La Cristalización es un proceso en el que es necesario un alto flujo, para promover la mezcla en fase líquida y la suspensión de partículas, pero se debe minimizar el corte.
El corte puede dañar los cristales creando “finos” que son difíciles de separar del líquido por filtración o centrifugación.
Los impulsores que operan en estanques agitados se pueden clasificar como de alto flujo o alto corte. La cristalización es un proceso en el que es necesario un alto flujo, para promover la mezcla en fase líquida y la suspensión de partículas, pero se debe minimizar el corte. El corte puede dañar los cristales creando “finos” que son difíciles de separar del líquido por filtración o centrifugación.
En general, en el mundo de la agitación se cree que los impulsores de Hydrofoil, con aspas estrechas que parecen alas de avión que se muestran en la Figura 1 o Aspas más anchas como las hélices de barcos que se muestran en la Figura 2, son bombas eficientes que generan alto flujo y bajo corte. Las turbinas Rushton, que se muestranen la Figura 3, son bombas ineficientes que generan un flujo bajo y un corte más alto.
Se cree que las turbinas de álabes inclinados, que se muestran en la Figura 4, son un compromiso que genera algo de corte y flujo1.
Figure 1: Narrow-blade Hydrofoil
Figure 2: Wide-blade Hydrofoil
Figure 3: Rushton Turbine
Figure 4: Pitched-blade Turbine
Figure 5: PMSL Super Low Shear Impeller
La relación entre el flujo y el corte se puede evaluar en términos del número de potencia del impulsor (su coeficiente de arrastre), la altura proyectada de la pala y su diámetro en relación con el diámetro del estanque. Este análisis muestra que los Hydrofoils son de hecho los impulsores más eficientes hidráulicamente, pero también generan el mayor esfuerzo cortante. La razón de esto es que, dado que tienen un número de potencia más bajo, deben operar a una velocidad de punta (tip speed) más alta que los ipulsores de aspas inclinadas y Rushton para ingresar la misma potencia al líquido. Las altas velocidades de punta (tip speed) dan como resultado altas tasas de corte.
Este análisis predice que un impulsor de bajo corte tendrá un alto número de potencia, una gran altura proyectada y un gran diámetro, y el impulsor de «corte superbajo» (SLS), que se muestra en la Figura 5, fabricado por Philadelphia Mixing Solutions Ltd. tiene todos estos atributos.
Las características de corte de los impulsores se pueden probar midiendo el tamaño de las gotas que producen en una dispersión de aceite en agua. El impulsor SLS y el Hydrofoil MHS han sido probados por el consorcio Fluid Mixing Processes, un laboratorio de investigación de mezcla independiente en el Reino Unido, y comparados con sus datos medidos para impulsores estándar. La figura 6 es un gráfico del tamaño medio de las gotas frente a la potencia aportada por el impulsor por masa de fluido en el recipiente.
Los resultados muestran que:
1. Los dos Hydrofoil de aspa estrechas probados generan el tamaño de gota más pequeño de cualquier impulsor probado con la misma entrada de energía. Además, estos impulsores fueron suministrados por diferentes proveedores pero generan el mismo tamaño de gota. Esto se debe a que tienen el mismo número de potencia, altura de hoja proyectada y diámetro.
2. El impulsor de álabes inclinados y anchos produce gotas más grandes que el impulsor de álabes inclinados estándar. La razón de esto es que tiene un número de potencia más alto, una altura proyectada más grande y opera a una velocidad de punta más baja para ingresar la misma potencia.
3. La turbina Rushton produce gotas que son aproximadamente del mismo tamaño que los impulsores de álabes inclinados y más grandes que los Hydrofoil de álabes estrechos. Esto muestra que los turbinas son impulsores de bajo corte en comparación con los Hydrofoil.
4. El Hydrofoil MHS de solidez media también genera gotas más grandes que las Hydrofoil de aspa estrecha porque tiene un número de potencia más alto, una altura de aspa proyectada más grande y opera a una velocidad de punta más baja para la misma entrada de potencia.
5. El impulsor PMSL SLS produce las gotas más grandes; con la misma entrada de energía, las gotas son aproximadamente tres veces más grandes que las producidas por los Hydrofoil de aspa estrecha. Esto se debe a que tiene el número de potencia más alto, la altura proyectada más grande y la velocidad de punta más baja de todos los impulsores probados.
Referencias
1. Ducoste, J. J., M. M. Clark, and R. J. Weetman, “Turbulence in flocculators: the effects of tank size and impeller type,” AIChEJ., 43(2), 328 (1997).
2. Grenville, R. K., J. J. Giacomelli, G. A. Padron and D. A. R. Brown, “Impeller performance in stirred tanks: characterizing mixer impellers on the basis of power, flow, shear and efficiency”, Chem. Engg., 42, (August 2017).
3. Padron, G. A. and D. A. Okonkwo, “Effect of impeller type on drop size of turbulent non-coalescing liquid-liquid dispersions” 16th Europ. Conf. on Mixing, Toulouse, France, 9 – 12 Sept 2018.
