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TP agitacion LOU 2014
Tipo: Ejercicios
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¡No te pierdas las partes importantes!
Introducción …………………………………………………….………………………… Página 2
Fundamentos teóricos …………………………………………………………....... Página 3
Detalles experimentales ………………………………………………………....... Página 8
Resultados agitación..……………………………………………………………….… Página 12
Discusión ………………………………………………………………………………...… Página 19
Resultados reología..……………………………………………………………….… Página 21
Conclusión ……………………………………………………………………………..… Página 24
Nomenclatura ………………………………………………………………..……….... Página 26
Bibliografía …………………………………………………………………………..…… Página 26
La agitación provoca el movimiento circulatorio de un fluido de forma forzada, por medios mecánicos, dentro de un recipiente. Una operación de este estilo puede tener varios objetivos:
Por lo general, el equipo está formado por un recipiente cilíndrico, el cual puede ser cerrado o abierto, y un agitador mecánico, el cual se encuentra accionado por un motor eléctrico. Existen muchísimos tamaños dependiendo de la agitación que se desee realizar. El fondo del tanque debe ser redondeado para eliminar las regiones en las cuales no penetrarían las corrientes del fluido.
La altura del líquido y la distancia desde el fondo del tanque al agitador son importantes a la hora de analizar la potencia, ya que existen diferentes correlaciones que varían en función de dichos parámetros.
Cuando se utilizan dispositivos de este tipo, la selección correcta es fundamental. Se distinguen según el tipo de flujo que generan en el material mezclado, las aplicaciones (que dependen de la velocidad) y la variación de la viscosidad. Una gran diferenciación se da en función del sentido de las corrientes generadas, donde existen corrientes paralelas al eje del agitador (flujo axial) y corrientes en el sentido tangencial o radial (flujo radial).
Fig. 1 – Agitador de paleta (flujo radial) Fig. 2 – Agitador de hélice (flujo axial) Los agitadores de hélice operan por lo general a velocidades elevadas (los pequeños a 1150 o 1750 rpm a todo motor) y se los utiliza para líquidos pocos viscosos. Las corrientes se mueven a través del líquido en una dirección determinada hasta que son desviadas por el fondo o las paredes y los remolinos formados (de gran turbulencia) provocan el movimiento del líquido estancado.
Este tipo de agitadores son muy eficaces para tanques de gran tamaño, inclusive se utilizan por lo general agitadores múltiples y el diámetro raramente es mayor a los 50 cm, sin importar el tamaño de tanque. Se suelen utilizar dos agitadores en sentido opuesto, creando una zona de elevada turbulencia en el espacio que queda comprendido entre ellos.
Los agitadores de paleta consisten en una hoja plana sujeta a un eje rotatorio, lo que provoca que el líquido tenga en su flujo una componente radial grande (en el plano de esta hoja o pala). Son de construcción relativamente fácil y producen una acción de mezcla suave, que, con frecuencia es la conveniente para trabajar con materiales cristalinos frágiles. Son útiles para operaciones de mezcla simple, como lo son líquidos miscibles o la disolución de productos sólidos.
Los agitadores industriales de paleta giran a una velocidad comprendida entre los 20 y 150 rpm y la anchura de la paleta es de un sexto a un décimo de su longitud. A velocidades bajas, la agitación en un tanque sin placas deflectoras o cortacorrientes es suave, mientras que
Como ya se analizó en el trabajo de electrotecnia, la potencia eléctrica necesaria para la agitación es solo una fracción de la consumida por este. Si la carga es lo suficiente como para considerarse la relación entre ambas constante, la lectura de un vatímetro nos permitirá verificar de forma cualitativa la dependencia antes nombrada del Po con el Re, la cual es lineal en un gráfico logarítmico. Para un fluido con régimen laminar, esta dependencia es inversamente proporcional, mientras que para un régimen turbulento, la potencia del agitador es proporcional a un valor K que depende del tipo de agitador usado.
La eficiencia del agitador se define como la potencia entregada al fluido sobre la potencia eléctrica que consume el motor. La potencia entregada al fluido o de agitación se obtiene a partir de correlaciones teóricas como las vistas Transferencia de Cantidad de Movimiento. Para estas correlaciones, son necesarias diferentes medidas del tanque y del agitador, como se enumeraran más adelante en la parte experimental.
Para bajos números de Reynolds (Re <10) el flujo es laminar, la densidad deja de ser un factor importante y la potencia puede encontrarse como:
Mientras que en tanques con placas deflectoras y para números de Reynolds superiores a 10.000, la función de potencia es independiente del número de Reynolds y la viscosidad deja de ser un factor. Las variaciones del Número de Froude tampoco influyen. En este intervalo el flujo es completamente turbulento y la Potencia puede ser calculada como:
El término W se utiliza para hacer notar la aparición de bafle, los cuales poseen tablas y graficas aparte y evitan la formación de vórtices dentro del fluido.
La reologia se encarga del estudio de los diferentes fluidos en función de sus características y como estas varían en diferentes situaciones. Dentro de los fluidos se pueden diferenciar dos grandes grupos, los fluidos newtonianos y los no newtonianos, existiendo un pequeño grupo entre ellos.
Una variable importante para analizar de un fluido es la viscosidad, que muestra la relación entre el esfuerzo de corte y el gradiente de velocidad. En palabras más simples, muestra la resistencia del fluido a fluir. Para poder medir esta variable, se utilizan elementos conocidos como viscosímetros, dentro de los que se pueden destacar diferentes tipos.
El más empleado es el tubo capilar, donde la fuerza impulsora es la presión hidrostática del líquido a medir. Existen otros tipos, como los de cuerpo móvil, donde la viscosidad está relacionada con la caída de un cuerpo dentro del seno del material, utilizando como fundamentos teóricos la Ley de Stokes. Los viscosímetros rotacionales constan de dos partes móviles entre las que se coloca el fluido y se mide el esfuerzo que debe realizar este para mantener una determinada velocidad de rotación constante.
Por último, el viscosímetro visto en clase es del tipo empírico, donde el fluido sale por un orificio basándose en la gravedad. Se mide el tiempo que tarda en llenarse un matraz especial aforado y se verifica en tablas de fabricante la viscosidad de la muestra, ya sea en unidades inglesas o del sistema internacional.
Materiales empleados
Materiales empleados
Equipos
Entre las funciones del programador, se destaca la capacidad de regulación de temperatura, que la consigue por medio de cálculos en tiempo real de la
Se colocan los fluidos a medir en las boquillas.
Tabla 1- Parámetros de los distintos tipos de tanques empleados.
Tanque chico sin bafles
Tanque chico con bafles (4)
Tanque grande con bafles (4) Dt 9,2 cm 9,5 cm 17,6 cm W - 0,45 cm 0,6 cm Zi 3 cm 3 cm 5,6 cm Zl 9 cm 9 cm 16,7 cm
Tabla 2- Tipos de agitadores empleados.
Hélice Paleta turbina Hélice grande
Fig. 8 – Cilindro en detalleFig. 7 – Baño térmico del viscosímetro Saybolt
Fig. 10 – Detalle de bafle en tanque grande
Fig. 9 – Tanque chico con bafles
pequeña Di 2,9 cm 3,2 cm 3,8 cm 6 cm Paso Di Di Di Di Número de paletas
Fig. 12 – Paleta de 2 palasFig. 11 – Hélice grande de 3 palas
Fig. 14 – Hélice chica de vidrio
Fig. 13 – Turbina de vidrio de 6 palas
Fig. 15 – Correlaciones para distintos tipos de rodete
Fig. 16 – Gráfico para el cálculo del número de Po
Caso 1: glicerina 100% Hélice pequeña en tanque pequeño con bafles. D (^) agitador=Di=2,9 cm=0,029 m Dt/Di = 3, Zl/Di = 3, Zi/Di = 1, w/Di = 0, Curva 24 T (^) ambiente=20ºC ρ(20ºC)=1260 kg /m 3 μ(20ºC)=1,49 N.s/m 2
Tabla 3- Datos para la agitación de glicerina 100% con hélice pequeña en tanque pequeño con bafles.
N (rpm) N (1/s) Pe (W) Re Po Pcorregi do
Pagitaci ón
η 0,00 0,00 2,70 0,00 0,00 0,00 0, 202,00 21,15 7,40 15,04 2,50 2,55 0,06 0, 394,10 41,27 8,80 29,35 1,80 1,83 0,34 0, 499,10 52,27 9,90 37,17 1,40 1,43 0,54 0, 842,20 88,20 11,80 62,72 1,10 1,12 2,02 0, 1000,00 104,72 11,60 74,47 1,05 1,07 3,23 0, 1200,00 125,66 14,70 89,37 1,00 1,02 5,32 0, 1692,00 177,19 18,40 126,01 0,80 0,81 11,94 0,
Caso 2: glicerina 100% Turbina en tanque pequeño con bafles. Dagitador =Di=3,8 cm=0,038 m
Dt/Di = 2, Zl/Di = 2, Zi/Di = 0, w/Di = 0, Curva 2 T (^) ambiente=20ºC ρ(20ºC)= 1260kg/m 3 μ(20ºC)=1,49 N.s/m 2 Tabla 4- Datos para la agitación de glicerina 100% con turbina en tanque pequeño con bafles.
N (rpm) N (1/s) Pe (W) Re Po Pcorregi do
Pagitaci ón
η 0,00 0,00 5,20 0,00 0,00 0,00 0, 215,00 22,51 7,90 27,49 4,00 2,71 0,32 0, 440,00 46,08 10,50 56,26 3,80 2,58 2,57 0, 580,00 60,74 12,30 74,17 3,60 2,44 5,57 0, 790,00 82,73 15,60 101,02 3,40 2,31 13,30 0,
Caso 3: glicerina 100% Paleta en tanque pequeño con bafles. D (^) agitador=Di=3,2 cm=0,032 m Dt/Di = 2, Zl/Di = 2, Zi/Di = 0, w/Di = 0, Curva 10 T (^) ambiente=20ºC ρ(20ºC)= 1260 kg /m 3 μ(20ºC)=1,49 N.s/m 2
Tabla 5- Datos para la agitación de glicerina 100% con paleta en tanque pequeño con bafles.
N (rpm) N (1/s) Pe (W) Re Po Pcorregi do
Pagitaci ón
η 0,00 0,00 4,30 0,00 0,00 0,00 0, 200,00 20,94 8,20 18,14 2,30 2,02 0,08 0, 680,00 71,21 11,30 61,66 1,70 1,49 2,32 0, 1150,00 120,43 15,20 104,28 1,60 1,41 10,58 0,
Caso 4: glicerina 100% Hélice pequeña en tanque pequeño sin bafles. D (^) agitador=Di=2,9 cm=0,029 m Dt/Di = 3,
Caso 6: agua. Hélice pequeña en tanque pequeño con bafles. D (^) agitador=Di=2,9 cm=0,029 m Dt/Di = 3, Zl/Di = 3, Zi/Di = 1, w/Di = 0, Curva 24 T (^) ambiente=20ºC ρ(20ºC)= 998 kg/m 3 μ(20ºC)= 1,02x10 -3^ N.s/m 2
Tabla 8- Datos para la agitación de agua con hélice pequeña en tanque pequeño con bafles.
N (rpm) N (1/s) Pe (W) Re Po Pcorregi do
Pagitaci ón
η 0,00 0,00 6,90 0,00 0,00 0,00 0, 180,00 18,85 7,40 15510,60 0,30 0,31 0,00 0, 420,00 43,98 8,80 36191,39 0,30 0,31 0,05 0, 880,00 92,15 11,70 75829,58 0,30 0,31 0,50 0, 900,00 94,25 12,70 77552,98 0,30 0,31 0,53 0, 1270,00 132,99 14,30 109435, 8
Caso 7: agua. Hélice grande en tanque grande con bafles. D (^) agitador=Di=6 cm=0,06 m Dt/Di = 2, Zl/Di = 2,
Zi/Di = 0, w/Di = 0, Curva 24 T (^) ambiente=20ºC ρ(20ºC)= 998 kg/m 3 μ(20ºC)= 1,02x10 -3^ N.s/m 2
Tabla 9- Datos para la agitación de agua con hélice grande en tanque grande con bafles.
N (rpm) N (1/s) Pe (W) Re Po Pcorregi do
Pagitaci ón
η 0,00 0,00 3,90 0,00 0,00 0,00 0, 71,00 7,44 6,20 26189,12 0,30 0,26 0,01 0, 250,00 26,18 6,60 92215,20 0,30 0,26 0,37 0, 470,00 49,22 9,30 173364, 8
Se plasman en gráficos los valores de la eficiencia vs el número de revoluciones para
distintos tipos de agitadores, fluidos y uso de bafles.
