Dr. Jorge Ramírez M. 

Enero 2009 

Presenta: 

Agitadores   de   bajo   corte   como alternativa para el ahorro de energía 

Colaboradores: Dr. Rubén Dorantes R. Fernando Borjón V.

•  Motivación •  Objetivos •  Alcance del trabajo •  Fundamentos •  Curvas de potencia •  Resultados •  Conclusiones 

Contenido Contenido

• •  La La  agitaci agitació ón n  y y mezclado mezclado  es com es comú ún en los procesos n en los procesos productivos industriales. productivos industriales. 

• •  Representa  hasta  el Representa  hasta  el  70%  de  la 70%  de  la  energ energí ía a  total total consumida consumida ( (ej ej. . industria industria de de pinturas pinturas). ). 

• •  Un  mezclado  en  exceso  puede  ocasionar  no  s Un  mezclado  en  exceso  puede  ocasionar  no  só ólo lo desperdicio  de  energ desperdicio  de  energí ía a,  sino  tambi ,  sino  tambié én  ser n  ser  contra contra­ ­ producente producente ( (Harnby Harnby y col., 2001 y col., 2001). ). 

• •  Un  inadecuado  entendimiento  del mezclado  cuesta Un  inadecuado  entendimiento  del mezclado  cuesta en  los procesos  industriales de USA entre en  los procesos  industriales de USA entre  $1 y  10 $1 y  10 Billones/A Billones/Añ ño o ( (Tatterson Tatterson and and Calabrese Calabrese, 1989 , 1989). ). 

Motivaci Motivació ón n

Objetivo Objetivo Motivados  por  un  uso  m Motivados  por  un  uso  má ás  eficiente  de  la  energ s  eficiente  de  la  energí ía a el elé éctrica  en  procesos  de  agitaci ctrica  en  procesos  de  agitació ón  de  fluidos,  se n  de  fluidos,  se pretende: pretende:  “ “difundir  las  ventajas  que  representa  en difundir  las  ventajas  que  representa  en ciertas aplicaciones el uso de agitadores de bajo corte ciertas aplicaciones el uso de agitadores de bajo corte (alta  eficiencia)  respecto  a  los  agitadores (alta  eficiencia)  respecto  a  los  agitadores convencionales de paletas inclinadas convencionales de paletas inclinadas” ”. .

Alcance del tr abajo Alcance del tr abajo Presentar  un  estudio  comparativo  del  desempe Presentar  un  estudio  comparativo  del  desempeñ ño o entre  un  agitador  convencional  de  cuatro  paletas entre  un  agitador  convencional  de  cuatro  paletas inclinadas  y  uno  de  bajo  corte  fabricado  por inclinadas  y  uno  de  bajo  corte  fabricado  por Chemineer Chemineer. . 

Fig. : (a) Agitador de cuatro paletas inclinadas, (b) Agitador d Fig. : (a) Agitador de cuatro paletas inclinadas, (b) Agitador de bajo corte de tres paletas e bajo corte de tres paletas inclinadas y puntas curveadas fabricado por inclinadas y puntas curveadas fabricado por Chemineer Chemineer (HE (HE­ ­3) 3)

Potencia mec Potencia mecá ánica inyectada a un fluido incompresible (P) = nica inyectada a un fluido incompresible (P) = 

Bombeo Bombeo  Turbulencia Turbulencia 

Esquema de jerarqu Esquema de jerarquí ía autosemejante a autosemejante de la turbulencia estacionaria de la turbulencia estacionaria 

(Richardson, 1920 (Richardson, 1920) ) 

+ + 

= = Tasa de aumento de energ Tasa de aumento de energí ía interna a interna por disipaci por disipació ón viscosa (J/s) n viscosa (J/s) 

3 5 n p P =N ρN D  (Oldshue, 1983) (Oldshue, 1983) [ ] n 

p  3 5 p 

P  = Re , N ρN D 

N f

=  

2 D N Re= ρ µ 

Donde: Donde:

Curva de potencia de diferentes impulsores Curva de potencia de diferentes impulsores 

Régimen viscoso 

Régimen de transición Régimen turbulento 

(Fasano y col., 1999)

10 2  10 3  10 4  10 5  10 6 0.0 

0.5 

1.0 

1.5 

2.0 

N  p =P  n

 / ρ N 3  D 5 

Impulsor común de cuatro paletas planas inclinadas 

Impulsor de tres paletas inclinadas de bajo corte 

Número de Reynolds D/T=0.2  D/T=0.3  D/T=0.4  D/T=0.5 

Comparaci Comparació ón de curvas de potencias entre un agitador  n de curvas de potencias entre un agitador  de cuatro paletas inclinadas y el de bajo cor te de cuatro paletas inclinadas y el de bajo cor te

Relaci Relació ón de potencias entre un agitador  de cuatro n de potencias entre un agitador  de cuatro paletas inclinadas y el de bajo cor te paletas inclinadas y el de bajo cor te 

10 2  10 3  10 4  10 5  10 6 2 

3 

4 

5 

6 

7 

8 Relación de potencias 

D/T=0.2  D/T=0.3  D/T=0.4  D/T=0.5 

Número de Reynolds

Aplicaciones industr iales de impulsores ( Aplicaciones industr iales de impulsores (Fasano Fasano y col., 1999 y col., 1999) )

• •  Los  agitadores  de  bajo  corte  tienen  un  menor Los  agitadores  de  bajo  corte  tienen  un  menor consumo  de  energ consumo  de  energí ía  a  una  misma  velocidad  de a  a  una  misma  velocidad  de agitaci agitació ón y/o dan un mayor bombeo. n y/o dan un mayor bombeo. 

• •  En En  reacciones reacciones  limitadas limitadas por por  transferencia transferencia de de calor calor o o en en  mezclado mezclado  de de  l lí íquidos quidos  miscibles miscibles,  un  mayor ,  un  mayor bombeo bombeo  acorta acorta  el el  tiempo tiempo  del del  proceso proceso  (i.e.  se (i.e.  se disminuye disminuye  la la  energ energí ía a  el elé éctrica ctrica  total total  usada usada  para para agitar agitar). ). 

• •  Los  agitadores  de  bajo  corte  representan  una Los  agitadores  de  bajo  corte  representan  una alternativa viable para el ahorro de energ alternativa viable para el ahorro de energí ía el a elé éctrica ctrica en algunos procesos de agitaci en algunos procesos de agitació ón industrial. n industrial. 

Conclusiones Conclusiones

•  Fasano, J. B., Bakker, A. and Penney, W.R. Advanced impeller geometry boosts liquid agitation. Advanced Liquid Agitation, Chemineer, USA. Reprinted with permission from Chemical Engineering, May 1999. 

•  Harnby, N., Edwards, M. F. and Nienow, A. W. (2001). Mixing in the Process Industries, Butterworth­ Heinemann, Oxford, UK. 

•  Oldshue, J. Y. Fluid Mixing Technology. McGraw­Hill Publications. New York, N.Y., USA, 1983. •  Tatterson, G. and Calabrese, R. (eds.) (1989). Industrial Mixing Research Needs. AIChE, New York, USA. 

Bibliograf Bibliografí ía a