INTRODUCCION

El proceso de agitación es uno de los mas importantes dentro de la industria química porque el éxito de muchas operaciones industriales depende de una agitación y mezcla eficaz. Sin embargo, debido a la complejidad de los fenómenos de transporte involucrados, es uno de los procesos mas difíciles de analizar y caracterizar. Así, hasta el momento, no existen correlaciones generales para configuraciones arbitrarias de agitación que describan cantidades útiles como la velocidad de mezcla o el grado de homogeneidad alcanzada. Otra de las dificultades que aparece a la hora de caracterizar la mezcla y agitación es la gran cantidad de sustancias (líquidos y sólidos) que se pueden encontrar en la industria química. Por tanto, el diseño y la optimización de agitadores estan confiados en gran medida, a la experimentación. Se debe distinguir entre agitación y mezcla.

Objetivos

• Poner en suspensión partículas sólidas
• Agitar líquidos miscibles
• Dispersar un gas en el seno de un líquido
• Dispersar un líquido en otro no miscible con él
• Favorecer la disolución de un sólido soluble en un líquido

Agitación

Se puede definir como el movimiento circulatorio inducido a un fluido dentro de un contenedor, fundamentalmente de fonna circular y provocando vértices. El objeto de la agitación puede ser incrementar la transferencia de calor en el fluido o incrementar el transporte de materia, es decir, mezclar. En contraste con la agitación, mezclar es obtener una distribución espacialmente homogénea de dos o mas fases inicialmente separadas. Aquí, una de las fases ha de ser un fluido, mientrasque la otra puede ser algo tan variado como otro fluido, partículas sólidas o burbujas. En la practica, el diseño de la agitación ha de atender a dos factores: el grado de homogeneidad y el tiempo de mezcla. Dado que el resultado de la mezcla nunca es perfecto, el grado de homogeneidad se hace depender de la calidad deseada en el producto final. Finalmente, la potencia requerida en la agitación depende de estos dos factores, así como del rendimiento. La homogeneidad de una mezcla con partículas sólidas puede caracterizarse mediante el se calcula como: porcentaje de suspensión de sólidos, que se calcula como

El grado de homogeneidad también se puede caracterizar mediante la altura de suspensión, esto es, la altura del líquido en el tanque a la que se suspenden los sólidos.
El esquema de un agitador típico puede observarse en la figura inferior. Generalmente, el tanque de agitación es un recipiente circular, que puede estar cerrado o abierto en su parte superior. Para evitar zonas con bajas velocidades, las esquinas se eliminan empleando un fondo circular. Para aumentar la eficiencia del mezclado, se pueden instalar unos deflectores en la pared del tanque; así se evita que el fluido gire como un sólido rígido y se aumenta la vorticidad.

El rodete o hélice suele estar acoplado a un eje aproximadamente vertical. La excentricidad e inclinación de este eje se pueden variar para lograr rendimientos mayores.

Se utilizan tres tipos de rodete:

* De palas planas, de gran tamaño (50-80% el diametro del tanque) y con velocidad de trabajo entre 20-150 rprm.

* Turbinas, de menor diametro(30-50% el diametro del tanque) y mayor velocidad de giro.

* Hélices, cuya misión es enviar fundamentalmente el flujo en dirección axial.
El rodete impone un movimiento al fluido en las tres direcciones del espacio: axial, radial y tangencial. La mezcla originada puede clasificarse de cuatro tipos:

* Suspensión practicamente completa con fileteado
* Suspensión con movimiento completo de partículas
* Suspensión completa o suspensión fuera del fondo
* Suspensión uniforme

Un número muy importante para caracterizar los tanques de agitación es el número adimensional de potencia

Donde:
D es la densidad del fluido, N son las revoluciones del eje y P la potencia suministrada.

DESCRIPCION

El equipo de agitación se compone de un tanque cilíndrico transparente de metacrilato.
El tanque dispone de varias salidas laterales controladas mediante sendas valvulas para extraer muestras de la mezcla a diferentes alturas.
El eje, en disposición vertical concéntrica, esta accionado por un motor de velocidad regulable mediante un potenciómetro.
El eje, que termina en un cono apoyado sobre un soporte, es desmontable. Sobre este eje, se instala el rodete, que a su vez es intercambiable. La instalación también dispone de un foco halógeno para facilitar la visualización. Su interruptor se localiza en la esquina de la pared izquierda.

TANQUE AGITADO
Los tanques agitados pueden llevar accesorios tales como líneas de entrada y salida, serpentines, encamisados y pozos para termómetros u otros equipos de medición de la temperatura.

Tanque agitado comercial.
Tipos de Agitadores

Deacuerdo con lo expresado, los agitadores se dividen en dos clases. Los que generan corrientes paralelas al eje del impulsor que se denominan impulsores de flujo axial; y aquellos que generan corrientes en dirección radial tangencial que se llaman impulsores de flujo radial.
Los tres tipos principales de agitadores son, de hélice, de paletas, y de turbina.

A continuación se describen brevemente:
* 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. 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.

* Agitadores de Paletas
Para problemas sencillos, un agitador eficaz esta formado por una paleta plana, que gira sobre un eje vertical. Son corrientes los agitadores formados por  dos y tres paletas. Las paletas giran a velocidades bajas o moderadas en el centro del tanque, impulsando al líquido radial y tangencialmente, sin que exista movimiento vertical respecto del agitador, a menos que las paletas estén inclinadas.
Lascorrientes de líquido que se originan se dirigen hacia la pared del tanque y después siguen hacia arriba o hacia abajo. Las paletas también pueden adaptarse a la forma del fondo del tanque, de tal manera que en su movimiento rascan la superficie o pasan sobre ella.
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, ya que de lo contrario el líquido se mueve como un remolino que gira alrededor del tanque, con velocidad elevada pero con poco efecto de mezcla.
de paletas: palas verticales, flujo radial y tangencial palas inclinadas, flujo radial, tangencial y axial velocidades bajas y moderadas; diametro del rodete, 50-80 % del Dt

* 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, semi-cerrado o cerrado.
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 rapidas, 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 anillodifusor, con el fin de que el rodete sea mas eficaz.
De turbina: palas verticales, flujo radial y tangencial palas inclinadas, flujo radial, tangencial y axial velocidades elevadas; diametro del rodete, 30-50 % del Dt

Tipos de Flujos en Tanques Agitados
El tipo de flujo que se produce en un tanque agitado, depende del tipo de rodete, de las características del fluido, tamaño y proporciones del tanque, placas deflectoras y agitador.
La velocidad del fluido en un punto del tanque tiene tres componentes y el tipo de flujo global en el mismo, depende de las variaciones de estas tres componentes de la velocidad, de un punto a otro.
La primera componente de velocidad es radial y actúa en dirección perpendicular al eje del rodete. La segunda es longitudinal y actúa en dirección paralela al eje. La tercera es tangencial o rotacional, y actúa en dirección tangencial a la trayectoria circular descrita por el rodete.
Para el caso corriente de un eje vertical, las componentes radial y tangencial estan en un plano horizontal y la componente longitudinal es vertical. Las componentes radial y longitudinal son útiles porque dan lugar al flujo necesario para que se produzca la mezcla. Cuando el eje es vertical y esta dispuesto en el centro del tanque, la componente tangencial de velocidad es generalmente perjudicial para la mezcla. El flujo tangencial sigue una trayectoria circular alrededor del eje y crea un vórtice en la superficie del líquido que debido a la circulación en flujo laminar, da lugar a una estratificación permanente en diferentes niveles, de substancias sin mezclar, sin que exista flujolongitudinal de un nivel a otro. 
Si estan presentes partículas sólidas, las corrientes circulatorias tienden a lanzar las partículas contra la pared del tanque, debido a la fuerza centrífuga, desde donde caen acumulandose en la parte central del fondo del tanque. Por consiguiente en vez de mezcla, se produce la acción contraria, concentración.
En un tanque sin placas deflectoras, el flujo circulatorio es inducido por todos los tipos de rodete, tanto si el flujo es axial como radial. Si los remolinos son intensos, el tipo de flujo dentro del tanque es esencialmente el mismo, independientemente del diseño del rodete. Para velocidades de giro del rodete elevadas, la profundidad del vórtice puede ser tan grande que llegue al rodete mismo, dando lugar a que en el líquido se introduzca el gas que esta encima de él, lo cual normalmente debe evitarse.

Tipo de flujo en tanques agitados

Componentes de la velocidad:
√ Radial

Actúa en dirección perpendicular al eje del rodete
√ Axial o longitudinal

Actúa en dirección paralela al eje del rodete
√ Tangencial o rotacional

Actúa en dirección tangencial a la trayectoria descripta por el rodete




Formación de vórtice

Flujo tangencial en tanques agitados

Componente tangencial

Formas de evitar efectos perjudiciales
• Rodete inclinado o descentrado

• Rodete montado horizontalmente a través de la pared del tanque, formando cierto angulo con el radio

*

• Placas deflectoras o bafles
• Rodetes cerrados

• Anillos difusoresTubos de aspiración
* Útiles para controlar la dirección y velocidad de flujo hacia la succión del rodete

* Generan intensos esfuerzos cortantes en el rodete

* Aumentan el consumo de potencia

Velocidad de circulación

Velocidad de circulación = volumen de fluido puesto en movimiento por el rodete en la unidad de tiempo

* Ha de ser suficiente para renovar el volumen total del mezclador en un tiempo razonable.

* Es proporcional a n.Da3 para agitadores de paleta y turbina; proporcional a n.Da2 para los de hélice

* La velocidad de la corriente que abandona el rodete ha de ser lo suficientemente elevada para que su influencia llegue a las partes mas alejadas del tanque.

Turbulencia

La turbulencia es otro factor importante para el efecto de mezcla. Mediante la turbulencia se consigue arrastrar la masa adyacente de líquido e incorporarla a la corriente en movimiento.
La turbulencia se produce como consecuencia de corrientes dirigidas adecuadamente y de los gradientes de velocidad elevados existentes en el seno del líquido.

Gradientes y perfiles de velocidad

Consumo de potencia

Un factor importante en el diseño de un tanque agitado es la potencia necesaria para mover el rodete
Dependera del tipo de flujo dentro del mezclador y de las proporciones geométricas del equipo.
El mecanismo de flujo dentro de un tanque agitado es una combinación de flujo laminar, turbulento y separación de capa límite.

Variables a considerar

* Dimensiones principales del tanque y del rodete:
* Diametro del tanque (Dt), Diametro del rodete (Da), altura del líquido (H),ancho de la placa deflectora (J), distancia del fondo del tanque hasta el rodete (E), y dimensiones de las paletas como largo (L) y ancho (W)
* Viscosidad (μ) y densidad (ρ) del fluido
* Velocidad de giro del agitador (n)
* Aceleración de la gravedad (g)

Dimensiones lineales: pueden convertirse en relaciones adimensionales, llamadas factores de forma (S1, S2, S3,…., Sn). Se divide cada una de las dimensiones lineales por otra que se elige arbitrariamente como dimensión fundamental.

Proporciones geométricas de un sistema de agitación común

El diametro de rodete Da se toma como medida del tamaño del equipo y se emplea como variable en un analisis dimensional. Si el líquido es newtoniano

Aplicando analisis dimensional

Teniendo en cuenta los factores de forma

El primer grupo adimensional corresponde al número de potencia, NPo, relacionado con la mayor o menor fricción en el sistema.

El segundo grupo adimensional es el número de Reynolds en agitación, NRe, relacionado con el tipo de flujo en el recipiente

El tercer grupo adimensional es el número de Froude, NFr, relacionado con la aparición de vórtices

Luego:

Se trabaja en base a correlaciones entre los diferentes números (NRe, NFr, NPo) para rodetes específicos (S1, S2,….., Sn = constantes)

Estas correlaciones se presentan en forma de graficos en los que figura el NPo ó la función en ordenadas y el NRe en abscisas

Conclusión

* En conclusión la Agitación es el proceso mediante el cual podemos homogeneizar líquidos no misiles los cuales mediante este proceso, este tipo de líquidos se unen a otro quepor medios normales no se podrían realizar.

* Así mismo mediante la agitación podemos unir semisólidos o sólidos con líquidos asiéndolos un solo compuesto con el cual se puede ya trabajar, este es uno los procesos de gran ayuda en los trabajos que se realizan en la industria.

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“Año de la Consolidación Económica y Social del Perú”