Cómo Diseñar Agitadores Para Respuesta de Proceso Deseado

5/26/2018 Cmo Disear Agitadores Para Respuesta de Proceso Deseado

1/23

INSTITUTO TECNOLGICO DE CIUDAD MADERO

DEPARTAMENTO DE INGENIERA QUMICA Y

BIOQUMICA

PROCESOS DE SEPARACIN I

TAREA 16

Artculo 4. Cmo disear agitadores para respuesta de proceso deseado

Cruz Flores Nallely 1107

Franco Andrade Abigail 11070875

Gonzlez Jacobo Rosa Areli 11070972

Osorio de Len Silvia Stephanie 11071255

Velasco Gmez Samuel 11071513

14 de Octubre de 2013


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INDICE

PGINA

Objetivo general 1

Objetivo especfico 1

Objetivo de la publicacin. 1

Artculo 4. Cmo disear agitadores para respuesta de proceso

deseado..

24.1 Clasificacin del problema 2

4.2 Tamao y dificultad. 2

4.3 Resultado de proceso requerido.. 3

4.4 Respuesta dinmica requerida. 5

4.5 Seleccin de la unidad de agitacin.... 6

4.6 Diseo de impulsor del sistema.. 9

4.7 Ejemplos ilustran el anlisis de diseo 11

4.7.1 Ejemplo 1. 11

4.7.2 Ejemplo 2. 12

4.7.3 Ejemplo 3. 13

4.8 Anlisis de potencia/velocidad relacin de agitadores de turbina

4.9 Cuestionario.

15

19

Bibliografa 21


3/23

1

Objetivo general

Adquirir y desarrollar el conocimiento para determinar la velocidad y potencia de un

agitador para la respuesta del proceso deseada.

Objetivo especfico

La eficaz agitacin de fluidos para mezcla y movimiento requiere un anlisis detallado de

la capacidad, la respuesta de viscosidad para el sistema de fluido, con el fin de encontrar la

energa y la velocidad del eje agitador y el tamao correspondiente del impulsor de la

turbina.

Objetivo de la publicacin

Nuestro propsito en este artculo ser hacer hincapi en un procedimiento de diseo para

problemas prcticos en las industrias de proceso qumico que implica mezcla y

movimiento.

Para entender la necesidad de un enfoque organizado que vamos a seguir los pasos

indicados en el diagrama de lgica 1,al decidir sobre un agitador para mezclar y el

movimiento de problemas de diseo. Esta ilustracin representa una porcin del diagrama

de flujo lgica general presentado originalmente en la parte 1 de esta serie. Vamos a

revisar el diseo mecnico de unidades de disco, ejes y sellos y evaluaciones econmicas,

en el futuro los artculos de esta serie, aqu, limitaremos nuestra exposicin a

procedimientos para mezclar y movimiento e incluyendo el diseo del sistema impulsor.


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2

Artculo 4. Cmo disear agitadores para respuesta de procesodeseado.

4.1 Clasificacin del problema

El procedimiento de diseo para mezclar y movimiento se aplica a problemas de agitacin

donde los lquidos se comportan como una sola fase y donde debe producirse un nivel

previsible del movimiento del lquido de frenos. Por ejemplo, un problema tpico de

mezclado puede requerir la mezcla a la uniformidad de los lquidos de viscosidad, densidad

o concentracin. Por otro lado el movimiento del lquido problema puede requerir calor

convectivo mejoradolos coeficientes de transferencia para facilitar la extraccin de calor

de un fluido a reaccionar.

El agitador diseo lgica para mezclar y el movimiento tambin se aplica a algunos

sistemas de dos fases que muestran un comportamiento monofsico. Un ejemplo sera los

lquidos que contienen una concentracin muy pequea de slidos con velocidades de

sedimentacin muy lentas.

Es igualmente importante al estado donde la mezcla y movimiento la lgica no es

aplicable. los procedimientos descritos en este artculo no se aplican a problemas como la

dispersin de lquidos inmiscibles, o la mezcla de altamente no fluidos newtonianos.

Siguiendo la lgica de diseo de la figura 1 Vamos a analizar cada uno de los

componentes que ah bajo la magnitud de la partida del problema de agitacin.

4.2 Tamao y dificultad

El tamao de un problema de mezcla y movimiento se indica mediante el producto

mximo de la gravedad especfica del lquido Sg y el volumen del lquido V, al ser agitada.El producto de estas dos cantidades se denomina el volumen equivalente Veq y es medida

de la masa total del sistema:

Veq = SgV

La gravedad de un problema de mezcla y el movimiento est indicada por la viscosidad

mxima de la viscosidad del lquido es la variable principal en problemas de mezcla y el

movimiento que implica el uso de agitadores de turbina de palas inclinadas.


5/23

3

4.3 Resultado de proceso requerido

El propsito final de un agitador de turbina es archivar el resultado de un proceso deseado.

Sin embargo a menudo es difcil sealar el resultado del proceso con precisin o relacionar

ese resultado con un agitador especfico. Por lo tanto, la lgica de diseo comienza con la

seleccin de una adecuada respuesta dinmica seguida por el diseo de agitadores que dar

respuesta.

Mezcla y movimiento

Volumen equivalente

Viscosidad

Velocidad de reaccin tiempo de mezcla,tasa de transferencia de calor

Velocidad del fluido a granel

Escala de agitacin

Potencia y velocidad del eje

Geometra del sistema

Diseo del impulsor: flujo axial

Figura 1: La lgica de diseo de mezcla y Clasificacin de movimiento


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4

Tabla I. Requisitos de proceso para establecer el grado de agitacin para mezcla ymovimiento.

Escala de

agitacin

Velocidaddel

fluido a

granel

Descripcin

1 6

Los niveles de agitacin 1 y 2 son caractersticos de

aplicaciones que requieren velocidades mnimas de fluido para

archivar el resultado del proceso

1 6Agitadores capaces de Nivel 2 Mezcla de lquidos miscibles a launiformidad si las diferencias especficas de gravedad estn a

menos de 0,1.

2 12

Mezcla de lquidos miscibles uniformidad si la viscosidad de la

ms viscoso es menos de 100 veces el de la otra. Establecer el

control de lotes de fluido completo.

Producir un piso, pero movindose la superficie de lote de

fluido

3 18

Los niveles de agitacin de 3 a 6 son caractersticos de la

velocidad del fluido en la mayora de las industrias de procesos

qumicos de agitacin por lotes.

4 24

Agitadores capaces de nivel 6

Mezcla de lquidos miscibles a la uniformidad de las diferencias

especficas-gravedad son menos de 0.6

5 30Mezclar a la uniformidad fluidos miscibles si la viscosidad de la

mayora es menos de 10.000 veces mayor que la de la otra.

6 36

Suspender los slidos trazas (


7/23

5

7 42

Los niveles de agitacin 7 a 10 son caractersticos de

aplicaciones que requieren alta velocidad de fluido para el

resultado del proceso, tales como en reactores crticos.

8 48Agitadores capaces de nivel 10 ser: Si

las diferencias de gravedad especfica estn a menos de 1,0

9 54Mezclar a la uniformidad fluidos miscibles si la viscosidad del

ms viscoso es de menos de 100.000 veces la de la otra.

10 60

Suspender slidos trazas (


8/23

6

miscible de fluido, la viscosidad de baja superficie de control por lotes de actividad y otros

resultados del proceso. Estos niveles de escala no estn destinados a servir como puntos de

diseo, sino que indican las capacidades de las distintas intensidades de agitacin. Mientras

que los niveles de escala adyacentes son claramente diferentes en respuesta dinmica

(diferencias de velocidad a granel de 6 pies/min), puede que no sea posible distinguir los

resultados del proceso que los niveles de rendimiento adyacente escala.

4.5 Seleccin de la unidad de agitacin

Dado que la potencia del motor primario y la velocidad del eje son los medios ms

prcticos para especificar agitadores de turbina, es conveniente estimar estas relaciones

para varios volmenes y viscosidades equivalentes para las 10 escalas de agitacin en

forma de tabla. Resumiendo ejemplos de tablas de seleccin de agitador mostrados en las

tablas II y III. La tabla II consta de la seleccin de fluidos que tienen viscosidades de

5,000 cp; y la Tabla III, viscosidades de 25,000 cp. Los clculos realizados por

computadora usa un programa generador de Tablas I y II. Para un anlisis de relacin

potencia/velocidad, para agitadores de turbina, ver el material en el recuadro de la pgina

siguiente.

Podemos usar la Tabla II y III para hacer una primera aproximacin de potencia yvelocidad de un agitador de turbina para fluidos que tienen viscosidades distintas de 5,000

o 25,000 cp. Es posible la interpolacin entre estas tablas.

Los caballos de fuerza y las velocidades del eje que se muestran, reflejan los agitadores

disponibles en la industria. Por ejemplo, la seleccin 10/84 indica un agitador de 10 hp a

una velocidad del eje de 84 rpm. Los caballos de fuerza son las de los tamaos estndar de

motor primario. Las velocidades del eje son los disponibles comnmente del motor

primario (1750 rpm, 1, 150 rpm, etc.) en combinacin de las relaciones de transmisin

estndar AGMA.


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7

Potencia del motor primario y velocidad del eje hp/ rpm (Viscosidad = 5,000 cp) Tabla II

Escala deagitacin

Volumen equivalente, gal.

500 1, 000 2, 000 5, 000 10,

000

30, 000 100,

000

300,

000

1 1/280 2/280 2/190 2/100 3/84 7.5/84 20/100 75/1251/190 1/100 5/56 15/68 50/84

3/37 10/45 30/457,5/37 20/37

2 2/280 2/190 2/125 5/125 5/125 15/155 25/84 60/841/190 1/100 2/84 3/84 5/84 10/84 20/68 50/68

1,5/84 3/68 3/68 7,5/68 15/45 40/562/45 2/45 5/45 10/37 30/37

3 2/190 2/125 3/84 7.5/125 15/155 25/84 60/84 125/681/100 1.5/84 1.5/84 5/100 10/84 20/68 50/68 100/56

5/84 7.5/68 15/45 40/56 75/453/56 5/45 10/37 30/37 75/37

4 2/125 2/84 5/125 10/84 25/125 40/84 75/68 250/841.5/84 1.5/56 3/68 7.5/68 20/100 30/68 60/56 200/68

3/56 5/45 10/45 25/56 50/45 150/452/45 3/37 7.5/37 20/37 40/37 125/37

5 3/125 5/125 7.5/125 15/100 20/68 60/84 125/68 300/682/84 3/84 5/84 10/68 15/68 50/68 100/56 250/56

7.5/45 15/56 40/56 75/45 200/4510/37 30/45 75/37 150/30

6 2/68 5/100 15/155 25/125 30/100 75/84 250/84 400/561.5/66 3/68 10/100 20/100 25/84 50/56 200/68 350/45

3/56 7.5/84 10/56 15/45 30/37 150/56 250/372/45 3/37 7.5/37 25/30 125/45 200/30

7 3/84 7.5/125 10/84 15/68 40/84 75/68 300/1005/84 7.5/68 30/68 60/56 150/45

5/45 10/45 25/56 50/45 125/3710/37 20/45 40/37 100/30

8 5/125 10/125 10/68 30/100 50/100 150/100 300/687.5/100 7.5/56 25/84 20/37 100/68 250/56

20/68 200/4515/45 150/37

9 7.5/155 15/155 15/84 50/155 80/84 150/84 150/305/100 10/100 10/56 40/100 50/84 125/68 125/255/84 7.5/84 7.5/45 40/56 100/56 100/20

30/45 75/4510 10/155 10/84 30/155 50/100 75/100 200/68 400/56

7.5/125 7.5/68 25/125 40/84 50/68 75/37 350/4520/100 30/68 30/37 60/30 250/3715/68 25/56 25/30 50/25 200/30


10/23

8

Potencia del motor primario y velocidad del eje hp/ rpm (Viscosidad = 25,000 cp) Tabla III

Escala deagitacin

Volumen equivalente, gal.

500 1, 000 2, 000 5, 000 10, 000 30, 000 100,

000

300,

000

1 1.5/125 2/125 2/84 7.5/125 15/155 25/125 75/125 150/1001/100 1.5/84 1.5/56 5/100 10/100 20/100 50/84 100/68

5/84 7.5/68 15/68 30/453/56 5/45 10/45 20/37

2 2/190 3/84 5/125 10/84 20/100 30/100 60/84 125/682/125 2/84 3/84 7.5/68 15/68 25/84 50/68 100/561.5/84 1.5/56 3/68 5/45 10/84 20/68 40/56 75/45

2/45 3/37 10/45 15/45 30/37 75/37

3 3/84 5/125 15/155 20/100 25/84 60/84 125/68 200/452/84 5/84 7.5/68 15/68 20/68 50/68 100/56 150/45

1.5/56 3/68 5/45 10/45 15/45 40/56 75/45 150/302/45 3/37 7.5/37 10/37 30/37 75/37 125/37

4 5/125 7.5/84 10/84 30/100 40/84 75/68 250/84 400/565/100 5/56 7.5/45 25/84 30/68 60/56 200/68 30/453.68 20/68 25/56 50/45 150/56 250/373/56 10/37 20/37 40/37 125/37 200/30

5 7.5/125 15/155 25/125 75/190 60/84 200/125 150/45 350/455/84 10/100 20/100 60/155 50/84 150/100 150/37

10/84 15/84 40/100 40/56 100/68 125/377.5/68 10/56 15/45 30/45 75/45 100/30

6 10/125 20/155 25/100 40/84 75/100 150/68 300/687.5/84 15/125 15/68 30/68 50/68 125/68 250/56

15/56 25/56 30/37 100/56 200/4510/45 20/37 25/30 75/37 150/30

7 15/155 25/155 40/155 75/125 75/68 150/68 150/4510/100 15/84 30/100 50/84 60/56 75/30

25/84 30/45 50/4520/68 40/37

8 20/155 30/155 50/155 75/100 100/84 250/84 400/5615/125 25/125 40/125 60/84 75/56 200/68 350/45

20/100 50/68 150/56 250/3740/56 125/45 200/30

9 25/155 40/155 75/190 75/84 150/100 300/10020/125 30/125 60/155 60/68 100/68 150/45

25/100 40/100 50/56 125/3730/68 100/30

10 30/155 40/125 60/125 125/125 150/84 250/5620/84 30/100 50/100 100/100 125/68 200/45

50/84 75/68 100/56 150/3740/84 60/56 75/45 150/30


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9

4.6 Diseo de impulsor del sistema

Para aplicar correctamente las selecciones de agitadores de turbina de la Tabla II y III, es

necesario disear adecuadamente el sistema impulsor. Este diseo incluye el tipo de

turbina, nmero de turbinas, la ubicacin en el lote, y el dimetro del impulsor. Corregir

desconcertante de que el sistema tambin es necesario. Para la mezcla y movimiento, el

tipo de impulsor es una turbina de dos aguas-cuchilla.

La Tabla IV muestra el nmero recomendado de impulsores y su ubicacin en el lote para

la mezcla y el movimiento. Por ejemplo, si el lquido dado tiene una viscosidad de menos

de 25.000 cp y una relacin de la profundidad del lquido al tanque de dimetro (Z / T) de

1,3, una turbina situada en un espacio libre inferior de Z / 3 sera adecuada.

Numero de impelentes para mezcla y movimiento Tabla IV

Viscosidad, cp No. De

impelentes

Espacio del impulsor* Proporcin mxima,

Z/TFondo Alto

Arriba de 25,000 1 Z/3 - 1.4

Arriba de 25,000 2 T/3 (2/3)Z 2.1

>25,000 1 Z/3 - 0.8

>25,000 2 T/3 (2/3)Z 1.6* Z = profundidad del lquido; T = Dimetro del recipiente

Los parmetros que afectan a la potencia de la turbina se tratan en la Parte 2 de esta serie

(Chem. Eng.. 05 de enero 1976, pp 140-143). En el rgimen de flujo turbulento, el nmero

de potencia se convierte en constante a un alto nmero de Reynolds. Sobre la base de la

ecuacin. (19) en la Parte 2, se obtiene una expresin para la primera estimacin del

dimetro de la turbina, DT, como:

Dt= 394(Hp/nSgN3) 1/5(2)

Donde Hp es el poder estelar de motor, caballos de fuerza, n es el nmero de la turbina; Sg

es la gravedad especfica del fluido, y N es la velocidad del eje, rpm.

Varios factores de correccin de potencia empate como la proximidad y el espaciamiento

del impulsor se descuidan en este clculo porque son de menor importancia. Sin embargo,


12/23

10

es necesario corregir los efectos de la viscosidad. Para ello, se calcula el nmero de

Reynolds del impulsor de:

NRe = 10.7SgND2/

Cuando Sg es la gravedad especfica del fluido, D es el dimetro del impulsor, i y es la

viscosidad, Cp.

El factor de correccin, CFpara el nmero de Reynolds calculado se obtiene a partir de la

Tabla V, y el dimetro de la turbina corregida se convierte en:

D = DTCF

Correccin del factor de viscosidad para el dimetro de turbina depaletas inclinadas

Tabla V

Numero de Reynolds,

NRe

Factor,

CF

Numero de Reynolds,

NRe

Factor,

CF

700 1.00 150 0.93

500 0.99 100 0.91

400 0.98 80 0.90

300 0.97 70 0.89200 0.95 60 0.88

50 0.87

Las recomendaciones de Baffle para sistemas que requieren de mezcla y el movimiento se

enumeran en la tabla VI.

Recomendaciones de deflectores para mezclado y movimiento Tabla VI

Volumen, gal Viscosidad, cp Deflectores *

5,000 Ninguno

* T = Dimetro del recipiente


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11

4.7 Ejemplos ilustran el anlisis de diseo

4.7.1 Ejemplo 1A

Un tanque de almacenamiento con capacidad de 10000 galones, como el ilustrado en lafigura 4-a, recibe productos de una serie de lotes de reactores. Dicho producto tiene una

gravedad especfica de 1.05 con una variacin mxima de 0.05, la viscosidad es de 49000

cp., y hay una insignificante variacin de la viscosidad entre cada lote. El producto estuvo

en el tanque de almacenamiento al menos dos das. El dimetro del tanque es de 11 ft y 6

in con 12 ft de lado recto. El cabezal superior es plano y el inferior es cncavo y est dado

por ASME std. El agitador ser montado sobre 12 canales de 12 in.

Seleccionar el sistema de agitador para la mezcla de los productos miscibles de los lotes

del tanque.

Solucin: Anlisis de la seleccin del sistema de agitacin

Este problema requiere bajos niveles de movimiento ya que se trata de fluidos miscibles

con diferencias pequeas en la gravedad especfica e insignificantes variaciones de la

viscosidad. La tabla I indica que es apropiado un nivel de la escala de 1 al 2. Puesto que no

se ha declarado ningn grado especfico de uniformidad y su tiempo de residencia ha sidolargo elegimos el mnimo nivel que es 1.

En la tabla II encontramos que para un nivel en

la escala mnima de 1 y con un volumen de

10000 galones, la unidad apropiada de agitacin

es 3/84 (i.e, 3hp en 84 rpm). Una sola eleccin

del agitador no indica una sola combinacin de

potencia/velocidad lo que es apropiado pero en

lugar de eso la eleccin de la turbina y agitador

equivalente se reduce por el tamao de las

maquinas ms pequeas. Completamos el diseo

para el impulsor y el baffling (deflexin) de acuerdo a lo anterior discutido. Los resultados

del diseo se presentan en la tabla VII.


14/23

12

4.7.2. Ejemplo 2

El producto desperdicio de la reaccin con una gravedad especfica de 1.3 y una viscosidad

de 5000 cp. Estando contenidos en un tanque de 5000 gal con una profundidad de 10 in.

Para neutralizar el desperdicio se aade una corriente de cido de 2054 gal con una

gravedad especfica de 1.05 y una viscosidad de 1 cp. esto eleva el nivel del lquido hasta

la lnea tangente superior del tanque, el tanque tiene 96 in de dimetro y cuenta con un lado

recto de 150 in (vase figura 4-b). Los cabezales superior e inferior son cncavos y con

medidas ASME std. Seleccionar el agitador correcto para el sistema.

Solucin: Anlisis de la seleccin del sistema de agitacin

Primero el volumen equivalente es de 6500 galones. Usando la tabla II interpolamos de

5000 a 10000 galones. En la tabla I encontramos que la escala de agitacin de 3 debera ser

la adecuada. De igual manera una escala de 4 debera ser una alternativa lgica porque la

seleccin ser hecha para un volumen equivalente de 5000 galones en lugar de para uno de

6500 galones. Por lo tanto un grado de conservacin es realizado porque la fase acida

diluir el desperdicio hasta una viscosidad menor a 5000 cp. Ya que el radio de Z/T = 1.83

encontramos en la tabla 4 que el sistema requerir el uso de 2 turbinas de navajas

inclinadas. Ahora tenemos la tabla II a una escala de 3 para un volumen equivalente de

5000 gal, para seleccionar las 4 combinaciones de

hp/rpm como se muestra en la tabla VII los

dimetros para turbina estimados para cada una

de las 4 selecciones son para dos sistemas de

impulsores. Mientras el requerimiento de los

deflectores (vase tabla VI) est en el lmite, se

puede asumir que la baja viscosidad del cido

har ms delgado el desperdicio y har los

deflectores recomendables. En este ejemplo, 4

combinaciones hp/rpm son obtenidas. En un

posterior artculo de esta serie lidiando con anlisis mecnicos, mostraremos que 2 de las 4

combinaciones no sern consistentes con los requerimientos de la extensin de flecha.


15/23

13

4.7.3. Ejemplo 3

Un reactor de polimerizacin con un volumen de

1000 galones. El reactor tiene 5 ft de dimetro por

8 ft de lado recto, con una distancia de cabeza

inferior a la superior de 8 in y 6 in de altura de la

boquilla en el cabezal superior.

El tanque est equipado con una chaqueta de agua

de enfriamiento que lo cubre completamente de la

parte superior a la inferior. Los monmeros son

cargados al reactor hasta un nivel de 89 in. as

mismo 50 lb de un catalizador finamente dividido.

La polimerizacin exotrmica inicia y reacciona

isotrmicamente hasta que la viscosidad de todo el

lote alcanza los 25 000 cp. que es cuando la reaccin es detenida y la solucin de polmero

es removida del reactor. Hacer un anlisis preliminar de los requerimientos de agitacin

para el reactor.

Anlisis de los requerimientos de agitacin

Los datos para la geometra del sistema estn dados junto con las variables que afectan el

fluido del lote. Antes de intentar seleccionar un motor para el agitador se necesita realizar

un anlisis de las caractersticas del lote y de los resultados de polimerizacin.

Anlisis en el sistema

Altura del montaje, in 6

Distancia de cabeza, in 8

Gravedad especifica (sg) 0.95

Viscosidad, cp 25,000

Dimetro (T) . in 60


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Primero la presencia de rastro de slidos pueden ser ignorados porque las 50 lb del

catalizador representan menos del 2 % de la carga total, y este catalizador ser aadido

lentamente conforme la viscosidad del lote aumenta con la polimerizacin.

Segundo, la variable principal a manejar por el diseo debe ser la mxima viscosidad quepodra ser alcanzada la cual es 25000 cp.

Tercero, al inicio de la polimerizacin, la viscosidad ser baja y el monmero se agitara o

se arremolinara sin la necesidad de los deflectores mientras la reaccin se est llevando a

cabo, la viscosidad aumentara y la polimerizacin disminuir. Los impulsores establecern

entonces el patrn deseado del flujo, as como el correcto control de todo el lote. Debido a

que la parte critica de la reaccin ocurre en el paso final cuando la viscosidad es alta, no se

recomienda el uso de deflectores.

De la Tabla VI:

Volumen, gal Viscosidad, cp Deflectores *

25,000 Ninguno

Niveles de agitacin de 10 y 7 fueron seleccionados para el anlisis porque estos entran

dentro del rango comnmente asociado con los reactores de este tipo. (Vase tabla I). Las

combinaciones apropiadas de potencia/velocidad para las anteriores escalas son obtenidas

de la tabla III.

De la Tabla I :

Escala de agitacin Descripcin

7 Los niveles de agitacin 7 a 10 son caractersticos de aplicaciones

que requieren alta velocidad de fluido para el resultado delproceso, tales como en reactores crticos.

10 Suspensin de rastros de solidos (


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De la Tabla III:

Volumen, gal. Escala de agitacin Potencia (hp) Velocidad del eje

(rpm)

100010 40 125

30 100

7

(alternativo)

25 155

15 184

Un anlisis mecnico y econmico es necesario para seleccionar el agitador ptimo para

cada escala. Un anlisis de transferencia de calor del sistema resultante debe realizarse para

asegurar que la polimerizacin exotrmica pueda llevarse a cabo isotrmicamente dentro

del reactor.

4.8 Anlisis de potencia / velocidad relacin de agitadores de turbina

Un reactor de 5000 gal se utiliza para agitar un fluido que tiene una gravedad especfica de

1.0 y una viscosidad de 5000 cp. Qu tamao del agitador dar una respuesta dinmicaque corresponde a una velocidad del fluido mayor a 36 ft/min? Cul era la potencia

requerida y la velocidad para tal agitador?

Vamos empezar asumiendo que el lote en el reactor ocupa una

profundidad que es igual al dimetro del reactor. Este

procedimiento es igualmente aplicable a otras formas de proceso

para lotes.

Hemos elegido un lote cuya profundidad del lquido es el mismo que el dimetro del

tanque, porque esta es la base de las tablas II y III.

Calcularemos el dimetro del tanque (T) y la profundidad que tendr el lquido (Z):


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Dnde: por lo tanto la formula queda:

Convertimos los galones a unidades cubicas:

Despejamos T de la frmula:

Ahora calcularemos el rea de la seccin transversal del tanque:

Para calcular la capacidad de bombeo eficaz (Q) del impulsor a fin de generar una

velocidad del fluido mayor a 36 ft/min en el recipiente utilizaremos la frmula:

Este valor de se mantendr fijo para todo el clculo.

Ahora es necesario escoger la relacin de D/T (donde D es el dimetro de la turbina y T el

dimetro del tanque). Valores tpicos para este intervalo de relacin estn entre 0.2 a 0.6.

Tomaremos un valor de 0.3. Por lo tanto el dimetro del impulsor ser: En pulgadas:


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Debemos establecer un nmero de bombeo de la fig. 2. Puesto que no sabemos la

velocidad de rotacin del impulsor no podemos calcular el Nmero de Reynolds, por lo

tanto supondremos que la agitacin ocurre en condiciones plenamente turbulentas. De la

fig. 2 tomaremos para D/T=0.3 para realizar el primer calculo de prueba de lavelocidad del impulsor. Sustituimospara obtener :

Ahora calculamos

En la fig.2, encontramos que no coincide con y D/T=0.3 as que tomamos debemos realizar un segundo clculo de prueba utilizando los datos obtenidos previamente:

y


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Ahora calculamos

Estos datos son razonables de acuerdo a la figura 2. Se podr mejorar realizando un tercer

clculo?

Usando un , ahora escogemos un 5 en base a la fig.2 para D / T =0.3. El tercer ensayo de clculo dara:

Ahora calculamos

Para un nmero de Reynolds de 458 y D / T = 0,3, encontramos a partir de lafigura 2. As que este ser nuestro resultado.

Ahora hemos establecido la velocidad que necesita la turbina para hacerlo girar. Mediante

el uso de la ecuacin 2 y los datos de la tabla V, podemos calcular la potencia requerida. A

partir de la tabla V, se obtiene el factor de viscosidad,para un impulsor con el cual es 0.985.

Por lo tanto, el dimetro de la turbina corregida se calcula a partir de:


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Despejando y sustituyendo los datos:

( )

( )

Por lo tanto, en esta aplicacin en la que se especifica una velocidad de fluido mayor de 36

pies / min, necesitamos una unidad de agitador de 33hp y girar el eje impulsor a 185 rpm

para un valor inicial asumido de D / T = 0.3.

Clculos con otras relaciones de D / T producirn otras velocidades del agitador y el motor

asociado a estas velocidades. Las velocidades que resultan de estos supuestos de D / Tpueden ser o no ser velocidades AGMA (American Gear Manufacturas Assn)

(230,190,155,125,100,84 68 , 56 , 45 , 37 , rpm , etc.) La potencia correspondiente tambin

puede estar o no estar disponibles como estndares (10, 15, 20, 25, 30, 40 hp). Es una

prctica normal de ingeniera para seleccionar velocidades y potencia ms cercanos a los

tamaos estndar. Por lo tanto, es mucho ms prctico comenzar con potencias y

velocidades de motor primario disponibles comercialmente, y para calcular la velocidad

del fluido que se produce en diferentes volmenes y viscosidades.

4.9 Cuestiones

1.- Cundo es aplicable el procedimiento de diseo para mezcla y clasificacin del

movimiento?

Se aplica solo a problemas de agitacin donde los lquidos se comportan como una sola

fase, en algunos sistemas de dos fases que muestran un comportamiento monofsico y

donde pueda producirse un nivel previsible se movimiento del lquido.

2.- Qu puntos incluye un diseo adecuado del impulsor para la seleccin de los

agitadores de turbina?

tipo de turbina nmero de turbinas ubicacin del lote dimetro del impulsor


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3.- En donde se aplica los niveles de agitacin para mezcla y movimiento 1 y 2?

Los niveles de agitacin para mezcla y movimiento 1 y 2 son caractersticos de

aplicaciones que requieren velocidades mnimas de fluido para archivar el resultado del

proceso.

4.- Qu datos son necesarios para encontrar los valores de la potencia del motor

primario y la velocidad del eje en las tablas II y III?

Los datos necesarios para encontrar los valores de la potencia del motor primario y lavelocidad del eje son la viscosidad en cp y el volumen equivalente en unidades de galones.

5.- Cmo seleccionar el correcto sistema de agitacin y que factores intervienen en

ello?

Primero que nada hay que observar la naturaleza del problema, las propiedades fsicas que

traiga consigo el producto influirn de manera directa en la seleccin de un agitador

ptimo para su mezcla. La viscosidad por ejemplo es una propiedad muy importante, ya

que un fluido con poca viscosidad se mezclara uniformemente ms rpido y tal vez con

menor potencia que un fluido muy viscoso, adems si son fluidos miscibles el mezclado se

lograra ms rpido, uniformemente, con menos velocidad, con menos potencia y por lo

tanto menor costo econmico para ese trabajo.

Dado un volumen y una gravedad especifica del producto, obtenemos el volumen

equivalente el cual observaremos qu relacin tiene de en la tabla II del artculo 4,dependiendo de la viscosidad. Si el volumen equivalente no est directamente en la tabla

pues podemos hacer una interpolacin, y si la viscosidad no est directamente, tambin se

puede hacer una interpolacin entre cada tabla.


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Bibliografa:

Hicks Richard W. How to design agitators for desired process response Chemical

engineering abril, 1976

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Cómo Diseñar Agitadores Para Respuesta de Proceso Deseado