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

lConsiste en un recipiente cilíndrico (cerrado o abierto), y un agitador mecánico, montado en un eje y accionado por un motor eléctrico. lLas proporciones del tanque varían ampliamente, dependiendo de la naturaleza del problema de agitación. lEl 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. Las variables que pueden ser controladas y que influyen son: Dimensiones principales del tanque y del rodete: Diámetro del tanque (Dt), Diámetro del rodete (Da), altura del líquido (H), ancho de la placa deflectora(J), distancia del fondo del tanque hasta el rodete(E), dimensiones de las paletas. Viscosidad (μ) densidad (ρ) del fluido. Velocidad de giro del agitador (N). La agitación se refiere a forzar un fluido por medios mecánicos para que adquiera un movimiento circulatorio en el interior de un recipiente. Los objetivos de la agitación pueden ser: Mezcla de dos líquidos miscibles (ej: alcohol y agua) Disolución de sólidos en líquido (ej.: azucar y agua) Mejorar la transferencia de calor (en calentamiento o enfriamiento) Dispersión de un gas en un líquido (oxígeno en caldo de fermentación) Dispersión de partículas finas en un líquido.

Dispersión de dos fases no miscibles (grasa en la leche) Los agitadores son instrumentos que forman parte de un biorreactor, los biorreactores en el proceso de mezclado proporcionan a las células de todos los sustratos necesarios para su crecimiento y reproducción . Para que la mezcla sea efectiva, el fluido impulsado por el rodete debe recorrer todo el recipiente en un tiempo razonable. Además, la velocidad del fluido impulsado por el rodete debe ser suficiente para arrastrar al material hacia las partes más alejadas del tanque y formar turbulencias. Con frecuencia un agitador cumple diversos fines al mismo tiempo, como ocurre en la hidrogenación catalítica de un líquido ya que en el tanque de hidrogenación, el gas es dispersado a través del líquido donde se localizan las partículas sólidas de catalizador que se encuentran en suspensión, eliminándose al mismo tiempo, el calor producido en la reacción por medio de un serpentín o una camisa de refrigeración. El proceso de agitación es uno de los más 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 más difíciles de analizar y sobretodo de caracterizar. 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, la mayoría de las veces los agitadores son cilíndricos. 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 que exista la formación de vórtices. Los agitadores se dividen en dos clases:  

Agitadores de flujo axial: Los cuales generan corrientes paralelas al eje del agitador Agitadores de flujo radial: Dan origen a corrientes en dirección tangencial o radial.

Los tres tipos principales de agitadores utilizados en la industria son:   

De Hélice Paletas Turbina

. AGITADORES DE HELICE 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 ó 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.

AGITADORES DE PALETAS Para problemas sencillos, un agitador eficaz está formado pr una paleta plana, que gira sobre un eje vertical. Son corrientes los agitadores formados por dos y 3 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. Las corrientes 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 con una holgura muy pequeña. Un agitador de este tipo se conoce como agitador de ancla. Estos agitadores son útiles cuando cuando se desea evitar el depósito de sólidos sobre una superficie de transmisión de calor, como ocurre en un tanque enchaquetado, pero no son buenos mezcladores. Generalmente trabajan conjuntamente con un agitador de paletas de otro tipo, que se mueve con velocidad elevada y que gira normalmente en sentido opuesto. 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 cerrado. El diámetro del rodete es menor que en el caso de agitadores de paletas, siendo del orden del 30 al 50% del diámetro del tanque. 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. 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.

Selección del Equipo de Agitación La selección del tipo de agitador a emplear, se basa en las propiedades geológicas del fluido, particularmente de la viscosidad del fluido: elevada, media o baja. En el siguiente link se muestran más detalladamente los parámetros de diseño de los agitadores para la industria con el fin de tener una solución óptima desde el punto de vista técnico y económico.

Parámetros de Diseño 

Tamaño: Depende del tipo de agitador, las propiedades del fluido, los objetivos de agitación y de la geometría del tanque. Turbina:0,3 ≥ d/Dt ≤ 0,60,2 ≥ d/Dt ≤ 0,5 flujo turbulento0,7 ≥ d/Dt ≤ 1 flujo laminar

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Velocidad de circulación: Se denomina velocidad de circulación o capacidad de bombeo, al volumen de fluido puesto en movimiento por el rodete en una unidad de tiempo. Para que el proceso de agitación dentro del taque sea eficaz, independientemente de la naturaleza del problema de agitación, la velocidad volumétrica del flujo jha de ser suficiente para renovar el volumen total del mezclador en un tiempo razonable. Por otra parte la velocidad de la corriente que abandona el rodete ha de ser lo suficientemente elevada, para que influencia llegue a las partes mas elevadas del tanque, ya que de lo contrario las substancias que ocupan esas partes no llegarían a mezclarse. La corriente que abandona el rodete, transporta una cantidad definida de energía cinética y esta energía cinética se disipa por fricción debido a los esfuerzos cortantes, a medida que la corriente fluye a través de la masa de líquido. Si la energía cinética es demasiado pequeña, la corriente no llega a alcanzar los rincones más alejados del tanque, por consiguiente, es necesario que la velocidad del fluido se tal que proporcione una cinética superior a un cierto valor mínimo. La velocidad de flujo de un agitador de turbina o de paletas, de tamaño y de forma determinados y que operan dentro de un tanque que contiene un líquido determinado, es proporcional a la magnitud nD3, siendo la n la velocidad de giro del agitador en r.p.m y D el diámetro del rodete. Para agitadores de hélice de la velocidad de flujo es proporcional a nD 2.

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Velocidad en la punta del agitador Corresponde a la velocidad angular multiplicada por el radio del agitador V= π*N*d N: velocidad de rotación: diámetro del agitador

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Ubicación: La ubicación de los agitadores en el tanque depende del tipo de turbina, sin embargo, para los agitadores: turbina de Rushton, Canalete y Hélice marina; la relación diámetro del agitador y altura en el tanque es de 1.

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Escala de Agitación La escala de agitación mide la intensidad de mezcla. Sus valores están comprendidos entre 1 y 10, donde 1 es un valor para agitación suave, mientras que 10, se considera agitación violenta. Esta escala de agitación se obtiene a partir de la relación entre la capacidad de bombeo del agitador y la sección del tanque.

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Mejora de la Mezcla Una forma de mejorar la mezcla es mediante la colocación de varios rodetes, cuando se tiene un tanque alargado con alturas de líquidos significativamente superiores al diámetro del tanque.Esto produce una mayor presión hidrostática en el fondo del recipiente y permite un mayor tiempo de contacto de las burbujas de aire con el líquido conforme ascienden.La distancia entre rodetes debe ser: 1 o 1,5 veces el diámetro del rodete.

Agitacion-digestor

Flujo circular En este tipo de flujo, el líquido se mueve de manera laminar y existe poca mezcla entre el fluido situado a diferentes alturas del tanque; el fluido circular tiende a su vez a formar vórtices. A velocidades altas de rotación el vórtice puede alcanzar incluso la parte inferior del rodete por lo que el gas del ambiente se introduce en el líquido.En el diseño de tanques agitados, la prevención del flujo circular es indispensable y se consigue mediante la instalación de deflectores que interrumpen el flujo circular y crean turbulencias en el fluido.

A continuación se muestran otros problemas que se pueden dar en un tanque agitado:

Cuando no se presentan remolinos, el tipo de flujo específico depende del tipo de rodete:

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Los agitadores de hélice impulsan el líquido hacia el fondo del tanque, desde donde la corriente se extiende subiendo por las paredes y retornando hacia la hélice. Se emplean cuando se desean intensas corrientes verticales, por ejemplo para mantener en suspensión partículas sólidas pesadas. No se emplean cuand la viscosidad del líquido es superior a los 5.000 centipoises.

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Los agitadores de paletas producen un flujo radial intenso en el plano próximo a las palas, pero prácticamente no dan lugar a corrientes verticales. Estos agitadores no son eficaces para mantener sólidos en suspensión.

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Los agitadores de turbina impulsan al líquido radialmente contra las paredes laterales del tanque, desde donde la corriente se divide, una parte fluye hacia arriba y otra parte hacia el fondo, retornando ambas al rodete. Por lo que producen dos corrientes de circulación separadas. Dan excelentes resultados en la mezcla de líquidos que tienen aproximadamente la misma densidad relativa.

En el siguiente video se muestran algunos diseños de rodetes existentes en el mercado, dependiendo de las propiedades fisicoquímicas del fluido (vicsocidad, densidad, volumen, etc) asi como tambien de la geometría del tanque y las condiciones de flujo.

Formas de evitar remolinos:

Colocando el agitador fuera del eje central del tanque. En tanques pequeños se debe colocar el rodete separado del centro del tanque, de tal manera que el eje del agitador no coincida con el eje central del tanque. En tanques mayores el agitador puede montarse en forma lateral, con el eje en un plano horizontal, pero no en la dirección del radio.

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· Instalando placas deflectoras. Estas son placas verticales perpendiculares a la pared del tanque. En tanques pequeños son suficientes 4 placas deflectoras, para evitar remolinos y formación de vórtice. El ancho de las placas no debe ser mayor que un doceavo del diámetro del tanque. Cuando se usan agitadores de hélice, el ancho de la placa puede ser de un octavo del diámetro del tanque. Si el eje del agitador está desplazado del centro o inclinado, no se necesitan placas deflectoras. Cuando no se presentan remolinos, el tipo de flujo específico depende del tipo de rodete: · Los agitadores de hélice impulsan el líquido hacia el fondo del tanque, desde donde la corriente se extiende subiendo por las paredes y retornando hacia la hélice. Se emplean cuando se desean intensas corrientes verticales, por ejemplo para mantener en suspensión partículas sólidas pesadas. No se emplean cuando la viscosidad del líquido es superior a los 5.000 centipoises. · Los agitadores de paletas producen un flujo radial intenso en el plano próximo a las palas, pero prácticamente no dan lugar a corrientes verticales. Estos agitadores no son eficaces para mantener sólidos en suspensión. · Los agitadores de turbina impulsan al líquido radialmente contra las paredes laterales del tanque, desde donde la corriente se divide, una parte fluye hacia arriba

y otra parte hacia el fondo, retornando ambas al rodete. Por lo que producen dos corrientes de circulación separadas. Dan excelentes resultados en la mezcla de líquidos que tienen aproximadamente la misma densidad relativa. BIBLIOGRAFIA:       

http://www.unizar.es/dctmf/jblasco/aft/PRACTICAS/AFT-P2.pdf 2. http://personal.us.es/mfarevalo/recursos/tec_far/mezclado_solidos.pdf 3. http://www.monografias.com/trabajos15/mezclado/mezclado.shtml 4. http://es.pdfcoke.com/doc/18417412/2-OPERACIONES-UNITARIAS