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Funcionamiento y huso adecuado de un separador deoleo aceite-agua

© ING. KIRBY S. MOHR, 2001-2013

INTRODUCTION

Cuando se tiene la necesidad de separar y retirar el aceite del agua, unasolución ideal es utilizar separadores de oleo aceite-agua con móduloscoalescentes ya que estos remueven el aceite utilizando propiedades degravedad, los módulos de plástico son permanentes y bajo requerimientomantenimiento. No se requieren materiales absorbentes ni otros consumiblescomo filtros de cartucho, el aceite recuperado puede ser reciclado para elbeneficio del usuario.

Dependiendo de los requerimientos, no es necesario instalacion de systemas debombeo ni servicios electricos a menos que sea un requesito por el diseño. Esposible el diseño con un amplio rango de systemas operacionales 100% aceite.Un systema de separador puede ser diseñado subterraneo eliminado el espacionecesario en la superficie.

La gravedad es el systema operacional, su diseño es mas dificil requerido undiseño professional. Los bajos costos operacionales de nuestro systema degravedad y el uso de aceite recyclable en comparasion de otros systemas defiltracion o systemas de bajo prescion, tienen un beneficio a nuestro fabor larecuperacion de la inversion del costo inicial de nuestro diseño. Se elimina loscostos de absorbetes mas el costo del deshecho requeririendo unicamente elcosto de la recuperacion del aceite.

A continuacion la informacion detalla el funcionamiento general de nuestroseparador de aceite y agua y provee informacion especifica de nuestros modulosde placas coalescentes asi como las limitaciones de diseños y sugerencias denuestro departamento de ingenieria. Estamos a su dispocion al contactarnospara ofrecer apoyo, sugerencias o informacion adicional.

TEMA GENERAL Y TEORIA DE SEPARADOR DE OLEO AGUA ACEITE

Fue en el año 1845 cuando el matematico de origen Ingles George Stokes porvez primera observo y describio las propiedades fisicas que gobiernan elcomportamiento de las particulas solidas dentro de un liquido. (Ley de Stokes,1845). La misma relacion se aplica durante el levantamiento de las pequeñasgotas en un liquido distinto mas pesado.Esta función nos indica los siguiente

DONDE:

VP = velocidad de levantamiento o de establecimiento de la partícula, cm/sec

G = constante gravitacional, 980 cm/sec2 = viscosidad absoluta del líquido continuo, poiseDP = densidad de la partícula (o de la gotita), gm/cm2DC = densidad del líquido continuo, gm/cm2D = diámetro de la partícula, cm

Un dato negativo se refiere a una particula (o gota) velocidad en subida.

Asumiendo los siguientes datos en la ley de Stoke’s:1) Las partículas son esféricas2) Las partículas son del mismo tamaño3) El flujo es continuo horizontalmente y verticalmente. El flujo laminado en estecontexto significa fluido pacivo, y suave, y sin turbulencia.

De lo ya mencionado, es evidente que las variables son la viscosidad de liquido,la diferencia entre la gravedad especifica del liquido y la particula, y el tamañode la particula.

La proporcion de la subida es igualmente governada por la Ley de Stoke’s. Esdecir, si el tamano de la gota, gravedad especifica, y viscosidad del liquidocontinuo son conocidos, su proporcion de de subida puede ser calculada.

Para determinar tamaño de un tanque de separador, primeramente esnecesario calcular la velocidad de subida de las gotas utilizando la ley de

Stoke’s. El tamano del tanque puede ser calculado considerando la trayectoriadel la gota iniciando desde el fondo de los modulos separadores con salida dellado opuesto del separador. Un volumen suficiente ( tiempo de estancia) tieneque ser proporcionado el separador para calcular la entrada de la gota por elfondo del separador y el tiempo de subida hacia la superficie antes de que elflujo del agua que lleva consigo la gota de aceite salga por el lado opuesto delseparador.

El calculo de la proporcion de subida utiliznado este metodo es unasimplificacion de lo que occurre realmente en las condiciones de campo, siendoque las gotas de aceite no son todas del mismo tamano y la tendencia en unirseunas a otras incrementado el tamano de la gota. Adicionalmente, turbolenciasdentro del systema de separador hace dificil una subida sea ordenada de gotaspequenas. Las Gotas subiran siguiendo la ley de Stokes’s siempre y cuando lascondiciones del flujo permanescan sin cambio.

Cuando el tamano de la particular excede la cantidad de su maxima elevacionde subida a comparacion de la velocidad del flujo, existe la tendencia que elflujo durante su subida empieze hacer turbolento. Las particulas de este tamanoo mas grandes no suben tan rapido de acuerdo a la ley de Stokes’s ocacionadopor el efecto de hydrodynamic drag. Aun asi, su subida es rapida en relacion alas gotas pequenas y son removidas con un buen diseno del separador.Gotas pequenas de un tamano de 8microns o menos en su diamtero no subende acuerdo a la ley de Stokes’s (o menos) ocacionada por el movimiento erraticode las moleculas en el agua es condicion para sobrellevar la fuerza de gravedadpor lo cual su movimiento es erratico en todas dirececciones. A este movimientoerratico se le conoce como Brownian Motion. Afortunadamente, su volumen delas gotas disminuye de acuerdo al cubo de su diametro, por lo tanto su contenidode aceite es minimo en volumen a menos que existan demasidas gotas

pequenas (como aquellas creadas cuando se utiliza un systema de bombeocentrifugo para bombear el agua) por lo tanto contienen una cantidad negligentede aceite.

Durante el proceso coalescente de union, no se presentan grupos de gotascomo se presentan en gotas grandes, lo que sucede es una union entre unas yotras para formar una gota mas grande. La tension superficial de los liquidoshace que su formacion sea esferica al ser la forma geometirca de menorsuperfice de una masa conocida. Este efecto es de beneficio para el disenadoral ser un dato requerido en la formula de Stokes’s. Algunos disenos deseparador que utilizan este principio an sido disenados, incluyendo separadorescon espeficicaciones del Instituto Americano de Petroleo (API), al igual queseparadores de placas corrugadas (CPI) por nombrar algunos. En resumen, elsystema de mayor eficiencia de funcionamiento es nuestro systema de modulosde placas coalescentes.

Informacion adicional sobre el tema de API y de otros sistemas de separaciónes proporcionada en un boletin técnico “ Nueva clase de separador del Aceite-Agua para una mejor manejo de calidad del agua” está disponible a petición delas publicaciones en el portal de internet. Por razones de brevedad, solamente eltipo diseño del módulo de la placas esta anexada a esta discusion.

DISENO DE SEPARADOR MODULOS COALESCENTES

Se sobreentiende la dificultad para definir el flujo continuo de laminado. (datorequerido por la ley de Stokes’s) en un separador de un volumen consideradoocacionado por el efecto de turbolencia anteriormente mencionado. Por talmotivo, los modulos coalescentes son utilizados para asegurar el flujo laminadoy sustentar el diseno del systema que se comporte de acuerdo a la Ley deStokes’s. El calculo de la teoria de Stokes’s es preciso para determiner elascenso de una gota de igual forma para el descenso de sus solidos-unicamente si el tamano de la particular y el flujo continuo y su viscosidad sonestablecidos.Lo dificil de hacer el calculo es adquirir los siguientes datos:

¿Cuáles es la gravedades específicas respectivas de los líquidos? ¿Cuál es el tamaño de partícula? ¿Definir la viscosidad del agua?

El diseno de un separador puede requerir un rango de temparaturas ( yviscosidad ) para simular condiciones de invierno y verano al igual que procesosirregulares, por lo tanto varias viscocidades tienen que ser consideradas duranteel diseno. La gravedad especifica pueden adquiridas o pueden ser estimadas.La viscosidad del agua puede ser obtenida en textos. A cambio el tamano de

una gota no es tan facil de determiner. Los tamanos de las particulas solidadspuden ser determinadas en laboratorio, pero el tamano de una gota de aceite esmas complicado. Una forma detallada de hacerlo es tomando fotosmicroscopicas de las gotas en agua y determinar los tamanos distintos.

Si el tamano de la gota es desconozida, o un grupo considerable de gotas esvisible (situacion normal), es necesario hacer un estimado del tamano de la gotapara determiner la proporcion de subida y de tal forma calcular el tamano delseparador requerido. Estos calculus son basados por experiencia laboral ynuestro historial de disenos.

Por consequente, en un separador se establece un flujo continuo que contieneuna gama de varios tamanos de gotas de hidrocarbonos y agua para promediarlas condiciones de tamano.

La ley de Stokes’s no arrojara un cálculo exacto de la eficacia del retiro. Unamanera razonable de tratar el problema del retiro para cumplir un requisitomáximo específico de la concentración del aceite, es ataraves de metodos deestadística. Si podemos demostrar que pocas partículas pasarán a través de unseparador que nos requerimos para causar 15 PPM en el efluente (o el otrorequisito si se requiere un efluente más bajo), podemos predecir con confianzaque el separador cumplirá los estándares efluentes necesarios bajo ley.

Nuestra compania MSR utiliza un programa de computadora con derechosintelectuales de disenado por nuestra empresa para hacer la determinaciónestadística del retiro de la gotita del aceite y por lo tanto del contenido de aceiteefluente. El uso adecuado de nuestro systema, permite que nuestra empresaMSR asegure esta condicion funcione bajo diversas condiciones del diseño queel efluente no exceda los limites regulados. Fabor de ver una copia de un hojade cálculo ejemplar en el apéndice de este escrito.

Como se conoce en plantas industriales o comerciales, no es aceptable lapresencia de aceite flotando en cantidades grandes o pequenas de aceite en elagua. Estas son faciblmente detectables al causar mantos brillosas en el agua.En los E.E.U.U., existe una ley del medio ambiente en la cual detalla que elagua potable requiere que no haya “brillo” pero no define qué causa un brillo. Enterminos especificos este requerimiento a menudo puede significar 15 mg/l (elPPM) o menos. Como ejemplo, la jurisdiccion distritial del contado de KingCounty, Washington (Seattle) han decretado estándares en la cual se permitieniveles de aceite de descarga considerablemente menos que el límite de lacomision de medio ambiente de aceite y de grasa de 15 PPM en el aguadescargada (romano 1990). Algunas jurisdicciones, tales como departamento delas industrias pesqueras de Canadá (gobierno de Canadá 1978) permitenincluso menos aceite y grasa en agua efluente.

Características múltiples del separador del módulo de la placa de ángulo del MSR

Nuestros separadores de capas múltiples de modulos coalesentes, fuerondesarrollados para remover el aceite de una manera eficaz y resistentes aprevenir obstrucciones y taparse por partículas sólidas durante el proceso.El diseno de los modulos coalesentes de nuestro separador son acanaladas enambas direcciones, con un diseno similar a una tapa de carton de huevos.Disenamos espaciadores dentro de las placas coalesentes, construidas parapoder hacer convenientemente dos medidas estandar de separacion (nominal 8y 16 milímetros). Los espacios estrechos aumentan la eficiencia yespaciamientos más amplios son más resistentes a tapar por cualquier sólidoque pudiera estar presente. Un dibujo de los módulos y una foto son anexadosen este escrito.

El fluido del flujo en un módulo es a lo largo del módulo. Las gotas de aceite sealzan haciendo contacto en la superficie inferior de los modulos lugar donde seseparan y las partículas de los sólidos saliendo a la superficie superior de lasplacas y dirigiendose a la parte inferior del separador.

Existe un maximo indice de flujo en proporcion al volumen de las placascoalesentes dentro de los requisitos del flujo laminar de la ley de Stokes. Pararesolver este límite del flujo por cada módulo, los sistemas de diseños del MSRutilizamos los módulos múltiples con los módulos colocados lado a lado ycolocados en columnas a la altura requerida para permitir el flujo y al mismotiempo para mantener el flujo laminar. Durante el proceso diseno y similicasion,nuestro programa nos indica la cantidad de filas o columnas requeridas.Existen sistemas disenados por nuestra empresa con una capaciad deUS20.000 galones por el minuto (4550 metros cúbicos por hora). Ver anexo defotos demuestran una pila de concreto subterraneo y una estructura de acero ensuperficie con cuatro hileras de los medios coalescentes instalados actualmenteen una fábrica del neumático de Illinois.

CÁMARA ACORAZADA CONCRETA SEPARADOR DE ACERO

FÁBRICA DEL NEUMÁTICO

Las Ventajas del sistema del MSR son:

a) Las placas instaladas en columnas, permiten un diseño del sistema dentro deun régimen del flujo laminar. unicamente bajo estas condiciones de un régimendel flujo laminar es posible el seguimiento y comportamiento esperados de lasgotas de aceite que obedescan la ley de Stokes, predicir la captura de las gotasde aceite y la calidad del efluente.b) Las placas en los módulos se diseñan para dirigir los sólidos a la parte inferiordel separador, evitando tapar al dirigir sólidos hacia el deposito dealmacenamiento. En otros sistemas que utilizando placas inclinadas, los sólidosdeben deslizarse sobre la longitud total de las placas , mientras que en lossistemas del MSR los sólidos tienen que deslizar solamente algunos milímetrosantes de encontrar uno de una multiplicidad de agujeros para filtrar los solidos.Los sólidos caen directamente a la parte inferior del separador a través de losorificios.c) El doble acanalado proporcionan una superficie con inclinacion (a 45) gradoso mayor dirigida en todas direcciones del cada modulo facilitando la fluidez delaceite hacia arriba.d) Las placas son colocadas en módulos para instalarse en columnas fácilmenteen un tanque subterraneo o sobre tierra. La mayoría de los systemas de grantamano, se diseñan para instalarse de forma subterrána. Las ventajas sonmenor costo unitario y mejor flujo. Las instalaciones subterraneas ayudan ensystemas de flujo de gravedad y en la reduccion de area disponible de suelodisponible para el uso de una planta.

CONSIDERACIONES DE SELECCION Y DISEÑO DE SISTEMAS DEL SEPARADORDE aceite-AGUA

Consideraciones generales del diseño:Los siguientes factores son necesarios en la selección y diseño de sistemas dela separación del aceite-agua. Entre éstos se encuentran:1. Flujo y condiciones.2. Grado de separación requerido - calidad efluente.3. Cantidad de aceite en el agua de la entrada.4. Equipo existente - tal tanques o systemas de bombeo5. Emulsificación del aceite.6. Instalaciones de agua tratadas.7. Método recuperado de la disposición del aceite.

En instalaciones industriales y en algunos casos municipales, es posibledeterminr fácilmente el flujo, la cantidad de aceite. En caso de systemas de lluviatorrenciales, es necesario estimar cantidades de la corriente de agua.El grado de separación requerido, es generalmente establecido en requicitosestandares por region geografica. En caso que el agua se descarge a unaalcantarilla sanitaria o a una instalación de tratamiento industrial, su contenidode aceite efluente permisible puede ser calculado.

La cantidad de aceite en el agua de entrada se puede establecer, especialmenteen usos industriales, aun asi será necesario estimar la cantidad en usos de laprecipitación excesiva. En la industria de fabricantes de equipo de bombeopueden proporcionar recomendaciones sobre las cantidades que se puedenanticipar por region, al igual cierta información es publica sobre compocision deaguas torrenciales. Equipo en funcion tal como separadores certificados por APIpuede definir el diseño de equipo que se utilizará. Frecuentemente el equipoexistente puede ser adaptado con modernos o más sofisticados systemas paraobtener un nivel de separacion ideal que reuna los requicitos necesarios.

El grado de emulsificación del aceite es difícil de determinar, aun asi, ciertasmedidas se pueden tomar para disminuir o reducir la formación de emulsiones yaumentar su separacion que se formen durante su proceso. En algunasocaciones, es necesario substituir el equipo existente tal como bombascentrífugas (que produzcan emulciones dificiles de separar) por un equipo máseficiente para el uso con los separadores del aceite-agua. En la mayoria de loscasos, es necesario anadir detergentes para romper emulciones por aquellosdetergentes que promuevan emulciones. El departamento de Ingenieriaamericano (US Corps of Engineers) a creado uno estudio sobre este tipo dedetergentes que nuestra oficina de MSR puede proporcionar (cuerpo deingenieros, 2007 del Ejército del EE. UU.). En todo caso posible, los detergentesy jabones deben ser evitados para la limpieza del systema usando solamenteagua caliente o vapor deben ser utilizados.

Es necesario un diseno de tubería con capacidad para un desague ideal asievitar inundar el separador o quizás llenar el depósito de colección del aceitecon agua residual. En este caso se disena un registro para verificar su desague.Es necesario disenar el tamano del deposito de aceite recuperado mas el clientedebe proporcionar el metodo para su extraccion deben ser incluidos en eldiseno. Para cumplir con agencias ecologicas es necesario mantner unabitacora del aceite recuperado y reciclado para indicar el funcionamientoefectivo del separador.

A continuacion tenemos el siguiente tema de discucsion de varios de los puntosclave para un diseño de sistemas de la separación de aceite-agua.

Condiciones del flujo de la entrada (influente)Gran parte del funcionamiento de un separador del aceite-agua depende de lascondiciones afluentes del agua, ya que el equipo o condiciones causanpequenas gotas, cambiando las condiciones de diseno para un separador demayor capacidad para darle el tiempo necesario requerido para la unioneventual de las gotas más pequeñas.

en el ambiente se conoce que ciertos factores forman pequeñas gotas sonaquellas que ocacionan turbolencia en la entrada de agua como:

1. Bombas, especialmente bombas centrífugas.2. Válvulas, especialmente válvulas de paso.3. Otras restricciones en flujo tal como codos, tes, coples, o el tamano de unalínea de tuberia pequena.4. Tubería vertical (direccion horizontal es preferible)5. Agentes químicos de emulsión (jabones y detergentes)Los agentes emulsionandos tales como jabones y detergentes contribuyen apequeños tamaños de la gota además contribuyen al desliz de los modulos ycontribuyen a desarmarze disminuyendo el proceso de coalesion.

Las condiciones ideales de la entrada para un separador del aceite-agua son:

1. Flujo gravedad (no bombeado) en la tubería de entrada.2. Tubería de entrada clasificada para minima presion.3. Tubería de entrada recta por lo menos diez diámetros de del grosor da latuberia principal. (directamente en inyector)4. Tubería de entrada que contenga un mínimo de codos, tes, válvulas, y deotras unionies.

Nota: La mayoría de los separadores se disenan con un codo o una te deentrada dentro del separador dirigidas hacia abajo. Esto es un requecito paraevitar turbolencias y mesclas aceite en la superficie, así evitando disturbios enel aceite separado.

Mientras las condiciones de flujo de gravedad sean desconocidas excepto ensistemas de sanitarios de alcantarillado. La precipitación excesiva, o algunosotros usos de proceso del agua, una bomba de dislocación positiva tal como unbomba de tipo progresivo puede ser utilizada que proporcionan un disturbiomínimo del líquido. La mejor opción, si el flujo de gravedad no está disponible,es un ana bomba de cavidad-tipo progresivo.

La tubería de entrada debe ser tan lisa como sea posible evitar la turbulenciacausada por aspereza de la pipa. El PVC liso es preferible al concreto áspero.

Los productos químicos de anti-emulsión son utilizados, ayuden a disminuir laemulcion no propagarla. Los encargados de la instalación tienen una tendenciaa creer que si una pequeña cantidad de producto químico de la anti-emulsión esefectiva, una gran cantidad podria dar mejor resultados. Lo cual es incorrecto,por lo tanto Es necesario proporcionar suficiente información al operador paraevitar este problema y darle el uso indicado a los quimicos o simplementeevitarlos.

Si cantidades de separacion de particulas solidas sean de un tamanoconsiderable, es ideal integrar en el diseno un compartimiento para el retiro dearena antes que la corriente entre en el separador. Estos compartimientos debendiseñarze utilizando parametros de alcantarillado ya establecidos para el retirode la arenas según aquellos utilizados en el diseño de instalaciones dealcantarilla sanitaria.

CONDICIONES DEL FLUJO DEL ENCHUFE (EFLUENTE):

Los diseños efluentes son también importantes en la operación de losseparadores del aceite-agua. Las instalaciones reducidas o otras rio abajo sedeben clasificar adecuadamente para procesar la cantidad de agua (y de aceite)de cualquier acontecimiento probable. Los desagues de gran descarga duranteuna tempestad de la lluvia torrencial tendran que ser debidamente disenadospara poder con la capcidad de fluidos en condiciones de tormenta. La tuberíaefluente se debe diseñar con las roturas del sifón de modo que no sea posiblesacar con sifón el aceite y el agua fuera del separador durante condiciones delflujo bajo.El aceite se debe remover del separador sobre una base regular, con frequencia.al no ser removido, este aceite puede llenar el separador, obstruyendo losmodulos causando alto contenido de aceite. Eventualmente el aceite podriaregresar en el evento de la siguiente lluvia.

En algunos casos, La extraccion del aceite no es suficiente para proteger elambiente; es necesario su reciclado para asegurarse de que no procesarsecomo drenaje evitando contaminacion ambientales. Autoridades delmedioambiente tienen la autoridad de arrestar al dueño del separador del aceite-agua si el aceite no se a dispuesto correctamente, incluso si el dueño habíapagado la disposición apropiada.

El retiro adecuado del aceite en el agua, especialmente en precipitaciónexcesiva, continúa siendo un problema ambiental y ecologico. El uso del tiposeparadores del modulos coalescentes tiene un número de ventajas de puntosde vista económicos y ambientales:

• Operaciones económicas y confiables• Funcionamiento y costos de mantenimiento bajos• Funcionamiento por gravedad sin conecciones electricas• El aceite reciclable recuperable• Espacio reducido de uso• Eficacia alta y capaciad de reunir requsitos de regulaciones ambientales• Funcionamiento confiable• Capacidad de manejar oleadas del aceite o del agua

Si es necesario remover el aceite del agua en una precipitación excesiva o delas corrientes industriales, el tipo separadores de placas coalesentes a menudoes la mejor opcion a largo plazo. Fabor de comunicarse a nuestra oficina paraofrecerle sugerencias e informacion adicional.

Lista de referencia

Stokes, George Gabriel. 1845. Transacciones, sociedad filosófica 8, No.287 de Cambridge.

Romano, Fred. 1990. “Aceite y agua don' mezcla de t: El uso de lastecnologías de la separación del aceite-agua en la gerencia de calidad dela precipitación excesiva”, oficina de la calidad del agua, el municipio deSeattle metropolitana, Seattle, WA.

Gobierno de Canadá. 1978. " Industrias pesqueras canadienses Act."Web page, [alcanzado el 20 de marzo de 2000].

Instituto americano del petróleo. 1990. " Diseño y operación del Aceite-Agua Separadores, publicación 421, instituto americano del petróleo.Instituto americano del petróleo, Washington, D.C.

Cuerpo del Ejército del EE. UU. de ingenieros. 2007. “Dirección paraseleccionar los detergentes para el uso en el ejército Washracks”, obraspúblicas Bulleting técnico 200-1-47.