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LA MEZCLA DE FLUIDOS II – MEZCLADORAS

LA MEZCLA DE FLUIDOS II – MEZCLADORAS

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MEZCLADORAS PARA LÍQUIDOS DE BAJA Y MEDIANA DENSIDAD

Para la agitación de líquidos de viscosidad baja o media se utilizan básicamente 3 sistemas:
1) Agitadores de Paletas o Palas
2) Agitadores de Hélice.
3) Agitadores de Turbina.

1) Agitadores de Paletas o Palas
Es la forma más sencilla de agitador, consiste en una hoja plana sujeta a un eje rotatorio que normalmente gira a velocidades entre 20 y 150 rpm.


 
      Palas planas        Palas planas inclinadas

Es común también utilizar agitadores formados por dos y tres paletas:

Otras variantes de los agitadores de palas o paletas son:

        Pala plana                            De reja                              De ancla                   De giro contrapuesto

Los agitadores de paletas con forma de reja se utilizan para líquidos más viscosos y tanto los agitadores de ancla, con palas diseñadas para limpiar las paredes del tanque, como los agitadores de múltiples palas rotando unas en sentido opuesto a las otras tienen una amplia utilización en las industria alimentaria, química, farmacéutica e industrias afines.

 

  

En el agitador de paletas tipo ancla las paletas efectúan dos movimientos circulares: uno de rotación sobre su propio eje y otro de traslación en una órbita circular. Además, en su movimiento rascan la superficie del fondo logrando mezclar bien una gran porción de producto.

2) Agitadores de Hélice.
Están hechos con elementos impulsores de hojas cortas (generalmente de menos de % del diámetro del tanque) girando a gran velocidad (1150-1750 rpm los agitadores más pequeños y 400-800 rpm los más grandes)

Producen principalmente corrientes longitudinales (axiales) y rotatorias y se emplean para líquidos pocos viscosos.
Los agitadores de hélice impulsan el líquido hacia el fondo del tanque, desde donde la corriente se extiende subiendo por las paredes y retornando hacia la hélice.
Se emplean cuando se desean intensas corrientes verticales, por ejemplo, para mantener en suspensión partículas sólidas pesadas, pero únicamente en líquidos poco viscosos (µ menor a 5000 centipoises)

Algunos tipos de agitadores de hélice son:

En tanques de gran altura, pueden disponerse dos o más hélices sobre el mismo eje, moviendo el líquido ya sea en la misma dirección o bien en sentido opuesto creando una zona de elevada turbulencia en el espacio comprendido entre ellas.

Para evitar los remolinos la hélice se monta descentrada respecto al centro del tanque o bien inclinada en relación al eje longitudinal.
En tanques grandes se puede montar a través de las paredes laterales.
Los agitadores de hélice se utilizan para líquidos inmiscibles, preparación de suspensiones, jarabes, salmueras, emulsiones, entre otros.

3) Agitadores de Turbina
Están compuestos por un componente impulsor con más de cuatro hojas montadas sobre un rodete y fijas a un eje rotatorio.
La mayor parte de ellos se asemejan a agitadores de múltiples y cortas paletas.
El diámetro del rodete es menor que en el caso de agitadores de paletas, midiendo del 30 al 50% del diámetro del tanque
Algunos agitadores de turbina típicos son:

Los agitadores de turbina giran a velocidades elevadas (de 30 a 500 rpm) sobre un eje que va montado centralmente dentro del tanque.
Estos agitadores impulsan al líquido radialmente contra las paredes laterales del tanque, desde donde la corriente se divide, una parte fluye hacia arriba y otra parte hacia el fondo, retornando ambas al rodete. Por lo que producen dos corrientes de circulación separadas.
Además de las corrientes radiales, también se generan corrientes rotatorias o tangenciales. Estas últimas, aunado a que el agitador se coloca en el centro del tanque, dan lugar a vórtices y torbellinos, que se deben evitar por medio de placas deflectoras, con el fin de que el mezclado sea más eficaz.

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 eliminando las masas de líquido estancado.
Estas mezcladoras desarrollan fuertes turbulencias cerca del elemento impulsor por lo que se emplea para la premezcla de emulsiones.

COMPARATIVA

MEZCLADO DURANTE EL BOMBEO DE LÍQUIDOS

Las bombas consiguen cierto efecto de mezclado, creando flujos turbulentos, tanto en la propia bomba, como en las tuberías

Existe una gran variedad de bombas que pueden usarse para el manejo de diversos fluidos y suspensiones.
Algunas bombas de diseño especial utilizan el movimiento de los productos a mezclar cuando fluyen a lo largo de unas tuberías sobre elementos mezcladores estacionarios de contorno especial situados en el interior de la carcasa tubular
La mezcla se produce por una combinación de la división del flujo, cambios en la dirección del mismo y movimientos helicoidalesintroducidos por los elementos mezcladores.

Los sistemas de mezclado a base de bombas operan con líquidos miscibles, inmiscibles y sistemas gas /liquido. También pueden trabajar con fluidos de elevada viscosidad.
Cualquier fluido que pueda ser bombeado a través de una tubería puede mezclarse de este modo.

Este mezclador para bebidas gaseosas (refrescos) mezcla el jarabe, el agua y el gas (CO2) antes de entrar a la línea de llenado/cerrado de envases
También puede utilizarse para cerveza.
Estos sistemas prescinden de la necesidad de tanques de mezcla lo que supone un ahorro de espacio, reduce el volumen de producto retenido lo que facilita la limpieza “in situ” y simplifica los problemas de higienización asociados a los recipientes voluminosos.

MEZCLADORAS PARA FLUIDOS MUY VISCOSOS (PASTAS Y MASAS)

1) MEZCLADORAS DE PLANETARIOS
Operan de acuerdo al sistema planetario: los elementos de mezcla giran sobre un eje central en un tanque fijo, y a la vez cada uno de esos elementos gira simultáneamente sobre su propio eje a velocidades entre 40 y 370 rpm (movimiento de rotación y traslación).  

Se utilizan para la mezcla y/o el amasado de productos tixotrópicos y de muy alta viscosidad como pastas, masas “extensibles” (tipo Pizza”), masas de panadería, papillas y muchos mas.

2) MEZCLADORAS HORIZONTALES DE PALAS TIPO: “Z”,“S”,“T”
Consisten en recipientes horizontales con sistema de mezclado de doble pala (Tipo “Z”, “S” ó “T”). Siendo el “Z o doble sigma, el más utilizado en la industria.
Cada una de las palas gira en sentido opuesto ya diferente velocidad de la otra (14-60 rpm).
 

Estas mezcladoras producen intensas fuerzas de cizalla.
Requieren bastante potencia que se disipa en el producto en forma de calor.
Por ello, la eficiencia del mezclado debe ser grande para reducir al mínimo el tiempo de mezclado.
En algunos casos es necesario utilizar Mezcladoras / Amasadoras Criogénicas que incorporan CO2 o nitrógeno líquido, manteniendo así refrigerado el producto durante la operación.
También pueden utilizarse recipientes con camisas refrigeradas para regular la temperatura del producto durante la mezcla o amasado.

Durante el mezclado de fluidos de alta viscosidad, es común que se creen burbujas de aire que podrían tener efectos negativos en el producto (por ejemplo, oxidación, rancidez de grasas o aceites, decoloración o deterioro del aroma y el sabor) y en el caso de productos para recubrimientos, las burbujas pueden derivar en superficies porosas y punteadas. Por el contrario, los productos desaireados son normalmente químicamente más estables y duraderos.

Por ello, en algunas operaciones, se hace necesario la extracción de aire de la mezcla mediante la utilización de Mezcladoras / Amasadoras que operan al vacío.
Algunos tipos especiales de “Mezcladoras - Ralladoras” se equipan con palas en forma de sierra u otros diseños.

3) MEZCLADORAS CONTINUAS PARA PASTA (tipo rotor-estator)

Se basan en forzar al producto a través de una serie de obstrucciones, tales como placas perforadas o cilindros ranurados.
El principio básico consiste en la acción que produce un rotor estriado al girar a 3.000 rpm contra un estator fijo también estriado, siendo sometido el producto a procesar a fuertes acciones de corte y cizallamiento.

La escasa holgura existente entre el rotor y los discos perforados provocan fuerzas de cizalla que mezclan y amasan al producto cuando el producto es impulsado a atravesar dichos orificios.
Estos equipos son muy utilizados en la fabricación de mantequilla y margarina y en el proceso de mezclado, amasado y extrusión de productos de pastelería y panadería.

MOLINO COLOIDAL

     Molino coloidal LLEAL Mod. MC4

APLICACIÓN
Para la molienda, desaglomeración, dispersión y emulsión de partículas suspendidas en un vehículo líquido. Actúa por cizallamiento hidráulico sobre una película del producto a procesar, a diferencia de los molinos clásicos, cuyo efecto es sólo de impacto.

VENTAJAS
La molienda húmeda es el mejor método para la preparación de suspensiones de sólidos en un medio líquido ya que consigue una perfecta homogeneización, con una regularidad del tamaño de partícula y una excelente distribución porcentual en el medio líquido.

DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO
Construido en acero inoxidable aisi-304 para todas las partes en contacto con el producto, alimentación por tolva de carga superior de 27 L. Nonio micrométrico para el posicionamiento de las muelas y juego de muelas abrasivas de corindón. Accionamiento mediante motor de 7,5 HP a 3.000 rpm, protección IP-55.

USOS Y APLICACIONES
Los molinos coloidales se utilizan en diversas industrias, como:

Industria farmacéutica
Suspensiones de antibióticos, caolín, pectina, oftálmicas, etc.
Pomadas y ungüentos de penicilina, cortisona, sulfas, zinc, termógenas, etc.
Trituración fina de tejidos animales y vegetales para obtención de sueros y extractos, etc.

Cosmética
Cremas de día, de noche, limpiadoras, humectantes, para manos, para desvanecer líneas, depilatorias, bronceadoras, etc.
Pintura para maquillajes líquidos, mascaras, mascarillas varias, pastas labiales, esmaltes para uñas, colágenos, antitranspirantes, etc.

Química
Ceras limpiadoras, emulsiones de cera, ceras para pulir, pastas para soldar, pastas de grafito, pastas para lavado de manos, adhesivos, cremas y pigmentos para calzado y pieles, negro de humo, emulsiones de aceites vegetales, minerales o de origen animal, goma tragacanto, quitamanchas, etc.

SELECCIÓN DE LA MEZCLADORA A UTILIZAR

 

 

El rendimiento de un mezclador industrial está determinado por:
- El tiempo de mezclado requerido.
- La potencia empleada.
- Las propiedades del producto.

Tanto los requisitos del aparato mezclador como las propiedades deseadas del material mezclado varían ampliamente de un producto a otro.
A veces se requiere un grado muy elevado de uniformidad, otras una acción de mezclado rápido; en otras ocasiones un gasto de energía mínimo.


Cuando se mezclan fluidos de baja viscosidad se obtienen productos de elevada homogeneidad, por lo que pueden utilizarse pocas muestras para el análisis del mezclado.
Por el contrario, en el mezclado de pastas al igual que con los sólidos, los componentes suelen encontrarse distribuidos de manera menos homogénea por lo que es necesario contar con mayor número de muestras.

TIEMPO DE MEZCLADO

En el caso de líquidos, la velocidad de mezclado y por ende el tiempo de mezclado, son función de una constante (K) que depende del tipo de mezcladora y la naturaleza de los componentes a mezclar.

Los parámetros que tienen influencia en el valor de la constante K son:

D = diámetro del agitador (m)
N = velocidad de agitación (rps)
Dt = diámetro del recipiente (m)
z = altura del líquido (m)

CÁLCULO DE LA POTENCIA REQUERIDA PARA EL MEZCLADO DE FLUIDOS

La potencia que la mezcladora deberá tener depende de:
1) Naturaleza, cantidad y consistencia del alimento (densidad, viscosidad, etc.)
2) Tipo de flujo obtenido durante el mezclado.
3) Posición, velocidad y tamaño del dispositivo impulsor (factores de forma, velocidad de giro).
    El flujo de un fluido dentro de una mezcladora se puede definir por una serie de números adimensionales:

-Número de Reynolds (Re)

-Número de Froude (Fr)

-Número de Potencia (Po)

Donde:

La relación entre estos 3 números (Reynolds (Re), Froude (Fr) y Potencia (Po), se expresa de la siguiente manera:

Donde k, m y n son factores relacionados con la geometría del agitador (determinados experimentalmente)
El número de Froude solo resulta importante cuando se forman remolinos (en recipientes sin deflectores)


La potencia transmitida por el agitador (P) debe obtenerse del Número de Potencia (Po)

La relación de Po a diferentes Números de Reynolds (Re), para diversos tipos de agitadores se obtiene de gráficas.

Tabla 1: Re y Np para distintas velocidades angulares del impulsor

      Curva de potencia obtenida mediante simulación y comparación con resultados experimentales

Bibliografía: M.C. Ma. Luisa Colina Irezabal

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PRESENTACIÓN DE LA NUEVA MÁQUINA DE COMPRIMIR

INFORMACIÓN MÁQUINA ROC JP1

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