INTRODUCCIÓN

 

La agitación y mezclado es una operación unitaria presente en la gran mayoría de los procesos industriales. Esta operación involucra sistemas de una sola fase o de varias fases líquidas, sólidas y gaseosas y se puede realizar en mezcladores estáticos o en sistemas agitados. Por su importancia, la agitación y el mezclado se han estudiado desde los comienzos de la civilización, cuando la humanidad tuvo necesidad de mezclar alimentos, tintas, materiales ornamentales, arcilla, etc. y su diseño inicialmente respondía más a la necesidad de dispersar las diferentes substancias presentes en una mezcla, que a lograr un mezclado eficiente. Sería muy difícil encontrar dentro de los procesos industriales un proceso que no involucre de alguna manera u otra un proceso de mezclado, ya sea para promover la homogeneización de las fases, mejorar el contacto entre los reactivos en reactores agitados, dispersar aire en caldos de cultivo, agilizar la rapidez de transferencia de calor en el caso de recipientes con calentamiento externo, realizar operaciones de lixiviación de sólidos y una larga lista más de casos en donde la utilización de tanques agitados es parte fundamental y central del proceso productivo. Incluso, pudiera decirse que el éxito de muchas operaciones industriales depende de la eficaz agitación y mezcla de fluidos.

Diferentes aplicaciones requerirán de diferentes maneras de agitar los fluidos dentro de los tanques. El éxito de la operación de mezclado dependerá grandemente de un diseño apropiado de los elementos internos y, principalmente, del tipo de impulsor que se utilice. Actualmente se comercializan varios tipos de impulsores diseñados para diferentes aplicaciones específicas o genéricas por parte de varias compañías que tienen las patentes de explotación de sus diseños.

Durante muchos años, el diseño de los tanques de agitación se ha realizado de forma empírica, tomando en cuenta aspectos como: la potencia requerida, el corte que se realiza en el fluido, el bombeo, el tiempo de mezclado y los patrones de flujo. La medición de estos parámetros se logra principalmente de manera experimental, utilizando modelos a escala en tanques de material transparente (principalmente de vidrio) que permite observar el comportamiento del fluido ante las diferentes condiciones de la agitación. Sin embargo, es bastante difícil lograr observar los patrones de flujo y determinar el grado de homogeneización y el tiempo de mezclado debido a la rapidez con que este sucede y a la dificultad de realizar las observaciones y mediciones experimentales.

Las modernas herramientas computacionales y las nuevas técnicas numéricas hacen posible la predicción de los patrones de flujo y la hidrodinámica en una gran variedad de aplicaciones utilizando las herramientas de CFD (Computacional Fluid Dynamics). Dentro de las operaciones industriales se aprovechar la aplicación de esta tecnología.

Un diseño adecuado es el que combina todos estos factores y métodos de una forma eficiente de acuerdo a la aplicación específica que se requiera. En este trabajo se presenta la manera en cómo la tecnología CFD puede ayudar a la predicción del comportamiento de la agitación y mezclado en tanques agitados antes de, e incluso en lugar de, proceder a la construcción y diseño de tanques con aplicación industrial. Se utilizó en este trabajo el paquete comercial de CFD ANSYS Fluent v.14 que utiliza el método del volumen finito para la discretización del dominio físico. Se presentan algunos ejemplos de perfiles de distribución de velocidad y líneas de flujo utilizando diferentes tipos de impulsores, así como la utilización de varios impulsores del tipo de turbina de paletas inclinadas a 45° colocadas en el mismo eje.