AGITADORES


Son dispositivos impulsados por un rodete que se utilizan para homogenizar una solución que se encuentra en un recipiente. Es importante mencionar que el tipo de agitador se debe elegir de acuerdo a la viscosidad del fluido a agitarse.










La agitación consiste en inducir a que un fluido adquiera un movimiento dentro de un recipiente por medio de la utilización de instrumentos mecánicos llamados agitadores. La mezcla es una distribución al azar de dos o más fases inicialmente separadas, creando un cierto tipo de flujo dentro del sistema, haciendo que el líquido circule por todo el recipiente y vuelva al agitador; así nace la importancia en las industrias alimenticias, química, farmacéutica, cosmética, de pinturas, entre otras; en donde sus procesos de fabricación involucran operaciones como: suspensión, disolución, dispersión, emulsión, mezclado, homogeneización, circulación, dilución, empastado, rompimiento de partícula, etc.


Conceptos generales




Agitación Química

La agitación química es el movimiento caótico que tienen las moléculas dependiendo de la temperatura y del estado de agregación, por movimiento caótico se entiende un movimiento no ordenado, cada una se mueve en un sentido y constantemente están cambiando su dirección y sentido de movimiento.
Dependencia con la TemperaturaLa dependencia con la temperatura es directamente proporcional, es decir, a mayor temperatura, mayor agitación térmica y viceversa.
Dependencia con el Estado de AgregaciónLa dependencia con el estado de agregación está ligado a las interacciones intermoleculares en el estado gaseoso, líquido y sólido.
En estado gaseoso, existe menor interacción intermoleculares y las moléculas son "más libres" de moverse como quieran; mayor agitación térmica.
En estado sólido, las interacciones moleculares son mayores y la agitación térmica puede ser una simple vibración.
En estado líquido, es un intermedio entre el estado gaseoso y sólido


Agitador

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Figura 1: Agitador de Hélice
Es un dispositivo impulsado por un rodete que se utiliza para homogenizar una solución que se encuentra en un recipiente. Es importante mencionar que el tipo de agitador se debe elegir de acuerdo a la viscosidad del fluido a agitarse.
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Figura 2: Viscosidad al Agitarse
Esfuerzos generados en un Agitador
Cuando un agitador se pone en marcha y comienza a girar, ejerce un empuje sobre el fluido y como consecuencia se genera un esfuerzo axial que siempre tiene sentido contrario al flujo del fluido y la dirección del árbol de rotación.
¿Cómo afecta este esfuerzo al agitador?El esfuerzo axial debe ser absorbido por compresión o tracción por el árbol y el reductor y los amarres deben ser capaces de soportar dicho esfuerzo.Además del esfuerzo axial, la hélice al girar genera un esfuerzo perpendicular a la pala o alabe denominado radial. Los esfuerzos sobre cada pala varían debido al desequilibrio generado. La resultante de estos esfuerzos es el esfuerzo radial.Esta fuerza radial genera un momento sobre el árbol, que en el apoyo toma el valor:
M= Fr x L
Siendo:Fr = la fuerza radialL = la longitud sobre el árbol.

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Figura 3: Esfuerzos en un Agitador


Tipos de agitadores


Los agitadores se dividen en dos clases:
  1. Los que generan corrientes paralelas al eje del agitador, son llamados agitadores de flujo axial.
  2. Los que dan origen a corrientes en dirección tangencial o radial, son llamados agitadores de flujo radial.

Los tres tipos principales de agitadores utilizados en la industria son, de hélice, de paletas, y de turbina. En algunos casos también son útiles agitadores especiales, pero con los tres tipos antes citados se resuelven, quizás, el 95% de los problemas de agitación de líquidos.

Agitadores de Hélice


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. 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. 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.
Algunos agitadores de turbina típicos, se muestran a continuación:
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Agitadores tipo Hélice

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.



Agitadores De Paletas
Para problemas sencillos, es un agitador eficaz está formado por 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 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.
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Figura 3: Agitadores de Paletas

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. 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.
Están compuestos por un componente impulsor con más de cuatro hojas montadas sobre un mismo elemento y fijas a un eje rotatorio., en general son más pequeñas que las palas, midiendo entre el 30 y 50% del diámetro del tanque. Alcanzan velocidades de 30 a 500 rpm.

Algunos agitadores de turbina típicos, se muestran a continuación:

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El agitador de turbina semiabierto, conocido como agitador de disco con aletas, se emplea para dispersar o disolver un gas en un líquido. El gas entra por la parte inferior del eje del rodete; las aletas lanzan las burbujas grandes y las rompen en muchas pequeñas, con lo cual se aumenta grandemente el área interfacial entre el gas y el líquido


  • Parámetros de Diseño de la Turbina


Recomendaciones
Relación diámetro - altura

2d

h
volumen
Se llena de 75% a 80% del tanque,
Diámetro del disco
aproximadamente 75% di
Número de hojas
Es recomendable la utilización de 6-8-12El software académico solo simula con 6
Angulo de inclinación
Pitch angle = angulación de las paletas = 90°
Width of blade (ancho de la hoja)
W= 20% di
Length of blade ( largo de la hoja)
L=25%
Dist. From bottom (distancia desde la parte inferior)
1/3 del diámetro del tanque
Diametro turbina
di= 1/3 d
donde :di= diámetro turbina(impulsor)
d=diámetro del tanque
h=altura del tanque

Tanque.
Elegir que tipo de tanque
  • Con chaqueta
  • Con serpentín

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Ejemplos


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 siguiente figura muestra la dirección que toma el fluido dentro del tanque, en este caso en un flujo axial.

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Figura 4: Dirección del Flujo dentro del Tanque
En la presente figura siguiente se muestra la dirección de flujo dentro de un tanque, aquí el flujo es radial.
Generalmente el equipo de agitación 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. La altura del líquido, es aproximadamente 75%-80% del volumen total del tanque.

Propósitos de la Agitación

  • Suspención de partículas sólidas
  • Mezclado de líquidos miscibles.
  • Dispersión de un gas a travéz de un líquido en forma de pequeñas burbujas.
  • Disperción de un segundo líquido, inmiscible con el primero, para formar una emulsión o suspención de gotas finas.
  • Promoción de la transferencia de calor entre el líquido y un serpentín o un encamisado.

Procesos:
  • Procesos de emulsión para producir productos estables
  • Suspensión de partículas sólidas en líquidos de baja viscosidad
  • Dispersión de sólidos finos en líquidos de alta viscosidad
  • Dispersión de gases en líquidos
  • Contacto gas-sólido-líquido en reacciones químicas catalíticas

Rango de viscosidades para agitadores
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Figura 5: Rango de Viscosidades para Agitadores

Recomendaciones

  • Agitadores tipo hélice utilizar para fluidos poco viscosos.
  • Distancia entre los extremos de las paletas = 1/3 del diámetro del tanque
  • Diámetro del disco = 75% de la distancia entre los extremos de las paletas
  • Anchura = 20% de la distancia entre los extremos de las paletas
  • Longitud = 25% de la distancia entre los extremos las paletas
  • Velocidad angular para agitadores tipo hélice pequeños entre 1.150-1.750 rpm y los más grandes giran entre 400-800 rpm.

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Datos proporcionados por el usuario

  • Viscosidad del fluido a agitarse
  • Velocidad del rodete
  • Potencia
  • Diámetro del disco
  • Tip diameter
  • Anchura
  • Longitud
  • Dirección del movimiento
  • Paletas

Aplicación en VISIMIX


Los agitadores en reactores son utilizados para diversos fines, los mismos que son:
  • Suspender partículas sólidas.
  • Mezclar líquidos miscibles
  • Dispersar un gas en un líquido en forma de pequeñas burbujas
  • Dispersar un segundo líquido, inmiscible con el primero, para formar una emulsión o suspensión de gotas diminutas
  • Transferencia de calor entre el líquido y un serpentín o encamisado
  • Favorecer la velocidad de reacción
  • Promoción de la transformación de calor entre el líquido y un serpentín o encamisado.
Al ser el visimix un programa que simula agitadores ofrece varias opciones de agitadores.
Hay que tomar en cuenta que el la versión gratuita solo estan actibados el de paleta y el de helice marina.



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Agitadores De Paletas: Para problemas sencillos, un agitador eficaz está formado por 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 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.

Después de haber escogido el tanque que se va a utilizar aparece una ventana en donde se escoge el impulsor (impeller), para escoger el mejor hay que para el proceso de mezclado que se va a dar, para hacer esta elección hay que tomar en cuenta la viscosidad del fluido por ejemplo para un fluido muy viscoso el impeller que se puede usar es el anchor/frame. En el caso de que no sepa que agitador usar el Visimix ofrese la facilidad de crear otra simulación (un clon) con las mismas características y en este se puede probar otro impeller, y aquí se puede ver cual da un mejor mezclado.

Relaciones de Dimensiones:

Las relaciones de las dimensiones del agitador de tipo de ancla son las siguientes:
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Donde:
Dt: Diámetro del Recipiente o reactor
Di: Diámetro del Agitador Tipo Ancla
C: Distancia entre uno de los brazo y la pared del recipiente
Hi: Altura de uno de los brazo del Agitador Tipo Ancla
HL: Altura del Liquido agitado
Wi: Ancho de uno de los brazos del Agitador Tipo Ancla

Aplicaciones

 Confitería (chocolates)
 Productos de la panadería
 (masas para hacer pan)
 Productos farmacéuticos
 Gomas dentales
 Especias secas
 Cosméticos
 Mezclas herbarias
 Mezclas de bebidas
 Mezclas de sopa
 Industria química
 Industria de productos lácteos y alimentarios: El agitador se utilizará principalmente en servicios temporales. Se puede utilizar para mezclar yogurt en 3 o 4 min. El material de construcción se trata de acero inoxidable.