Fundamentos de la agitación mecánica: tipos, conceptos y prácticas - Prof. Rodriguez, Apuntes de Desarrollo Humano

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Edición 17

Nace la red Colombiana de Metrología

Agitación mecánica

Vocabulario Internacional de Metrología

ISSN 1692 - 4991 / Marzo de 2011/

La agitación mecánica es una operación de mezclado, a utilizar cuando el mayor componente de la mezcla es un líquido, que recurre a algún tipo de aspas como dispositivo para conseguir la mezcla. En este artículo se presentan los fundamentos empíricos para evitar errores de bulto en el uso de los agitadores mecánicos de laboratorio, utilizados en la preparación de formulaciones simples, en las cuales no suceden reacciones químicas.

Operaciones de agitación

Suelen distinguirse cinco tipos u “operaciones” de agitación:

1. Homogeneización, que se refiere al objetivo de equilibrar concentración y/o temperatura desde dos o más líquidos miscibles entre sí. El término se extiende, en la industria de alimentos, hasta el la dispersión líquido-liquido bajo condiciones extremas, como en la homogeneización de la leche.
   2. Intensificación de la transferencia de calor entre el líquido y una superficie, incluso si la superficie es de otro líquido.
2. Suspensión (quizá acompañada de disolución parcial) de un sólido, para formar un lodo fluido (“slurry”), de concentración y temperatura homogéneas. Suele ser necesario aplicar .. que puede resultar en atrición, esto es, reducción del tamaño original de la partícula del sólido.

Agitación mecánica

Conceptos útiles para mejores prácticas

de agitación mecánica en el laboratorio.

4. Dispersión de un gas, bien sea hasta disolverlo, o hasta conseguir burbujas estables del tamaño de una distribución deseada (suele ser difícil que sea un único tamaño de burbuja).
   5. Emulsificación, de dos líquidos inmiscibles, la suspensión de gotitas del uno en el otro. También en este caso, se trata de conseguir gotitas estables del tamaño de una distribución deseada.

A menudo el objetivo de la agitación es múltiple, caso en el cual suele convertirse en condicionante, o cuello de botella, en un proceso. Un ejemplo es la agitación para dispersar hidrógeno en una fase líquida, al mismo tiempo que se mueven partículas del catalizador de niquel Raney y se facilita el control de la temperatura, con la reducción del calor generado por la reacción.

Equipo y disposición

Los tanques son los recipientes más utilizados como parte del equipo para agitación mecánica. Conviene que la altura del líquido en el tanque sea de dimensión similar a su diámetro, y que la altura total permita el incremento aparente del volumen por efecto del vórtice.

Como recomendación general, conviene situar una propela de diámetro 0,3 D a las mismos 0,3 D del fondo del tanque, aunque existen excepciones destacadas.

Propela de cuatro aspas para homogeneización y suspensión. Flujo axial, baja viscosidad Velocidad media.

Propela de tres aspas para homogeneización y suspensión. Flujo axial, baja viscosidad Velocidad media.

Propela recubierta PTFE, inerte.

Turbina para dispersión Flujo radial, baja viscosidad. Alta velocidad.

Rueda dentada para disolución. Flujo radial con corte.

Paleta para homogeneización Flujo radial, viscosidad media.

Ancla Para transferencia de calor Flujo radial, viscosidad alta.

Cinta helicoidal Flujo axial, velocidad media Viscosidad alta

Ancla recubierta PTFE, inerte

Centrifuga Flujo radial.

Elementos de agitación

La figura muestra los elementos de agitación utilizados en al menos el 90% de las operaciones de agitación.

Se utilizan varios agitadores de propela de mayor diámetro, cercano a 0,5 D sobre un mismo eje, para agitar lentamente fermentadores en los cuales la altura del líquido suele ser mucho mayor que el diámetro del tanque.

Al agitar líquidos de baja viscosidad puede desarrollarse vibración, la vibración aumenta por presencia de gases y reduce al aumentar la viscosidad del contenido. Los agitadores de propela intensifican la vibración, mientras que los de turbina la reducen bastante.

Para homogeneizar líquidos de viscosidades muy altas, se utiliza un agitador de cinta helicoidal de diámetro muy grande, cercano a 0,8 D, en un tanque sin bafles, y se hace rotar de manera que impulse el líquido hacia abajo.

Para dispersión y emulsificación se utilizan también agitadores de rotor-estator, que funcionan como un molino. Para su mejor desempeño conviene utilizarlos junto con un agitador homogenizador.

Bibliografía

Zlokurnik M, “Stirring, theory and practice”,

Wiley-VCH, Weinheim Germany 2001

Wild D, Sundermann H, “EKATO Handbook of Mixing Technology” Germany 2000.

IKA Catalog 2005 / 2006