Fsico Qumica y Operaciones Unitarias
Profesor:
CHAFLOQUE ELIAS CARLOS
Integrante:
MENDOZA EGOAVIL JUAN
2014-II
IIFS
OPERACIONES UNITARIASDESTILACIONLa destilacin es un proceso que
consiste separar los distintos componentes de una mezcla mediante
el calor. Para ello que se calienta esa sustancia, normalmente en
estado lquido, para que sus componentes ms voltiles pasen a estado
gaseoso o de vapor y a continuacin volver esos componentes al
estado lquido mediante condensacin por enfriamiento.El principal
objetivo de la destilacin es separar los distintos componentes de
una mezcla aprovechando para ello sus distintos grados de
volatilidad. Otra funcin de la destilacin es separar los elementos
voltiles de los no voltiles de una mezcla. En otros sistemas
similares como la evaporacin o el secado, normalmente el objetivo
es obtener el componente menos voltil; el componente ms voltil,
casi siempre agua, se desecha. Sin embargo, la finalidad principal
de la destilacin es obtener el componente ms voltil en forma pura.
Por ejemplo, la eliminacin del agua de la glicerina evaporando el
agua, se llama evaporacin, pero la eliminacin del agua del alcohol
evaporando el alcohol recibe el nombre de destilacin, aunque se
usan mecanismos similares en ambos casos.Si la diferencia entre las
temperaturas de ebullicin o volatilidad de las sustancias es
grande, se puede realizar fcilmente la separacin completa en una
sola destilacin. Es el caso de la obtencin de agua destilada a
partir de agua marina. Esta contiene aproximadamente el 4% de
distintas materias slidas en disolucin. En ocasiones, los puntos de
ebullicin de todos o algunos de los componentes de una mezcla
difieren en poco entre s por lo que no es posible obtener la
separacin completa en una sola operacin de destilacin por lo que se
suelen realizar dos o ms. As el ejemplo del alcohol etlico y el
agua. El primero tiene un punto de ebullicin de 78,5 C y el agua de
100 C por lo que al hervir esta mezcla se producen unos vapores con
ambas sustancias aunque diferentes concentraciones y ms ricos en
alcohol. Para conseguir alcohol industrial o vodka es preciso
realizar varias destilaciones.
Teora de la destilacinEn la mezcla simple de dos lquidos
solubles entre s, la volatilidad de cada uno es perturbada por la
presencia del otro. En este caso, el punto de ebullicin de una
mezcla al 50%, por ejemplo, estara a mitad de camino entre los
puntos de ebullicin de las sustancias puras, y el grado de
separacin producido por una destilacin individual dependera
solamente de la presin de vapor, o volatilidad de los componentes
separados a esa temperatura. Esta sencilla relacin fue anunciada
por vez primera por el qumico francs Franois Marie Raoult
(1830-1901) y se llama ley de Raoult. Esta ley slo se aplica a
mezclas de lquidos muy similares en su estructura qumica, como el
benceno y el tolueno. En la mayora de los casos se producen amplias
desviaciones de esta ley. Si un componente slo es ligeramente
soluble en el otro, su volatilidad aumenta anormalmente. En el
ejemplo anterior, la volatilidad del alcohol en disolucin acuosa
diluida es varias veces mayor que la predicha por la ley de Raoult.
En disoluciones de alcohol muy concentradas, la desviacin es an
mayor: la destilacin de alcohol de 99% produce un vapor de menos de
99% de alcohol. Por esta razn el alcohol no puede ser concentrado
por destilacin ms de un 97%, aunque se realice un nmero infinito de
destilaciones.
Aparato de destilacinTcnicamente el trmino alambique se aplica
al recipiente en el que se hierven los lquidos durante la
destilacin, pero a veces se aplica al aparato entero, incluyendo la
columna fraccionadora, el condensador y el receptor en el que se
recoge el destilado. Este trmino se extiende tambin a los aparatos
de destilacin destructiva o craqueo. Los alambiques para trabajar
en el laboratorio estn hechos normalmente de vidrio, pero los
industriales suelen ser de hierro o acero. En los casos en los que
el hierro podra contaminar el producto se usa a menudo el cobre. A
veces tambin se usa el trmino retorta para designar a los
alambiques.
TIPOS DE DESTILACIN Destilacin simpleEs el mtodo que se usa para
la separacin de lquidos con punto de ebullicin inferior a 150C a
presin atmosfrica de impurezas no voltiles o de otros lquidos
miscibles que presenten un punto de ebullicin al menos 25C superior
al primero de ellos. Es importante que la ebullicin de la mezcla
sea homognea y no se produzcan proyecciones. Para evitar estas
proyecciones suele introducirse en el interior del aparato de
destilacin ndulos de materia que no reaccione con los componentes.
Normalmente se suelen utilizar pequeas bolas de vidrio.Destilacin
fraccionadaLa destilacin fraccionada es un proceso de destilacin de
mezclas muy complejas y con componentes de similar volatilidad.
Consiste en que una parte del destilado vuelve del condensador y
gotea por una larga columna a una serie de placas, y que al mismo
tiempo el vapor que se dirige al condensador hace burbujear al
lquido de esas placas. De esta forma, el vapor y el lquido
interaccionan de forma que parte del agua del vapor se condensan y
parte del alcohol del lquido se evapora. As pues, la interaccin en
cada placa es equivalente a una re destilacin, y si se construye
una columna con el suficiente nmero de placas, se puede obtener un
producto destilado de la altsima pureza, como el alcohol de 96%; en
una nica destilacin. Adems, introduciendo gradualmente la disolucin
original de baja concentracin del componente a destilar en un punto
en mitad de la columna, se podr separar prcticamente todo este
componente del disolvente mientras desciende hasta la placa
inferior, de forma que no se desperdicie nada del componente a
destilar.Este proceso se utiliza mucho en la industria, no slo para
mezclas simples de dos componentes, como alcohol y agua en los
productos de fermentacin, u oxgeno y nitrgeno en el aire lquido,
sino tambin para mezclas ms complejas como las que se encuentran en
el alquitrn de hulla y en el petrleo. La columna fraccionadora que
se usa con ms frecuencia es la llamada torre de burbujeo, en la que
las placas estn dispuestas horizontalmente, separadas unos
centmetros, y los vapores ascendentes suben por unas cpsulas de
burbujeo a cada placa, donde burbujean a travs del lquido. Las
placas estn escalonadas de forma que el lquido fluye de izquierda a
derecha en una placa, luego cae a la placa de abajo y all fluye de
derecha a izquierda.
La interaccin entre el lquido y el vapor puede ser incompleta
debido a que puede producirse espuma y arrastre de forma que parte
del lquido sea transportado por el vapor a la placa superior. En
este caso, pueden ser necesarias cinco placas para hacer el trabajo
de cuatro placas tericas, que realizan cuatro destilaciones. Un
equivalente barato de la torre de burbujeo es la llamada columna
apilada, en la que el lquido fluye hacia abajo sobre una pila de
anillos de barro o trocitos de tuberas de vidrio. La nica
desventaja de la destilacin fraccionada es que una gran parte,
aproximadamente el 50%, del destilado condensado debe volver a la
parte superior de la torre y eventualmente debe hervirse otra vez,
con lo cual hay que suministrar ms energa en forma de calor. Por
otra parte, el funcionamiento continuo permite grandes ahorros de
calor, porque el destilado que sale puede ser utilizado para
precalentar la mezcla que entra.Cuando la mezcla est formada por
varios componentes, estos se extraen en distintos puntos a lo largo
de la torre. Las torres de destilacin industrial para petrleo
tienen a menudo 100 placas, con al menos diez fracciones diferentes
que son extradas en los puntos adecuados. Se han utilizado torres
de ms de 500 placas para separar istopos por destilacin.Destilacin
por vaporSi dos lquidos insolubles se calientan, ninguno de los dos
es afectado por la presencia del otro (mientras se les remueva para
que el lquido ms ligero no forme una capa impenetrable sobre el ms
pesado) y se evaporan en un grado determinado solamente por su
propia volatilidad. Por lo tanto, dicha mezcla siempre hierve a una
temperatura menor que la de cada componente por separado. El
porcentaje de cada componente en el vapor slo depende de su presin
de vapor a esa temperatura. Este principio puede aplicarse a
sustancias que podran verse perjudicadas por el exceso de calor si
fueran destiladas en la forma habitual.Destilacin al vacoOtro mtodo
para destilar sustancias a temperaturas por debajo de su punto
normal de ebullicin es evacuar parcialmente el alambique. Por
ejemplo, la anilina puede ser destilada a 100 C extrayendo el 93%
del aire del alambique. Este mtodo es tan efectivo como la
destilacin por vapor, pero ms caro. Cuanto mayor es el grado de
vaco, menor es la temperatura de destilacin. Si la destilacin se
efecta en un vaco prcticamente perfecto, el proceso se llama
destilacin molecular. Este proceso se usa normalmente en la
industria para purificar vitaminas y otros productos inestables. Se
coloca la sustancia en una placa dentro de un espacio evacuado y se
calienta. El condensador es una placa fra, colocada tan cerca de la
primera como sea posible. La mayora del material pasa por el
espacio entre las dos placas, y por lo tanto se pierde muy poco.
Destilacin molecular centrfugaSi una columna larga que contiene una
mezcla de gases se cierra hermticamente y se coloca en posicin
vertical, se produce una separacin parcial de los gases como
resultado de la gravedad. En una centrifugadora de alta velocidad,
o en un instrumento llamado vrtice, las fuerzas que separan los
componentes ms ligeros de los ms pesados son miles de veces mayores
que las de la gravedad, haciendo la separacin ms eficaz. Por
ejemplo, la separacin del hexafluoruro de uranio gaseoso, UF6, en
molculas que contienen dos istopos diferentes del uranio, uranio
235 y uranio 238, puede ser llevada a cabo por medio de la
destilacin molecular centrfuga. SublimacinSi se destila una
sustancia slida, pasndola directamente a la fase de vapor y otra
vez a la fase slida sin que se forme un lquido en ningn momento, el
proceso se llama sublimacin. La sublimacin no difiere de la
destilacin en ningn aspecto importante, excepto en el cuidado
especial que se requiere para impedir que el slido obstruya el
aparato utilizado. La rectificacin de dichos materiales es
imposible. El yodo se purifica por sublimacin.Destilacin
destructivaCuando se calienta una sustancia a una temperatura
elevada, descomponindose en varios productos valiosos, y esos
productos se separan por fraccionamiento en la misma operacin, el
proceso se llama destilacin destructiva. Las aplicaciones ms
importantes de este proceso son la destilacin destructiva del carbn
para el coque, el alquitrn, el gas ciudad y el amonaco, y la
destilacin destructiva de la madera para el carbn de lea, el cido
etanoico, la propanona y el metanol. Este ltimo proceso ha sido
ampliamente desplazado por procedimientos sintticos para fabricar
distintos subproductos. El craqueo del petrleo es similar a la
destilacin destructiva.
FILTRACIONLa filtracin como Operacin Unitaria usada
industrialmente tiene varios tipos o clasificacin dependiendo de lo
que se est separando. Existen la filtracin por clarificacin, la
filtracin por torta y las microfiltraciones y ultrafiltraciones. La
filtracin por torta es la que este trabajo abarca, resaltndose su
concepto y diferencindola de los otros tipos. Se especifica la
forma de cmo se dan estas filtraciones por torta en los equipos que
son filtracin a Presin Constante y Filtracin a Velocidad constante
formulando para cada una las ecuaciones matemticas a utilizar en el
clculo de sus parmetros de diseo. Asimismo, se explica la
metodologa para la realizacin de los problemas de filtracin por
torta.IntroduccinEn los diferentes procesos de produccin de
alimentos, se presenta la necesidad de separar los componentes de
una mezcla en fracciones, para de esta manera poder describir los
slidos divididos y predecir sus caractersticas. Dentro del amplio
campo de las separaciones existen dos grandes grupos: (a) El grupo
de las separaciones difusionales que son realizadas con cambios de
fases y transporte de materia de una fase a otra y (b) los mtodos
correspondientes a las separaciones mecnicas la cual comprende
filtracin, sedimentacin, centrifugacin y tamizado.Estas
separaciones son aplicables a mezclas heterogneas y no a homogneas
y la forma de separacin depende de la naturaleza de la partcula que
vaya a ser separada y de las fuerzas que actan sobre ella para
separarlas. Las caractersticas de las partculas ms importantes a
tener en cuenta son el tamao, la forma y la densidad, y en el caso
de fluidos, la viscosidad y la densidad, aplicables en separaciones
de: slidos de gases, gotas de lquidos de gases, slidos de slidos y
slidos de lquidos. El comportamiento de los diferentes componentes
a las fuerzas establece el movimiento relativo entre el fluido y
las partculas, y entre las partculas de diferente naturaleza.
Debido a estos movimientos relativos, las partculas y el fluido se
acumulan en distintas regiones y pueden separase y recogerse, por
ejemplo en la torta y en el tanque de filtrado de un filtro
prensa.DefinicinLa filtracin es la operacin Unitaria en la que el
componente slido insoluble de una suspensin slido-lquido se separa
del componente lquido haciendo pasar este ltimo a travs de una
membrana porosa la cual retiene a los slidos en su superficie
(filtracin de torta) o en su interior (Clarificacin), gracias a una
diferencia de presin existente entre un lado y el otro de dicha
membrana. A la suspensin de slidos en lquidos se conoce como
papilla de alimentacin o simplemente suspensin, al lquido que pasa
a travs de la membrana se conoce como filtrado, la membrana es
conocida como medio filtrante y a los slidos separados se conocen
como torta de filtracin. Como fue dicho, el fluido circula a travs
del medio filtrante en virtud de una diferencia de presin,
existiendo los filtros que trabajan con sobrepresin aguas arriba,
presin atmosfrica aguas arriba y los que trabajan a las vacas aguas
abajo.La teora de filtracin es valiosa para interpretar anlisis de
laboratorios, buscar condiciones ptimas de filtracin y predecir los
efectos de los cambios en las condiciones operacionales. El empleo
de esta teora est limitado por el hecho de que las caractersticas
de filtracin se deben determinar siempre en la lechada real de que
se trate, puesto que los datos obtenidos con una lechada no son
aplicables a otra. Al comparar la filtracin a nivel industrial sta
difiere de la del laboratorio en el volumen de material manejado y
en la necesidad de manejarlo a bajo costo. Para obtener un gasto
razonable con un filtro de tamao moderado, se puede incrementar la
cada de presin del flujo o disminuir la resistencia del mismo. Para
reducir la resistencia al flujo el rea de filtrado se hace tan
grande como sea posible, sin aumentar el tamao total del equipo o
aparato de filtracin. La seleccin del equipo de filtrado depende en
gran medida de la economa. Las aplicaciones de la filtracin en la
industria alimenticia se pueden considerar en tres categoras. La
primera incluye todas las aplicaciones en las que la suspensin que
contiene grandes cantidades de slidos insolubles se separan en los
slidos y lquidos que la componen, formndose una torta en la parte
anterior del medio conocindose el proceso como filtracin por torta
o de torta. La segunda categora se denomina clarificacin y en esta
se quitan pequeas cantidades de un slido insoluble a un lquido
valioso donde el propsito es generalmente producir un lquido claro.
La tercera se denomina micro-filtracin donde se separan partculas
muy finas por lo general microorganismos de los alimentos.
Aparatos utilizados en filtracinLos aparatos que se utilizan en
filtracin, constan bsicamente de un soporte mecnico, conductos por
los que entra y sale la dispersin y dispositivos para extraer la
torta. La presin se puede proporcionar en la parte inicial del
proceso, antes del filtro o bien se puede utilizar vaco despus del
filtro, o ambas a la vez, de forma que el fluido pase a travs del
sistema.La mayora de los filtros industriales operan a vaco o a
presin superior a la atmosfrica. Tambin son continuos o
discontinuos, dependiendo de que la descarga de los slidos sea
continua o intermitente. Durante gran parte del ciclo de operacin
de un filtro discontinuo el flujo de lquido a travs del aparato es
continuo, pero debe interrumpirse peridicamente para permitir la
descarga de los slidos acumulados. En un filtro continuo, tanto la
descarga de los slidos como del lquido es ininterrumpida cuando el
aparato est en operacin.Entre los aparatos se cuentan:1.- Filtros
prensa (discontinuo de presin)
En estos se coloca una tela o una malla sobre placas verticales,
de manera tal que sean los bordes los que soporten a la tela y al
mismo tiempo dejen debajo de la tela un rea libre lo ms grande
posible para que pase el filtrado. Normalmente se les llama
"Filtros de placa y marco". En esta clase de filtros se alternan
placas acanaladas cubiertas en ambos lados por medio filtrante, con
marcos, en conjunto se encuentran apretada por tornillos o una
prensa hidrulica que la cierran hermticamente.
Las placas y los marcos contienen aberturas en un ngulo, las
cuales forman un canal al cerrar el filtro y por donde se introduce
la papilla de alimentacin. Al circular la suspensin, la torta se
forma en el lado ms alejado de la placa, entrando por el marco,
pasando el filtrado a travs del medio y por la superficie acanalada
de las placas del filtro y saliendo por un canal de salida en cada
placa. La filtracin se continua hasta que el flujo de filtrado es
menor que cierto lmite practico o la presin alcance un nivel
inaceptablemente elevado.Despus de la filtracin se puede realizar
el lavado de la torta sustituyendo el flujo de la papilla por flujo
de lavado, tambin se puede abrir el filtro y retirar la torta.
2.- Filtros espesadores de presin (continuos de presin)El objeto
de un filtro espesador es separar parte del lquido contenido en una
suspensin diluida para obtener otra concentrada. Tiene la
apariencia de un filtro de prensa, sin embargo, no contiene marco y
las placas estn modificadas. Las placas sucesivas llevan canales
apareados que forman, cuando se monta la prensa, una conduccin
larga en espiral para la suspensin. Los lados de los canales estn
recubiertas con un medio filtrante mantenido entre las placas.
Mientras la suspensin pasa por el canal a presin, una parte del
fluido sigue fluyendo por el canal hacia al distribuidor mltiple de
descarga de lquido claro. La suspensin espesada se mantiene en
movimiento rpido para no obstruir el canal. El nmero de placas
escogido es tal de modo que la diferencia de presin en todo el
aparato no exceda de 6 kgf /cm2. En estas condiciones es posible
duplicar la concentracin de la suspensin de entrada. Si se requiere
una concentracin mayor, la suspensin espesada en un filtro se
introduce nuevamente en un segundo filtro.3.- Filtros rotatorios
(continuo de vaco)En este tipo de filtros, el flujo pasa a travs de
una tela cilndrica rotatoria, de la que se puede retirar la torta
de forma continua. La fuerza ms comn aplicada es la de vaco. En
estos sistemas, la tela se soporta sobre la periferia de un tambor
sobre los que se est formando la torta. Cabe destacar que los
filtros anteriormente vistos son a modo de ejemplo destacando el
filtro de prensa, el cual fue usado en el laboratorio. Se pueden
encontrar una variedad muy amplia de estos en el comercio
dependiendo de la finalidad del proceso a realizar.
Medio filtranteEl medio filtrante puede consistir en tela, papel
o material poroso o tejido cuya funcin es promover la formacin de
una torta de slidos. Un medio filtrante debe cumplir con los
siguientes requerimientos:
1. Tener facilidad para remover la fase slida dando un filtrado
claro.2. Debe ofrecer la mnima resistencia al flujo para la rpida
formacin de la torta de filtracin.3. Tener resistencia a las
condiciones del proceso, es decir, ser lo suficientemente fuerte
para soportar la torta y aguantar bajo condiciones extremas del
proceso.4. No debe obstruirse o sesgarse, es decir, tener alto
rendimiento del lquido para un P dado.5. Debe ser qumicamente
inerte y no txico.6. Debe permitir facilidad del retiro de la torta
limpia y completa.7. No ser excesivamente caro.Filtros
RotatoriosEstos son filtros que trabajan a presin constante de vaco
y de forma continua. En este tipo de filtros, el flujo pasa a travs
de una tela cilndrica rotatoria, de la que se puede retirar la
torta. En estos sistemas, la tela se soporta sobre la periferia de
un tambor sobre los que se est formando la torta.
Para este tipo de filtro la Resistencia del medio es considerada
despreciable (Rm0) y estos estn conformados por 5 zonas bien
especificadas:1.Zona de filtracin: parte sumergida del
filtro.2.Zona de escurrido: se le separa el exceso de aguas madres
por vaco.3. Zona de lavado: se limpia con agua (chorros), para
eliminar por completo las aguas madres.4. Zona de Secado: se seca
casi en su totalidad por vaco a la torta formada.5. Zona de
raspado: se le retira a travs de una cuchilla, la torta formada
durante la filtracin.Luego de cumplir el ciclo el filtro rotatorio
vuelve de nuevo a comenzar su filtracin.Seleccin de los Equipos de
FiltracinEsta seleccin depende considerablemente de los factores
econmicos, pero esto variar dependiendo de:a. La viscosidad del
fluido, densidad y reactividad qumica.b. Tamao de las partculas
slidas, distribucin de tamaos, forma, tendencias a la floculacin y
deformabilidad.c. Concentracin de la pasta alimentada.d. Cantidad
del material que va a ser manejada.e. Valores absolutos y relativos
de los productos lquido y slido.f. Que tan completa se requiere la
separacin.g. Gastos relativos de mano de obra, capital y fuerza
motriz.Metodologa para la resolucin de problemas de Filtracin.1.
Generalmente los problemas de filtracin muestran dos partes en el
planteamiento. Una parte es la experimental, donde se han realizado
experiencias en laboratorio con la suspensin que se usar en la
real, tratando de simular el proceso y, la otra parte, la real
donde se encuentra la incgnita a buscar pero que usa la misma
suspensin de la experimental.2. Una vez conocido los datos de ambas
partes (real y experimental) se determina qu tipo de filtracin por
torta se est desarrollando para conocer cuales ecuaciones se van a
utilizar, teniendo en cuenta que existen tres tipos de ecuaciones
la de la presin constante, la de filtro rotatorio y la de velocidad
constante.3. Cuando se tienen todos estos datos y las ecuaciones a
utilizar se utiliza la parte experimental para conocer valores de
la suspensin y del medio filtrante que se necesitan. Por ejemplo,
si es filtracin a presin constante de la pendiente Kp se despejan
los valores de a, .C,.m , gc (en conjunto) que permanecern
constantes entre el experimental y el real ya que la suspensin no
cambia y del punto de corte el valor de Rm de ser necesario. Si es
a velocidad constante, del valor de la pendiente se obtiene s y del
punto de corte Kr se obtiene en conjunto los valores de a o,.C,.m ,
gc. Si se trabaja con filtro rotatorio, normalmente, el
experimental es a presin constante y los valores despejados se
utilizan en el real.4. Como recomendacin en este tipo de ejercicio
las unidades con las que se trabaja deben estar en un solo sistemas
de unidades, por lo que tienen que ser transformadas al inicio de
la operacin.INTERCAMBIADOR DE CALORSiempre se realiza cuando existe
una diferencia de temperatura y el mecanismo de esta transferencia
de calor se divide en:- Conduccin.- Conveccin.-
Radiacin.ConduccinPara que haya conduccin se requiere un medio
material continuo que no est vaco. Si existe un gradiente de
temperatura, el calor fluye en un sentido decreciente de mayor a
menor temperatura. Esto no implica que existe simultneamente ningn
desplazamiento de materia a nivel macroscpico. Este fenmeno recibe
el nombre de conduccin molecular. Si el medio material son gases o
lquidos, puede producirse un desplazamiento a nivel molecular de
molculas individuales. En el caso de que sean slidos metlicos, a
nivel molecular se produce por electrones libres. Si son iones
slidos se produce por la vibracin de los iones o molculas que
constituyen el slido.ConveccinUn fluido, como consecuencia de tener
una masa y una velocidad, puede transportar una cantidad de
movimiento. Adems, en virtud de su temperatura, es capaz de portar
una energa. Estrictamente hablando la conveccin es el transporte de
energa por movimiento del medio.En ingeniera hay una explicacin ms
general del trmino conveccin. Conveccin se emplea con el fin de
incluir la transferencia de calor desde una superficie a un fluido
que se encuentra en movimiento. A este fenmeno se le denomina
transferencia de calor por conveccin. Esta conveccin puede
sernaturaloforzada.En el caso de la natural solo actan fuerzas de
flotacin en el fluido, las cuales estn generadas por las
diferencias de densidades que aparecen en el fluido. Las forzadas
aparecen cuando ponemos dispositivos mecnicos que comunican al
fluido energa ponindole en movimiento; los dispositivos mecnicos
pueden ser bombas, agitadores, etc.Un slido solo puede recibir o
transmitir calor por conduccin. En la conduccin se requera una
transmisin de calor a nivel molecular, mientras que en la conveccin
est basada en el movimiento del fluido.RadiacinLa emisin por
radiacin se realiza por ondas electromagnticas. Si la radiacin se
realiza en el vaco, no se transformar en calor ni en ninguna otra
forma de energa. Pero si la radiacin incide sobre un medio
material, y es absorbida por l, la radiacin se transforma en calor
y estar suministrando energa al medio material pudiendo producir
reacciones fotoqumicas o cualquier otro fenmeno.Se estudia
separadamente de la conduccin y conveccin. El fenmeno de la
radiacin solo tiene importancia a nivel industrial a elevadas
temperaturas.
Aparatos utilizados en la transferencia de calorLos aparatos que
se utilizan tienen que ver con el aislamiento trmico, calentamiento
o enfriamiento de fluidos y con la evaporacin y condensacin y con
los mecanismos que se
utilizan.OPERACIONESCONDUCCIONCONVECCIONRADIACION
aislamiento trmicoaislantes / refractarioscamisas de vacoespejos
de radiacin
calentamiento o enfriamiento de fluidosintercambiadores de calor
/ placas solareshornos
evaporacinevaporadores
condensacincondensadores
Los que tienen mayor aplicacin son losintercambiadores de calor,
que son aparatos cuyo objetivo es crear una corriente de fluido a
una determinada temperatura. Para lograr esto se calienta o
refrigera dicha corriente.Los fluidos (lquido, gas) circulan a
travs de una superficie en la cual intercambian el calor. Dentro de
una instalacin, en los intercambiadores de calor se dan varios
procesos a la vez como consecuencia de que se emplea la
refrigeracin de unos para el calentamiento de otros (se minimiza el
gasto de energa).Se emplean en refrigeraciones petroqumicas.Los
factores que se deben considerar en la eleccin de un intercambiador
de calor son:- Temperatura a la que se trabaja.- Estado del fluido
(vapor o lquido).- Presin a la que se someten los fluidos.- Prdidas
de presin en los intercambiadores.- Caudal del fluido (vol/s).-
Accin corrosiva del fluido tratado.- Posibilidad del sistema de
ensuciarse, que supone prdida de calor.- Tamao posible de la
instalacin.Tipos de intercambiadores de calor1. Intercambiadores de
calor de doble tuvo:Constituidos por dos tuberas concntricas, por
cada una de ellas circula un fluido. El intercambio de calor tiene
lugar a travs de la pared que pone en contacto a ambos fluidos.
Esto solo se utiliza cuando se requiere poco intercambio de
calor.
2. Intercambiadores de calor de carcasa y tubos:Son los ms
utilizados, estn compuestos por una superficie, dentro de la cual
hay muchos tubos de menor dimetro que se encuentran en paralelo al
eje del cilindro que constituye la carcasa.Los tubos concntricos
estn unidos entre si y adems hacemos circular un fluido por el
interior de los tubos, mientras que un segundo fluido est baando a
los tubos con lo que el intercambio de calor es ms efectivo que en
el caso anterior.Los tubos estn formados por materiales metlicos,
pero si queremos transportar fluidos corrosivos se sustituyen por
materiales plsticos polifluorados.Los tubos se sustituyen por
superficies planas con rugosidades cuando se pueden formar
precipitados.3. Intercambiadores de calor por grafito:Se emplean
para lquidos muy corrosivos. Estn constituidos por carbono grafito
taladrado. Sobre la superficie del grafito es donde se produce el
intercambio de calor. El grafito suele estar prensado.HornosSon
dispositivos en los que un slido o un fluido se calientan
bsicamente por radiacin mediante la combustin en un recinto cerrado
de un combustible cualquiera. Puede ser carbn, un lquido
(fuel-oil), o un gas (gas natural).CondensadoresTienen el objetivo
de condensar un vapor mediante un lquido fro. Los aparatos son muy
parecidos a los intercambios de calor, en los que el agua que sirve
para refrigerar se suele introducir por medio de una pulverizacin
que cae sobre los tubos.EvaporadoresTambin hay intercambio de calor
que conlleva un cambio de fase. El objetivo es concentrar una
disolucin y tambin obtenerse vapor del disolvente. A nivel
industrial tienen una doble finalidad:- Obtener el lquido
condensado: leche condensada.- Obtener el vapor:
desalinizadores.
Se concatenan evaporadores para ahorrar energa al aprovechar el
calor del vapor para calentar el alimento del siguiente.Placas
solaresConjugan las tres maneras de conduccin de calor.El serpentn
ha de estar pintado de negro para poder absorber la radiacin. La
radiacin atraviesa el cristal sin ningn efecto, incide sobre el
serpentn y aumenta el calor produciendo el efecto invernadero. La
radiacin absorbida no puede salir por el cristal, por ello aumenta
la temperatura, producindose una transmisin de calor al lquido que
va atravesando el serpentn. Esta transmisin de calor se produce de
una forma combinada de conduccin y conveccin.Hay 3 formas de perder
calor en este sistema:- A travs del cristal: cesin por conduccin.-
Por medio del contacto con el aire exterior: por conveccin.- Prdida
por conduccin en el soporteO.U.F. regidas por transferencia
simultnea de Q y materia (contacto entre fases y directo)Puede
darse que al poner en contacto 2 fases entre si se de un
intercambio de materia y calor en sentidos
contrarios.Acondicionamiento de gases o enfriamiento de lquidosEl
gas suele ser el aire y el lquido el agua pero el fundamento es
universal. Es la operacin unitaria que tiene por objeto modificar
las condiciones de humedad y temperatura de una corriente de aire
por interaccin directa con otra corriente de agua. Tambin se suele
hablar de humidificar el aire, deshumidificar el aire, enfriamiento
del agua.La humidificacin se consigue poniendo en contacto aire no
saturado con una corriente de agua a unas temperaturas en las que
el aire aumente su contenido en humedad.La deshumidificacin se
conseguir al poner en contacto aire hmedo con un lquido ms fro; de
esta manera conseguiremos que se condense el agua que haba en el
aire y por lo tanto disminuya su contenido en agua inicial. De esta
manera obtendremos un valor deseado de humedad absoluta. A
continuacin el aire lo puedo calentar al valor que deseemos y este
es el funcionamiento de los acondicionadores de aire que se
utilizan actualmente.A nivel industrial se emplea el enfriamiento
de agua colocando una cantidad muy grande de maderas en las que se
pulveriza el agua por la parte superior y el aire se introduce a
presin por unas toberas. El) Problema que tiene es que se producen
prdidas de agua en el gas hmedo, por lo que hay que suministrar ese
caudal.Tenemos una disolucin con una cierta presin de vapor que est
en contacto con aire con una cierta humedad. Puede ocurrir que la
presin de vapor del agua de la disolucin sea mayor o menor que la
del aire. Dependiendo esto tendremos un fenmeno u otro.Si la presin
de vapor de la disolucin es mayor que la del aire entonces pasa
agua al aire; la disolucin se hace ms concentrada al haber menos
disolvente. Llega un momento que al bajar la presin de vapor de la
disolucin se iguala a la del aire y se obtiene el fenmeno.Si la
presin de vapor del aire es mayor que la de la disolucin, el agua
del aire condensa en la disolucin y esta se hace ms diluida y la
presin de vapor de la disolucin aumenta hasta igualarse con el
aire.DelicuescenciaSustancias slidas que tienen una elevada
solubilidad en agua. Tenemos un slido en contacto con humedad. En
la superficie del slido se forma una pelcula que absorbe agua hasta
que se satura. Si la disolucin es saturada tendr una presin de
vapor muy pequea y atraer mayor cantidad de agua del aire. Esas
nuevas molculas van a seguir disolviendo el slido y llegar un
momento en que todo el slido pasa a lquido (disolucin). El slido
llega a convertirse en lquido.HigroscopaSustancias que tienen
tendencia a coger molculas de agua pero sin llegar a disolverse.
Todas las sustancias delicuescentes son higroscpicas pero no al
revs.EflorescenciaSlidos con molculas de agua de cristalizacin, en
atmsfera seca parte de las molculas pasan al
aire.CristalizacinFormacin de partculas slidas cristalinas en el
seno de una fase homognea. Desde el punto de vista industrial la
cristalizacin ms importante es la que conlleva la formacin de
cristales a partir de disoluciones lquidas sobresaturadas. Sus
objetivos son:- Formar sustancias con presentacin ms agradable.-
Grado de pureza.Caractersticas:- Tamao.- Forma.- Uniformidad.-
Pureza.Las tres primeras son propias de la cristalizacin. La pureza
depende adems de la disolucin en el disolvente, es decir,
recristalizacin.En toda formacin de cristales hay que considerar
dos etapas:Nucleacin: formacin de los primeros iones a partir de
los iones o molculas que se encuentran en el seno de la disolucin.
Puede ser que estos primeros cristales que se forman, se destruyan
debido a un proceso inverso a la nucleacin.Crecimiento Formacin de
la estructura cristalina.
Es fundamental el estudio de la variacin de las curvas de la
temperatura frente a la concentracin (solubilidad).Si colocamos un
cristal en una zona no saturada, se destruye. Para disolver un
slido hay que administrar calor normalmente, por lo tanto la
temperatura bajar un poco.Si ponemos un cristal en una zona de
sobresaturacin, el cristal crece mucho pero no se forman nuevos
cristales.Si trabajamos en la zona meta estable (lo ms cerca
posible de la sobresaturacin) se forman nuevos cristales. El)
Problema es que la curva de sobresaturacin no est bien
definida.Cristalizadores:-Tanque:la sobresaturacin se produce por
enfriamiento de la disolucin. Se emplea cuando la solubilidad de la
sustancia a cristalizar vara mucho con la
temperatura.-Evaporadores:se produce la cristalizacin por medio de
la evaporacin, se utiliza cuando la solubilidad de la sustancia
vara poco con la temperatura.-De vaco:se combina la evaporacin con
el enfriamiento. Se emplea cuando se quiere trabajar a baja
temperatura y con rapidez.Cuando tengo una sal disuelta en agua
(considero solo el lquido y el slido) y bajo la temperatura, se
produce la aparicin de un precipitado hasta un momento en el cual
toda la disolucin pasa a fase slida (mezclas eutcticas). Este punto
es caracterstico de cada mezcla; por debajo de la temperatura
eutctica no se encuentra fase lquida. Estos diagramas eutcticos son
muy similares a los de las aleaciones pero en estas ltimas ocurre
al contrario pero en este caso es al contrario.
(1) Punto eutctico, por debajo de l todo est en fase slida. Por
encima de las curvas trabajo en fase lquida.A: punto de congelacin
del agua.C: punto congelacin de la sal.B: punto eutctico.En el
punto P tengo una disolucin diluida, si bajo la temperatura hasta
el punto P empieza a aparecer un slido (hielo), si bajo hasta P" la
composicin de la disolucin sigue la curva PD va desapareciendo el
agua pero tengo la misma cantidad de slido. En P" tenemos un punto
eutctico y por tanto slo tendremos slido, pero tenemos dos fases,
una de hielo y otra fase con la composicin del eutctico.Si
estudiamos a partir del punto 2 es igual pero en vez de tener agua
en fase slida, tengo sal precipitada y en el punto eutctico tendr
un slido que es sal y otro slido con la composicin del punto
eutctico.1 + L = 2 + 2 L = 3 Para encima de la curva.Como P =
constante L = 3-1 L = 2 Temperatura, composicin.Para la zona por
debajo de la curva:L + 2 = 2 + 2 L = 2L-1 L = 1 Elijo la
temperatura y obtengo la composicin o inversa.En el punto eutctico
L = 0, no tengo ningn grado de libertad, es caracterstico de cada
disolucin.Puedo conocer la composicin de slido y lquido en cada
zona mediante la lnea de interconexin.NH2Oliq. / NH2Osol. = EF /
FDNsalliq. / Nsalsol. = HI / GHEn el caso de las aleaciones se
trabaja igual pero con temperatura de ebullicin.SecadoOperacin
unitaria fsica regida por la transferencia simultnea. Su objetivo
es reducir el contenido de agua de un slido. En algunas ocasiones
es el punto final para conseguir un producto listo para el
envasado.Si tengo un slido con mucha agua intento eliminarla
mediante medios mecnicos y esto es previo al secado pero no es el
secado. El trmino secado indica la disminucin de la humedad del
slido. Toda el agua del slido no tiene las mismas caractersticas.
Un slido tendr mayor o menor cantidad de agua segn la hidroscopa
que presente este slido.Agua ligada:suponemos que la presin de
vapor ligada al slido es menor a la que corresponde a cuando est
libre.Agua libre:si presenta una presin de vapor determinada para
la temperatura a la que trabajo.Pongo en contacto el slido con aire
hmedo y vemos que nunca consigo quitar el agua ligada del
slido.Operacin unitaria qumicaTiene por objetivo distribuir de una
forma distinta los tomos de una molcula para dar otra, es decir, el
paso de los reactivos a los productos. Se da en los reactores
qumicos; para el diseo de estos se deben estudiar estas
caractersticas:- Asegurarnos de que el modo de fluir de los
reactivos sea total, para conseguir la mezcla deseada.-
Proporcionar el tiempo de contacto necesario entre las sustancias y
el catalizador (si lo hay) hasta lograr la extensin deseada de la
reaccin.- Permitir que se adquieran las condiciones de presin,
temperatura y composicin de modo que la reaccin tenga lugar en el
modo y la velocidad deseadas, para lo cual hay que atender a los
aspectos termodinmicos y cinticos de la reaccin.Modelos de flujoSon
las formas en que se ponen en contacto los fluidos en el reactor
qumico. Existen dos grandes tipos de modelos de flujos que son
ideales, en la realidad nunca se dan pero sirven de referencia:-
Modelo de mezcla perfecta: lo que se consigue es que exista una
homogeneidad perfecta en la reaccin, todos los puntos han de tener
la misma temperatura y presin, consiguiendo que toda la mezcla que
se extraiga tendr idnticas condiciones a la que est en el interior
del reactor.- Modelo de flujo en pistn (de flujo tapn): se basa en
que el fluido entra sin haber cambios de concentracin a lo largo
del eje en que se mueven los reactivos. El tiempo de permanencia en
el reactor es el mismo para todos los componentes. En cada uno de
los cambios los reactivos tienen la misma temperatura y composicin
en cada punto a lo largo del reactor.Todos los modelos que se
disean de reactores qumicos estn basados en uno de estos dos
modelos de flujo.El modelo de mezcla perfecta da lugar a un reactor
detanque agitado.El modelo de pistn o tapn da lugar a un
reactortubular.En el reactor de tanque agitado es muy difcil
obtener la homogeneidad en el interior ya que aparecen caminos
preferentes. En el reactor tubular las interacciones con todas las
zonas es muy difcil ya que hay reacciones radiales.Reactores
qumicosLos ms importantes son los anteriormente citados. Dentro de
los reactores de tanque agitado en los que se puede trabajar de
forma continua o discontinua obteniendo producciones pequeas y
medianas ya que la velocidad no es muy grande, se puede trabajar en
un amplio rango de temperatura y presin, y permiten trabajar con o
sin reflujo. Son un recipiente donde se encuentra un fluido
(reaccionante) y se eliminan del sistema, se puede controlar la
presin y la temperatura del sistema. Para regular la temperatura:-
Colocacin de camisas de vapor.- Colocando un serpentn.- Mtodo de la
recirculacin exterior del lquido. Colocando un calentador que hace
circular un lquido que recircula una vez que se ha enfriado.Estos
reactores se emplean para reacciones homogneas de lquido, tambin
cuando los reactivos son lquidos y dan lugar a un slido. Tambin se
emplean cuando los reactivos son lquidos menos uno que es un gas
que se hace borbotear en el lquido.Los reactores tubulares se
emplean cuando trabajo con reactivos en fase gaseosa. En ellos es
frecuente la presencia de catalizadores que normalmente se
encuentran en fase slida. Tenemos una catlisis heterognea. El diseo
de estos reactores depende de la exotermicidad del proceso y tambin
del tiempo de residencia necesario en el interior del
reactor.-Reactores tubulares calentados a fuego directo: consiste
en tubos colocados en un horno, la reaccin tiene lugar en el
interior de los tubos y va catalizada.-Reactores tubulares de
carcasa y tubos: son similares a los intercambiadores de calor de
carcasa y tubos, la reaccin tiene lugar en el interior de los tubos
y circulando por el intermedio un refrigerante o un calefactor para
conseguir la temperatura adecuada, tambin pueden usar
catalizadores.Reactores tubulares de lecho: (fijo, mvil,
fluilizado)a. El catalizador es fijo ya que ocupa una posicin dada
en el espacio. Lo normal es colocar varias capas de catalizadores a
diferentes alturas y entre ellas existen intercambiadores de
calor.b. En los de lecho mvil las partculas se mueven continuamente
del reactor a un recipiente anexo donde se limpia y regenera el
catalizador. Se emplea cuando hay reacciones muy exotrmicas tambin
se emplean cuando la reaccin da productos no deseados que
contaminan el catalizador e inhiben su accin.c. En los de lecho
fluilizado las partculas del catalizador tienen un movimiento mucho
ms libre, son menos compactas. Se emplean en la industria
petroqumica. Suele haber varias capas y en medio existe
refrigeracin o calefaccin.-Reactores de hornos rotatorios: se
emplean en la industria del cemento. Son una variante de los
tubulares. El slido avanza por el tubo gracias a una cierta
inclinacin. Todos los componentes son slidos. La inclinacin va
acompaada de una rotacin. Se emplean altas temperaturas.-Reactores
biolgicos: intervienen organismos vivos. Base de la biotecnologa.
Dentro de ellos tenemos las autoclaves o fermentadores (reactores
tanque agitado).-Reactores electroqumicos: La energa se da en forma
de corriente elctrica continua, en los electrodos se obtienen los
productos de reaccin.
EVAPORADORIntroduccin La evaporacin es un cambio progresivo del
estado lquido al estado gaseoso, consiste en la eliminacin de un
lquido de una solucin, por tratamientos trmicos. Transferencia de
energa (calor). Concentra soluciones, elimina H2O Ventajas Costo
moderado en la gran mayora de los evaporadores. Calefactores de
gran superficie en un solo cuerpo. Bajo tiempo y volmenes de
residencia. Ocupan poco espacio. Buenos coeficientes de
transferencia de calor a diferencias de temperaturas razonables.
Desventajas La mayora de los evaporadores utilizados poseen gran
altura (hasta 18 m). Por lo general, no son apropiados para
soluciones precipitantes o incrustantes. Con diferencias de
temperaturas pequeas, sus coeficientes de transferencia de calor
son pobres. Presentan demasiada sensibilidad hacia el cambio en las
condiciones de operacin. Diferencia entre destilacin y evaporacinLa
destilacin es para separar una mezcla de compuestos que difieren en
su punto de ebullicin, se requiere elevar la temperatura solo hasta
cierto nivel, para que solo una de las sustancias tienda a
evaporarse, y eso se separa en una columna de destilacin. La
evaporacin, se refiere al cambio de estado, de lquido a gas, pero
no se refiere a un mtodo de separacin de mezclas, pero en si como
tal es una propiedad que es aprovechada en la destilacin,
suministrando energa al medio y acelerando el proceso de
evaporacin, adems este proceso necesariamente ocurre en el punto de
ebullicin. TIPOS DE EVAPORADORES Evaporador de tubo horizontal
Evaporador de tubo vertical Evaporador vertical de tubos largos
Evaporador de pelcula descendente Evaporador de pelcula
ascendenteEvaporador de circulacin forzada
a) Tubo horizontal b) Tubo vertical c) Tubos largos d)
Circulacin forzada
EVAPORACIN EN VACO EN LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS La evaporacin en
vaco, en la industria de alimentos es un proceso en el que la
presin a la que se encuentra un recipiente conteniendo un lquido es
reducida a un valor inferior al valor de la presin de vapor del
lquido de forma tal que el lquido se evapora a una temperatura que
es inferior a la temperatura de ebullicin normal. Aunque el proceso
puede utilizarse con todo tipo de lquido a cualquier presin de
vapor, por lo general es utilizado para referirse a la ebullicin de
agua al reducir la presin dentro del recipiente por debajo de la
presin atmosfrica con lo cual el agua ebulle a temperatura
ambiente. Si el proceso se utiliza con alimentos y se evapora y
extrae el agua, los alimentos pueden ser almacenados durante
perodos prolongados sin sufrir procesos de descomposicin. El
proceso tambin se utiliza cuando la ebullicin de una substancia a
temperatura ambiente resulta en un cambio qumico o de la
consistencia de un producto, tal como por ejemplo:La coagulacin de
la clara de huevo al intentar deshidratar la albmina y convertirla
en polvo.
SECADO POR ATOMIZACIONConstando de tres etapas bsicas, el secado
por aspersin comienza con la atomizacin de una alimentacin de un
lquido en un espray o finas gotas, el espray entra en contacto y es
suspendido por una corriente de gas caliente, permitiendo la
evaporacin del lquido y sacando el slido seco, en esencial con el
mismo tamao y forma que las gotas atomizadas. Finalmente, de la
corriente de gas, el polvo seco es separado y colectado. El gas de
secado empleado es tratado para alcanzar los requerimientos
ambientales y entonces ser emitido a la atmsfera o, en algunos
casos, re circulado al sistema.
Distintos tipos de atomizacin se pueden emplear, incluyendo
centrfugo, boquilla neumtica y atomizacin snica. La atomizacin
centrfuga emplea una rueda o disco rotatorio para romper la
corriente de lquido en pequeas gotas (Figura 4). Estos dispositivos
funcionan normalmente en el rango de 5.000 a 25.000 RPM con
dimetros de rueda de 5 a 50 cm. El tamao de las gotitas producidas
es casi inverso proporcional a la velocidad perifrica de la
rueda.La distribucin del tamao de partcula sobre el medio es casi
constante para un mtodo dado de atomizacin. Techando el medio por
si mismo puede variar desde tan pequeo como 15 m hasta tan grande
como 250 m, dependiendo de la cantidad de energa transmitida al
lquido. El flujo msico del lquido, su viscosidad, su contenido de
slidos y la tensin superficial, influyen directamente sobre el
tamao de partcula, pero ninguno al grado de la velocidad perifrica
de la rueda. En consecuencia un incremento en el caudal de
alimentacin puede incrementar ligeramente el tamao de partcula,
pero empleando un variador de velocidad sobre el atomizador
centrfugo se facilita la correccin sobre el tamao especificado.
Una ventaja de la atomizacin centrfuga es que las mquinas
atomizadoras estn disponibles en muchos tamaos. Una pequea unidad a
nivel laboratorio impulsada con aire maneja de 1 a 10 litros por
hora de alimentacin de lquido, mientras que las unidades
comerciales ms grandes operadas por un motor de 850 kW pueden
manejar hasta 200,000 kg/h.
La segunda forma de atomizacin ms comn es la atomizacin con
boquilla hidrulica a presin. Aqu el lquido es presurizado por medio
de una bomba y forzado a pasar a travs de un orificio para romper
el lquido en finas gotas. El tamao de los orificios est en el rango
de 0.5 a 3 mm. Como resultado una simple boquilla est limitada al
orden de 750 kg/h de alimentacin, dependiendo de la presin, de la
viscosidad, del contenido de slidos y de la talla del orificio.
La mayor gota de presin a travs del orificio produce gotitas ms
pequeas. Por lo tanto, para reducir la talla de partcula para un
flujo de alimentacin dado, el inyector se debe quitar y reemplazar
por uno con un orificio ms pequeo. Esto alternadamente requiere una
presin ms alta de la bomba para alcanzar que la misma masa
atraviese el inyector. Los sistemas muy grandes pueden tener tanto
como 40 inyectores, haciendo difcil el control del tamao de
partcula.Control preciso, no obstante, no siempre es requerido, and
grandes secadores con mltiples boquillas son frecuentemente usados,
cuando el nico requerimiento es que el tamao medio de partcula sea
ms grande.
Aunque las boquillas son considerablemente menos complicadas que
los atomizadores centrfugos, se requiere una bomba de alta presin.
Durante el secado de materiales abrasivos, las boquillas pueden
tener problemas especiales. El potencial para tapar los orificios
relativamente pequeos es otra desventaja para los sistemas de
atomizacin basados en boquillas.
Un tercer mtodo empleado principalmente en sistemas de secado
pequeos es la atomizacin neumtica de dos fluidos. Donde se logra la
atomizacin por medio de la interaccin del lquido con un segundo
fluido, usualmente, aire comprimido. Ni el lquido ni el aire
requieren de una presin verdaderamente alta. Puede ser un rango
tpico entre 200 y 350 kPa. El tamao de partcula es controlado
variando la relacin entre flujo de aire comprimido y flujo de
lquido.
La ventaja principal de esta forma de atomizacin es que el
lquido tiene una velocidad relativamente baja al salir de la
boquilla, por lo tanto, las gotitas requieren una trayectoria de
vuelo ms corta para secar. Esto hace a las boquillas de dos fluidos
ideales para su uso en equipos de escala piloto y laboratorio.Por
ltimo, un desarrollo ms reciente es la atomizacin snica. Aqu,
energa ultrasnica es utilizada al hacer pasar el lquido sobre una
superficie vibrando a frecuencias ultrasnicas.
Estos sistemas son apropiados para producir gotitas muy finas a
bajos flujos. Mayor desarrollo se necesita para que estos
atomizadores encuentren mayor aceptacin en el secado industrial
para los rangos de capacidad y la diferente gama de productos a ser
atomizados. Una cuenta detallada de diseos de atomizador, criterios
y parmetros de seleccin y operacin estn disponibles
[4].Configuracin del secadorLas gotas atomizadas que estn formadas
a corta distancia del dispositivo de atomizacin tienen una
velocidad y direccin iniciales establecidas por el atomizador
(Figura 5). Es necesario para los gases calientes el mezclarse con
la nube de gotitas, comenzar la evaporacin e influir en el
movimiento de las gotas dentro del secador, de tal forma que puedan
secarse suficientemente y no incrustarse al contacto con las
paredes del secador. Esto se logra colocando el atomizador en, o
adyacente a un dispersor de aire con diseo apropiado.
Figura 5. Patrones de flujo en secado por atomizacin.
El atomizador, el dispersor y la cmara de secado deben ser
apropiadamente configurados para permitir el secado completo de
todas las gotas sin depsitos de material hmedo sobre las
superficies interiores del secador. En adicin, el volumen total de
la cmara de secado y del patrn de flujo de las gotas y del aire a
travs del secador deben de proveer el tiempo de contacto suficiente
para permitir la evaporacin de esencialmente todo el lquido. Como
resultado, atomizadores centrfugos son usualmente instalados al
centro del techo de un secador de dimetro relativamente largo.
El aire caliente se introduce a travs del dispersor de aire
montado en el techo, alrededor del atomizador, creando un flujo
co-corriente de aire y producto. Por entrar en contacto con las
gotas tan pronto como se forman, el aire caliente produce una rpida
evaporacin superficial y mantiene los slidos relativamente
fros.
Debido a que el tiempo de evaporacin es reducido y llega a ser
limitante la difusin de lquido del centro de la gotita a la
superficie, la partcula tiene que pasar a una regin de enfriamiento
del secador. Por lo tanto productos sensibles al calor pueden ser
secados por atomizacin usando temperaturas elevadas de entrada de
gas, aunque esas temperaturas daen el producto en un horno o en
otros procesos que no son co-corriente o tan rpidos como el secado
por atomizacin. Cuan ms grande el tamao de partcula deseado en el
polvo final, cuanto ms grande debe ser el dimetro de la cmara de
secado, a pesar del rendimiento total de unidad.
Cuando se necesitan polvos gruesos en pequeas capacidades de
produccin, un atomizador de boquilla a presin en una configuracin
de fuente, es frecuentemente la ms prctica. Aqu el roco viaja hacia
arriba hasta que es vencido por la gravedad y por el flujo de aire
hacia abajo. Entonces invierte su direccin y cae. Por ltimo,
aterriza en el cono inferior de la cmara de secado.El gran
inconveniente en secadores de boquilla en fuente es que el proceso
no es co-corriente. Ms bien, es flujo mezclado, y realmente el
secado empieza en una parte ms fra del secador y contina en la zona
ms caliente. Dado que cada gotita ya est en parte seca, se
disminuye el efecto de enfriamiento por evaporacin y el riesgo de
degradacin trmica llega a ser mayor. En ocasiones, una menor
temperatura de los gases de entra resuelven este problema, pero
tambin reducen la capacidad total de evaporacin.La tercera y ms
comnmente usada configuracin tiene una boquilla a presin en el
techo del secador, atomizando a co-corriente con el aire caliente.
As, toma ventaja del enfriamiento por evaporacin, pero
frecuentemente requiere que el secador tenga un cilindro con 20
metros de altura. Estas "Torres de boquilla" son frecuentemente
usadas para ingredientes alimenticios, colorantes, pesticidas y
otros productos sensibles al calor que tambin deben estar en forma
tosca de polvo de flujo libre.Colectando el polvo secoUna vez que
el producto est seco como un polvo de flujo libre, este debe ser
separado del gas de secado, el cual ahora est fro y contiene el
lquido evaporado. Los polvos gruesos son fcilmente colectados
directamente del fondo del cono de la cmara de secado. En este
arreglo los gases de secado empleados salen a travs de un ducto de
salida situado al centro del cono. La inversin del flujo del gas
permite que la fraccin ms grande del polvo se coloque en el cono, y
resbale hacia la conexin inferior equipada, a menudo de una bolsa
de aire.Debido a que el gas empleado tiene contenido de polvo,
ciclones o filtros de bolsas son frecuentemente usados para limpiar
el gas. En algunos casos la combinacin de ciclones seguidos por un
depurador hmedo (scrubber), provee de mayor efectividad. Si el
polvo es muy fino, una pequea fraccin es colectada en la cmara de
secado. En este caso, los ciclones o el filtro de bolsas puede ser
el punto principal de coleccin. La coleccin en la cmara se elimina
usando una curva en U en la conexin de la cmara y los otros
colectores para hacer pasar ambos, polvo y gas.Flujo de gas de
procesoEl flujo del gas de secado a travs del sistema es abundante
al igual que para cualquier sistema de secado de suspensin en gas.
El calentamiento por combustin directa de gas natural resulta ser
la ms eficiente. Provisin de combustleo o de propano se suministra
a menudo cuando existe limitacin de gas natural. Si es necesario el
calentamiento indirecto se emplean calentadores de tubo y coraza o
de tubos aletados con vapor fluido de transferencia de calor como
fuentes de energa. Calentadores elctricos se emplean para secadores
de pequea escala. No obstante, en algunos casos calor de desecho,
proveniente de algn otro proceso se recupera, ya sea por inyeccin
directa a la corriente de gas de secado o por medio de
intercambiador de calor.Ventiladores centrfugos industriales son
empleados para mover el gas a travs del sistema, empleando una
combinacin de arreglo forzado e inducido o arreglo inducido
solamente. Si el gas de secado es aire ambiente este se filtra con
filtros gruesos para retener hojas, polvo y as sucesivamente. Si se
requiere un proceso de alta limpieza filtros para partculas de alta
eficiencia se pueden emplear. Ducteras con sus apropiadas
compuertas o dampers, juntas de expansin, aisladores de vibracin y
dispositivos de disminucin de ruido se suministran con la mayora de
los secadores. Generalmente todo el equipo es revestido y aislado
para reducir al mnimo prdidas de calor y condensacin, y evitar
riesgos a las personas.Diseo de proceso y controlLa capacidad de
evaporacin en un secador por aspersin es directamente proporcional
al producto entre el diferencial de las temperaturas de entrada y
salida con el flujo msico del gas a travs del sistema. La
temperatura de salida se establece por el contenido de humedad
deseado en el producto segn la isoterma de equilibrio de ese
producto. Dado que el equilibrio ideal nunca se alcanza,
generalmente se determinan valores reales de forma experimental.La
temperatura de entrada se determina tambin por la experiencia y
debe ser tan alta como sea posible, pero evitando el deterioro del
producto. As, para una capacidad de evaporacin dada, el flujo
necesario de gas de proceso puede ser determinado por la diferencia
de temperaturas.El tamao de todos los componentes del sistema puede
determinarse en base al flujo de gas. El tiempo de residencia del
gas debe seleccionarse en base a la experiencia, basados en el
tamao de partcula deseada y las caractersticas conocidas del
producto seco. Esto permite calcular de forma directa el volumen de
la cmara de secado.A este punto, el mtodo de atomizacin ya debe
estar seleccionado y adecuado a las dimensiones de la cmara para
obtener el volumen y configuraciones deseados con respecto a la
nube de atomizacin. Si no se sabe nada sobre el producto, uno
necesita correr pruebas a escala piloto.Una vez diseado y
construido el sistema de secado necesita controles bastante
simples. Aunque uno deba hacer un clculo aproximado del flujo de
gas que atraviesa el secador, es generalmente mejor fijar el flujo
a la tasa de diseo. Dado que la temperatura de salida determina el
contenido de humedad en el producto final, la temperatura debe ser
controlada y modulada con respecto a otros cambios en el sistema.
En el caso sencillo la temperatura de salida controla el suministro
de calor a la alimentacin por medio de la temperatura de entrada,
mientras se mantiene el flujo de alimentacin constante. En efecto,
secadores con un pequeo atomizador de boquilla hacen justamente
esto usando la simple retroalimentacin de un lazo de control. Una
aproximacin ligeramente ms avanzada es utilizar "una configuracin
de control de cascada" en el cual el control de temperatura de
salida, puede cambiar el "set point" del control de temperatura de
entrada para alcanzar el nivel correcto de humedad en el producto
final.
La cada de presin a travs filtros y ciclones, y la presin en la
cmara de secado son usualmente monitoreadas, no controladas, para
asegurar con esto que el sistema opere apropiadamente. Los
atomizadores centrfugos requieren monitoreo del flujo del aceite
lubricante, su temperatura y vibracin. Por otro lado, los sistemas
de boquillas requieren monitoreo de la presin de alimentacin.Aunque
un secador por aspersin puede ser operado con controles simples,
est comenzando a ser normal la prctica de usar controles lgico
programables, los cuales ofrecen una amplia capacidad en monitoreo
y funciones de alarmas. Adems, estos pueden iniciar un arranque o
paro programados. Incluso, ofrecen la posibilidad de registro de
datos en una computadora personal, para el anlisis de tendencias y
otras caractersticas que se emplean en el control estadstico de
procesos y otros programas de aseguramiento de calidad.La cintica
del secadoLa relacin entre el contenido de humedad de los slidos a
secar y la humedad relativa del gas de secado se describe mejor por
medio del diagrama isotrmico de equilibrio o abreviando "isoterma"
(Figura 2). Claramente: Cuanto ms alta es la temperatura de un
slido en contacto con un gas a humedad constante, ms seco es el
slido.As. Uno puede controlar el contenido de humedad del producto
slido por controlar su temperatura en presencia del gas a humedad
constante. Inversamente, si la temperatura mxima est limitada por
los requerimientos producto o del proceso, el contenido de humedad
del producto puede ser controlada ajustando la humedad del gas.No
obstante, para crear las fuerzas de secado para evaporacin de la
humedad en la alimentacin de slidos hmedos. Uno debe poner en
contacto la alimentacin de slidos con una corriente de gas teniendo
a una temperatura requerida, considerablemente alta para alcanzar
el equilibrio a la humedad final deseada. La diferencia de
temperaturas determina la cantidad de evaporacin que una cantidad
dada de gas puede lograr.Otro factor importante es la tasa en la
cual la humedad abandona un producto mientras que el material pasa
a travs de un secador. Esta relacin dinmica se ilustra mejor
grficamente (Figura 3). Del punto A al punto B, la evaporacin es
rpida y a una tasa constante. Esto se refiere como secado de orden
cero. Esta forma de secado ocurre cuando la humedad libre se
evapora de la superficie de las partculas slidas.Figura 2: Datos
para la isoterma se obtienen por exponer una muestra del material a
un ambiente en el que se mantiene a una humedad relativa conocida
hasta que la muestra alcanza un peso constante.Figura 3: La
"cintica" de secado puede ser influenciada por el tiempo de secado
tambin como por la temperatura del producto.
Ms all del punto B, el secado llega a ser ms lento y el
contenido de agua alcanza a menudo un equilibrio con el gas,
incluso a temperaturas superiores al punto de ebullicin del lquido
que es evaporado. Esto ocurre cuando la humedad residual queda
ocluida en micro poros o capilares o es fsica o qumicamente
absorbida. Este estado es llamado secado de primer orden. Examinar
la curva de secado proporciona un entendimiento pleno del
comportamiento de varios tipos de sistemas de secado de la
suspensin de gas.
AGITACIONLa agitacin se refiere a forzar un fluido por medios
mecnicos para que adquiera un movimiento circulatorio en el
interior de un recipiente.Los objetivos de la agitacin sonMezcla de
dos lquidos miscibles (ej: alcohol y agua)Disolucin de slidos en
lquido (ej.: azcar y agua)Mejorar la transferencia de calor (ej.,en
calentamiento o enfriamiento)Dispersin de un gas en un lquido
(ej.,oxgeno en caldo de fermentacin)Dispersin de partculas finas en
un lquidoDispersin de dos fases no miscibles (ej.,grasa en la
leche)Equipo de agitacinConsiste en un recipiente cilndrico
(cerrado o abierto), y un agitador mecnico, montado en un eje y
accionado por un motor elctrico.Las proporciones del tanque varan
ampliamente, dependiendo de la naturaleza del problema de
agitacin.El fondo del tanque debe ser redondeado, con el fin de
eliminar los bordes rectos o regiones en las cuales no penetraran
las corrientes del fluido.La altura del lquido, es aproximadamente
igual al dimetro del tanque.Sobre un eje suspendido desde la parte
superior, va montado un agitador. El eje est accionado por un
motor, conectado a veces, directamente al mismo, pero con mayor
frecuencia, a travs de una caja de engranajes reductores.Clases de
AgitadoresLos agitadores se dividen en los que generan corrientes
paralelas al eje del impulsor que se denominan impulsores de flujo
axial; y aquellos que generan corrientes en direccin radial
tangencial que se llaman impulsores de flujo radial.Tipos de
agitadoresLos tres tipos principales de agitadores son, paletas,
turbina, hlice.Agitadores de paleta o palaConsiste en una hoja
plana sujeta a un eje rotatorio.El flujo de lquido tiene una
componente radial grande en el plano de la pala y tambin un gran
componente rotacional. Los agitadores de pala son de construccin
relativamente fcil.Los agitadores de pala sencillos producen una
accin de mezcla suave, que es con frecuencia la conveniente para el
trabajo con materiales cristalinos frgiles.Son tiles para
operaciones de simple mezcla, como, por ejemplo, la mezcla de
lquidos miscibles o la disolucin de productos slidos.Agitador de
paletasLos agitadores industriales de paletas giran a una velocidad
comprendida entre 20 y 150 rpm.La longitud del rodete de un
agitador de paletas es del orden de 50 al 80% del dimetro interior
del tanque.La anchura de la paleta es de un sexto a un dcimo de su
longitud.A velocidades muy bajas, un agitador de paletas produce
una agitacin suave, en un tanque sin placas deflectoras o
cortacorrientes, las cuales son necesarias para velocidades
elevadas. De lo contrario el lquido se mueve como un remolino que
gira alrededor del tanque, con velocidad elevada pero con poco
efecto de mezcla.AGITADORES DE TURBINA Estn constituidos por un
componente impulsor con ms de cuatro hojas, montadas sobre el mismo
elemento y fijas a un eje rotatorio. Los agitadores de turbina se
pueden utilizar para procesar numerosos materiales.Agitadores de
turbina tpicosLos agitadores de turbina son eficaces para un amplio
intervalo de viscosidades; en lquidos poco viscosos, producen
corrientes intensas, que se extienden por todo el tanque y
destruyen las masas de lquido estancado.En las proximidades del
rodete existe una zona de corrientes rpidas, de alta turbulencia e
intensos esfuerzos cortantes. Las corrientes principales son
radiales y tangenciales. Las componentes tangenciales dan lugar a
vrtices y torbellinos, que se deben evitar por medio de placas
deflectoras o un anillo difusor, con el fin de que el rodete sea ms
eficaz.El agitador de turbina semiabierto, conocido como agitador
de disco con aletas, se emplea para dispersar o disolver un gas en
un lquido. El gas entra por la parte inferior del eje del rodete;
las aletas lanzan las burbujas grandes y las rompen en muchas
pequeas, con lo cual se aumenta grandemente el rea interfacial
entre el gas y el lquido.AGITADORES DE HLICEPoseen elementos
impulsores de hojas cortas (corrientemente de menos de del dimetro
del tanque); giran a gran velocidad (de 500 a varios millares de
r.p.m).Las hlices no son muy efectivas si van montadas sobre ejes
verticales situados en el centro del depsito de mezcla.Tanto la
componente radial como la longitudinal contribuyen, generalmente, a
la mezcla, pero no siempre la componente rotatoria. La velocidad de
flujo creada, en un depsito, por un mezclador de hlice tiene tres
componentes:Una componente radial que acta en direccin
perpendicular al eje.Una componente longitudinal que acta
paralelamente al eje.Una componente rotatoria que acta en direccin
tangencial al crculo de rotacin del eje.
AGITADORES PARA TANQUES CERRADOS Y TANQUES ABIERTOS DE MONTAJE
FIJOEstos tipos de agitadores son recomendados para su aplicacin, y
todo depende de los requisitos de su proceso. Los hay de acoplados
directo, estos estn diseados para aplicaciones de baja viscosidad,
o volumen pequeo, o aplicaciones en que se requiere trituramientos
del producto. Los agitadores de acoplado de engranaje (caja
reductora), son eficientemente usados en productos con ms alta
viscosidad o aplicaciones con un volumen ms elevado.Tipos de Flujo
en Tanques AgitadosEl tipo de flujo que se produce en un tanque
agitado, depende del tipo de rodete, de las caractersticas del
fluido y del tamao y proporciones del tanque, placas deflectoras y
agitador.La velocidad del fluido en un punto del tanque tiene tres
componentes y el tipo de flujo global en el mismo, depende de las
variaciones de estas tres componentes de la velocidad, de un punto
a otro.La primera componente de velocidad es radial y acta en
direccin perpendicular al eje del rodete. La segunda es
longitudinal y acta en direccin paralela al eje. La tercera es
tangencial o rotacional, y acta en direccin tangencial a la
trayectoria circular descrita por el rodete.Tipos de Flujo en
Tanques AgitadosFormas de evitar remolinosColocando el agitador
fuera del eje central del tanque En tanques pequeos 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 direccin del radio.Formas de
evitar remolinosInstalando placas deflectoras Estas son placas
verticales perpendiculares a la pared del tanque. En tanques
pequeos son suficientes 4 placas deflectoras, para evitar remolinos
y formacin de vrtice. El ancho de las placas no debe ser mayor que
un doceavo del dimetro del tanque. Cuando se usan agitadores de
hlice, el ancho de la placa puede ser de un octavo del dimetro del
tanque.Deflectores o baflesCuando se emplean agitadores de aspas
para agitar fluidos de baja viscosidad en tanques sin deflectores
(o bafles) se genera un vrtice. La profundidad del vrtice crece con
la velocidad hasta que eventualmente el vrtice pasa por el
agitador.La eficiencia del mezclado en un sistema con vrtice es
usualmente menor que la correspondiente en el sistema sin ella.
Para eliminar esta problemtica, comnmente se colocan cuatro
deflectores al tanque con un ancho de 1/10 el dimetro del tanque.
Para lquidos de alta velocidad su misma resistencia natural a fluir
amortigua la formacin del vrtice al grado que el ancho de los
bafles puede reducirse a 1/20 del dimetro del tanque.
Para fluidos viscosos se recomienda colocar los deflectores a
una distancia de la pared igual al ancho del deflector para evitar
zonas estancadas detrs de estos.Las variables que pueden ser
controladas y que influyen son:Dimensiones principales del tanque y
del rodete: Dimetro del tanque (Dt), Dimetro del rodete (Da),
altura del lquido (H), ancho de la placa deflectora (J), distancia
del fondo del tanque hasta el rodete (E), y dimensiones de las
paletas.Viscosidad ( ) y densidad ( ) del fluido.Velocidad de giro
del agitador (N).Clculo de PotenciaEl clculo de la potencia
consumida se hace a travs de nmeros adimensionales, relacionando
por medio de grficos el nmero de Reynolds y el Nmero de Potencia.
Estas grficas dependern de las caractersticas geomtricas del
agitador y de si estn presentes o no, las placas deflectoras.N P =
N Potencia N Re = N Reynolds N Fr = N de FroudeNmero de Reynolds =
esfuerzo de inercia / esfuerzo cortanteNmero de Froude = esfuerzo
de inercia / esfuerzo gravitacionalNmero de Potencia = esfuerzo de
frotamiento / esfuerzo de inercia
FLUJO DE FLUIDOSSe define como flujo a un fluido en movimiento.
Vamos a describir el flujo de un fluido en funcin de ciertas
variables fsicas como presin, densidad y velocidad en todos los
puntos del fluido. Vamos a describir el movimiento de un fluido
concentrndonos en lo que ocurre en un determinado punto del espacio
(x, y, z) en un determinado instante de tiempo t. As, la densidad
de un flujo, por ejemplo, vendr dada por, y la velocidad del flujo
en el instante t en ese mismo punto ser.Las partculas dentro de un
flujo pueden seguir trayectorias definidas denominadas lneas de
corriente. Una lnea de corriente es una lnea continua trazada a
travs de un fluido siguiendo la direccin del vector velocidad en
cada punto. As, el vector velocidad es tangente a la lnea de
corriente en todos los puntos del flujo. No hay flujo a travs de
una lnea de corriente, sino a lo largo de ella e indica la direccin
que lleva el fluido en movimiento en cada punto.Para observar el
flujo de un fluido, se pueden inyectar enlas mismas diferentes
sustancias, como partculas brillantes, tinte o humo, y as rastrear
el movimiento de las partculas. Los rastros que dejan estas
sustancias se denominan lneas de emisin.Se define un tubo de
corriente a una porcin del flujo formado por todas las lneas de
corriente que cruzan transversalmente una pequea rea
determinada.
TIPOS DE FLUJOVamos a ver los diferentes tipos de flujos que nos
podemos encontrar:FLUJO ESTACIONARIO ->Se da este tipo de flujo
cuando las variables que lo caracterizan son constantes en el
tiempo. Estas variables ya no dependern del tiempo, como por
ejemplo la velocidad la cual puede tener un determinado valor
constanteen el punto (x1,y1,z1), pero pudiera cambiar su valor en
otro punto (x2,y2,z2). As se cumple que:
Un flujo es no estacionario si las variables fsicas que lo
caracterizan dependen del tiempo en todos los puntos del fluido,
entonces:
Como en un flujo estacionario la velocidaden un punto es
constante en el tiempo, todas las partculas del fluido que llegan a
un determinado punto seguirn movindose a lo largo de la lnea de
corriente que pasa por ese punto. Por tanto, en este tipo de flujo
la trayectoria de las partculas es la propia lnea de corriente y no
puede haber dos lneas de corriente que pasen por el mismo punto, es
decir, las lneas de corriente no se pueden cruzar. En un flujo
estacionario el patrn de las lneas de corriente es constante en el
tiempo.Si el flujo no es estacionario, las lneas de corriente
pueden cambiar de direccin de un instante a otro, por lo que una
partcula puede seguir una lnea de corriente en un instante y al
siguiente seguir otra lnea de corriente distinta.FLUJO UNIFORME
->Tenemos este tipo de flujo cuando la variable fsica es igual
en todos los puntos del flujo. Por ejemplo, en un flujo uniforme la
velocidad de todas las partculas es la misma en cualquier instante
de tiempo, por tanto, la velocidad no va a depender de la posicin
de la partcula de fluido, aunque puede variar en el tiempo:
Cuando las variables fsicas varan de punto a punto, se dice que
el flujo es no uniforme.FLUJO INCOMPRESIBLE ->Cuando se comprime
un flujo de fluido, si la densidad permanece constante, se dice que
el flujo es incompresible. En caso contrario, se dice que el flujo
es compresible.FLUJO VISCOSO ->Ya sabemos que la viscosidad en
un fluido es la resistencia que presenta ste a los esfuerzos
tangenciales. Se pudiera considerar el equivalente de la friccin en
el movimiento de cuerpos slidos. Cuanto mayor sea la viscosidad en
un flujo, mayor debern ser las fuerzas externas que hay que aplicar
para conservar el flujo. Cuando el efecto de la viscosidad en el
flujo es despreciable, se considera que estamos ante un flujo no
viscoso.FLUJOIRROTACIONAL->Cuando se tiene un fluido que se
desplaza en una corriente circular, pero las partculas del fluido
no giran alrededor del eje que pasa por su centro de masas, se dice
que el flujo esirrotacional. En caso contrario estamos ante un
flujo rotacional.FLUJO LAMINAR Y FLUJO TURBULENTO ->Un flujo es
laminar cuando sus partculas se mueven a lo largo de trayectorias
suaves en lminas o capas, de manera que una capa se desliza
suavemente sobre otra capa adyacente. Este tipo de flujos cumple la
Ley de Viscosidad de Newton.Un flujo es turbulento cuando sus
partculas se mueven en trayectorias muy irregulares que causan
colisiones entre las partculas, producindose un importante
intercambio de cantidad de movimiento entre ellas. La turbulencia
establece esfuerzos de cizalla importantes y causa prdidas de
energa en todo el flujo.La accin de la viscosidad amortigua la
turbulencia en un flujo. Por tanto, si tenemos un fluido con baja
viscosidad, alta velocidad y de gran extensin, movindosecon un
flujo laminar, ste se convertira muy rpidamente en un flujo
turbulento.La naturaleza laminar o turbulenta de un flujo se indica
mediante el nmero deReynolds.NMERO DEREYNOLDSEn nmero deReynoldses
la relacin entre la inercia presente en el flujo debido a su
movimiento y la viscosidad del fluido.Para una tubera circular de
dimetro , por la que fluye un fluido de densidad y viscosidad , con
una rapidez v, el nmero deReynoldsse puede calcular mediante la
expresin:
Un flujo turbulento que fluye por un tubo de vidrio se vuelve
laminar cuando la velocidad sereducehasta alcanzar un nmero
deReynoldigual a 2000. Este valor se denomina nmero crtico inferior
deReynolds. Todos los flujos para los que, son flujos laminares.En
una instalacin de tuberas un flujo laminar cambiar a turbulento en
el rango. Por encima de 4000 el flujo se considera turbulento.
Experimentalmente se ha comprobado que ciertos flujos muy
especiales siguen teniendo un comportamiento laminar con un nmero
deReynoldssuperior a 12000.
