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• Jhonny Ochoa Alva

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL AREA ACADÉMICA DE INGENIERÍA QUÍMICA

INFORME N° 2 LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I PI135-A TITULO: “AGITACION”

PROFESOR DE LABORATORIO:  APAZA HUANCAPAZA, UBALDO ALUMNOS:  BASTIDAS ARANGUENA, JEAN PIERRE  OCHOA ALVA, JHONNY  TITO BERROCAL, ANGELLO CHRISTIAN

PERIODO ACADEMICO: 2018-I REALIZACION DE PRÁCTICA: 09/03/18 ENTREGA DE PRÁCTICA: 16/04/18 Lima-Perú

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INDICE RESUMEN ................................................................................................................................... 3 INTRODUCCION ........................................................................................................................ 4 OBJETIVOS ................................................................................................................................ 5 FUNDAMENTO TEÓRICO ....................................................................................................... 5 METODOLOGIA......................................................................................................................... 9 METODOLOGIA EXPERIMENTAL .................................................................................... 9 EQUIPOS................................................................................................................................. 9 RESULTADOS ......................................................................................................................... 11 DISCUSIÓN............................................................................................................................... 17 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ..................................................................................... 17 APÉNDICES ............................................................................................................................. 18

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RESUMEN Mediante el siguiente informe de laboratorio, pretendemos comprobar la fiabilidad de las ecuaciones teóricas descritas en la bibliografía, comenzando con el cálculo de la potencia que se requiere en un sistema de agitación con el principal propósito de obtener una mezcla uniforme. Por tal motivo, en las próximas hojas se tendrá la comparación de los valores obtenidos en el laboratorio junto con los valores teóricos usando las ecuaciones. Igualmente, se estudió el efecto de variables como tipo de impulsor (hélice y turbina), tamaño del agitador, nivel del impulsor y el uso de deflectores. Para realizar este objetivo, se sometió al sistema de agitación a diferentes velocidades radiales. Los resultados obtenidos son un importante referente al momento de elegir el agitador más indicado para un proceso específico, ya que de esa manera nosotros podemos confiar que nuestro sistema tendrá una mezcla homogénea más fiable.

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INTRODUCCION Constituye una de las operaciones más antiguas y comunes de la Ingeniería Química, constituyéndose todavía un arte. Dado que un proceso de mezclado puede conllevar a cambios físicos y/o químicos, la complejidad de los fenómenos de transporte involucrados se torna muy difíciles de analizar y caracterizar. Así, hasta el momento, no existen correlaciones generales que permitan determinar variables útiles como la velocidad de mezcla, la forma del mezclador, la potencia del motor, la forma del rodete de mezcla, y el grado de homogeneidad que con éstos se pueda lograr. El problema puede dejarse a la experiencia cuando se trata de mezclar líquidos miscibles como en el caso de algunos derivados del petróleo. Este tipo de mezclas puede entenderse como simple cuando no involucra reacciones químicas ni transferencia de masa en la entre-fase. Sin embargo, el problema se complica mucho a la hora de intentar generalizar la mezcla y agitación debido al gran abanico de propiedades que presentan las sustancias (densidad, viscosidad, temperatura, presión, etc.), y las fases (gases, líquidos y sólidos) en las que se desea llevar a cabo el proceso en la industria. Por tanto, el diseño y la optimización de agitadores se confían, en gran medida, a la experimentación. Por lo expuesto anteriormente, es de vital importancia demostrar la fiabilidad de las correlaciones que evalúan el consumo de potencia ya que este factor está íntimamente relacionado con costos de producción. En este sentido, se llevó acabo el laboratorio de Agitación, con el propósito de ver la fiabilidad de las ecuaciones teóricas que se pueden encontrar en la bibliografía y al mismo tiempo observar el efecto de variables en el consumo de potencia.

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OBJETIVOS  Estudiar la importancia de las variables en la operación de agitación para obtener una potencia optima  Estudiar el comportamiento del fluido frente a distintas variables, tales como tipos de rodetes, velocidades radiales y los deflectores. FUNDAMENTO TEÓRICO AGITACIÓN El proceso de agitación es uno de los más importantes dentro de la industria química porque el éxito de muchas operaciones industriales depende de una agitación y mezcla eficaz. Sin embargo, debido a la complejidad de los fenómenos de transporte involucrados, es uno de los procesos más difíciles de analizar y caracterizar. Así, hasta el momento, no existen correlaciones generales para configuraciones arbitrarias de agitación que describan cantidades útiles como la velocidad de mezcla o el grado de homogeneidad alcanzada. Otra de las dificultades que aparece a la hora de caracterizar la mezcla y agitación es la gran cantidad de sustancias (líquidos y sólidos) que se pueden encontrar en la industria química. Por tanto, el diseño y la optimización de agitadores están confiados en gran medida, a la experimentación. Se debe distinguir entre agitación y mezcla. Agitación se puede definir como el movimiento circulatorio inducido a un fluido dentro de un contenedor, fundamentalmente de forma circular y provocando vértices. El objeto de la agitación puede ser incrementar la transferencia de calor en el fluido o incrementar el transporte de materia, es decir, mezclar. En contraste con la agitación, mezclar es obtener una distribución espacialmente homogénea de dos o más fases inicialmente separadas. Aquí, una de las fases ha de ser un fluido, mientras que la otra puede ser algo tan variado como otro fluido, partículas sólidas o burbujas. La agitación tiene algunos propósitos, tales como: 1. Suspensión de partículas sólidas. 2. Mezclado de líquidos miscibles, por ejemplo, alcohol metílico y agua. 3. Dispersión de un gas a través de un líquido en forma de pequeñas burbujas. 4. Dispersión de un segundo líquido, inmiscible con el primero, para formar una emulsión o suspensión de gotas finas. 5. Promoción de la transferencia de calor entre el líquido y un serpentín o encamisado. TANQUES AGITADOS Los líquidos se agitan con más frecuencia en algún tipo de tanque o recipiente, por lo general de forma cilíndrica y provista de un eje vertical. La parte superior del tanque puede estar abierta al aire; pero generalmente está cerrada. Las proporciones del tanque varían bastante, dependiendo de la naturaleza del problema de agitación. El fondo del tanque es redondeado, no plano, para eliminar las esquinas o regiones agudas en las que no penetrarían las corrientes de fluido. La profundidad (o altura) del líquido es aproximadamente igual al diámetro del tanque. Un agitador va instalado sobre un eje suspendido, es decir, un eje sostenido en la parte superior. El eje es accionado por un motor, a veces directamente conectado al eje, pero es más común que se encuentre conectado a éste, a través de una caja reductora de velocidad. Por lo general también 5

lleva incorporados accesorios tales como líneas de entrada y salida, serpentines, encamisados y pozo para termómetros u otros equipos de medición de la temperatura. El agitador provoca que el líquido circule a través del tanque y eventualmente regrese él mismo. Los deflectores con frecuencia se incluyen para reducir el movimiento tangencial.

Impulsadores (Agitadores) Los agitadores de impulsor o rodete se dividen en dos clases. Los que generan corrientes paralelas al eje del impulsor se llaman impulsores de flujo axial; y aquellos que generan corrientes en dirección radial o tangencial se llaman impulsores de flujo radial. Los tres principales tipos de impulsores para líquidos de baja a moderada viscosidad son las hélices, turbinas e impulsores de alta eficiencia. Cada uno de ellos comprende muchas variantes y subtipos que no se considerarán aquí. Para líquidos muy viscosos, los impulsores más adecuados son los de hélice y agitadores de anclaje. - Hélices: es un impulsor de flujo axial y alta velocidad que se utiliza para líquidos de baja viscosidad. Las hélices pequeñas giran con la misma velocidad que el motor, ya sea a 1 150 o 1 750 rpm; las grandes giran de 400 a 800 rpm. La dirección de la rotación se elige generalmente para impulsar el líquido a descender, y las corrientes de flujo que salen del impulsor continúan a través del líquido en una dirección determinada hasta que chocan con el fondo del tanque. La columna altamente turbulenta de remolinos de líquido que abandona el agitador, arrastra al moverse el líquido estancado, probablemente en mayor proporción que una columna equivalente de una boquilla estacionaria. Las palas de la hélice cortan o cizallan vigorosamente el líquido. Debido a la persistencia de las corrientes de flujo, los agitadores de hélice son eficaces en tanques muy grandes. - Turbinas: se representan cuatro tipos de agitadores de turbina. La turbina sencilla de palas rectas, que empuja al líquido en forma radial y tangencial, casi sin movimiento vertical al agitador. Las corrientes que genera se desplazan hacia fuera hasta la pared del tanque y entonces fluyen hacia arriba o hacia abajo. Tales agitadores son llamados a veces paletas. En los tanques de proceso, los agitadores industriales típicos de paletas giran a velocidades comprendidas entre 20 y 150 rpm. La turbina de disco, con palas múltiples rectas instaladas en 6

un disco horizontal, como el agitador de pala recta, crea zonas de alta velocidad de corte. Esta turbina es especialmente útil para la dispersión de un gas en un líquido. La turbina de disco de pala cóncava CD-6 también se utiliza con frecuencia para la dispersión de gas. Una turbina de pala inclinada se emplea cuando la circulación global es importante.

Agitadores para líquidos de viscosidad moderada: a) agitador marino de tres palas; b) turbina simple de pala recta; c) turbina de disco; d) agitador de pala cóncava CD-6 (Chemineer, Inc.); e) turbina de pala inclinada Consumo de Potencia El cálculo de la potencia consumida se hace a través de números adimensionales, relacionando por medio de gráficos el número de Reynolds y el Número de Potencia. Estas gráficas dependerán de las características geométricas del agitador y de si están presentes o no, las placas deflectoras.

Número de Reynolds Número de Reynolds =

Esfuerzo de inercia Esfuerzo cortante 2

D N Re  a  Número de Potencia Número de Potencia =

Esfuerzo de frotamiento Esfuerzo de inercia

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N po 

P N D a 5 3

Número de Froude Número de Froude =

N Fr

Esfuerzo de inercia Esfuerzo gravitacional

N 2Da  g

Para bajos números de Reynolds (Re