Agitación y mezclado

AGITACIÓN Y MEZCLADO

AGITACIÓN

La agitación es la operación por la cual se crean movimientos violentos e irregulares en el seno de una materia fluida, o que se comporte como tal, situando las partículas o moléculas de una o más fases de tal modo que se obtenga el fin pretendido en el mínimo de tiempo y con un mínimo de energía. En el caso de que no sea una única sustancia la que reciba este movimiento, sino dos o más sustancias, miscibles o no, se llamará mezcla. En ella se pretende realizar una distribución al azar de dichas sustancias o fases.

MEZCLADO

El mezclado es la operación cuyo objetivo es tratar a dos o más componentes de forma que cada unidad (partícula, molécula, …) de uno de los componentes contacte lo más posible con las de los demás.

OBJETIVO DEL MEZCLADO

El objetivo del mezclado es alcanzar una homogeneidad entre los dos componentes, buscando utilizar energía de agitación eficientemente.

SEGREGACIÓN

La segregación es la tendencia a la separación de los componentes de una mezcla, agrupándose en algunos lados del sistema. Algunas causas de este fenómeno son:

• Diferencias entre el tamaño de los componentes.
• Diferencias entre la densidad de los componentes.
• Forma de las partículas.
• Saturación de la mezcla.
• Realizar un sobre mezclado.

IMPORTANCIA DEL MEZCLADO EN LA TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA

En el mezclado, la transferencia de calor y masa puede ser muy útil, ya que ésta favorece los vórtices de convección que se dan para la transferencia de calor, además de que el número de colisiones entre las partículas de las dos (o más) especies que se encuentran en el proceso de mezclado, logrando una transferencia de masa con mayor efectividad.

FACTORES QUE AFECTAN EL MEZCLADO

En sólidos

• Tamaño de partícula. El tamaño de partícula es relativo. Un intento para clasificar el tamaño de partícula viene dado por las aperturas estándar de mallas o tamices. Durante la mezcla, la energía cinética de las partículas de mayor tamaño tiende a ser mayor, por lo que se desplazan mayores distancias que las de menor tamaño, antes de quedar en reposo. Esto puede provocar la separación de las partículas de distintos tamaños. Lo anterior justifica la aparición de las partículas de mayor tamaño en los márgenes de un montículo de polvo cuando se vierten desde un contenedor, ya que las partículas más pequeñas tienden a salir disparadas hacia arriba por las corrientes de aire turbulento que se forma cuando la masa cae y también pueden quedar suspendidas en el aire.
• Forma de la partícula. La forma, en su sentido más amplio, es importante en el comportamiento de la partícula, y sólo con mirar la forma de la partícula, sin tratar de cuantificarla, puede ser benéfico. Las partículas esféricas son las que poseen la mayor capacidad de flujo, por lo que son las más fáciles de mezclar, pero también se segregan con mayor facilidad que las partículas no esféricas. Las partículas irregulares o en forma de aguja pueden entrelazarse, lo que reduce la tendencia a la segregación una vez lograda la mezcla. Las partículas no esféricas tienen un área de superficie mayor con respecto a su peso, característica que tiende a disminuir la segregación porque favorece los efectos de la cohesión.
• Densidad del polvo. La relación de masa a volumen es conocida como densidad. Existen tres tipos diferentes de densidades para polvos, densidad verdadera, densidad granular y densidad compactada. Con diferencias en las densidades de los componentes en una mezcla, varios problemas pueden surgir. El tiempo de mezclado aumenta y la segregación puede ocurrir. Las fuerzas gravitacionales jalan las partículas más densas al fondo, dejando a las menos densas en la parte superior, y la vibración puede generar segregación.
• Humedad. El contenido de humedad juega un rol vital en todos los aspectos del manejo general de cualquier tipo de polvo. En el caso de productos higroscópicos, la humedad relativa puede modificar el tamaño de las partículas por formación de agregados. Por otra parte, de acuerdo a las leyes de higroscopicidad estándar que determinan las condiciones de humedad relativa en el equilibrio del producto y el aire ambiental. En el caso de una mezcla, este valor se deberá fijar en relación con el producto más sensible a las variaciones de humedad relativa.
• Cargas electrostáticas. Las cargas electrostáticas en las partículas ocurren por vía de uno de los siguientes mecanismos: polarización de las partículas en un campo eléctrico o cuando dos partículas en movimiento chocan o por la colisión de las partículas con una superficie. Durante varios pasos del manejo del polvo como el mezclado, las partículas pueden deslizarse y chocar contra ellas o contra las paredes del contenedor. Estas acciones evocan un desarrollo de cargas electrostáticas a nivel superficial de las partículas.

En líquidos

• Adhesión. La adhesión de las sustancias es indispensable para saber si las especies que se someten a un proceso de mezclado, podrán juntarse o no. La adhesión, por definición, es la propiedad de la materia por la cual se unen y plasman dos superficies de sustancias iguales o diferentes cuando entran en contacto, y se mantienen juntas por fuerzas intermoleculares. Básicamente, para evitar el fenómeno de sedimentación, se debe comprobar que los compuestos tienen adhesión entre sí.
• Cohesión. Diferente de la adhesión, la cohesión es la fuerza de atracción entre partículas adyacentes dentro de un mismo cuerpo, mientras que la adhesión es la interacción entre las superficies de distintos cuerpos. Esto quiere decir, que para que unas sustancias se mezclen, deben tener poca fuerza de cohesión en sus moléculas, lo que permitiría la dispersión de las moléculas de la otra sustancia a través de ella. En pocas palabras, la cohesión juega un papel importante en la difusión y mezclado de las moléculas que conforman las sustancias sujetas a mezcla.
• Capilaridad. La capilaridad en los líquidos involucrados en un proceso de mezclado, es importante debido a que las fuerzas intermoleculares rigen cuánta estabilidad tendrá la mezcla después del proceso.
• Viscosidad. La viscosidad debe ser de las propiedades más importantes a considerar para iniciar un proceso de mezclado. Se define como la resistencia del fluido a las deformaciones graduales por esfuerzos cortantes y se debe a las fuerzas de cohesión moleculares. Como se mencionó con anterioridad, la viscosidad es un factor fundamental para el proceso de mezclado, debido a que puede significar más energía para el proceso, además de que se cuenta con un problema latente de incompatibilidad entre las sustancias debido a las grandes fuerzas de cohesión (que significan mayor viscosidad) que reducen la dispersión y la transferencia de masa.
• Tensión superficial. La tensión superficial puede afectar el proceso de mezcla debido a que, al momento de verter el fluido en el otro, pueden surgir sedimentos en la superficie. Sin embargo, éstos pueden desaparecer con un proceso adecuado de agitación.

ÍNDICES DE MEZCLADO (M)

Son los parámetros que tienen como función comparar la desviación estándar de una muestra de la mezcla en estudio, con la desviación estándar de toda la mezcla tanto al inicio del proceso, como la desviación estándar esperada al final del mismo (mezcla aleatoria). En otras palabras, cuantifican la homogeneidad de la mezcla, buscan el tiempo óptimo de mezclado y la eficacia del mezclador.

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