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TANQUE AGITADOR

María Alejandra Santos Díaz 4.22

Universidad de la Sabana Expresión gráfica, Grupo 4

Chía, 2013

TANQUE AGITADOR

¿QUÉ ES? Es un contendor usado en la industria que se encarga de la agitación mezcla de fluidos. La agitación se refiere al movimiento inducido de un material en una forma específica, generalmente con un modelo circulatorio dentro de algún tipo de contenedor. La mezcla es una distribución al azar de dos o más fases inicialmente separadas. Un único material homogéneo, tal como un tanque con agua fría, puede ser agitado pero, en cambio, no puede mezclarse mientras no se le adicione otro material, tal como una cierta cantidad de agua caliente o algún sólido pulverulento. ¿PARA QUÉ SIRVE? Los fines de un tanque agitador son: 1. Suspensión de partículas sólidas. 2. Mezclado de líquidos miscibles, por ejemplo, alcohol metílico y agua. 3. Dispersión de un gas en 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 diminutas. 5. Promoción de la transformación de calor entre el líquido y un serpentín o encamisado. ¿CÓMO FUNCIONA? Un tanque agitador generalmente es de forma cilíndrica y tiene un eje vertical. La parte superior del recipiente puede estar abierta al aire o cerrada. Las proporciones del tanque varían bastante dependiendo de la naturaleza del problema de agitación. Sin embargo, en muchas situaciones se utiliza un diseño estandarizado. El fondo del tanque es redondeado y

no plano, con el fin de eliminar los rincones escarpados o regiones en las que no penetrarían las corrientes de fluido. La altura del líquido es aproximadamente igual al diámetro del tanque. El rodete va instalado sobre un eje suspendido, es decir, un eje soportado en la parte superior. El eje está accionado por un motor, a veces directamente conectado al eje, pero más frecuentemente acoplado al eje a través de una caja reductora de velocidad. Generalmente lleva incorporados también accesorios tales como tubuladuras de entrada y salida, serpentines, encamisados y vainas para termómetros u otros instrumentos de medida de la temperatura. TIPOS DE AGITADORES Los agitadores se dividen en dos clases: los que generan corrientes paralelas al eje del agitador y los que dan origen a corrientes en dirección tangencial o radial. Los primeros se llaman agitadores de flujo axial y los segundos agitadores de flujo radial.

Los tres tipos principales de agitadores utilizados en la industria son, de hélice, de paletas, y de turbina. En algunos casos también son útiles agitadores especiales, pero con los tres tipos antes citados se resuelven, quizás, el 95% de los problemas de agitación de líquidos. Agitadores De Hélice: Un agitador de hélice, es un agitador de flujo axial, que opera con velocidad elevada y se emplea para líquidos pocos viscosos. Los agitadores de hélice más pequeños, giran a toda la velocidad del motor. Las corrientes de flujo, que parten del agitador, se mueven a través del líquido en una dirección determinada hasta que son desviadas por el fondo o las paredes del tanque. La columna de remolinos de líquido de elevada turbulencia, que parte del agitador, arrastra en su movimiento al líquido estancado, generando un efecto considerablemente mayor que el que se obtendría mediante una columna equivalente creada por una boquilla estacionaria. Las palas de la hélice cortan o friccionan vigorosamente el líquido. Debido a la persistencia de las corrientes de flujo, los agitadores de hélice son eficaces para tanques de gran tamaño.

Agitadores De Paletas: Para problemas sencillos, un agitador eficaz está formado por una paleta plana, que gira sobre un eje vertical. Son corrientes los agitadores formados por dos y 3 paletas. Las paletas giran a velocidades bajas o moderadas en el centro del tanque, impulsando al líquido radial y tangencialmente, sin que exista movimiento vertical respecto del agitador, a menos que las paletas estén inclinadas. Las corrientes de líquido que se originan se dirigen hacia la pared del tanque y después siguen hacia arriba o hacia abajo. Las paletas también pueden adaptarse a la forma del fondo del tanque, de tal manera que en su movimiento rascan la superficie o pasan sobre ella con una holgura muy pequeña. Un agitador de este tipo se conoce como agitador de ancla. Estos agitadores son útiles cuando se desea evitar el depósito de sólidos sobre una superficie de transmisión de calor, como ocurre en un tanque enchaquetado, pero no son buenos mezcladores. Generalmente trabajan conjuntamente con un agitador de paletas de otro tipo, que se mueve con velocidad elevada y que gira normalmente en sentido opuesto.

Agitadores De Turbina: La mayor parte de ellos se asemejan a agitadores de múltiples y cortas paletas, que giran con velocidades elevadas sobre un eje que va montado centralmente dentro del tanque. Las paletas pueden ser rectas o curvas, inclinadas o verticales. El rodete puede ser abierto, semicerrado o cerrado. Los agitadores de turbina son eficaces para un amplio intervalo de viscosidades; en líquidos poco viscosos, producen corrientes intensas, que se extienden por todo el tanque y destruyen las masas de líquido estancado.

COMPONTENTES

Los componentes de un tanque agitador son: -

1.

Motor Reductor de velocidad Rodete Eje Hélices, palas, turbinas o aspas Encamisado Válvula de vaciado Tubo de salida del producto Tubo de salida de productos de limpieza Tubo de llenado Deflectores Termómetro (Vaina termométrica) Manómetro

Identificación. Autor, Profesión, Grupo (2.20), Proyecto, Proceso, Objetivos.

Ingeniera química María Alejandra Santos Díaz (4.22) El proyecto a realizar es una pintura en base a solventes compuesta por un solvente, pigmentos, resinas, sustancias secantes y agentes plastificantes. Los pasos que se llevan a cabo durante el proceso son los siguientes: se mezclan los pigmentos, resinas y agentes secantes en un tanque agitador, seguidos de los solventes y agentes plastificantes. Una vez que se ha completado la mezcla, el material se transfiere a un segundo estanque de mezclamiento, en donde se adicionan tintes y solventes. Cuando se obtienen la consistencia deseada, la pintura se filtra, envasa y almacena. Por medio de este proceso de fabricación podemos darnos cuenta las especificaciones que deben tener los tanques agitadores dentro de la industria para que cada uno de los pasos a desarrollar sean cumplidos satisfactoriamente y se obtenga un producto de alta calidad y que optimice la mayor cantidad de recursos.

2.

Caligrafía. En lo correspondiente a legibilidad. Incluido lo digital.

3.

Contraste. El cuanto a líneas en un plano técnico.

4.

Exactitud. Fórmulas, proporciones, dimensiones. Aplicadas.

5.

Calibre. Especificando conversiones y unidades de conversión.

6.

Material. Objetivos, acabados, especificaciones.

El tanque agitador está elaborado en acero inoxidable ya que este es resistente a la corrosión y a altas y bajas temperaturas, lo cual permitiría un cambio de proceso en el momento deseado. El acero inoxidable es perfecto para este proceso ya que es un material higiénico y fácil de limpiar, debido a la ausencia de porosidad en la superficie, siendo su durabilidad uno de los mayores beneficios, debido a su resistencia a la corrosión y al paso del tiempo, además de su bajo mantenimiento. Además, no se degradara al emplear productos de limpieza o al entrar en contacto con la humedad. Por último está dotado estéticamente de una mayor modernidad.

7.

Redondeo. Para limpieza y vaciado.

Para la eficiencia del mezclado, los tanques agitadores deben construirse de forma cilíndrica con redondeos en la base del tanque con el fin de eliminar las esquinas donde se puedan formar regiones estancadas o muertas de la mezcla. Además dichos redondeos permitirán la eficacia en el momento de la limpieza del tanque ya que la tapa de este no va a ser abierta en el momento de hacerle el aseo pertinente, sino que por medio de un tubo se le vierten detergentes y demás productos necesarios, por lo tanto ninguno de estos productos puede quedar estancado en alguna de la esquinas ya que sería tanto peligroso como des aseado para la próxima producción. 8.

Turbulencia. El proceso no debe tocar la tapa.

Para que un tanque de proceso sea eficaz, con independencia del problema de agitación, el volumen de fluido movido por el agitador debe ser suficiente para llevar las corrientes hasta las partes más remotas del tanque. En las operaciones de mezcla y dispersión la velocidad de circulación no es el único factor, ni siquiera el más importante, sino que con frecuencia la turbulencia de la corriente controla la eficacia de la operación. La turbulencia es una consecuencia de que las corrientes estén adecuadamente dirigidas y de que se generen grandes gradientes de velocidad en el líquido. Tanto la circulación como la generación de turbulencia consumen energía. En general, se utilizan grandes agitadores que se mueven a velocidades medias para promover el flujo, y agitadores más pequeños a velocidad elevada cuando lo que se requiere es una elevada turbulencia interna. Ya que no es conocida la turbulencia que crea la pintura, para evitar cualquier tipo de accidente y que durante el proceso la mezcla toque la tapa se dejarán 15 centímetros de más, permitiendo que en un futuro se puedan agitar o mezclar otros productos que lleguen a tener una mayor turbulencia durante su proceso de fabricación.

9.

Proporciones (formulas) Aplicadas

Cada una de estas decisiones afectan a la velocidad de circulación del líquido, los modelos de velocidad y el consumo de potencia. Como punto de partida en el diseño de los problemas ordinarios de agitación, generalmente se utiliza un agitador de turbina con las siguientes proporciones:

10. Tipo de tanque. Objetivos, acabados, especificaciones. Continúo, discontinuo. El tipo de tanque es un agitador de turbina ya que permite maneja un amplio número de viscosidades, lo que facilita cambiar el producto que va a procesarse en el momento en que se desee. En un sistema discontinuo: La mezcla del sistema es perfecta, muy buena, por lo que en un instante dado la composición y temperatura en el sistema son uniformes, pero variables con el tiempo.

En un sistema continuo: La mezcla del sistema es perfecta con lo que las propiedades (concentración y temperatura) de cualquier punto del sistema son las mismas, y por tanto iguales a las de la corriente de salida.

El tanque a utilizar será discontinuo por varias razones, primero este es el mejor para pequeños volúmenes de producción, además requiere un capital relativamente bajo con lo que lograríamos la optimización de recursos, es fácil de parar y limpiar logrando así un mejor aseo en cada una de las producciones. 11. Tipo de proceso. Exotérmico, isotérmico, atérmico, etc. El tipo de proceso que se realizará durante toda la fabricación de la pintura será isotérmico ya que la temperatura es constante durante toda la operación, además de esto el proceso adiabático estará presente que no hay absorción ni desprendimiento de calor por parte del sistema. 12. Guía de llenado. Objetivos, especificaciones (aseo por ejemplo). Producción 1. Entrada de las materias primas

2. Agitación de forma radial

3. Salida de mezcla agitada

4. Filtración de la mezcla

5. Envasar producto finalizado

Limpieza 1. Entrada de agua y productos de limpieza

2. Agitación de los productos de limpieza para un aseo correcto

3. Evacuación del agua y productos de limpieza contaminados

13. Deflectores. Objetivos, cantidad, material, calibre. En los tanques de gran tamaño, con agitadores verticales, el método más conveniente de reducir los remolinos es instalar placas deflectoras de acero inoxidable, que impiden el flujo rotacional sin afectar al flujo radial y longitudinal. Un método sencillo y eficaz de destruir los remolinos, se consigue instalando placas verticales perpendiculares a la pared del tanque. Cuando se instalan placas deflectoras, aumenta el flujo vertical y se produce una mezcla más rápida del líquido.

Excepto en tanques muy grandes, son suficientes cuatro placas deflectoras, para evitar los remolinos y la formación de vórtice. Para agitadores de turbina, la anchura de la placa deflectora no es preciso que sea mayor de la doceava parte del diámetro del tanque; para agitadores de hélice, basta con un octavo. La eficiencia del mezclado en un sistema con vórtice es usualmente menor que la correspondiente en el sistema sin ella. Para eliminar esta problemática, comúnmente se colocan cuatro deflectores al tanque con un ancho de 1/10 el diámetro del tanque. Cuando el rodete entra al tanque lateralmente, está inclinado, o desplazado del centro, no son necesarias placas deflectoras. 14. Eje. Material, Objetivos, acabados, especificaciones. El eje está ubicado en la parte central del tanque y sobre él giran las turbinas, su material será acero inoxidable igual que el resto del tanque ya que permite que no se corroa.

Eje

15. Rodete. Material, Objetivos, acabados, especificaciones. Los rodetes de un agitador se dividen en dos clases: los que generan corrientes paralelas al eje del rodete (rodetes de flujo axial), y aquellos que generan corrientes en dirección tangencial o radial (rodetes de flujo radial). Los tres principales tipos de rodetes son hélices, palas y turbinas. El material del rodete será acero inoxidable al igual que el resto del tanque.

16. Aspas, paletas, hélice. Material, Objetivos, Acabados, Especificaciones. El tanque agitador constará de turbinas ya que estas son eficaces para un amplio intervalo de viscosidades. El material será acero inoxidable. Los diseños de turbina tienen numerosas palas cortas, que giran a altas velocidades sobre un eje montado centralmente en el tanque. El diámetro del rodete es menor que el de las palas, variando entre el 30 y el 50 por 100 del diámetro del tanque. En líquidos de baja viscosidad las turbinas generan fuertes corrientes que persisten en todo el tanque, destruyendo bolsas de fluido estancado. Cerca del rodete hay una zona de corrientes rápidas, elevada turbulencia. Las corrientes principales son radiales y tangenciales. Los componentes tangenciales inducen la formación de vórtices y remolinos, que deben ser destruidos por placas deflectoras o por un anillo difusor para que la agitación sea más eficaz.

17. Tapa. Cierre, apertura, empaque, bisagra, hidráulico, instalaciones. La tapa del tanque agitador no estará sellada completamente pero su apertura no será del todo fácil, ya en un futuro el tanque puede requerir ser abierto para realizar modificaciones. Estará cerrada con un sello mecánico que es el elemento utilizado para evitar las fugas de fluidos en el cual se pasa del extremo húmedo al seco o atmosférico, estará fabricado de acero inoxidable y teflón. Dichos sellos tienen una parte estática y una parte dinámica, la dinámica o rotativa es la que gira, la estática sujeta las partes fijas del tanque. La tapa tendrá dos agujeros a cada lado. Uno de ellos servirá para el tubo que permite verter las materias de fabricación del producto y los implementos de limpieza, el otro servirá para el termómetro. En la parte superior de la tapa estarán ubicados el motor y su reductor pertinente.

18. Soportes. Riel, fijo, móvil, móvil anclado, deslizadores, llantas. El tanque agitador será móvil ya que en muchas ocasiones será necesario retirarlo del lugar de trabajo para realizar la debida limpieza, tanto al equipo como a dicho lugar, además si en algún momento se quiere cambiar o modificar es muy útil que su transporte no necesite mayor esfuerzo sino que permita fácil movilidad. El soporte estará conformado por 4 patas equidistantes entre sí, las cuales tendrán unas pequeñas llantas para poder transportarlo, pero ya que no se puede correr el riesgo de que el tanque agitador se movilice en medio del proceso cada una de las llantas tendrá una pequeña palanca, la cual al accionarla no permitirá que dichas llantas efectúen cualquier clase de movimiento.

19. Reductor. Tipos y características. El eje está accionado por un motor acoplado a este, a través de una caja de engranajes reductores, la cual es eficientemente usada en productos con más alta viscosidad y disminuye las vueltas que da el motor, lo cual permite regular la velocidad necesaria para cada proceso a realizar. Los reductores de velocidad pueden ser de diferentes tipos: -Por correas de cuero, que pueden transmitir potencias bajas y también potencias altas. -Por correas trapezoides, que pueden transmitir potencias de diferente tipo si están adecuadamente diseñadas y aparejadas con otras. -Las cadenas, que funcionan a velocidades bajas de rotación y pueden transmitir potencias relativamente grandes. -Los Engranajes, que son los mejores reductores porque transmiten potencias grandes y además pueden girar a velocidades altas, la vida útil de estos es muy elevada para esto necesita un mantenimiento adecuado y un buen sistema de lubricación.

20. Motor. Tipos y características. Para seleccionar el motor, el parámetro fundamental es la potencia necesaria para mover el agitador y compensar las pérdidas provocadas por la junta de estanqueidad. Cabe también tener en cuenta el rendimiento de transmisión del reductor. En cuanto al tipo de motor se elige que sea un motor eléctrico de inducción trifásico a prueba de chispas, debido al carácter inflamable de los compuestos dentro 21. Termómetro. Cómo y dónde se instala, El termómetro (instrumento utilizado para medir la temperatura interna del tanque) se instala en la tapa, en uno de los dos agujeros, diseñado para esta función. Se usará un termómetro manual fabricado en vidrio con mercurio u otro fluido de color contrastante en el interior, deberá estar protegido con una vaina termométrica o estuche que evite su deterioro por golpes y su exposición a la suciedad.

Vaina termométrica

22. Salidas. Lavado, limpieza. 23. Entradas, producto, aditamentos, aire, limpieza, etc.

Entrada de materias, agua y productos de limpieza

Salida del agua y productos de limpieza

Salida de la mezcla

24. Manómetro. Tipo y funciones. El manómetro es instrumento que sirve para medir la presión de los fluidos. En este caso y como en la mayoría de procesos industriales se utilizará el manómetro de Bourdon. El principio de medida en el que se basa este instrumento es el sensor conocido como tubo Bourdon. El sistema de medida está formado por un tubo aplanado de bronce o acero, cerrado, en forma de “C” o espiral que tiende a enderezarse proporcionalmente al aumento de la presión; este movimiento se transmite mediante un elemento transmisor y multiplicador que mueve la aguja indicadora sobre una escala graduada .El conjunto de medida está formado por un tubo Bourdon soldado a un racord de conexión, este conjunto es de latón.

25. Calefacción, refrigeración. Como se obtiene. Objetivos. El tanque agitador se debe mantener estable y dentro del rango óptimo requerido en la temperatura interna del sistema, para esto se utiliza un líquido de refrigeración, el cual es el agua. El componente básico de este sistema comprende una camisa de calor. Primeramente se define esta camisa con deflectores helicoidales, donde el líquido de refrigeración recorre todo el volumen de ésta siguiendo los deflectores. En esta camisa no todo el líquido enfría el tanque sino que existe una porción de éste que se escapa por la obertura existente entre el deflector y la pared externa de la camisa.

REFERENCIAS

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McCabe Warren, Smith Julian C., Harriott Peter. Operaciones unitarias en ingeniería química. España: McGraw-Hill, 1991. Páginas 242-251.

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Disponible en Internet: http://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/5015/2/TESPE-033046-A.pdf

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Disponible en Internet: http://es.scribd.com/doc/55892353/tipos-de-manometros

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Disponible en Internet: http://www.sinia.cl/1292/articles-39925_recurso_1.pdf

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Disponible en Internet: http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/7839/1/ Memoria.pdf

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Disponible en internet: http://es.scribd.com/doc/54961588/Diseno-De-Una-CajaReductora