Separadores Compactos.
El comportamiento de los separadores separadores compactos tienen la misma función que los convencionales, pero ellos lo hacen en un espacio mucho más pequeño. Ésto es debido al uso de fuerzas centrífugas y patrones de u!o resultantes para separar las fases inmiscibles de diferentes densidades. "a separación convencional de dos líquidos o de líquido y gas dependen de la fuerza de gravedad. #ebido a que las dos fases tienen diferentes densidades, la fuerza de gravedad causa que la sustancia con mayor densidad caiga al fondo del separador mientras mientras que la más ligera se eleva. $i la afectación por la fuerza de graved gravedad ad es de alguna alguna ma maner nera a incre incremen mentad tada a localm localment ente e por una acción acción centrífuga, entonces la separación ocurre más rápidamente. "os sepa "os separa rado dorres comp compac acto toss pued pueden en ser ser dise diseña ñado doss para para que que la fuer fuerza za centrífuga sea mil veces más grande que la fuerza de gravedad. %ediante el incremento de la velocidad de separación, la necesidad de tiempos largos de retención en el recipiente son eliminados y tambi&n el tamaño del recipiente puede ser reducido. "as t&cnicas de separación que utilizan fuerzas centrífugas pueden no producir corrientes de salidas con buena calidad como los separadores convencionales, per pero pued pueden en se serv rvir ir para para prop propós ósit itos os prác prácti tico coss co como mo por por e!em e!empl plo o pre pre separ separado adore res, s, me medid didor ores es multi multifás fásico icoss y separa separador dores es conven convencio cional nales. es. "os "os prin princi cipa pale less tres tres tipo tiposs de serv servic icio io de sepa separa raci ción ón que que prop propor orci cion onan an los los separadores compactos son separación de volumen de gas y líquido, tanques de separación de aceite'agua y agua tratada. (n problema asociado con este tipo de separación es que los equipos tienden a ser más sensibles a variaciones de u!o que los separadores convencionales. convencionales. El control de líquido y los niveles de la interfase son difíciles de mane!ar en condiciones de bacheo. )or lo tanto, hay un potencial de cargar líquido por arriba de las burbu!as de gas en los separadores gas'líquido, y una pequeña calidad de aceite y agua en los separadores agua'aceite. #e esta manera, los separadores compactos pueden ser utilizados en aplicaciones donde la calidad de salida no sea crítica o donde la calidad de una sola de las corrientes separadas sea importante. "os separadores compactos pueden ser mucho más sensibles a taponamiento con para*nas, productos corrosivos, arenas, erosión y fallas mecánicas. +arios tipos de separadores separadores compactos están disponibles para ser utilizados en la separación gas'líquido. Ellos son el -uger, $eparador $lipt'/lo, la 0urbina 1ifásica y el más utilizado y conocido el $eparador 2ilíndrico 2iclónico 3as' "íquido. El separador tipo -uger 4/igura 5.67 es un separador gas'líquido compacto simple que puede ser usado tanto para procesos de fondo o de super*cie. El uido multifásico entra a8ialmente en la base de la unidad y es forzad forzado o a rotar rotar debido debido a venas venas estaci estaciona onari rias as helic helicoid oidal ales es que que hay en el recipiente. El líquido uye a la pared de salida debido a la diferencia de densidades de fase. (na fracción del gas pasa a trav&s de un puerto localizado
en la pared interna y es removido mientras que el remanente de gas y líquido contin9a y sale a8ialmente al tope de la unidad.
Separador Cilíndrico Ciclónico de Gas- Líquido (GLCC)
El separador cilíndrico ciclónico de gas'líquido 43"227, es un tubo instalado de forma vertical sin partes móviles o dispositivos internos lo que constituye una gran venta!a de &ste tipo de sistemas 4/igura5.:7. El 3"22 es alimentado por una tubería ligeramente inclinada para promover la estrati*cación de las fases de la mezcla y obligar a una pre separación; esta tubería es acoplada en un costado del cuerpo del separador, una vez que la mezcla se encuentra en el interior del separador, es e8puesta a una combinación de fuerzas gravitacionales, centrífugas y de otación; de esta forma, cuando el uido rota, es e8puesto a un campo de fuerzas centrífugas; la porción más densa de la mezcla 4líquido7 es forzada de forma radial hacia la pared del cilindro, mientras que la porción más liviana 4gas7 permanece en el centro del remolino. )osteriormente, las fases son e8puestas a fuerzas gravitacionales y de cuerpo, provocando que el líquido se reco!a en el fondo del separador y el gas se e8traiga por la parte superior.
El correcto dimensionamiento del 3"22 propiciará un campo de fuerzas centrífugas y gravitacionales que act9an sobre el campo de u!o en el interior del cilindro, su*ciente para lograr la separación de las fases de una manera e*ciente, manteniendo estables ciertos parámetros de proceso como el nivel de líquido en el separador para una condición dada; sin embargo, el dimensionamiento se establece en base a un rango limitado de condiciones de proceso como los u!os volum&tricos y viscosidades de las fases, además de la presión de la mezcla. Funcionamiento del separador GLCC
El separador 3"22 opera mediante la presión del u!o entrante, el cual ingresa con< velocidad super*cial del líquido y velocidad super*cial del gas, parámetros que son importantes en el diseño del separador 3"22, el u!o que ingresa y atraviesa la boquilla 4slot7, creando una región de vórtice, desplazando al gas hacia arriba por diferencia de densidad, y enviando el líquido al fondo. El principio de funcionamiento del separador es puramente mecánico< como el u!o entrante viene a una gran velocidad debido al slot o área de reducción de =: entrada, las dos fases de mezcla multifásica de entrada son separadas en sus fase individuales debido a las fuerzas centrífugas y de otación causadas por el movimiento remolino de la mezcla y la fuerza de gravedad. En el punto de inyección de la mezcla, se forman un vórtice como consecuencia de este movimiento arremolinado el líquido y la atracción de la fuerza de gravedad. El líquido, al ser mucho más pesado que el gas, es movido forzosamente hacia las paredes del cilindro y es !untado en la parte inferior del cilindro, mientras que el gas, más liviano, se mueve hacia el centro del separador ciclónico y se !unta en la parte del mismo. En la /ig. >? se muestra el proceso de separación dentro del separador ciclónico de forma esquemática.
En la *gura5.@ se muestra un separador cilíndrico ciclónico de gas'líquido, se muestran las principales partes que lo conforman. $on básicamente cuatro elementos< ducto de entrada de la mezcla, ducto de descarga de las fases 4líquido y gas7, y el cuerpo del separador. Ducto de entrada< Este ducto conduce la mezcla multifásica al interior del separador y a la vez act9a como un pre'separador de la mezcla, &ste elemento es crucial para la distribución del u!o y las velocidades tangenciales del u!o en el interior del 3"22. (na ligera inclinación del ducto promueve la separación de la mezcla multifásica dando lugar a una estrati*cación de la misma. El ángulo de inclinación con respecto a la horizontal !uega un papel importante en la pre'separación de la mezcla, considerando que la estrati*cación de la misma depende de dos parámetros< el parámetro de inclinación que a su vez, es función del ángulo de inclinación y el parámetro de caída de presión de "ocAhart'%artinelli. )or otro lado, este ducto termina en una tobera que se acopla al cuerpo del separador, el ob!etivo de dicha tobera es la aceleración de la mezcla para alcanzar los valores de velocidades requeridos por la separación en el interior del separador 45? a >? piesBseg7. $i las velocidades tangenciales e8ceden el rango recomendado pueden llegar a desarrollar un vórtice con demasiada longitud provocando prematuramente el arrastre de las fases; por otro lado, la velocidad tangencial no debe sobrepasar la velocidad de erosión recomendada por la norma -)C D)56E. Cuerpo del separador: "a relación de longitud'diámetro L Bd del 3"22, tiene una gran inuencia sobre el nivel de e*ciencia en la separación y el costo del mismo. )ara un diámetro dado, la longitud del 3"22 por arriba del ducto de entrada debe proveer la capacidad para mane!ar la fase gaseosa y evitar su arrastre por la fase continua de líquido, mientras que la longitud por aba!o de la entrada determina el tiempo de residencia para separar las burbu!as de gas del líquido. #urante el recorrido del u!o, las fuerzas de otación, arrastre y centrífugas, act9an sobre cada partícula de uido para lograr la separación de las fases, las fuerzas centrífugas son inversamente proporcionales al diámetro
d” , mientras que la disminución en la velocidad tangencial del uido es directamente proporcional a la longitud L” . Diámetro del separador . #os parámetros han sido establecidos para la adecuada determinación del diámetro del 3"22, las velocidades críticas del gas y el líquido. "a velocidad crítica del gas es función de la presión y las propiedades del uido y es de*nida como la velocidad mínima requerida para que las gotas de líquido puedan ser arrastradas hacia la línea de salida de gas; por otra parte, la velocidad crítica del líquido es la velocidad mínima requerida para mantener una relación de la velocidad tangencial a la velocidad a8ial en un orden de >? piesBseg y mantener una alta e*ciencia en la separación 43ómez, 5@@:7. El diámetro mínimo del 3"22 debe de ser mayor que los diámetros calculados para las velocidades críticas del gas y el líquido. Longitud del GLCC . (na longitud del 3"22 por arriba del ducto de entrada, menor a la requerida, provocaría un e8ceso de líquido en la parte superior del separador como resultado de la formación del vórtice de u!o en las inmediaciones de la salida de gas. Ésta situación daría lugar al arrastre de líquido en la línea de gas, por lo que el valor mínimo recomendado de esta longitud, a partir de e8perimentación y e8periencias de campo es de 6 a = pies, para separadores con diámetros de a F pulgadas 43ómez, 5@@:7. "a longitud por aba!o de la entrada del 3"22 debe de mantener una columna constante de líquido por aba!o del vórtice de u!o, para diferentes condiciones del proceso; de esta forma, se proporciona el tiempo necesario para la separación de las fases y evitar el arrastre de burbu!as en la columna de líquido. El valor recomendado de esta longitud es de 6 a = pies, para el mismo rango de diámetros señalado anteriormente. Nivel de líquido: #ebido a las altas velocidades tangenciales de la mezcla, algunas burbu!as de gas penetran en el vórtice de líquido por aba!o de la interfase gas'líquido, este fenómeno implica el acarreo de burbu!as de gas en la línea de líquido, que tiene lugar para ba!os u!os de líquido cuando el vórtice se forma en la parte ba!a del 3"22. 1a!o condiciones de altos u!os de gas y líquido puede presentarse el fenómeno contrario; es decir, que partículas de líquido puedan ser arrastradas en la fase de gas, fenómeno conocido como arrastre de líquido. El nivel de líquido en el 3"22 es determinado por la caída de presión entre las salidas de gas y líquido y constituye un parámetro fundamental para el funcionamiento óptimo del 3"22. "os separadores 3"22 no sólo se utilizan para la separación masiva, sino que tambi&n se utiliza para me!orar el rendimiento de medidores multifásicos, para las bombas de u!o multifásico y desarenadores a trav&s del control de la relación gas'líquido.
CARACTERÍT!CA El 3"22 reduce además la formación de espuma y disminuye los tiempos de residencia. -9n está desarrollándose, por lo que hay poca e8periencia práctica al respecto. $in embargo, al contrario de los separadores convencionales, el 3"22 ha sido diseñado y desarrollado en base al modela!e con 2/#. 2omo todos los ciclónicos, sus caídas de presión son altas y su entrada inclinada es bene*ciosa para minimizar el arrastre de líquidos, debido a que provee una separación inicial en la boquilla de entrada, y produce el movimiento descendiente en espiral del líquido en la alimentación.
