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ALTA TECNOLOGIA EUROPEA EUROPEA BOLETIN INFORMATIVO.
EL AGITADOR TIPO ANCLA Y SU APLICACION DENTRO DE LA INDUSTRIA. El ancla ha sido ampliamente utilizada en la mezcla de lotes, en el calentamiento de líquidos viscosos y en procesos donde los materiales cambian durante el ciclo. Sus brazos en forma cruzada son utilizados debido a razones estructurales, como se muestra en la fig. 1A.
Algunas veces se colocaban paletas para promover mayor movimiento en el seno de la agitación. Esta agitación adicional puede llevarse al cabo utilizando brazos verticales, como se muestra en el ancla tipo compuerta (fig. 1B).
En la fig. 1C se tiene un ancla combinada de paleta.
1 E. BACHILLER B., SA C/Can Guasch, 3 Pol. Ind. Levante 08150 Parets del Vallés, Barcelona, España. www.bachiller.com Mezcladores de Sólidos – Molinos – Secadores al Vacío y Filtros a Presión (Nuchas) – Procesadores de Sólidos – Amasadoras y Desaireadores – Agitadores y Mezcladores Convencionales – Tanques y Reactores – Reacción de Líquidos – Instalaciones Sanitarias Completas – Accesorios para Tanques (mirillas, proyectores, registros hombre, válvulas, etc...)
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ALTA TECNOLOGIA EUROPEA EUROPEA El espacio entre el diámetro exterior del ancla y el diámetro interior del tanque debe ser generalmente del orden de 1/4" (6.35 mm) a 3/8" (9.5 mm), es común colocar raspadores para procesos que requieren eliminar la capa de sólido que se acumula y adhiere a la pared del tanque. En la fig. 2 se muestran 2 raspadores típicos, en el primer caso, el raspador es presionado hacia la pared del recipiente por medio de una acción de tipo resorte, en el otro caso, el raspador está articulado en el ancla y la presión del fluido lo fuerza a hacer contacto y raspar la superficie interior del tanque durante el movimiento del agitador.
Para mezclar en forma óptima procesos con fluidos de alta viscosidad, generalmente se utilizan agitadores lentos con gran superficie de contacto en el interior del tanque. Se ha demostrado (Metzner) que los agitadores a velocidad alta no son efectivos para este tipo de trabajo, el ancla y sus modificaciones ocupan esta posición como “agitadores ideales” para productos que tienen consistencia entre productos que presentan movimiento y productos muy consistentes, los cuales son de características plásticas. EFECTIVIDAD DEL ANCLA: El ancla es particularmente efectiva para la transferencia de calor o intercambio de temperatura, pero también lo es en operaciones como por ejm. “La Fundición de Ceras o Grasas”. Dentro de la agitación coaxial de EUROMIX, el ancla asegura el vaciamiento total del tanque, evitando de este modo, el desperdicio del producto, además mantiene en movimiento total todo el contenido del tanque, abasteciendo con producto a la turbina central. Otra aplicación en la que el ancla es efectiva es para productos con viscosidades entre 100 - 100,000 cps. Para la fundición de ceras o grasas es particularmente efectiva, ya que no necesita esperar a que las ceras estén fundidas para poder trabajar (como sucede con un agitador con propela). El ancla puede mover los bloques de cera, los pellets o las hojuelas inmediatamente después de que son depositadas en el tanque o marmita, de esta forma se logra un importante ahorro en el consumo 2 E. BACHILLER B., SA C/Can Guasch, 3 Pol. Ind. Levante 08150 Parets del Vallés, Barcelona, España. www.bachiller.com Mezcladores de Sólidos – Molinos – Secadores al Vacío y Filtros a Presión (Nuchas) – Procesadores de Sólidos – Amasadoras y Desaireadores – Agitadores y Mezcladores Convencionales – Tanques y Reactores – Reacción de Líquidos – Instalaciones Sanitarias Completas – Accesorios para Tanques (mirillas, proyectores, registros hombre, válvulas, etc...)
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ALTA TECNOLOGIA EUROPEA EUROPEA de energía necesaria para fundir las grasas, ya que con la particularidad de promover el intercambio de temperatura, el tiempo de fundición disminuye. Las anclas de EUROMIX son además muy eficientes para la mezcla de aceites, ceras o grasas, ya que sus aspas direccionales de flujo axial ascendente, promueve una homogeneización integral de todo el contenido del tanque. De la misma forma, las anclas EUROMIX son particularmente eficientes para promover el enfriamiento de sus productos, cuando el proceso así lo requiere.
Algunos autores han indicado que se pueden utilizar turbinas, paletas y propelas para este rango de viscosidad. Existen 2 estudios en relación a este asunto que demuestran que estas turbinas utilizadas en forma convencional son inadecuadas, especialmente al incrementarse la viscosidad del producto en cuestión. Se experimentó con una solución de gran consistencia de carboxi-metil celulosa de sodio en agua, se observó que únicamente el material en la inmediación de la turbina tenía movimiento y que el patrón de flujo era radial (hacia los lados). Se llevó al cabo un experimento entre un ancla vs. un agitador con una turbina y una paleta, se puso como variable de agitación, la transferencia de calor, tomando la temperatura en la parte superior y en la parte inferior del tanque. El ancla fue completamente eficiente al mezclar productos con una viscosidad de 4,000 cps a 50 RPM, comparado con la máxima eficiencia de mezcla que mostró el agitador convencional, al lograr mezclar un máximo de 1,500 cps. El desempeño del ancla es mejor si se le añaden paletas o aspas direccionales. El ancla por sí sola, se vuelve ineficiente para materiales que tienen viscosidades muy elevadas, debido al corte que se genera en la pared del recipiente y de la imposibilidad de impartir velocidad al fluido en la parte central del tanque, esto se acentúa a viscosidades por arriba de los 100,000 cps. La mezcla de materiales con estas viscosidades se complica cuando el fluido es no-newtoniano (generalmente pseudoplástico). La mezcla de estos materiales de viscosidad elevada, en el 3 E. BACHILLER B., SA C/Can Guasch, 3 Pol. Ind. Levante 08150 Parets del Vallés, Barcelona, España. www.bachiller.com Mezcladores de Sólidos – Molinos – Secadores al Vacío y Filtros a Presión (Nuchas) – Procesadores de Sólidos – Amasadoras y Desaireadores – Agitadores y Mezcladores Convencionales – Tanques y Reactores – Reacción de Líquidos – Instalaciones Sanitarias Completas – Accesorios para Tanques (mirillas, proyectores, registros hombre, válvulas, etc...)
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ALTA TECNOLOGIA EUROPEA EUROPEA pasado se realizaba con equipos que producían corte, doblado, estirado, etc.. Esto lo lograban con mezcladores de tipo listón, masticators y mullers. Actualmente, este tipo de mezcla se logra sin ninguna dificultad con la línea de agitación coaxial de EUROMIX, a 2 o 3 movimientos.
AGITADORES COAXIALES: En principio pueden utilizarse en todos los procesos de agitación, la limitante principal, en algunos casos, es el aparente costo elevado de inversión inicial de este equipo, el cual, a veces no se justifica para procesos de mezclado sencillo. Los procesos complejos de mezcla y de comportamiento de flujo extremadamente difícil, requieren de un SISTEMA COAXIAL de EUROMIX, ya que con una agitación convencional no podrían llevarse al cabo. Los coaxiales EUROMIX se adaptan perfectamente a la geometría específica de los tanques y a las necesidades del proceso, por lo que técnicamente hablando, no existe limitación alguna. Los coaxiales constan de 2 o 3 motores o motorreductores independientes, uno de torque elevado, que se utiliza para el ancla a baja velocidad, un segundo para velocidad media (turbina central) o para velocidad alta si se trata de un emulsor o una turbina de dispersión (DOUBLE-MIX, 2 movimientos coaxiales). Para el modelo de 3 movimientos coaxiales (TRIPLE-MIX) se requieren 2 movimientos lentos, ancla y movimiento central contra-rotativo y un movimiento rápido, que puede ser un emulsor o una turbina de dispersión, montados de manera coaxial o en fondo de tanque, según la capacidad del sistema a mezclar. El montaje puede ser de 3 tipos diferentes: 1. Sobre un mismo eje que contiene 2 flechas, una hueca donde se encuentra el ancla y la otra sólida, que corre por dentro de la hueca y que sostiene la turbina lenta o rápida. 2. Tres movimientos coaxiales montados en la parte superior del tanque y suspendidos de manera vertical. 4 E. BACHILLER B., SA C/Can Guasch, 3 Pol. Ind. Levante 08150 Parets del Vallés, Barcelona, España. www.bachiller.com Mezcladores de Sólidos – Molinos – Secadores al Vacío y Filtros a Presión (Nuchas) – Procesadores de Sólidos – Amasadoras y Desaireadores – Agitadores y Mezcladores Convencionales – Tanques y Reactores – Reacción de Líquidos – Instalaciones Sanitarias Completas – Accesorios para Tanques (mirillas, proyectores, registros hombre, válvulas, etc...)
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ALTA TECNOLOGIA EUROPEA EUROPEA 3. Dos movimientos en la parte superior del tanque y el otro en la parte inferior, el ancla y la turbina central son superiores y el emulsor o dispersor, van en fondo de tanque. Una de las principales ventajas de tener un coaxial EUROMIX, se ve cuando se utilizan presión y vacío dentro del proceso, ya que necesita solamente sellos labiales de vitón o teflón, los cuales permiten utilizar presión de hasta 2 Bar y/o vacío de hasta -40 mbar, además de que no requieren de dos torretas de transmisión como en el montaje por separado. Actualmente, existe el mito de que utilizar un emulsor por la parte inferior del tanque es un tremendo problema, ya que los sellos mecánicos se desgastan con mucha frecuencia y el costo de cambiarlos es muy elevado. Otra situación que también se maneja, es que la limpieza de la turbina del fondo es un problema, ya que normalmente debe meterse una persona al tanque para poder limpiarla o en su defecto para desmontarla y limpiarla fuera del tanque, esto sin embargo, es lo que propicia que tengan problemas con los sellos mecánicos, ya que estos últimos se encuentran inmediatamente debajo de la turbina de agitación (como sucede con otras marcas de equipos) y al desmontarla desajustan las pistas de los sellos, las cuales son dañadas al tratar de montar nuevamente la turbina. EUROMIX distribuye un sistema de cartucho de sellos mecánicos simples o dobles lubricados y enfriados por medio de un líquido inocuo y compatible con el producto, a presión y recirculación, asegurando una vida útil mucho mayor de los sellos mecánicos al evitar que se sobre calienten durante el proceso de agitación, olvidándonos de cambiarlos con tanta frecuencia como se cree que debe hacerse, esto es importante ya que si consideramos el costo elevado de los sellos mecánicos y el tiempo que toma cambiarlos y tener la producción parada, se justifica la razón para utilizar un coaxial de EUROMIX, además por dentro del tanque no se encuentra nada que no sea la turbina cuando se utiliza el emulsor o dispersor de fondo de tanque y aunado al sistema de autolimpieza de gran caudal y a una presión constante, no es necesario desmontar la turbina para su limpieza. Esto es lo que pone a EUROMIX a la vanguardia en la tecnología de agitación coaxial, terminando con el mito de NO utilizar emulsores en fondo de tanque por el problema que implican los sellos mecánicos. Los principales procesos de mezclado de los agitadores coaxiales son: Mezcla, dispersión, emulsión y transferencia de calor. Las viscosidades máximas que pueden manejar son de 3'000,000 mPa·seg. (1 mPa·seg. = 1 cp.), esto hace del coaxial una poderosa herramienta de proceso. El diseño de este equipo depende de la tarea principal de mezclado y de las condiciones limitantes decisivas del proceso, los experimentos a nivel laboratorio y los datos que se obtengan de la prueba piloto, son base para el escalamiento del equipo. 5 E. BACHILLER B., SA C/Can Guasch, 3 Pol. Ind. Levante 08150 Parets del Vallés, Barcelona, España. www.bachiller.com Mezcladores de Sólidos – Molinos – Secadores al Vacío y Filtros a Presión (Nuchas) – Procesadores de Sólidos – Amasadoras y Desaireadores – Agitadores y Mezcladores Convencionales – Tanques y Reactores – Reacción de Líquidos – Instalaciones Sanitarias Completas – Accesorios para Tanques (mirillas, proyectores, registros hombre, válvulas, etc...)
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ALTA TECNOLOGIA EUROPEA EUROPEA COMO OPERA UN AGITADOR COAXIAL?: Al agitador de velocidad media o alta (movimiento central) se le pueden colocar diferentes tipos de turbinas, de flujo axial, radial, de alto corte o de gran caudal de bombeo, con lo que se cubre toda la gama de diferentes tipos de mezclado como son: Líquido-líquido, líquido-gas, líquidosólido, transferencia de masa, etc... El agitador de baja velocidad, que es el ancla, actúa como un excelente promotor de transferencia de calor, sobre todo para fluidos de alta viscosidad, además sirve como una turbina periférica que produce circulación del producto. El material que se encuentra cerca de la pared del tanque y que no es alcanzado por el agitador central, es impulsado continuamente por el ancla hacia el centro del tanque, donde predomina el movimiento del agitador central. El ancla también actúa como mamparas o baffles cuando el fluido es de baja viscosidad. Para algunos procesos, es conveniente que el movimiento central gire en sentido contrario al del ancla, esto con el objeto de romper el flujo laminar o también para la introducción de polvos en fluidos viscosos o introducción de polvos ligeros al fluido. Si el proceso necesita que las paredes del recipiente se encuentren limpias, se pueden incluir raspadores al ancla, estos ayudan a promover la transferencia de calor. EUROMIX desarrolló el uso de raspadores articulados en teflón (PTFE), los cuales impiden que el producto se adhiera a ellos y limpian perfectamente toda la superficie interior del tanque, aunque esta sea irregular.
La acción combinada del ancla y agitador central, garantiza una mezcla homogénea y un producto de excelente calidad, además de que se reduce el tiempo de mezcla. En la industria existen agitadores periféricos (anclas) que se les agrega sobre el mismo eje (flecha) una turbina, esto NO puede ser comparado con un sistema de agitación coaxial, ya que está limitado a un sólo movimiento, debido a que el ancla trabaja a velocidades bajas y las turbinas a 6 E. BACHILLER B., SA C/Can Guasch, 3 Pol. Ind. Levante 08150 Parets del Vallés, Barcelona, España. www.bachiller.com Mezcladores de Sólidos – Molinos – Secadores al Vacío y Filtros a Presión (Nuchas) – Procesadores de Sólidos – Amasadoras y Desaireadores – Agitadores y Mezcladores Convencionales – Tanques y Reactores – Reacción de Líquidos – Instalaciones Sanitarias Completas – Accesorios para Tanques (mirillas, proyectores, registros hombre, válvulas, etc...)
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ALTA TECNOLOGIA EUROPEA EUROPEA velocidades medias. Si se requiere una velocidad por arriba de 100 RPM, se tendría que utilizar un motor por arriba de 100 HP. Recordemos la ecuación de potencia para agitación (NO APLICA PARA EL ANCLA).
P = Np x ρ x D5 x N3. Donde: P = Potencia en watts. Np = Número de potencia. 3 ρ = Densidad en kgs/m D = Diámetro de la turbina en mts. N = Velocidad rotacional en RPS. Aquí se observa que la potencia es directamente proporcional al diámetro de la turbina elevado a la quinta potencia y como un ancla (que no se calcula con esta ecuación), es normalmente 0.9 del diámetro del tanque y tomando también en cuenta que la velocidad rotacional al cubo es directamente proporcional a la potencia, esta última se dispara. Si al agitador coaxial se le proporciona un variador de frecuencia para regular la velocidad, tanto del ancla como del agitador central, este equipo se hace más versátil, con lo cual se podrá utilizar para un mayor número de procesos. EUROMIX surte sus agitadores coaxiales de 2 o 3 movimientos con reductores y variadores de frecuencia independientes para cada movimiento. Los equipos pueden ser fabricados en diferentes materiales como acero inoxidable (tipo 304, 316, 316L, etc...) o acero al carbón pintados con pintura de poliuretano muy resistente y además las partes en contacto con el producto pueden ser sometidas a un tratamiento de recubrimiento (vidriado, teflonado, recubrimiento con polímero KF, etc...) si es que los materiales a mezclar son corrosivos. Otra aportación tecnológica innovadora de EUROMIX en los coaxiales es que NO utilizamos el buje guía en el fondo del tanque, esto es porque el buje, que normalmente es de bronce, requiere de lubricación y muchas veces esta es con algún producto que no es compatible con el producto a mezclar, además de que las normas europeas consideran esta práctica como “NO SANITARIA”. El ancla y coaxiales de EUROMIX calculados para tener una guía perfecta no necesitan buje inferior, con lo que ud. se olvidará de revisarlo con frecuencia, de parar su producción por algunos días para desmontar el buje gastado, mandarlo fabricar y volverlo a colocar. Los agitadores coaxiales se han utilizado en la industria para producir: • Pinturas y lacas. 7 E. BACHILLER B., SA C/Can Guasch, 3 Pol. Ind. Levante 08150 Parets del Vallés, Barcelona, España. www.bachiller.com Mezcladores de Sólidos – Molinos – Secadores al Vacío y Filtros a Presión (Nuchas) – Procesadores de Sólidos – Amasadoras y Desaireadores – Agitadores y Mezcladores Convencionales – Tanques y Reactores – Reacción de Líquidos – Instalaciones Sanitarias Completas – Accesorios para Tanques (mirillas, proyectores, registros hombre, válvulas, etc...)
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ALTA TECNOLOGIA EUROPEA EUROPEA • • • • • • • • • •
Adhesivos y gomas. Polímeros y hules. Asfalto. Materiales de construcción. Cosméticos. Surfactantes. Celulosa, pulpa de papel y engrosadores. Químicos. Alimentos. Medicamentos, etc...
La elección de un agitador coaxial, debido a su costo inicial aparentemente alto, no debe descartarse solamente por ello, ya que debe hacerse un estudio completo de todo el proceso, tomando en cuenta, tiempos de proceso (que un coaxial puede reducir), calidad del producto terminado (la cual indudablemente se alcanza en menor tiempo con un coaxial), consumo de energía (que disminuye al disminuir el tiempo de proceso), necesidades de agitación del proceso, costos de inversión (que pueden amortizarse pronto), costos de mantenimiento (mínimos), costos por falta de abastecimiento del mercado, costos de mano de obra, etc... Si el proceso requiere de un coaxial, en los datos que se obtengan del estudio, observará que a corto plazo es una inversión fuerte, pero con amortización rápida del capital, dependiendo del valor agregado y el volumen del producto fabricado. Debe de entenderse también, que el desarrollo de esta tecnología llevó varios años y que para construir un equipo como este hay factores que a primera instancia no parecen importantes, pero que sin embargo, pueden significar, si no son considerados, que el equipo no sea eficiente, estos factores son por ejm.: Velocidad periférica, potencia de los motores, factor de servicio de los reductores, diámetro y tipo de las turbinas, etc... Si ud. necesita un coaxial, consulte a los especialistas, no arriesgue su inversión fabricándolo como lo vió en otro lugar o como se lo platicó algún colega. Llámenos, lo visitaremos para analizar su caso específico y le propondremos el equipo ideal para sus necesidades. BIBLIOGRAFIA: 1. UHL, V.W.; VOZNICK, H.P.: THE ANCHOR AGITATOR: Chemical Engineering Progress (Vol. 56 No. 3) March, 1960. 2. RAYNERI: TECHNIQUES ET ÉQUIPMENTS DISPERSION, MÉLANGE: Communication présentée au Symposium International de Génie Chimique (Université Catholique de Louvain la Neuve) May, 1983.
8 E. BACHILLER B., SA C/Can Guasch, 3 Pol. Ind. Levante 08150 Parets del Vallés, Barcelona, España. www.bachiller.com Mezcladores de Sólidos – Molinos – Secadores al Vacío y Filtros a Presión (Nuchas) – Procesadores de Sólidos – Amasadoras y Desaireadores – Agitadores y Mezcladores Convencionales – Tanques y Reactores – Reacción de Líquidos – Instalaciones Sanitarias Completas – Accesorios para Tanques (mirillas, proyectores, registros hombre, válvulas, etc...)
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