separación líquido-líquido

SEPARACIÓN GAS –LÍQUIDO – LÍQUIDO

(SEPARADORES TRIFÁSICOS)

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN

•Los conceptos de diseño de separadores bifásicos sonaplicables a la separación de gas que ocurre en losseparadores de tres fases.

•Cuando el crudo y el agua se mezclan y luego sepermite que se asienten, una capa de aguarelativamente limpia aparecerá en el fondo.

•El crecimiento de esta capa de agua con el tiemposeguirá una curva como la mostrada en la figura 4.1

Figura 4.1. Crecimiento de la capa de agua con el tiempo

% aguaho

Emulsion

Petróleo

Tiempoh

w/hh

he

hw

Agua

Emulsion

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN

•Después de un período de tiempo, desde tres a treintaminutos, el cambio en la altura de agua serádespreciable.

•La fracción de agua, obtenida del asentamientogravitacional, se llama “agua libre”.

•Es normalmente benéfico separar el agua libre antes detratar el crudo restante y las capas de emulsión.

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN

“Separador Trifásico” y “Free Water Knock Out”(FWKO) son términos que se utilizan para describirrecipientes a presión que están diseñados para removerel agua libre de una mezcla de crudo y agua.

Debido a que el flujo normalmente entra al recipiente yasea directamente de un pozo en producción o de unseparador que opera a alta presión, el recipiente debeestar diseñado para separar el gas que se libera dellíquido como también separar el crudo del agua.

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN

El término “separador trifásico” se usa

normalmente cuando hay una gran cantidad de

gas a ser separado del líquido, y las

dimensiones del recipiente se determinan pordimensiones del recipiente se determinan por

las ecuaciones de capacidad de gas discutidas

en la separación de dos fases.

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN

Un “Free Water Knock Out” se utiliza cuando

la cantidad de gas es relativamente baja en

comparación con la cantidad de crudo y agua, y

las dimensiones del recipiente se determinanlas dimensiones del recipiente se determinan

por las ecuaciones de separación de crudo y

agua discutidas en este capítulo.

Separadores trifásicos horizontales

• Los separadores trifásicos se diseñan ya sea comorecipientes horizontales o verticales.

• La figura 4.2 es un esquema de un separador horizontal.

• El fluido entra al separador y golpea el deflector deentrada.

• Este rápido cambio en momento realiza la separacióninicial general del líquido y vapor.

Figura 4.2. Separador horizontal trifásico

Separador horizontal trifásico

Separadores trifásicos horizontales

• En la mayoría de los diseños, el deflector de

entrada posee un canalete que dirige el flujo de

líquido por debajo de la interfase crudo/agua.

• Esto causa que la mezcla de entrada de crudo y

agua se mezcle con la fase continua de agua en

el fondo del separador y ascienda por la

interfase crudo/agua.

Separadores trifásicos horizontales

• Este proceso se denomina “lavado con agua”,y promueve la coalescencia de las gotas de

agua, las cuales están atrapadas en la fase

continua de aceite.continua de aceite.

• La figura 4.3 ilustra el principio del “lavado con

agua”.

Figura 4.3. Deflector de entrada ilustrando el principio de “lavado con agua”.

Separadores trifásicos horizontales

• El deflector de entrada asegura que poco gas

sea arrastrado con el líquido, y el lavado con

agua asegura que el líquido no caiga encima de

la interfase gas/crudo o crudo/agua, mezclandola interfase gas/crudo o crudo/agua, mezclando

el líquido retenido en el recipiente y haciendo

que el control de la interfase crudo/agua sea

difícil.

Separadores trifásicos horizontales

• La sección de recolección de líquido del separadorsuministra suficiente tiempo para que el crudo y laemulsión formen una capa o “manto de crudo” en laparte superior.

• El agua libre se asienta en el fondo.

• La figura 4.4 ilustra un separador horizontal típico conun controlador de interfase y una pared de retención(compuerta).

Figura 4.4. Separador horizontal típico con uncontrolador de interfase y una pared de retención(compuerta).

Separadores trifásicos horizontales

• La pared de retención mantiene el nivel de crudo

y el controlador de nivel mantiene el nivel de

agua.

• El crudo se desnata sobre la pared, por• El crudo se desnata sobre la pared, por

rebosamiento.

• El nivel de crudo corriente abajo de la pared se

controla con un dispositivo que opera la válvula

de salida de crudo.

Separadores trifásicos horizontales

• El agua producida fluye desde una boquilla en elrecipiente ubicada corriente arriba de la pared deretención del crudo.

• Un controlador de nivel de interfase percibe la altura• Un controlador de nivel de interfase percibe la alturade la interfase agua/crudo.

• El controlador envía una señal a la válvula de salida deagua dejando salir la cantidad correcta de ésta fuera delrecipiente para que la interfase crudo/agua se mantengaa la altura de diseño.

Separadores trifásicos horizontales

• El gas fluye horizontalmente y fuera del

extractor de niebla a una válvula de control de

presión que mantiene la presión del recipiente

constante.

• El nivel de la interfase gas/crudo puede variar

de la mitad del diámetro a 75% del diámetro

dependiendo de la importancia relativa de la

separación de líquido/gas

Separadores trifásicos horizontales

• La configuración más común es 50% lleno, y

es el que se utiliza para las ecuaciones de

diseño en este capítulo.

• Ecuaciones similares pueden desarrollarse para

otros niveles de interfase.

Separadores trifásicos horizontales

• La figura 4.5. muestra una configuración

alternativa conocida como diseño de “cubeta y

pared”.

• La figura 4.6 muestra un separador horizontal

trifásico de cubeta y pared.

Figura 4.5. Separador trifásico horizontal de cubeta y pared

Figura 4.6. esquema de un separador trifásicohorizontal de cubeta y pared.

Separadores trifásicos horizontales

• Este diseño elimina la necesidad de un controlador deinterfase de líquido.

• Tanto el crudo como el agua fluyen sobre compuertasen donde el control de nivel se consigue con un flotadorde desplazamiento simple.

Separadores trifásicos horizontales

• El crudo se rebosa sobre la pared de retención de crudodentro de una cubeta, en donde su nivel se controlamediante un dispositivo que opera la válvula de salidade crudo.

• El agua fluye por debajo de la cubeta y luego se rebosasobre una pared de retención de agua.

• El nivel corriente abajo de esta pared se controlaoperando la válvula de salida de agua.

Separadores trifásicos horizontales

• La altura de la pared de retención de crudocontrola el nivel de líquido en el recipiente.

• La diferencia en la altura de las paredes de

retención de agua y crudo controla el espesor

de la capa de crudo debido a diferencias en

gravedades específicas

Separadores trifásicos horizontales

• Es crítico para la operación del recipiente que

la altura de agua esté suficientemente pordebajo de la pared de retención de crudo, dedebajo de la pared de retención de crudo, de

forma tal que el espesor de la capa de crudo

suministre el tiempo de retención adecuado.

Separadores trifásicos horizontales

• Si la pared de retención de agua es muy baja y

la diferencia en gravedades específicas no es

tan grande como se anticipaba, la capa de

crudo puede aumentar en espesor a un puntocrudo puede aumentar en espesor a un punto

que el crudo podrá pasar por debajo de lacubeta y caer a la salida de agua.

Separadores trifásicos horizontales

• Normalmente, las paredes de retención decrudo y de agua se ajustan para que puedanmanejar cambios en las gravedadesmanejar cambios en las gravedadesespecíficas o en tasas de flujo.

Separadores trifásicos horizontales

Para obtener una altura deseada de capa de crudo, la pared deretención de agua debe ubicarse a una distancia por debajo dela pared de retención de crudo

o w w∆∆∆∆∆∆∆∆h = ho + hw - h’w

Figura 4.7. Determinación de la altura del colchón de aceite.

∆∆∆∆∆∆∆∆h = ho + hw - h’w

Separadores trifásicos horizontales

En donde :

−=∆

w

1hhρ

ρo

o(Ec. 4.1)

En donde :

Distancia por debajo de la pared de

retención de crudo, pulg.

ho = Altura deseada de capa de crudo, pulg.

ρo = Densidad del crudo, lb/pie3

ρw = Densidad del agua, lb/pie3

=∆h

Separadores trifásicos horizontales

• Esta ecuación desprecia la altura de crudo yagua que se rebosan sobre la pared y

presenta una visión de los niveles cuando no

hay influjo.

• Un influjo grande de crudo causará que lacapa de crudo se haga más gruesa, haciendo

necesario que la cubeta sea lo suficientemente

profunda para que el crudo no fluya por debajo

de ella.

Separadores trifásicos horizontales

• Similarmente, un influjo grande de agua causará queel nivel del agua que se rebosa sobre la pared deretención aumente, y habrá un flujo grande de la capade crudo rebosándose sobre la pared de retenciónhasta que se establezca una nueva hw.hasta que se establezca una nueva hw.

• Estos efectos dinámicos pueden minimizarsehaciendo las paredes de retención lo más largasposible.

Figura 4.7. Determinación de la altura del colchón de aceite.

Separadores trifásicos horizontales

• ρ está en lb/ft3, h está en pulgadas. Igualando laspresiones en el punto A de la figura 4.7, se tiene que:

,

'

'

00

−

=+wwww

hh

hhh

ρρρ

ρρρ

,

1

,

,

0

00

0

0

'

0

0

0'00

'

−=−=∆

−+=∆

−=−

=

ww

ww

w

w

w

ww

w

hhhh

hhhh

hhhh

h

ρ

ρ

ρ

ρ

ρ

ρ

ρ

ρρ

Separadores trifásicos horizontales

• El control de interfase tiene la ventaja de ser fácilmenteajustable para manejar cambios inesperados en lagravedad específica o la tasa de flujo de agua.

• Sin embargo, en aplicaciones de crudo pesado en• Sin embargo, en aplicaciones de crudo pesado endonde se anticipan grandes cantidades de emulsión oparafinas puede ser difícil percibir el nivel de lainterfase.

• En tal caso se recomienda el control con pared deretención y cubeta.

Separadores trifásicos horizontales

• En algunas áreas del mundo, el término “free waterknockout” se reserva para un recipiente que procesauna corriente de líquido de entrada con poco gasdisperso y no intenta separar el gas del crudo.

• La figura 4.8 ilustra un FWKO horizontal.

• La figura 4.9 muestra un FWKO vertical.

Figura 4.8. Esquema de un Free – water knockout horizontal.

Figura 4.9. Esquema de un Free – water knockout vertical.

Separadores trifásicos horizontales

• La principal diferencia entre un separadortrifásico convencional y un FWKO es que eneste último hay sólo dos salidas de fluido;este último hay sólo dos salidas de fluido;una para el aceite y muy poca cantidad degas y la segunda para el agua.

Separadores trifásicos horizontales

• El flujo de agua de salida es usualmente controlado conun control del nivel de interfase.

• El diseño de un free water knockout es el mismo que el• El diseño de un free water knockout es el mismo que elde un separador horizontal de tres fases.

• El objetivo de un FWKO es que el agua salga sincrudo.

Separadores trifásicos horizontales

FraccionadorFraccionador dede flujoflujo

• La figura 4.10 ilustra un fraccionador de flujo.

• Un “fraccionador de flujo” es una versión especial de unfree – water knockout.free – water knockout.

• Básicamente, es un FWKO donde el aceite de salidaes dividido en dos o más líneas de salida que sondirigidas a diferentes componentes del procesocorriente abajo.

Figura 4.10. Esquema de un fraccionador de flujo con cuatro compartimientos.

Separadores trifásicos horizontales

FraccionadorFraccionador dede flujoflujo

• Este recipiente contiene diferentes compartimientos.

• Cada compartimiento tiene su propio control de nivel y• Cada compartimiento tiene su propio control de nivel yválvula de salida de aceite.

• Paredes ajustables separan los compartimientos deagua y los compartimientos de salida de aceite.

Separadores trifásicos horizontales

FraccionadorFraccionador dede flujoflujo

• El aceite fluye sobre las paredes en loscompartimientos individuales.

• El control del nivel de agua es usado para mantener el• El control del nivel de agua es usado para mantener eltope de la capa de aceite por encima de la pared másalta.

• El control de nivel individual en cadacompartimiento asegura los niveles de aceite de loscompartimientos a la misma tasa a la cual entra.

Separadores trifásicos horizontales

SeparadorSeparador horizontalhorizontal trifásicotrifásico concon “bota”“bota” dede líquidolíquido..

• La figura 4.11 muestra un separador trifásico horizontalcon una bota de agua en el fondo del recipiente.

• La bota acumula pequeñas cantidades de líquido quese asientan fuera de la sección de almacenamiento delíquido y se dirigen a la salida del separador.

• Estos separadores son un caso especial de losseparadores trifásicos.

Figura 4.11. Separador trifásico horizontal con una

bota de agua.

Separadores trifásicos horizontales

•• SeparadorSeparador horizontalhorizontal trifásicotrifásico concon “bota”“bota” dedelíquidolíquido..

• En este caso, la tasa de flujo tanto de agua

como de aceite proporciona suficiente tiempocomo de aceite proporciona suficiente tiempo

de retención para la separación del aceite y del

agua, que no es necesario usar el cuerpo

principal del recipiente para proveer tiempo de

retención para el aceite.

Separadores trifásicos horizontales

•• SeparadorSeparador horizontalhorizontal trifásicotrifásico concon “bota”“bota” dedelíquidolíquido..

• La figura 4.12 muestra un separador bifásico horizontalcon una bota de líquido.con una bota de líquido.

• Debido a que la tasa de flujo de agua es muy baja enrelación a la tasa de flujo de aceite, la pequeña cantidadde tiempo de retención para el agua proporcionada porla bota es suficiente.

Figura 4.12. Separador bifásico horizontal con una bota de agua.

Separadores trifásicos horizontales

•• SeparadorSeparador horizontalhorizontal trifásicotrifásico concon “bota”“bota” dedelíquidolíquido..

• Entonces, el diámetro del cuerpo principal del recipientepuede ser menor.

• La bota de líquido almacena pequeñas cantidadesde líquido en la sección de almacenamiento delíquido.

Separadores trifásicos horizontales

•• SeparadorSeparador horizontalhorizontal trifásicotrifásico concon “bota”“bota” dedelíquidolíquido..

• Estos recipientes son un caso especial de los• Estos recipientes son un caso especial de losseparadores bifásicos de doble barril, los cuales sontípicamente usados en aplicaciones de gas seco ydeberían ser usados solamente donde la separación delas dos fases líquidas es relativamente fácil.

Separadores trifásicos verticales

• La figura 4.13 muestra una configuración típica

de un separador vertical trifásico.

• El flujo entra al recipiente a través de un

costado como en los separadores horizontales,

el deflector de entrada separa la mayor parte

del volumen de gas.

Figura 2.44. Separador vertical trifásico

Separadores trifásicos verticales

• Se requiere un canal para transmitir el líquido a

través de la interfase crudo-gas sin interferir en

el desnatado del crudo que está tomando lugar.

• Se necesita una chimenea para igualar la

presión de gas entre la sección inferior y la

sección de gas.

Separadores trifásicos verticales

• La salida del canal o deflector se localiza en la

interfase crudo-agua.

• Desde este punto a medida que el crudo sube• Desde este punto a medida que el crudo sube

cualquier agua libre atrapada dentro de la fase

de crudo se separa.

• Las gotas de agua fluyen en contracorriente

con el crudo

Separadores trifásicos verticales

• De forma similar, el agua fluye hacia abajo y las

gotas de crudo atrapadas en la fase de agua

tienden a subir en contracorriente con el flujo de

agua.

• Las figuras 4.14 y 4.15 muestran separadores

trifásicos verticales sin lavado de agua y con

control de interfase.

Figura 4.14. Separador vertical trifásico sin lavado de agua y con extractor de niebla tipo veleta.

Figura 4.15. Separador vertical trifásico sin lavado de agua y con extractor de niebla tipo malla de alambre.

Separadores trifásicos verticales

• La figura 4.16 muestra los diferentesmétodos de control que se utilizangeneralmente en separadores trifásicosgeneralmente en separadores trifásicosverticales.

Figura 4.16. Esquemas del control de nivel de líquido enseparadores verticales.

Separadores trifásicos verticales

• El primero es estrictamente un control de nivel:

– Un flotador de desplazamiento regular se usa paracontrolar la interfase gas-crudo y regular una válvula decontrol para liberar el crudo de la sección de crudo.

– Un flotador de interfase se usa para controlar la interfase– Un flotador de interfase se usa para controlar la interfasecrudo-agua y regular la válvula de control de salida deagua.

– Como no hay placas ni paredes de retención internas,este sistema es el más fácil de fabricar y que mejormaneja producción de arena y sólidos.

Separadores trifásicos verticales

• El segundo método mostrado utiliza una pared

para controlar el nivel de la interfase gas-crudo

en una posición constante.

• Esto resulta en una mejor separación de agua

del crudo ya que todo el crudo debe elevarse al

nivel de la pared de retención antes de salir del

recipiente.

Separadores trifásicos verticales

• Sus desventajas son que la cubeta de crudo

toma volumen del recipiente y cuesta mas

dinero para fabricarlo.

• En suma, los sedimentos y los sólidos pueden• En suma, los sedimentos y los sólidos pueden

acumularse en la cubeta y ser difíciles de

drenar, y un dispositivo de cierre de bajo nivel

separado puede requerirse como seguro contra

la falla de apertura de la válvula de salida de

crudo.

Separadores trifásicos verticales

• El tercer método utiliza dos paredes, lo cual

elimina la necesidad para un flotador de

interfase.

• El nivel de interfase se controla con la altura de

la pared externa de retención de agua relativa a

la pared de retención de crudo o la altura de la

salida.

Separadores trifásicos verticales

• Esto es similar al diseño de pared y cubeta en

los separadores horizontales.

• La ventaja de este sistema es que elimina el

control del nivel de interfase.

• La desventaja es que requiere de espacio y

tuberías externas adicionales.

Consideraciones para la selección

• Las características geométricas, físicas y operacionalesotorgan a cada tipo de separador ventajas ydesventajas.

• La separación gravitacional es más eficiente enseparadores horizontales que en los verticales.separadores horizontales que en los verticales.

• Además, los separadores horizontales tienen grandesáreas de interfase, lo cual favorce el equilibrio de fases,especialmente si hay acumulación de espuma oemulsión en la interfase gas – aceite.

Consideraciones para la selección

• Entonces, desde la perspectiva del proceso se

prefieren los separadores horizontales.

• Sin embargo, éstos presentan algunosinconvenientes que pueden resultar en unapreferencia por los separadores verticales enciertas situaciones.

Consideraciones para la selección

• Los separadores horizontales no son tan buenos comolos separadores verticales en el manejo de sólidos.

• La válvula de descarga de un separador vertical puede• La válvula de descarga de un separador vertical puedeser puesta en el centro de la cabeza inferior con elpropósito de que los cuerpos sólidos no aumenten en elseparador, pero continuarán al próximo recipiente en elproceso.

Consideraciones para la selección

• Como una alternativa, un drenaje puede serdispuesto en esta ubicación con el propósitode que los sólidos sean deshechadosperiódicamente mientras el líquido deja elperiódicamente mientras el líquido deja el

recipiente a una elevación ligeramente mayor.

Consideraciones para la selección

• En un recipiente horizontal, es necesario poneralgunos drenajes a lo largo de la longitud del recipiente.

• Debido a que los sólidos tendrán un ángulo dereposo de 450 a 600, los drenajes deben estarespaciados a intervalos muy cercanos[generalmente no mayores a 5 pies (1.5 m) ].

Consideraciones para la selección

• Los separadores horizontales requieren mayor

área para funcionar y proporcionar la misma

separación que un separador vertical.separación que un separador vertical.

• Esto puede no ser relevante en instalaciones en

tierra, pero cobra importancia en facilidades

costa afuera.

Consideraciones para la selección

• Por su pequeño diametro (3 ft – 1.5 m, y menores), losseparadores horizontales tienen menos capacidad demanejo de la surgencia de líquido.

• Para un determinado cambio en la elevación de lasuperficie del líquido, generalmente hay un mayorsuperficie del líquido, generalmente hay un mayorincremento en el volumen de líquido en un separadorhorizontal que en un separador vertical dimensionadopara la misma rata de flujo.

• Además, se pueden generar olas internas, las cualespodrían activar prematuramente el sensor de nivel.

Consideraciones para la selección

• Se debe tener cuidado cuando se selecciona undiámetro pequeño para los separadores horizontales.

• En este caso, deben considerarse la elevación delcontrolador y de los interruptores de nivel.controlador y de los interruptores de nivel.

• El separador debe tener un diámetro lo suficientementegrande para que los interruptores de nivel esténadecuadamente espaciados y así prevenir problemasoperacionales.

Consideraciones para la selección

• En resumen, los recipientes horizontales son maseconómicos para separación normal aceite – agua,particularmente donde puedan existir problemas deemulsiones, espumeo, o altas relaciones gas – líquido.

• Los recipientes verticales trabajan másefectivamente en aplicaciones con altas relacionesgas – aceite y donde se anticipa producción desólidos.

Interior de un separador trifásico

• Los internos del recipiente comunes a los separadorestanto de dos como de tres fases, tales como deflectoresde entrada , rompedores de olas, las placas antiespuma,rompedores de remolinos, los chorros y drenajes dearena, y los extractores de niebla, se trataron en elarena, y los extractores de niebla, se trataron en elcapítulo tres, y por lo tanto no se repetirán.

• A continuación se describen internos adicionales queayudan en la separación de aceite y agua.

Interior de un separador trifásico

• Placas de Coalescencia.

• Es posible utilizar varios diseños de placas o

tubos de coalescencia para fomentar eltubos de coalescencia para fomentar el

agrupamiento de las gotas de crudo en el agua

y las gotas de agua en el crudo.

Interior de un separador trifásico

• Placas de Coalescencia.

• La instalación de placas de coalescencia en la

sección de líquido (ver figura 4.17) causará quesección de líquido (ver figura 4.17) causará que

el tamaño de las gotas de agua dispersas enla fase de crudo incremente, haciendo que el

asentamiento gravitacional de estas gotas a la

interfase de crudo-agua sea más fácil.

Figura 4.17. Separador horizontal trifásico con platos de coalescencia

Interior de un separador trifásico

• Coalescedores de flujo turbulento

• Los coalescedores de flujo turbulento, los cuales• Los coalescedores de flujo turbulento, los cuales

son comercializados bajo el nombre de

SP Packs, utilizan la turbulencia creada a través

del flujo en un serpentín para promover la

coalescencia.

Interior de un separador trifásico

• Coalescedores de flujo turbulento

• Como se muestra en la figura 4.18, ellos ocupan másespacio en el recipiente que los platos decoalescencia, pero ellos no son susceptibles alcoalescencia, pero ellos no son susceptibles altaponamiento.

• A pesar de las ventajas del diseño, las unidades nofueron bien recibidas y por lo tanto no han sido muyfabricadas.

Figura 4.18. Separador horizontal trifásico concoalescedores de flujo turbulento.

Problemas operacionales: emulsiones

• Los separadores trifásicos pueden experimentar losmismos problemas operacionales que losseparadores bifásicos.

• Además, los separadores trifásicos pueden desarrollarproblemas de emulsiones, las cuales sonparticularmente problemáticas para su operación.

Problemas operacionales: emulsiones

• Al cabo de un período de tiempo seacumulan los materiales emulsificados y/oacumulan los materiales emulsificados y/ootras impurezas generalmente en la interfasede las fases de agua y crudo

Problemas operacionales: emulsiones

• En adición a los efectos adversos sobre el

control del nivel de líquido, esta acumulación

también disminuirá el tiempo de retención

efectivo de crudo o agua en el separador, con la

disminución resultante de la eficiencia dedisminución resultante de la eficiencia deseparación crudo–agua.

• La adición de químicos y/o calor generalmente

minimiza esta dificultad.

Problemas operacionales: emulsiones

• Frecuentemente, es posible disminuir

considerablemente el tiempo de asentamiento

necesario para la separación de crudo-agua ya

sea con la aplicación de calor en la secciónsea con la aplicación de calor en la secciónde líquido del separador o la adición dequímicos desemulsificantes.

Teoría de la separación trifásica

• Separación del gas

Los conceptos y ecuaciones pertinentes a laLos conceptos y ecuaciones pertinentes a la

separación de dos fases son igualmente válidos

para la separación de tres fases.

Teoría de la separación trifásica

• Asentamiento de crudo/agua

El flujo de las gotas de crudo en el agua o las gotas de agua en el crudo es laminar y por tanto se aplica la Ley de Stokes.

La velocidad terminal de la gota es:

µ

2m

6

t

d.)E.G(1078.1V

∆×=

− (Ec. 4.2)

Teoría de la separación trifásica

• Separación de gas

• Donde:

V = Velocidad (pies/seg)Vt = Velocidad (pies/seg)

∆G.E= Diferencia en gravedad específica relativa al agua entre las fases aceite y agua.

dm = Tamaño de la gota, micrones

µ = Viscosidad de la fase continua, cp

Teoría de la separación trifásica

• Tamaño de la gota de agua en el crudo.

• Es difícil predecir el tamaño de gota de agua que debeasentarse de la fase de crudo para coincidir con ladefinición de “crudo libre”.definición de “crudo libre”.

• A menos de que disponga de datos de laboratorio o decampos, se han obtenido buenos resultados al diseñarla capa de crudo de forma tal que las gotas de agua dediámetro mayor a 500 micrones se asienten.

Teoría de la separación trifásica

• Tamaño de la gota de agua en el crudo.

• Como se muestra en la figura 4.19, si se consigue estecriterio, la emulsión a ser tratada por el equipo corrienteabajo debe contener menos del 5% al 10% de agua sinun excesivo programa de tratamiento químico.un excesivo programa de tratamiento químico.

• En sistemas de crudo pesado a veces es necesariodiseñar para gotas de 1000 micrones.

• En estos casos, la emulsión puede contener comomáximo el 20% o 30% de agua.

Figura 4.19. Ejemplo de la distribución del tamaño de la gota de agua

Teoría de la separación trifásica

• Tamaño de la gota de crudo en agua.

• De la ecuación 4.2 puede observarse que la separaciónde las gotas de crudo del agua es más fácil que lade las gotas de crudo del agua es más fácil que laseparación de las gotas de agua del crudo.

µ

2m

6

t

d.)E.G(1078.1V

∆×=

−

(Ec. 4.2)

Teoría de la separación trifásica

• Tamaño de la gota de crudo en agua.

• La viscosidad del crudo puede ser del orden de• La viscosidad del crudo puede ser del orden de

50 a 20 veces la del agua.

• El propósito primario de la separación de tres

fases es preparar al crudo para posterior

tratamiento.

Teoría de la separación trifásica

• Tamaño de la gota de crudo en agua.

• La experiencia de campo indica que el

contenido de crudo en el agua producida decontenido de crudo en el agua producida de

un separador trifásico, diseñado para remover el

agua del crudo, puede esperarse que esté entre

unos cientos a 2,000 mg/l.

• Esta agua requerirá tratamiento.

Teoría de la separación trifásica

• Tiempo de retención.

• Se requiere una cierta cantidad de almacenamiento decrudo para asegurar que el crudo alcance el equilibrio yse libere gas instantáneamente.se libere gas instantáneamente.

• Una cantidad adicional de almacenamiento se requierepara asegurar que el agua libre tenga tiempo decoalescer en gotas de tamaños suficientes para estar deacuerdo con la ecuación 4.2

Teoría de la separación trifásica

• Tiempo de retención.

Es común usar tiempos de retención que van de lostres minutos a los treinta minutos dependiendo de losdatos de laboratorio o de campo.datos de laboratorio o de campo.

Si la información no está disponible todavía, las pautasdadas en la tabla 4.1 pueden ser usadas.

Tabla 4.1 Valores típicos de tiempos de retención enseparadores liquido-liquido

Teoría de la separación trifásica

• Tiempo de retención.

Generalmente, el tiempo de retención debe serincrementado conforme la viscosidad o la gravedadincrementado conforme la viscosidad o la gravedaddel aceite se incrementen

De forma similar, una cierta cantidad dealmacenamiento de agua se requiere para asegurar quelas gotas más grandes de crudo dispersas en el aguatengan el tiempo suficiente para coalescer y ascender ala interfase crudo–agua.

Teoría de la separación trifásica

• Tiempo de retención.

Es común usar tiempos de retención para la fase deEs común usar tiempos de retención para la fase deagua desde tres minutos a treinta minutosdependiendo de datos de campo o laboratorio si estainformación no está disponible, un tiempo de retenciónde diez minutos es lo recomendado para el diseño.

Teoría de la separación trifásica

• Tiempo de retención.

El tiempo de retención tanto de la tasaEl tiempo de retención tanto de la tasamáxima de aceite como de la máxima tasa deagua debe ser calculado, a menos que losdatos de laboratorio indiquen que no esnecesario tomar este enfoque para el diseño.

Diseño de un separador trifásico

• Las pautas presentadas pueden ser usadas

para el dimensionamiento inicial de un

separador trifásico horizontal lleno al 50% de

líquido.líquido.

• La determinación del tipo y tamaño del

separador debe realizarse sobre una base

individual.

Diseño de un separador trifásico

• Todas las funciones y los requisitos deben serconsiderados incluso las posibles incertidumbres enlas tasas y propiedades del flujo de diseño.

• Por esta razón, no hay ningún sustituto para lasbuenas evaluaciones de ingeniería para cadaseparador dadas por el ingeniero de diseño.

Diseño de un separador trifásico

• El "Trade off" entre el tamaño y los detalles eincertidumbres en los parámetros de diseño

no debe dejarse a recomendaciones delno debe dejarse a recomendaciones delfabricante o a reglas generales.

Diseño de un separador trifásico horizontal (lleno al 50%)

• Para dimensionar un separador trifásico es necesarioespecificar el diámetro del recipiente y la longitud dejunta a junta del mismo.

• Las consideraciones de la capacidad del gas y el tiempo• Las consideraciones de la capacidad del gas y el tiempode retención establecen ciertas combinacionesaceptables del diámetro y la longitud.

• La necesidad de asentar gotas de agua de500 micrones del crudo establece un diámetro máximo.