Fundamentos para el diseño y selección de agitadores mecánicos

Abstract

La agitación y mezcla de fluidos son operaciones comunes en los procesos químicos e industriales afines, por lo tanto, es necesario realizarlas de manera eficaz. Aunque se confunden con frecuencia, agitación y mezcla no son sinónimos. La agitación se refiere al movimiento inducido de un material, en una forma determinada, generalmente circulatoria y dentro de algún tipo de recipiente. La mezcla, en cambio es la distribución al azar de día o más fases inicialmente separadas. Puede alistarse una sola sustancia homogénea, como un recipiente con agua, pero no puede mezclarse a monos que se añada alguna otra sustancia. Generalmente, estas dos operaciones son estudiadas como un medio para lograr otras operaciones tales como: dispersión, combinación, transferencia de calor o reacciones químicas, y por eso se conoce más libre estes procesos finales más que en las operaciones de agitación y mezcla mismas. Por eso, aquí se van a considerar los principios generales ba­jo los cuales es posible entender un poco más sobre estas operaciones y en especial sobre la agitación de líquidos. La agitación de líquidos puede ser dividido de acuerdo a la consistencia de la masa en: agitación de liquides Newtonianos o y No-Newtonianos. La viscosidad de un líquido Newtoniano es independiente del corte al cual puede estar sujeto. Así, aunque los esfuerzos o tensiones cortantes varíen grandemente a través del líquido agitado en un recipiente, la viscosidad será la misma· en todos los puntos del recipiente. En contraste, la viscosidad aparente de un líquido No-Newtoniano en cualquier punto del recipiente, depende de la magnitud del esfuerzo cortante o del gradiente de velocidad en ese punto y hasta puede depender de los antecedentes del líquido. Por lo expuesto es mejor separar las consideraciones para estos dos tipos de líquidos. La forma más ampliamente usada para agitación y mezcla de lí­quidos es por medio de los agitadores mecánicos. Estos son elementos montados en un eje, horizontal, vertical o inclinado que actúan por energía mecánica. Existen infinidad de diseños y montajes de agitadores debidos la amplitud de aplicaciones, llegando a veces a cumplir varios fines simultáneamente. Debido a esto, hacer un estudio de la di­versidad de sistemas con agitadores mecánicos ocuparía mucho espacio. Además, considero que es mejor dar lineamientos generales y de esto, lograr un buen diseño de un sistema agitador que cumpla con las condiciones de operación. En este trabajo se tratará de metodizar y presentar en forma útil, datos y métodos cuantitativos para selección y diseño de los más comunes sistemas de agitación de líquidos. Se van a considerar los principios involucrados en la selección de la configuración apropiada del agitador, así como, para la obtención de la velocidad y potencia necesaria para satisfacer un problema específico de agitación. Para lograrlo se hará uso del análisis dimensional; aplicando la similaridad para obtener ecua­ciones útiles para el cálculo de la potencia, así como ciertes relaciones teóricas y empíricas. Al hacer uso de las ecuaciones derivados del análisis dimensional, hay que tener presente los efectos de los cambios que puedan, haber entre los modelos ex­perimentales y el sistema de agitación real. Un diseño completo debe considerar la naturaleza del problema de agitación, las propiedades del fluido en el sistema y la economía del diseño del agitador y de su instalación. Está es una tarea complicada y aquí se discutirá solamente para hacer un diseño preliminar. Por último, se tratará de dar a conocer las maneras como se podrían construir aparatos de laboratorio para el estudio de la agitación y de métodos de obtener datos útiles.