Estudio experimental sobre los tamaños de los compartimentos de fluidos viscoelásticos en un tanque de tanque agitado con una turbina Rushton

Abstract

[ES] Cuando se mezclan fluidos pseudoplásticos no newtonianos en un tanque agitado, se pueden formar compartimentos o pseudocavernas alrededor del impulsor. En él, un volumen de forma toroidal de movimiento de fluido rápido aparece cerca del impulsor, con el resto del recipiente casi estancado, lo que impide una mezcla eficiente. En este trabajo, se estudia la formación de compartimentos en un grupo de soluciones poliméricas pseudoplásticas de reologías muy distintivas en tres tanques agitados de diferentes escalas y geométricamente similares mediante el uso de una turbina Rushton. Los tamaños de los compartimentos formados se evalúan mediante un método validado en el que se inyecta una solución coloreada del fluido examinado cerca del impulsor para luego ser fotografiada para su posterior procesamiento. Se estiman las características del fluido y las condiciones del proceso que propician la formación del compartimento y se encuentra una correlación basada en la cuantificación de la viscosidad del fluido y la escala mediante análisis dimensional. También se intenta correlacionar el desarrollo del compartimento con un nuevo conjunto de parámetros obtenidos del análisis dimensional. Sin embargo, el desarrollo del compartimento se describe mejor mediante el uso del número de elasticidad con una constante de proporcionalidad que se encuentra diferente para cada fluido en cada escala. También se propone una ecuación que cuantifique esta constante de proporcionalidad.

[EN] When non-Newtonian pseudoplastic fluids are mixed in a stirred tank compartments or pseudocaverns can be formed around the impeller. In it, a toroidally shaped volume of fast fluid motion appears near the impeller, having the rest of the vessel nearly stagnant, preventing efficient mixing. In this work, compartment formation is studied in a group of pseudoplastic polymeric solutions of very distinctive rheologies in three different scaled and geometrically similar stirred tanks by using a Rushton turbine. The formed compartment sizes are evaluated by a validated method in which a coloured solution of the examined fluid is injected near the impeller to then be photographed for its later processing. The fluid characteristics and process conditions that propitiate compartment formation are estimated and a correlation based on the quantification of the fluid viscosity and the scale is found by using dimensional analysis. Compartment development is also tried to be correlated with a new set of parameters obtained from dimensional analysis. Compartment development is however best described by usage of the elasticity number with a proportionality constant that is found to be different for each fluid in each scale. An equation that quantifies this proportionality constant is also proposed.