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Agitadores en el tratamiento de aguas
Desde G&G Ingenieros hemos colaborado con la revista Tecnoambiente con un artículo dedicado a los "Agitadores en el tratamiento de aguas".
Zonas "ATEX"
La directiva europea 94/9/CE, conocida comúnmente por “ATEX”, afecta a los equipos eléctricos y no eléctricos usados en atmósferas potencialmente explosivas. Estas atmósferas pueden estar presentes en lugares donde se use disolventes inflamables o partículas combustibles.
Los disolventes inflamables pueden ser usados en limpieza o como un aditivo en cualquier proceso industrial. El equipo utilizado en estos ambientes debe ser diseñado para evitar una explosión o incendio (por ejemplo, evitar chispas o cualquier otro tipo de fuente de ignición) y que no pueden ser puestos en el mercado sin la aprobación del organismo competente, el cual emitirá un certificado de cumplimiento.
Existe otra directiva relacionada llamada la Directiva de ATEX 137 1999/92/CE sobre lugares de trabajo. Está relacionada con la seguridad en el trabajo y obliga al usuario a llevar a cabo una evaluación de riesgos y marcar las zonas afectadas de acuerdo con el riesgo en cuestión.
Ambas directivas ATEX están actualmente en vigor en la Unión Europea.
Clasificación de los equipos
Los equipos dentro del alcance de ATEX se dividen en dos grupos.
El Grupo I es para equipos usados en las minas subterráneas y las instalaciones de superficie.
El Grupo II afecta al resto de equipos y se divide en 3 categorías:
- Categoría 1: Equipos que requieren el nivel más alto de protección ya que se usará durante largos periodos en atmósferas potencialmente explosivas, y deberá proteger de la atmósfera incluso si falla una o dos medidas de protección.
- Categoría 2: Equipos que requieren un alto nivel de protección para uso en ambientes con grandes posibilidades de convertirse en una atmósfera explosiva.
- Categoría 3: Equipos en esta categoría que tienen un nivel normal de protección y cuyo uso se desarrollará en ambientes de atmósfera explosiva poco frecuente o que se produce sólo en cortos periodos.
La frecuencia en que la podemos encontrar atmósferas explosivas es la base de las “zonas” establecidas en la
Directiva ATEX 137 sobre lugares de trabajo. Existen seis clasificaciones de zonas: tres donde el riesgo está en los gases y tres, en las partículas.
- La Zona 0 (gases) es la de mayor riesgo, por lo que sólo equipos de la Categoría 1 podrán ser aceptados.
- La Zona 1 es donde existen potencialmente riesgo de atmósferas explosivas (debido a los gases) y
- la Zona 2 es donde es improbable o puede ser un riesgo momentáneamente, por lo que los equipos de la Categoría 3 no pueden usarse.
- Las Zonas 20,21 y 22 son las equivalentes pero para riesgo de partículas.
Esfuerzos generados en un agitador
Cuando un agitador se pone en marcha y comienza a girar, ejerce un empuje sobre el fluido y como consecuencia se genera un esfuerzo axial que siempre tiene sentido contrario al flujo del fluido y la dirección del árbol de rotación.
¿Cómo afecta este esfuerzo al agitador?
Además del esfuerzo axial, la hélice al girar genera un esfuerzo perpendicular a la pala o alabe denominado radial. Los esfuerzos sobre cada pala varían debido al desequilibrio generado. La resultante de estos esfuerzos es el esfuerzo radial.
Esta fuerza radial genera un momento sobre el árbol, que en el apoyo toma el valor:
¿Que es un agitador?
Un agitador es una maquina diseñada para la agitación y/o mezcla de distintos fluidos.
En general un agitador está formado por los siguientes elementos: el motor, el reductor (en algunos casos no tiene: ver Agitadores Rápidos), el árbol y el/los móviles.
- Motor: es el encargado de imprimir la potencia necesaria para mover las hélices y generar movimiento en el fluido.
- El reductor transmite el par al motor y reduce la velocidad.
- El árbol va acoplado al reductor y se encarga de transmitir la rotación y la potencia.
- El móvil es el que produce el movimiento en el fluido para agitarlo.
Agitadores portátiles
En no pocas industrias aparece el problema de agitar volúmenes pequeños para generar disoluciones o simplemente homogeneizar productos líquidos previamente a su utilización.
Se tiende a pensar en un agitador portátil de muy poco peso, que se pueda alternar por los diversos contenedores.
Hay que tener en cuenta dos importantes parámetros como son las características de los diversos productos y sus continentes por un lado y la forma de fijar el agitador por el otro.
Disoluciones y homogeneizaciones de productos con viscosidades próximas a las del agua permiten la utilización de pequeños móviles como del tipo marino a velocidades altas por lo que el agitador puede ser muy ligero ya que únicamente estará constituido por el motor, un palier de guiado, el árbol y el móvil. Este tipo de agitadores es portable pero la cuestión se reduce a la forma de fijarlo en los diferentes recipientes.
De otra parte, productos viscosos que producen espumas o que no admiten alto cizallado requieren agitadores lentos lo que obliga a la utilización de reductores con el consiguiente aumento de peso del equipo. Estos agitadores son más fiables técnicamente que los rápidos ya que a los menores esfuerzos y velocidades se suma que no pasarán por la velocidad crítica.
Fijaciones
El sistema de fijación va unido a la utilización de los agitadores.
El transportar el agitador por los distintos contenedores obliga a una fijación común a todos los contenedores como las descritas más adelante.
Otro sistema consiste en transportar los contenedores manteniendo fijo el agitador en una estructura móvil fijada a la pared (figura) o desplazable (figura).
Contenedores de plástico con jaula exterior metálica permiten un soporte que se fije a la jaula.
Agitadores rápidos
Las diluciones y disoluciones en volúmenes pequeños, normalmente menos de 3 m³, pueden realizarse con agitadores de ataque directo.
Estos agitadores constan de motor, un palier con rodamiento para el guiado del árbol, un árbol de longitud máxima 1500 mm y un móvil de pequeño diámetro y del tipo marino o similar.
La gran ventaja de estos agitadores es su bajo precio, aunque técnicamente tienen serios problemas como se explica a continuación.
Estos árboles tienen una frecuencia natural próxima a los 10 ciclos/s, lo que corresponde a una velocidad crítica de 600 rpm.
El funcionamiento en esta velocidad o sus proximidades (±30%) está prohibido y de ser así podría entrar el árbol en resonancia e ir ampliando su deformación hasta su destrucción.
Estos agitadores, cuyo funcionamiento será de 950 o 1400 rpm (velocidad del motor) pasarán por la velocidad crítica en las arrancadas y paradas. Para evitar problemas este paso tiene que ser muy rápido.
En las arrancadas con mucha carga se puede dar un paso muy lento.
En depósitos cilíndricos sin deflectores o con niveles de líquidos muy bajos se forman vórtices (giro de la masa líquida) que contribuyen a que en las paradas la velocidad del agitador descienda lentamente por efecto de la inercia del líquido que gira y pasa lentamente por la velocidad crítica.
En estas condiciones estos agitadores sufren numerosas averías sobre todo de árboles doblados y roturas del rodamiento del palier.
Como conclusión, se puede admitir el uso de estos agitadores en procesos secundarios y con poco uso. Igualmente es desaconsejable su utilización en procesos continuos o servicios exigentes donde es más adecuado aplicar agitadores con reductor y velocidades de funcionamiento por debajo de las velocidades críticas.
Tipos de agitadores
Para ello en G&G Ingenieros contamos con todo tipo de agitadores:
Agitadores verticales: Árboles y móviles con materiales diversos como inoxidables, aleaciones y revestimientos antiácidos.
Cabezas motrices con motorreductores de marcas punteras.
Cierres por sellos mecánicos, estopadas, sellos hidráulicos, etc.
Distintos móviles según el objetivo de la aplicación.
Agitadores horizontales: homogeneizaciones de grandes volúmenes.
Cierres dinámicos por sellos mecánicos y cierres estáticos de seguridad.
Móviles de alto rendimiento.
Agitadores alimentarios: Agitadores verticales y horizontales fabricados con calidad alimentación.
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