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AGITACIÓN
TEORÍA DE LA AGITACIÓN
TEORÍA DE LA AGITACIÓN
Mezcla
La operación de agitación y mezcla interviene prácticamente en todos los procesos industriales. Sectores industriales como el químico, tratamiento de aguas, petroquímico, farmacia, alimentación, tratamiento de minerales, etc. necesitan agitadores para solucionar sus problemas de mezcla.
Conseguir los niveles de mezcla requeridos, depende de las características físico–químicas de los componentes y su compatibilidad así como de los volúmenes a mezclar.
Para mezclar diversos componentes es preciso que haya interpenetración de las partículas que ocupan las diversas zonas de los volúmenes a mezclar. Las diferencias de proporciones en distintas muestras tomadas con un cierto criterio, dan una característica de la homogeneidad de la mezcla.
Reacción química o cambio de estado
Los agitadores son necesarios para generar contactos entre partículas que puedan originar una combinación química o un cambio de estado.
Los criterios necesarios para la buena consecución de la reacción química fijarán las necesidades a cubrir por la agitación. Estos criterios son tan amplios y diferentes como lo son los propios procesos químicos.
Homogeneización de temperatura y transferencia de calor
En estos procesos no se necesita hacer inter-actuar diversos componentes, sino generar movimiento de un componente por lugares determinados para homogeneizar en temperatura un volumen de líquido o para aumentar el rendimiento de los procesos de calentamiento o enfriamiento con serpentines o camisas en los depósitos.
Mecanismos de mezcla
El fenómeno hidrodinámico que da lugar a una interpenetración de las partículas líquidas es la turbulencia. Se dice que hay turbulencia cuando a la velocidad media de una partícula líquida se añaden velocidades transversales y longitudinales variables con el tiempo, en dirección y en magnitud.
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Se asume que estas velocidades transversales y longitudinales aseguran una mezcla eficaz, puesto que transportan las partículas líquidas de una zona hacia las zonas próximas.
Remolinos
Se definen como remolinos a los movimientos que comportan rotaciones de las partículas líquidas con relación a las partículas cercanas. Los remolinos se producen en la estela de los obstáculos, en nuestro caso de la pala del móvil, y mueren por efecto del rozamiento entre las partículas líquidas.
Aportan al líquido gradientes de velocidad elevados, y constituyen por lo tanto factores de mezcla muy eficaces.
Sin embargo, su vida y eficacia están muy ligadas a la viscosidad del medio a mezclar.
Grado de mezclado
La mezcla es óptima si se puede constatar la interpenetración de las partículas líquidas, cualesquiera que sean las dimensiones de las muestras consideradas.
Los flujos medios (caudales de bombeo) favorecen a los movimientos de convección (transporte) de los productos mientras que las variaciones de velocidad (gradientes) favorecen los fenómenos de difusión (micro-mezcla).
Se elegirán los móviles de los agitadores, según sus características para satisfacer la proporción de estos dos movimientos que exija la aplicación tratada.
Viscosidad
La viscosidad dinámica µ se expresa en Pascal·segundo (Pa·s) o en poises (Po).
1 Pa·s = 10 Po
La influencia de la viscosidad se expresa a través del número de Reynolds Re.
El número de Reynolds es una magnitud adimensional que relaciona las fuerzas viscosas.
“ρ” y “N” son respectivamente la densidad específica y la velocidad de rotación del móvil cuyo diámetro es “d”.
La aparición de movimiento turbulento corresponde a un nº de Reynolds de cercano a 8.000. Las turbulencias aumentan con dicho nº. La mezcla se vuelve completamente turbulenta para un Reynolds superior a 30.000. En un medio pastoso o de alta concentración de sólido, cuando las transmisiones de movimiento de una partícula a otra se realizan con dificultad, es necesario que todas las regiones del volumen de mezcla, incluida la zona próxima a las paredes, estén en contacto directo con el móvil de mezcla (hélices de gran diámetro y turbinas de doble flujo DF. Ver fig.).
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La viscosidad mide el rozamiento interno del líquido. Newton la definió como la relación entre la tensión de cizalladura y el gradiente de velocidad.
τ : tensión de cizalladura
μ : coeficiente de proporcionalidad (viscosidad dinámica)
dv/dr : gradiente de velocidad.
Cuando la viscosidad es constante para una cierta temperatura, se dice que el fluido es Newtoniano. Algunos fluidos no cumplen esta ley de proporcionalidad y se les denomina “no Newtonianos”.
Entre los fluidos no Newtonianos se pueden citar los siguientes:
• Fluidos cuya viscosidad es independiente del tiempo:
* fluidos pseudo-plásticos cuya viscosidad disminuye cuando el gradiente de velocidad aumenta.
* fluídos dilatantes cuya viscosidad aumenta cuando crece el gradiente.
• Fluidos cuya viscosidad depende del tiempo:
* fluídos tixotrópicos para los que, bajo tensión de cizalladura constante, la viscosidad disminuye con el tiempo.
* fluídos reopécticos para los que, bajo tensión de cizalladura constante, la viscosidad aumenta con el tiempo.
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Tipos de móviles
Hélices de palas de perfil delgado PD
El flujo creado es predominantemente axial. Bombeo de gran rendimiento. Porcentaje de turbulencia de bajo a moderado.
Turbinas axiales de palas planas inclinadas 45
Flujo predominante axial con un componente radial. Porcentaje de turbulencia más elevado.
Hélice tipo marino
Flujo axial. Porcentaje de turbulencia medio. Solo se utilizan con pequeño diámetro y altas velocidades.
Turbina Rushton
Turbinas de palas planas verticales. Flujo radial. Porcentaje de turbulencia elevado. Muy utilizado en transferencia gas-líquido