con placas deflectoras y para nmeros de Reynolds superiores a 10.000,
la funcin de potencia es independiente del nmero de Reynolds y la viscosidad deja
de ser un factor. Las variaciones del Nmero de Froude tampoco influyen. En este
intervalo el flujo es completamente turbulento y la Potencia puede ser calculada como:
Los impulsores utilizados se clasifican en dos clases:
- De flujo axial
- De flujo radial
Dicha clasificacin depende del ngulo que forman las aspas o paletas con el plano de
rotacin del impulsor.
5.4.7. NMERO DE FLUJO (Nq )
Viene dado por la siguiente relacin:
3
a
q
nD
q
N =
- Para hlice marinas (paso cuadrado) Nq = 0.5
- Para turbinas 4 palas - 45 W/Da = 1/6 Nq = 0.57
- Para turbinas 6 palas W/Da= 1/5 Nq = 1.30
=
5
a
3
po
D N
P
N
g
D N
N
a
2
Fr
=
=
2
a
2
L
D N K P
=
5
a
3
T
D N K P
Agitacin y Mezcla Pgina 15
Con estas relaciones se calcula el flujo de descarga del extremo del rodete y no el
flujo total.
Para el clculo del flujo total se puede utilizar la siguiente relacin
|
|
.
|
\
|
=
a
t
a
D
D
nD q
3
92 . 0
Vlida para 2 Dt/Da 4
5.5. DISEO ESTNDAR DE TURBINA
El diseador de un tanque agitado dispone de un gran nmero, que no es habitual, de
elecciones sobre el tipo y localizacin del agitador, las proporciones del tanque, el
nmero y dimensiones de las placas deflectoras, etc. Cada una de estas decisiones
afectan a la velocidad de circulacin del lquido, los modelos de velocidad y el
consumo de potencia. Como punto de partida en el diseo de los problemas ordinarios
de agitacin, generalmente se utiliza un agitador de turbina del tipo que se muestra en
la Figura 9.9. Las proporciones tpicas son:
Dnde:
El nmero de placas deflectoras es generalmente de 4; el nmero de palas del
agitador vara entre 4 y 16, pero generalmente es de 6 u 8. Situaciones especiales
pueden, por supuesto, aconsejar proporciones diferentes de las que se acaban de
indicar; por ejemplo, puede resultar ventajoso colocar el agitador ms alto o ms bajo
en el tanque, o bien puede ser necesario utilizar un tanque ms profundo para
alcanzar el resultado apetecido. Con todo, las proporciones estndar antes
relacionadas son ampliamente aceptadas y en ellas se basan muchas de las
correlaciones publicadas sobre el funcionamiento de agitadores.
Agitacin y Mezcla Pgina 16
5.6. CONSUMO DE POTENCIA
Un factor importante en el diseo de un sistema de agitacin es la potencia para
mover el rodete.
Cuando el flujo en el tanque es turbulento, la potencia requerida puede ser estimada
como:
P = Veloc. de flujo x Energa cintica/unidad de volumen.
K q a
xE N nD P
3
=
c
K
g
V
V
mv
E
2
2
2
) (
2
1
2
1
'
= =
La ecuacin anterior puede ser escrita como:
2 3
) (
2
a
c
q a
nD
g
x N nD P ot
=
Agrupando las constantes queda:
|
|
.
|
\
|
=
2
2 2
5 3
t o
q
c
a
N
g
D n
P
Que puede ser escrita en forma adimensional como:
p
q
a
c
N
N
D n
Pg
=
|
|
|
.
|
\
|
=
2
2 2
5 3
t o
Agitacin y Mezcla Pgina 17
Siendo Np = Nmero de potencia
Para una turbina estndar Nq= 1.3 y tomando =0.9 --- Np= 5.
5.6.1. CORRELACIONES DE POTENCIA
Para conocer la potencia requerida para accionar un rodete que gira a una velocidad n
se utilizan Correlaciones Empricas que vinculan la P o Np con las variables del
sistema.
La forma general de estas correlaciones puede ser obtenida mediante el anlisis
dimensional.
Las magnitudes que intervienen son:
- Variables relacionadas con el lquido: .
- Variables relacionadas con el sistema: Da , n.
- Se incluyen adems: g (formacin de vrtice) y gc (se aplica la ley de Newton).
Las dimensiones lineales del sistema pueden convertirse en magnitudes
adimensionales (factores de forma) dividindolas por una de ellas tomada como base
(Ej. Da).
As S
1
= D
a
/D
t
S
2
= E/D
a
S
3
= L/D
a
S
4
= W/D
a
S
5
= J/D
t
S
6
= H/D
t
Dos sistemas son geomtricamente semejantes cuando tienen tamaos , pero
idnticos Si (factores de forma).
Sin considerar los S
i
, la P ser funcin de:
) , , , , , (
c a
g g D n P =
Aplicando el anlisis dimensional resulta:
) , ( ) , (
2 2
5 3
r e
a a
a
c
NF NR
g
D n nD
D n
Pg
= =
Que incluyendo los Si puede ser escrita como:
) ,....... ,. , , (
2 1
2 2
5 3
n
a a
a
c
p
S S S
g
D n nD
D n
Pg
N
= =
Agitacin y Mezcla Pgina 18
5.6.2. CORRELACIONES DE POTENCIA PARA IMPULSORES ESPECFICOS
Estas correlaciones corresponden a valores especficos de los factores de forma
definidos en las ecuaciones (6), del tipo y disposicin del equipo, debiendo
especificarse tambin el n de palas de rodete y el n de placas deflectoras.
Las correlaciones de potencia de la Fig. 9.13 corresponden a una turbina de 6 palas,
instalado centralmente, con valores variables de S4 = W/Da.
El anlisis de este grfico permite apreciar que:
- Tanques con PD hay > consumo de potencia
- Tanques sin PD
- N
Re
< 300 las curvas son paralelas y casi coincidentes (con y sin PD)
- N
Re
> 300 las curvas para Si divergen. Hay que incluir en el clculo de P el N
Fr
debido a la formacin de vrtice.
La expresin anterior toma la forma:
) ,....... ,. , (
2 1
2
n
a
m
r
p
S S S
nD
NF
N
=
Donde
b
NR a
m
e
log
= y los valores de a y b se obtienen de la tabla 9.1. (Mc
Cabe).
En la Fig. 9.14 se presenta las correlaciones de potencia para un agitador de hlice
instalado centralmente en tanques con y sin placas deflectoras.
Para todas las porciones de curvas sin placas deflectoras, el valor de Np obtenido hay
que multiplicarlo por N
Frm
.
5.6.3. CLCULO DEL CONSUMO DE POTENCIA
La potencia suministrada al lquido se calcula a partir de la expresin general:
m
r a
c
m
r
p
NF D n
Pg
NF
N
.
5
3
| = =
Donde es la Funcin de Potencia
En el clculo que pueden distinguir los siguientes casos:
I) N
Re
bajos (< 300) o tanques con placas deflectoras (N
Fr
no es importante).
.
5
3
|
a
c
p
D n
Pg
N = =
c
a
g
D n
P
.
5
3
| =
Agitacin y Mezcla Pgina 19
II) N
Re
> 300 tanques sin PD, N
Fr
debe ser considerado. Hay que aplicar ecuacin
general.
III) N
Re
< 10 tanques con o sin PD.
La densidad deja de ser un factor importante y = f (NRe) es una recta de
pendiente -1.
3 2
2
5
3
.
. .
a
c a
a
c
L e p
D n
Pg nD
D n
Pg
K cte NR N = = = =
c
a
L
g
D n
K P
3 2
=
IV) N
Re
> 10.000 tanque con PD es independiente del N
Re
y deja de ser
importante.
5 3
a
c
T p
D n
Pg
K N = = =
c
a
T
g
D n
K P
5 3
=
Las expresiones anteriores pueden ser obtenidas utilizando el siguiente razonamiento
Expresin general:
y
r
x
e p
NF NR C N ) ( ) ( =
- Para rgimen laminar el NFr no es importante:
Que para esta regin adopta la forma:
e p
NR C N log log log =
C NR Np
e
log log log = +
L e p
K C NR N = =
- Para rgimen de transicin (10 NRe 10000) x y C varan continuamente.
- Para rgimen turbulento:
o Tanques c/ PD
T p
K C N = =
T
a
c
K
D n
Pg
=
5 3
x
e p
NR C N ) ( =
Agitacin y Mezcla Pgina 20
o Tanques s/PD
NFr es importante. Hay que considerar la ecuacin general:
r e p
NF y NR x C N log log log log + + =
5.7. AUMENTO DE ESCALA PARA LOS AGITADORES
5.7.1. CALCULO DE LA RAZN DE AUMENTO DE ESCALA R
Suponiendo que el cilindro estndar sea
Por lo tanto la relacin es:
La relacin de aumento ser:
5.7.2. APLICAR ESTE VALOR DE R A TODAS LAS DIMENSIONES DEL
AGITADOR INICIAL PARAS OBTENER LAS DIMENSIONES DEL NUEVO
AGITADOR:
5.7.3. AUMENTO DE ESCALA PARA LA VELOCIDAD EL NUEVO AGITADOR(
):
Dnde:
n=1 para igual movimiento de lquidos
n=3/4 para igual suspensin de slidos
n=2/3 para iguales tasas de transferencia de masa
Agitacin y Mezcla Pgina 21
Se pudo concluir que la agitacin es el movimiento inducido de un material sobre un
fluido; en cambio la mezcla es la distribucin al azar de dos o ms fases separadas
inicialmente.
Adems que para su diseo se debe considerar bsicamente que la base del tanque,
sea abierta o cerrada, debe tener una forma ovalada para evitar puntos muertos.
Tambin se concluy que los parmetros y propiedades de diseo relevante son: La
viscosidad, la densidad, tensin superficial, conductividad trmica, y la capacidad
calorfica.
Para el diseo del estanque se concluy tambin que para el diseo del estanque para
una agitacin optima la relacin de altura y dimetro debe ser cercano a la unidad.
En cuanto al tamao del agitador este depende del tipo de impulsor, propiedades del
fluido, objetivos de la agitacin y geometra del estanque.
Con respecto a la velocidad de motores y de moto/ reductores las velocidades solo se
encuentran en ciertos valores: 37, 45, 56, 68, 84, 100, 190, 320 RPM.
Agitacin y Mezcla Pgina 22
http://www.systemsbiology.cl/recursos/archivos/Libro_OOUUIv2.pdf
http://unitarias2.wordpress.com/agitacion-y-mezcla/
http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r94930.PDF
http://procesosbio.wikispaces.com/Agitadores
Agitacin y Mezcla Pgina 23
RELACIN GRAFICA ENTRE RE Y NP