Mezcla de líquidos

• Mezcla en medio líquido


  Operación unitaria de gran importancia para: la disolución de un sólido, la incorporación de un sólido en suspensión, el proceso de emulsificación al combinar las dos fases de una emulsión
• Objetivo fundamental de la mezcla en medio líquido


  Alcanzar en el sistema el grado de homogeneidad requerido para el proceso siguiente
• Ejemplos de mezcla en medio líquido

  • Preparación de una solución oral en la que cada componente se haya disuelto antes de adicionar el siguiente
  • Agitación en un tanque con una suspensión para mantener la distribución homogénea de las partículas durante su envasado
  • Obtención de una dispersión fina de gotas de fase oleosa en la fase acuosa de una emulsión al momento de combinar ambas fases en caliente
  • Mantenimiento de la agitación en la emulsión durante su enfriamiento
• Mezcla en medio líquido


  Se basa en la aplicación de una fuerza capaz de producir turbulencia en el seno del líquido mediante el uso de agitadores de diversos tipos
• Tipos de flujo


  • Flujo tangencial
  • Flujo axial
  • Flujo radial
• Flujo tangencial


  El líquido es impulsado en el sentido de giro del elemento agitador, bordeando las paredes del recipiente
• Flujo axial


  El líquido es impulsado hacia arriba y hacia abajo en forma paralela al eje del agitador
• Flujo radial


  El líquido es impulsado hacia las paredes del recipiente o hacia el eje en sentido radial
• Factores que influyen a escala industrial


  • Forma del elemento agitador
  • Volumen de líquido
  • Viscosidad del líquido
  • Velocidad de giro del elemento agitador
  • Colocación del agitador
  • Geometría del tanque de agitación
• Forma del elemento agitador


  El tipo de flujo predominante en un sistema de agitación depende principalmente de la forma del elemento agitador
• Tipos de agitadores y flujos predominantes


  • Ancla (flujo tangencial)
  • Turbina de aspas verticales (flujo radial)
  • Hélice de tipo náutica (flujo axial)
  • Turbina de disco con aspas verticales (flujo radial)
  • Turbina de disco con aspas inclinadas (flujo axial)
  • Turbina con aspas inclinadas (flujo axial)
  • Agitador con dientes de sierra (flujo radial)
• Para obtener los tres tipos de flujo, especialmente en el caso de fluidos de cierta viscosidad, se puede recurrir también al empleo simultáneo de dos tipos de agitadores, como es el caso de un agitador de hélice acompañado de un agitador de tipo ancla
• Volumen de líquido


  Al aumentar el volumen de líquido a agitar, se hace necesario impartir al sistema una mayor cantidad de movimiento, lo que requiere un elemento agitador de mayor tamaño y un motor de mayor potencia
• Si se aumenta el volumen a agitar conservando el mismo diámetro del elemento agitador, no se produce una mayor carga para el motor, pero la agitación podría ser menos eficiente al existir una menor turbulencia en el líquido
• Al utilizar dos hélices iguales colocadas en el mismo eje, puede mejorarse la agitación sin que ello represente una mayor carga impuesta al motor
• Viscosidad del líquido


  Un líquido es tanto más viscoso cuanto mayor sea su resistencia al flujo, por lo que debe utilizarse motores más potentes y hélices de mayor diámetro al agitar líquidos viscosos
• Al aumentar la viscosidad, se reduce el flujo de tipo axial, lo que puede mejorarse utilizando dos o más hélices en el mismo eje
• Velocidad de giro del elemento agitador


  Casi siempre, al aumentar la velocidad de giro de un agitador, se produce mayor turbulencia, pero cuanto más viscoso sea el producto a agitar, tanto menos importante será el efecto de la velocidad de agitación sobre la turbulencia producida
• A nivel industrial se requieren velocidades más bajas (en términos de revoluciones / minuto) que las utilizadas en la fabricación de lotes pequeños de laboratorio, pues con elementos agitadores grandes se obtiene la misma turbulencia a velocidades más bajas que las requeridas con elementos agitadores pequeños
• Colocación del agitador


  Este es quizá el factor más importante y cuya influencia en un proceso es más marcada
• Aspectos a considerar para la colocación eficiente de un agitador de hélice en un tanque cilíndrico

  • Ángulo de inclinación del eje del agitador (10 a 20º con respecto a la vertical)
  • Distancia entre la hélice y el fondo del tanque (mínimo 2 diámetros de la hélice)
  • Distancia entre la hélice y la pared del tanque (a media distancia entre el centro y la pared)
  • Distancia de la hélice a la superficie del líquido (máximo dos tercios del diámetro del tanque)
• Opciones de colocación del agitador en los diferentes cuadrantes del tanque (considerando un sentido de giro antihorario)


  • Cuadrante izquierdo (fuerte agitación de arriba hacia abajo sin formar vórtice)
  • Sobre la línea central (demasiada turbulencia con formación de vórtice)
  • Cuadrante derecho (muy poca turbulencia)
• Generalmente el sentido de giro de los agitadores es antihorario. Si por alguna razón, el sentido de giro fuera el contrario, se invertiría el esquema anterior
• Otras posiciones del agitador


  • De forma vertical sobre el tanque, justo en el centro (ocasiona un vórtice que puede aprovecharse para incorporar un sólido difícil de humectar)
  • Tanque equipado con deflectores (cambian el flujo tangencial del vórtice por un flujo marcadamente radial)
• e puede incorporar también mucho aire en el producto
• Se produce muy poca turbulencia, por lo que ésta no es una forma eficiente de agitar para mezclar. Sin embargo, esta situación se puede aprovechar para agitar un líquido con mucha tendencia a producir espuma (champús, p. ej.)
• Incorporación de un sólido difícil de humectar


  Utilizar un tanque equipado con deflectores, los cuales cambian el flujo tangencial del vórtice por un flujo marcadamente radial
• Cuando se utilizan tanques muy profundos puede resultar necesario equipar el agitador con dos hélices en vez de una sola para obtener una agitación eficiente
• Tanques cilíndricos de fondo hemisférico


  • Son los ideales
  • Deben ser construidos en acero inoxidable 304 ó 316
  • El acero inoxidable 316L permite un mejor acabado de soldadura
  • Deben estar provistos de llave de descarga y acople de tipo sanitario, en acero inoxidable
• Nivel del líquido en el tanque


  Debe llegar hasta una altura de por lo menos un diámetro de tanque para obtener una agitación adecuada
• Diseño poco recomendable


  • Tanque reactor provisto de agitador de ancla y turboagitador (turboemulsor)
• Hélices


  • Pueden producir flujo axial y radial, y dependiendo de su diámetro y colocación en el tanque pueden producir flujo tangencial en mayor o menor medida
  • Las hélices suelen construirse de modo que el líquido sea "aspirado" por la hélice de arriba hacia abajo, dependiendo claro está, del sentido de giro del motor
  • La colocación de la hélice cara arriba o cara abajo no afecta la dirección en que se impulsará el líquido, mientras no se cambie el sentido de giro
• Turbinas


  • Se caracterizan por tener aspas con un grado de inclinación y un ancho constantes en toda su longitud
  • Una turbina con aspas en posición vertical produce un flujo radial y tangencial, pero no produce flujo axial
  • Una turbina con aspas inclinadas puede tener flujo radial, axial y tangencial al mismo tiempo
  • Suelen ser más eficientes que las hélices pues generan una mayor turbulencia
• Turboagitadores o Turboemulsores


  • Son turbinas encerradas en un estator provisto de perforaciones
  • Son utilizados principalmente en la preparación de formas farmacéuticas dispersas (emulsiones, suspensiones y geles)
  • La turbulencia que producen es fuerte en el seno del líquido, pero muy ligera en la superficie, observándose solo un ligero oleaje
  • De esta forma se incorpora menos aire en el producto que mediante otros sistemas
• Algunos turboemulsores


  • Están provistos de una malla fina interna que permite una mejor ruptura de los globulillos de fase dispersa en una emulsión
  • Otros disponen de rejillas alargadas que permiten romper partículas sólidas gruesas
  • El flujo de líquido se produce por aspiración desde la parte inferior forzando el paso del producto a través de los orificios del estator
• Agitador de ancla combinado con agitador de sentido contrario

  • Para productos muy viscosos
• Aire comprimido


  • Apropiado para mover agitadores para líquidos inflamables y de baja viscosidad
  • Con ellos no puede obtenerse una alta velocidad de agitación
• Motores eléctricos


  • Pueden tener una potencia mayor y permiten así agitar fluidos viscosos
  • La potencia o "caballaje" requerido puede obtenerse mediante la selección correcta del motor, y la velocidad puede ser tan alta como se requiera
• Aunque dos sustancias presenten una viscosidad aparente muy cercana, su comportamiento ante la agitación puede ser muy diferente (fluidos newtonianos, plásticos, pseudoplásticos simples, pseudoplásticos tixotrópicos, dilatantes simples, dilatantes reopéxicos, etc.)
• Potencia del motor requerida, en caballos de fuerza, según tamaño del lote y viscosidad del fluido


  • Agitación liviana
  • Agitación media
  • Agitación rápida