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todo sofre agitacion, Guías, Proyectos, Investigaciones de Procesos Químicos

teoría sobre agitación y tipos de agitación

Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones

2019/2020

Subido el 04/05/2020

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AGITACIÓN LÍQUIDA
La definición del problema es el primer paso en la aplicación de agitadores de turbina para mezclar
en los que la fase continua es un líquido. El desarrollo de un procedimiento ordenado permitirá al
ingeniero de diseño especificar un sistema de agitación que cumpla con los requisitos del sistema
hidráulico, capital y costos.
CÓMO SELECCIONAR LA TURBINA ÓPTIMA
Un ingeniero que hoy intenta evaluar los requisitos para los agitadores de turbina tiene poca
información disponible para convertir la teoría en una práctica sólida. Nuestro propósito en esta
serie será presentar información de diseño y un diseño y estimación de costos para aplicaciones de
proceso de agitadores de turbina.
Estas técnicas permitirán que un ingeniero realice:
(1) Estimaciones preliminares del tamaño y los costos del agitador de turbina para un nuevo
proceso propuesto, (2) Proporcionar una base para analizar el equipo de agitación existente en un
estudio de modernización de la planta, o (3) Proporcionar una base para especificar equipos de
agitación de turbina.
La siguiente lista de temas principales describe el tema a tratar para la aplicación adecuada de los
agitadores de turbina:
- Procedimiento de diseño: organización y lógica.
- Conceptos fundamentales.
- Procedimiento de diseño aplicado a problemas de mezcla y movimiento, suspensión de sólidos y
dispersión de gases.
- Diseño Mecánico.
- Evaluación y optimización económica.
Un agitador de turbina es un dispositivo mecánico que produce movimiento en un fluido a través
de la acción giratoria de los impulsores. El impulsor de la turbina consiste en palas de ángulo fijo
unidas a un cubo accionado por el eje agitador.
Los impulsores de turbina se caracterizan por el tipo de flujo producido. Las turbinas de flujo axial
mueven el fluido paralelo al eje del eje agitador, mientras que las turbinas de flujo radial
descargan el fluido desde la región del impulsor perpendicular a este eje.
La turbina de flujo axial más común, la turbina de álabes inclinados de 45º, se muestra junto con
su patrón de flujo básico en la figura 1. Aunque hay un ligero componente radial en el flujo, este
patrón es principalmente flujo axial.
Una turbina de flujo radial típica, un impulsor de pala plana, también se muestra en la figura 1
junto con su patrón de flujo representativo. Las palas planas se pueden montar en un cubo, como
se muestra en la figura 1, o en un disco si se desea flexibilidad en el número de palas o el diámetro
del impulsor.
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AGITACIÓN LÍQUIDA

La definición del problema es el primer paso en la aplicación de agitadores de turbina para mezclar en los que la fase continua es un líquido. El desarrollo de un procedimiento ordenado permitirá al ingeniero de diseño especificar un sistema de agitación que cumpla con los requisitos del sistema hidráulico, capital y costos.

CÓMO SELECCIONAR LA TURBINA ÓPTIMA

Un ingeniero que hoy intenta evaluar los requisitos para los agitadores de turbina tiene poca información disponible para convertir la teoría en una práctica sólida. Nuestro propósito en esta serie será presentar información de diseño y un diseño y estimación de costos para aplicaciones de proceso de agitadores de turbina. Estas técnicas permitirán que un ingeniero realice: (1) Estimaciones preliminares del tamaño y los costos del agitador de turbina para un nuevo proceso propuesto, (2) Proporcionar una base para analizar el equipo de agitación existente en un estudio de modernización de la planta, o (3) Proporcionar una base para especificar equipos de agitación de turbina. La siguiente lista de temas principales describe el tema a tratar para la aplicación adecuada de los agitadores de turbina:

  • Procedimiento de diseño: organización y lógica.
  • Conceptos fundamentales.
  • Procedimiento de diseño aplicado a problemas de mezcla y movimiento, suspensión de sólidos y dispersión de gases.
  • Diseño Mecánico.
  • Evaluación y optimización económica. Un agitador de turbina es un dispositivo mecánico que produce movimiento en un fluido a través de la acción giratoria de los impulsores. El impulsor de la turbina consiste en palas de ángulo fijo unidas a un cubo accionado por el eje agitador. Los impulsores de turbina se caracterizan por el tipo de flujo producido. Las turbinas de flujo axial mueven el fluido paralelo al eje del eje agitador, mientras que las turbinas de flujo radial descargan el fluido desde la región del impulsor perpendicular a este eje. La turbina de flujo axial más común, la turbina de álabes inclinados de 45º, se muestra junto con su patrón de flujo básico en la figura 1. Aunque hay un ligero componente radial en el flujo, este patrón es principalmente flujo axial. Una turbina de flujo radial típica, un impulsor de pala plana, también se muestra en la figura 1 junto con su patrón de flujo representativo. Las palas planas se pueden montar en un cubo, como se muestra en la figura 1, o en un disco si se desea flexibilidad en el número de palas o el diámetro del impulsor.

EL PROBLEMA DE DISEÑO PARA AGITADORES DE TURBINA

El diseño de la mayoría de los tipos de equipos de proceso generalmente implica definir y cumplir un objetivo de proceso bien entendido. Por ejemplo, el diseño de una columna de destilación comenzaría con una declaración del grado deseado de separación. Se establecerían las condiciones del proceso y el número de bandejas teóricas. El diseñador del equipo calcularía el diámetro y la altura de la columna de facción y el número de bandejas utilizando las correlaciones establecidas para el rendimiento hidráulico y la eficiencia de la bandeja. En equipos de agitación, no se ha establecido un procedimiento comparable para especificar y diseñar en la literatura publicada. Las razones para esto incluyen la amplia gama de aplicaciones para las que se utilizan los agitadores, la falta de criterios acordados para el rendimiento de la agitación y la relativa complejidad de muchas aplicaciones de agitación en las industrias de procesos químicos (CPI) Debido a estas dificultades, una especificación escrita para un agitador a menudo incluye declaraciones imprecisas sobre el grado de agitación como: Proporcione suficiente agitación para promover la reacción. Promover el contacto de sólidos y líquidos. Mezcle dos líquidos hasta la uniformidad. Dispersar gas para promover la reacción. Proporcionar agitación (leve, media, violenta, vigorosa). Con criterios tan vagos para el rendimiento, no es posible una selección precisa de un agitador. La función del procedimiento de diseño que se presentará en esta serie es proporcionar una técnica para mejorar la comunicación de los requisitos de agitación, así como describir cómo esta información se puede convertir en el hardware adecuado. Para comprender las diversas tecnologías requeridas para el diseño de agitadores de turbina, analizaremos la organización de una lógica presentada en el diagrama de flujo de la Fig.2. Las secciones principales de esta lógica, como se señala en el extremo izquierdo de la Fig. 2, servirán como encabezados para la siguiente discusión.

CLASIFICACIÓN DEL PROBLEMA DE AGITACIÓN.

Las aplicaciones de agitadores de turbina en el IPC implican uno o más de los siguientes objetivos:  Mezcla a granel: Combinando líquidos de proceso de composición y propiedades diferentes. a) La turbina de álabes inclinados produce flujo axial. b) La turbina de pala plana produce flujo radial. El paso de la pala establece el tipo de flujo para las turbinas Fig. Cuadro de imágenes

transferencia de calor, velocidad de transferencia de masa, tiempo de mezcla, grado de mezcla, velocidad de reacción y rendimiento. Sería muy deseable diseñar el agitador de turbina para producir directamente este resultado. Como se señaló anteriormente, a menudo es imposible establecer el resultado deseado con precisión. Sin embargo, el diseñador debe intentar definir el resultado del proceso deseado en la medida de lo posible. Respuesta dinámica requerida: si el resultado del proceso no se puede definir, ¿qué se puede decir sobre el grado de agitación deseado? Para especificar el grado de agitación, adoptaremos un nuevo término llamado respuesta dinámica. La respuesta dinámica describe la agitación resultante en términos puramente físicos. Las respuestas dinámicas para la mezcla y el movimiento, la suspensión de sólidos y la dispersión de gases en este procedimiento son la velocidad del fluido a granel, el nivel de suspensión de sólidos y el grado de dispersión de gases, respectivamente. Para ilustrar este concepto, un nivel bajo de respuesta dinámica para la mezcla y el movimiento sería una velocidad muy mínima en todo el fluido agitado, mientras que un alto nivel de respuesta dinámica sería velocidades muy altas. En la suspensión de sólidos, un bajo nivel de respuesta dinámica correspondería a los sólidos en movimiento mínimo en el fondo del recipiente, mientras que un alto nivel de respuesta dinámica sería sólidos dispersados uniformemente en todo el fluido. Un nivel mínimo de respuesta dinámica en la dispersión de gas sería burbujas de gas relativamente grandes que se elevan rápidamente a la superficie del líquido y se distribuyen de manera deficiente en toda la fase líquida. Un alto nivel de respuesta dinámica sería burbujas de gas finamente dispersas y distribuidas por toda la fase líquida. Un alto nivel de respuesta dinámica sería burbujas de gas finamente dispersas y distribuidas por todo el recipiente del proceso. Como un enfoque conveniente para el diseño, la respuesta dinámica se ha relacionado con una escala de agitación que varía de 1 a 10 para la mayoría de las aplicaciones prácticas para agitadores de turbina. Esta escala sirve como una herramienta de comunicación para indicar el nivel de respuesta dinámica deseado.

SELECCIÓN DE EQUIPOS PARA RESPUESTA DINÁMICA

Hasta este punto en nuestro procedimiento, hemos enfatizado los requisitos del proceso y la respuesta dinámica asociada. Sin embargo, el propósito del procedimiento no se cumple hasta que se haya diseñado y seleccionado un equipo industrial que cumpla con los requisitos del proceso. Accionamiento del agitador: la especificación de un agitador de turbina para que pueda tener lugar un diseño mecánico detallado requiere la definición de (1) potencia del motor principal, (2) velocidad de rotación de la turbina (es decir, velocidad del eje) y (3) número, tipo, talla y ubicación de las turbinas. Dado que la rotación de los impulsores en el fluido produce la respuesta dinámica, sería lógico definir primero el sistema impulsor y su velocidad de rotación. Luego se determinaría la potencia requerida para lograr la rotación de los impulsores. Sin embargo, las restricciones de diseño mecánico (incluido el diseño del eje, la estandarización de los motores principales y los accionamientos, y las consideraciones económicas) limitan el número de combinaciones de potencia (para el motor primario) y velocidad (para la rotación del impulsor) que están disponibles. Es más conveniente preparar tablas de selección en las que se combinen combinaciones prácticas de potencia y velocidad de rotación como una función única de volumen

equivalente, variable primaria y respuesta dinámica. Sistema de impulsor: el diseño del sistema de impulsor dentro del recipiente de proceso requiere especificar el tipo, número, ubicación y tamaño de la turbina o turbinas. La aplicación establece el tipo de impulsor. Las turbinas de álabes inclinados deben elegirse para aplicaciones de mezcla y noción y suspensión de sólidos. Las turbinas de álabes planos para la dispersión de gases. La selección del número y la ubicación de las turbinas comienza con un cálculo de la relación Z / T donde Z es el septo líquido y T es el diámetro del tanque, como se muestra en la figura 3, y continúa con la búsqueda del número de impulsores y su posición en el fluido para controlar esa geometría. El diseño comienza con el análisis de las geometrías de los recipientes y del impulsor para el sistema agitado…… Fig. 3 En futuros artículos de esta serie se harán recomendaciones de diseño específicas para el número y la ubicación de los impulsores en función de la geometría del sistema. El cálculo del diámetro del impulsor, D, para aprovechar al máximo la capacidad del motor primario y la transmisión, es quizás el elemento más crítico del diseño para el sistema del impulsor. La teoría y la práctica de los cálculos requeridos se tratarán en futuros artículos que aborden los fundamentos y las aplicaciones. EJE Y SELLOS: una vez que se ha analizado la geometría del sistema y se ha fijado el número y el número y la ubicación de los impulsores en el fluido del proceso, se puede compilar el cálculo de la longitud total del eje, L y el espaciado de la turbina, S. El diseño mecánico adecuado de un eje agitador es extremadamente importante. Esencialmente, el eje debe ser de un tamaño suficiente para transmitir la carga rotacional, combinada con las cargas de flexión generadas por desequilibrios hidráulicos aleatorios, que actúan sobre los impulsores. Además, se debe hacer un análisis de las frecuencias de vibración naturales del eje y los impulsores para asegurar que estas frecuencias estén lo suficientemente lejos de la frecuencia de operación. La operación del eje y el sistema impulsor en su frecuencia de vibración natural puede crear fuerzas que son destructivas para el equipo. La teoría completa y la aplicación de esa teoría al análisis del eje se tratarán en artículos que discuten el diseño mecánico. La implicación práctica del análisis del eje es que para una potencia y velocidad de eje determinadas, hay una longitud total del eje que no se puede exceder de manera segura. Debido a que el equipo de proceso químico comúnmente opera a temperaturas y presiones elevadas, uno de los elementos clave en el equipo rotativo es el diseño del sello. Los futuros artículos de esta serie relacionados con el diseño mecánico enfatizarán los sellos del eje, que van desde sellos comunes de labio y cajas de relleno hasta sellos mecánicos complejos.