CRITERIOS DE DISEÑO Y/O EVALUACIÓN PARA SEPARADORES TRIFÁSICOS Un cálculo rápido para determinar cuáles deben ser las dimensiones de un separador trifásico horizontal se basa en asumir un tiempo de residencia de 10 minutos, considerando además el flujo total de líquido y un nivel de control de la interfase gas-líquido gas-líquido al 0! del diámetro del separador" separador" #e debe tener en cuenta además que, generalmente, la relaci$n entre el diámetro y la longitud del separador es de 1 a %" &a f$rmula para calcular el tiempo de residencia es la siguiente'
Tiempo iempo de Residen Residencia cia =
V V ∙ F Q L
(onde' V V V: )olumen del separador" F : *orcentaje de volumen con líquido en el recipiente" QL: +audal de líquido a travs del separador"
(e manera similar, para establecer las dimensiones de la bota se consideran los mismos criterios mencionados anteriormente, con la diferencia que se establece como altura estándar de la bota %" ft y el diámetro que resulte a partir del tiempo de residencia asumido" +uando la diferencia de densidades de las fases líquidas liviana y pesada. es relativamente alta 1/ lbft% $ más. y la viscosidad de la fase liviana es relativamente baja 0" c* $ menos., un tiempo de residencia de minutos es adecuado para el separador yo la bota" Un criterio similar al descrito anteriormente se aprecia en la norma *2 13 4, el cual se muestra en la siguiente tabla'
5abla 67 1' #elecci$n del 5iempo de 8esidencia para un #eparador seg9n 6orma *2 13 4 DENSIDAD DE LA FASE LIVIANA (en ºAPI)
TIEMPO DE RESIDENCIA (minu!")
:ayor a %
%a
:enor a % 5emperatura mayor a 100 7;
a 10
5emperatura entre <0 y 100 7;
10 a 30
5emperatura entre =0 y <0 7;
30 a %0
#in embargo, un cálculo más riguroso de las dimensiones apropiadas para un separador trifásico se basa en un criterio que supone que una partícula $ gota sedimenta bajo la influencia de la gravedad y acelera hasta que la fuerza de arrastre de fricci$n iguale a la fuerza gravitatoria" &a partícula entonces cae a una velocidad constante que se define como >velocidad terminal? $ de sedimentaci$n libre" @l principio de operaci$n básico es el proporcionar una velocidad suficientemente baja para que el vapor y los líquidos se separen" @Aisten tres leyes para determinar la velocidad terminal, las cuales son las bases de criterio para el dimensionamiento de los separadores" Basado en el 69mero de 8eynolds de *artícula'
N ℜ , P=
D P ∙ ρ ∙ u0 μ
(onde los trminos de dicha ecuaci$n son las siguientes'
ρ: (ensidad del fluido"
u#: )elocidad superficial del fluido" DP: (iámetro de la partícula" $: )iscosidad del fluido"
5enemos las siguientes leyes'
Stoke:
N ℜ , P < 2
( ρ P − ρ ) ∙ g ∙ D P 2
Velocidad Terminal =
Intermedio:
2 < N ℜ , P < 500
Velocidad Terminal =
Newton:
18 ∙ μ
0.153 ∙ g
0.71
ρ
∙ D P ∙ ( ρ P − ρ ) 1.14
0.29
0.71
0.43
∙μ
500 < N ℜ , P < 200000
Velocidad Terminal =1.75 ∙
[
g ∙ D P ∙ ( ρ P − ρ ) ρ
]
1 2
(onde los trminos de dichas ecuaciones son las siguientes'
ρ: (ensidad de la fase continua" ρP: (ensidad de la partícula" DP: (iámetro de la partícula" μ: )iscosidad de la fase continua" g: +onstante gravitacional"
*odemos decir entonces que la velocidad de la partícula o ;ase (ispersa está en funci$n de las % leyes descritas anteriormente" *or otro lado, la velocidad del fluido $ ;ase +ontinua depende del flujo desarrollado por la misma a travs del área transversal efectiva" &a velocidad de la ;ase +ontinua está descrita por la siguiente f$rmula'
V FC =
Q FC AT ∙ Z
(onde' AT : Crea transversal del separador" QFC : ;lujo de la ;ase contin9a a travs del separador" Z: ;actor del área transversal efectiva, el cual representa la fracci$n del área transversal del
separador por la que pasa la fase contin9a" ;inalmente, se establece que el tiempo que demora en pasar la fase continua por el separador el cual está directamente relacionado con la velocidad desarrollada por el fluido a travs del área transversal efectiva del separador. se iguala al tiempo que se demora la partícula o gota en caer desde el nivel más alto de la fase continua hasta la interfase el cual se determina mediante el cálculo de la velocidad terminal de la partícula." @ntonces' Tiempo de Sedimenaci!n =
" D# V FD
=
$ D# V FC
(onde' DV : (iámetro del separador" V FD: )elocidad de la fase dispersa velocidad terminal de la partícula." V FC : )elocidad de la fase contin9a" X: ;actor de recorrido de la partícula, el cual representa la altura de la fase contin9a y se eApresa
como fracci$n del diámetro del separador" Y: ;actor de recorrido de la fase continua, el cual representa la distancia entre la boquilla de ingreso
y la boquilla de salida de dicha fase por el separador y se eApresa como fracci$n de la longitud del separador en unidades del diámetro del separador"
(ebido a lo mencionado anteriormente, es evidente que este cálculo riguroso se basa en las propiedades de las fases densidad y viscosidad., en el flujo de las mismas a travs del separador, en los niveles establecidos para las interfases gas-líquido y líquido-líquido y sobre todoD en el (iámetro de partícula máAimo, con el que se asegura la separaci$n correcta de las fases" @n la siguiente tabla se aprecian los valores típicos asignados al (iámetro de partícula máAimo seg9n la fase dispersa y continua' 5abla 67 3' (iámetros de partícula máAimos seg9n la ;ase (ispersa y +ontin9a FASE DISPERSA
FASE CONTINUA
&íquido
)apor
DIÁMETRO DE PART%CULA& DP (mi'!ne") 30
)apor
&íquido
1E
&íquido *esado
&íquido &iviano
13
&íquido &iviano
&íquido *esado
13
Un parámetro importante a controlar en todo separador trifásico es el B#F Basic #ediment G Fater., el cual representa la cantidad de agua y sedimentos presente en el hidrocarburo, o dicho de otro modoD las partículas de la fase liquida pesada fase dispersa. contenidas en la fase liquida liviana fase continua." @l B#F puede ser calculado tanto para la corriente de ingreso al separador como para la corriente de salida de la fase liviana del separador" &a f$rmula para calcular el B#F es la siguiente'
%S& =
Q P Q FL
' 100
(onde' QP: ;lujo de la ;ase &íquida *esada contenido en la ;ase &íquida &iviana" QFL: ;lujo de la ;ase &íquida &iviana"
