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1. BIBILOGRAFIA:
• Estaciones Recolectoras de Flujo. CEPET – PDVSA
• Apuntes de Estaciones de Flujo. Ing. Mario Arrieta
• Diseño Conceptual de Separadores

2. FUNCIONES QUE DEBE CUMPLIR UN
SEPARADOR
•Permitir una primera separación entre los hidrocarburos,
esencialmente líquidos y gaseosos
•Refinar aun mas el proceso, mediante la recolección de partículas
liquidas atrapadas en la fase gaseosa
•Liberar parte de la fracción gaseosa que pueda permanecer en la fase
liquida
•Descargar, por separado, las fases liquidas y gaseosa, para evitar que
se puedan volver a mezclar, parcial o totalmente

3. REQUISITOS NECESARIO PARA EL DISEÑO DE UN SEPARADOR
La energía que posee el fluido al entrar al recipiente debe ser controlada.
Las tasas de flujo de las fases liquidas y gaseosa deben estar
comprendidas dentro de cierto limites, que serán definidos a medida que se
analice el diseño. Esto hace posible que inicialmente la separación se
efectué gracias a las fuerzas gravitacionales, las cuales actúan sobre esos
fluidos, y que se establezcan un equilibrio entre las fases liquido-vapor
La turbulencia que ocurre en la sección ocupada por el gas debe ser
minimizada.

4. •La acumulación de espumas y partículas contaminantes ha de ser
controlada.
Las fases liquida y gaseosa no se deben poner en contacto una vez
separadas.
•Las regiones del separador donde se pueden acumular sólidos deben,
en lo posible, tener las previsiones para la remoción de esos sólidos
•El separador requiere válvulas de alivio, con le fin de evitar presiones
excesivas, debido a diferentes causas, por ejemplo: líneas
obstaculizadas
•El separador debe esta dotado de manómetro, termómetros, controles
de nivel visibles.
•Es conveniente que todo recipiente tenga una boca de visitas, para
facilitar inspección y mantenimiento

5. FACTORES QUE SE DEBEN CONSIDERAR DURANTE EL DISEÑO
A los efectos de un diseño de un separador se deben considerar
los parámetros que afectan el comportamiento del sistema. Se
analizaran las propiedades de los fluidos, las cuales derivan del
comportamiento de las fases que se separan cuando la mezcla de
hidrocarburos entra al recipiente. Las características del gas y del
liquido dentro de la unidad intervienen de manera directa en el
dimensionamiento. Se estudiaran, luego, las diferentes secciones
del separador, lo cual conduce a terminar, con el soporte de los dos
puntos anteriormente estudiados, tipo de recipiente que se ha de
utilizar

6. PROPIEDADES D E LOS FLUIDOS
•Las tasas de flujo mínima y máxima del liquido y del gas y su respectivo promedio
•La temperatura y la presión de operación del separador
•Las propiedades de los fluidos, tales como: densidad, viscosidad y corrosividad
•La presión de diseño del separador
•El numero de fases que debe manejar la unidad, por ejemplo: liquido-gas (separador
bifásico) o crudo-agua-gas (separador trifásico)
•Las impurezas que pueden estar presente en los fluidos, como arena, parafina y
otras
•La tendencia de los fluido a formar espuma y su impacto en la corriente aguas abajo.
•El efecto de la velocidad de erosión
•Las variaciones transitoria de la tasa de alimentación del separador.
•La información sobre todos los elementos mencionados es necesaria para determinar
el diseño mecánico adecuado

7. CONDICIONES MECANICAS DE LOS SEPARADORES

9. SEPARACION
SECCIONES
Es la entrada de los fluidos al separador.
Absorbe la cantidad de movimiento de los fluidos de la alimentación. También se
controla el cambio abrupto de la corriente, lo que produce una separación inicial.
Generalmente, la fuerza centrifuga originada por su entrada tangencial en el
envase remueve volúmenes apreciables de líquidos y reorienta la distribución de
los fluidos
FUERZAS
GRAVITACIONALES
Las fuerzas gravitacionales tienen una influencia fundamental. Las
gotas del liquido que contiene el gas son separadas al máximo. Este
proceso se realiza mediante el principio asentamiento por gravedad.
En este caso, la velocidad de gas se reduce apreciablemente. En
consecuencia, la corriente de gas sube a una velocidad reducida. En
algunas ocasiones, en esta sección se usan tabiques y otros tipos de
extractores de niebla, con el fin de controlar la formación de espuma
y la turbulencia

10. ACUMULACION DE LIQUIDO
Los líquidos separados en las secciones anteriores se acumulan en la parte inferior del separador, por lo
tanto, se requiere de un tiempo mínimo de retención que permita llevar a cabo el proceso de separación.
También se necesita un volumen mínimo de alimentación, en especial cuando el flujo es intermitente.
Esta parte posee controles de nivel para manejar los volúmenes de liquido obtenidos durante la operación
En esta parte se separan las minúsculas partículas que aun contiene el gas, después de haber
pasado por las dos secciones anteriores.
La mayoría de los separadores utilizan, como mecanismo principal la extracción de neblina, la
fuerza centrifuga o el principio de choque. En ambos métodos, las pequeñas gotas del liquido se
separan de la corriente de gas en forma de grande gotas, que luego caen a la zona de recolección
de líquidos
EXTRACCION DE NEBLINA:
SECCIONES

11. SEPARADOR HORIZONTAL DE DOS FASES

12. •En un separador vertical de mayor altura, el control de nivel es menos critico
que un separador horizontal.
•La posibilidad de obtener mayor capacidad para los líquidos es menos
costosa en un separador horizontal. Para aumentar el volumen del fluido que
se puede almacenar, solo se necesita agregar cilindros huecos del mismo
diámetro del separador original. Esto resulta mas económico que las otras
posibles soluciones. No obstante, es bueno recordar que muy pocas veces el
separador es modificar después que ha sido construido y puesto en uso. El
mantenimiento por lo general, se limita a mejorar los componentes internos del
separador.
•El manejo de partículas solidas es menos complejo en un separador
horizontal, porque se pueden agregar mecanismos internos para limpiar la
arena y dejar previstas en el diseño bocas de visita apropiadas.
•El trabajador con crudos espumosos se hace con menor dificultad en un
separador horizontal. Al dejar una fase libre para la espuma, el diseño es
mucho mejor, aunque el recipiente resulta mas costos

13. SEPARADOR ESFERICO

14. En síntesis, las principales desventajas de los separadores horizontales
son esencialmente las ventajas de un separador vertical
Los separadores horizontales resultan deseable cuando existen
problemas, como grandes volúmenes de liquido, crudos espumosos y
presencia de emulsiones. Sin embargo, es de hacer notar que todos
estos factores se deben tomar en cuenta durante el proceso de selección
del separador, antes de adquirir la unidad. Así, por ejemplo, es posible
tener una relación gas-petroleo alta, emulsiones y espuma, y escoger un
separador vertical porque es capaz de manejar una presencia moderada
de areniscas en los crudos

15. DISEÑOS DE LOS PROCESOS DE SEPARACION
El diseño de los procesos cubre las dimensiones requeridas del
separador y las del equipo interno. La diferencia entre un separador y un
tambor es mínima. No obstante, cuando se contabiliza el costo de los
equipos internos, la variación es apreciable.
El fluido, al entrar en el separador, debe reducir su velocidad de manera
abrupta. Esto permite el inicio del proceso de separación de modo
efectivo. Luego, las fuerzas de gravedad hacen que continúe este
proceso. Las gotas de los líquidos bajan y los gases suben.

16. SEPARADORES DE DOS FASES
SECCIONES
SEPARACION INICIAL
La corriente de entrada a un separador gas-liquido posee una
velocidad apreciable, por lo tanto, cantidad de movimiento en la
entrada del separador e salta. Por este motivo, se hace necesario
usar dispositivos para dispositivos para producir cambios en la
cantidad de movimiento, en la dirección de los fluidos y en su
aceleración

17. Dispositivos para la separación inicial
Trabajan por agitación mecánica y se diseñan en forma de
placa, ángulo, cono o de semiesfera. El objetivo de los
deflectores es lograr un cambio rápido en la dirección y en la
velocidad de la corriente de entrada, siendo esta la razón
predomínate para que se produzca la separación gas liquido
en la primera sección
TIPO DEFLECTORES
El diseño de los deflectores se basa fundamentalmente en
que deben resistir la carga que origina el impacto de los
fluidos a la entrada del separador. Los conos y las
semiesferas son dispositivos mas ventajosos, ya que con
ellos se produce una menor cantidad de perturbaciones, y,
en consecuencia se reducen los problemas de emulsiones,
los cuales se generan por la recombinación de los fluidos

18. TIPO CICLON
Funcionan mediante fuerzas centrifugas, en lugar de la
agitación mecánica que se caracteriza a los del primer grupo.
La entrada de los fluidos al separador con esta clase de
mecanismo se hace mediante una chimenea ciclónica.
Algunas, en caso de los separadores verticales, se introduce
un liquido forzando el fluido a dirigirse tangencialmente hacia
las paredes internas del separador. Esta practica puede
generar la formación de un vórtice. Si tal cosa ocurriera, la
unidad quedaría desactivada y el gas natural se iría con el
petróleo por la parte inferior del recipiente
Los ciclones se caracterizan por una velocidad de entrada
de alrededor de 20 pies/s, en una chimenea cuyo diámetro
es cercano a 2/3 del diámetro del separador. La caída de
presión en ellos esta comprendida en el rango de 1 a 5 psi.
Los dispositivos mas usados son los ciclónicos de
chimenea o tangenciales

19. SECCIONES
FUERZAS GRAVITACIONALES
Las fuerzas de gravedad dominan el proceso de separación.
Las gotas del liquido están sometidas a la influencia de
varias fuerzas, siendo las principales la de gravedad y las
originadas por el movimiento. Las fuerzas de flotación son
pequeñas, si la turbulencia es controlada
Existe una velocidad critica del gas cuando se trabaja por
debajo de ella, las fuerzas de gravedad controlan el
movimiento del gas. Por consiguiente, al diseñar esta sección
es necesario tratar de obtener una velocidad menor que la
critica, con el fin de lograr que las fuerzas de gravedad hagan
caer las gotas del liquido y que estas no sean arrastradas por
legas. Esto indica que para obtener las dimensiones de esta
sección, es fundamental poder calcular lo mejor posible
parámetro.

20. Una vez determinada la velocidad critica, se puede conocer la sección
transversal mínima del separador, lo cual se logra dividiendo el flujo
volumétrico del gas, en condiciones de operaciones, entre la velocidad. Una
vez determinada la velocidad critica, se puede conocer la sección
transversal mínima del separador, lo cual se logra dividiendo el flujo
volumétrico del gas, en condiciones de operación entre la velocidad.

21. La velocidad critica se puede predecir mediante las relaciones que se
derivan de la ley de caída de Newton, la cual se expresa de la forma
siguiente:

22. FUERZAS QUE INTERVIENEN EN EL PROCESO DE SEPARACION

23. Como se puede apreciar en la figura anterior, el comportamiento de
una gota de liquido en un separador vertical es diferente de su
comportamiento en un separador horizontal. En el separador
vertical, las resultantes de la sumatoria de las fuerzas poseen una
dirección vertical; mientras que en el horizontal las resultantes
siguen una dirección inclinada. Esta diferencia hace posible que la
velocidad del gas en un separador horizontal pueda alcanzar
valores mayores que los se obtiene en uno vertical

24. Importancia del valor de la constante K
La Asociación de Productores y Procesadores de Gas de los EUA, utiliza el criterio:
K = 0.35 ( a 100 lpcm) y disminuye una centésima (o,001) para cada 100 psi.
La norma británica , lo hace comparando las tasa másicas del liquido y del gas en el
separador (Wl/Wg) para escoger el valor correspondiente de K

25. Para diseñar separadores verticales:
Si la razón de las tasa másicas es menor de 0,10, el valor de K será igual a
0,35.
Entre 0,10 y 1,0, se toma K =0.25
Valores mayores de 1,0, se toma el valor de K = 0.20
La selección de uno u otro criterio tendrá un impacto determinante en la
velocidad critica del gas dentro del separador y, por lo tanto, en la separacion
del diámetro
Para separadores horizontales, la GPSA recomienda el uso de valores de K
que varían entre 0, 40 y 0.50

27. SEPARADORES HORIZONTALES

28. Un incremento en el valor de K puede ocasionar un aumento en el arrastre del
liquido en la fase gaseosa. La calidad del gas que se desea obtener, ya sea
rico o pobre en componentes pesados, depende en parte de la velocidad
permitida

29. El flujo volumétrico del gas es conocido en condiciones
normales
Para convertir el flujo volumétrico del gas en condiciones
operacionales
La densidad del gas se determina:

30. Determinación de la velocidad del gas, es necesario considerar la
formación de espuma, para lo cual se puede considerar las alternativas
siguientes:
En el caso de crudos espumosos, se acostumbra a dividir por diez la
velocidad del gas calculada para los crudos convencionales
Puede instalar enderezadores o placas en la sección central de la unidad.
De esta manera, se logra reducir la turbulencia y se obtiene un
asentamiento con meno cantidad de espuma.
Permitir que el tiempo de retención sea lo suficientemente grande como
para garantizar la separación y reducir de modo apreciable la formación de
espuma

31. VELOCIDAD DE DISEÑO SEGÚN CE- NATCO

32. Cambios en la formación de espuma

33. Sección de extracción de neblina o coalescencia
Una vez que el gas sale de la sección dominada por las fuerzas de
gravedad, entra al extractor de niebla, en el cual se remueven las gotas
del liquido que quedan en el gas. Estos dispositivos son convenientes
cuando se necesita que el gas que sale del separador sea lo mas seco
posible. En algunas ocasiones, estos elementos nos son necesarios.
La efectividad de los dispositivos depende de la velocidad del gas.
Cuando se trabaja velocidades muy altas o muy bajas, los extractores
son poco efectivos

g
Factor
A
Q
FEC
(FEC)
Cinetica
Eenrgi
de
g


34. Sección de extracción de neblina o coalescencia
Esta parte se diseña sobre la base del lapso que un pequeño volumen del liquido permanece
en el separador, el cual se denomina tiempo de retención y debe ser tal que permita la salida
del gas atrapado en el fluido. Para un separador de tres fases, el tiempo de retención debe
ser suficiente para hacer posible la separación del crudo en el agua y viceversa. Cuando la
emulsión se mueve a lo largo del separador, el agua debe quedar libre del petróleo y el
crudo, libre de góticas de agua. El diseño obliga a que el tiempo de permanencia del crudo en
el recipiente sea mayor que el lapso requerido para cada una de las fases quede
completamente limpia.
El tamaño de las partículas de agua en el petróleo o de petróleo en el agua incide de modo
impactante en el tamaño requerido del separador.
Para determinar el tiempo de retención, se pueden emplear pruebas de campo, se puede
usar la ecuación de Stokes:


 )
)(
(18,5)(D
V
2
1
2
p
p



35. TABIQUES

36. Separador de Tabiques

37. Dispositivos para la recuperación de liquidos

38. Zona de eficiencia de las mallas

40. Las densidades y viscosidades se pueden estimar o calcular a partir de las
propiedades físicas de los fluidos. Los trabajos de laboratorio, realizados por la
EXXON, demuestran que la variación en el tamaño delas partículas está en el
rango de 100 a 300 micrones
El tamaño mas adecuado por usar es 100 micrones (3,937 x 10-3), en el
caso de no conocer el diámetro de la partículas
La EXXON recomienda usar los tamaños siguientes:
Para crudos de 35º API o mas livianos: 0,049” (125 micrones)
Para crudos mas pesados que 35º API: 0.0035 (90 micrones)

41. Velocidad de asentamiento máxima del liquido de 10 pul/min (0.254 m/min) para
fines de diseño
Si se calculan las velocidades de asentamiento y se conoce el nivel del liquido,
se puede estimar el tiempo de retención, el cual se obtiene dividiendo la
distancia máxima que las partículas deben recorrer entre la velocidad de
asentamiento
El tiempo de retención multiplicado por el flujo volumétrico= al volumen del
liquido retenido en inyección inferior del separador
Para crudo livianos y medianos el tiempo de retención es de tres minutos
aproximadamente. Peor si existe problemas de emulsiones el problema el
tiempo debe ser mayor

42. PDVSA
Para separadores verticales
Un minuto y medio para destilados y petróleo crudo con
gravedad de 40º API o mayor
Tres minutos para petróleos crudos catalogados como
espumosos, en condiciones operacionales y gravedad
API 25 y 40º
Cinco minutos para petróleos crudos que sean
considerados espumosos y/o gravedades API por
debajo de 25º. La norma es taxativa al no aconsejar el
uso de separadores verticales cuando existe una
formación severa de espuma

43. Para el caso especifico de los separadores trifásicos, se recomienda
utilizar un tiempo de retención mínimo de cinco minutos para la
separación de las dos fases liquidas (agua y petróleo); no obstante,
siempre que el espacio lo permita se deben emplear separadores
horizontales

45. VORTICES. POSICION DE LOS VORTICES

46. MODELOS DE ROMPEVORTICES

47. DIMENSIONES DEL SEPARADOR
Generalmente en un separador horizontal el volumen asignado para la zona
gaseosa esta comprendido entre la mitad y las 2/3 partes del volumen total del
separador.

48. PARAMETROS DEPENDE DE
Sección transversal de la zona de
gas
Velocidad Critica
Caudal del gas que puede
manejar
Área disponible para el gas
Volumen de retención de liquido Características del crudo y tiempo
de retención asignado

49. DIMENSIONAMIENTO DE LOS SEPARADORES VERTICALES
En un separador vertical se distinguen cuatro secciones, las cuales pueden
dimensionarse de manera independiente:
•Distancia de la salida del vapor a la malla metálica ( o dispositivo
equivalente).
La distancia entre la salida del vapor y la malla metálica esta perfectamente
definida y se puede calcular ajustándose a las normas
•Distancia de la malla metálica al orificio de entrada
La distancia de la malla al orificio de entrada debe ser mayor de 18” (PDVSA =
3pies) ( GPSA recomienda mínimo dos pies. En separadores que carezcan de
extractores (o su equivalente), la distancia entre los orificios de entrada y salida
no debe ser inferior a tres pies.
•Distancia del orificio de entrada al nivel mas alto de liquido
La distancia comprendida entre el fondo del orificio de entrada y el nivel mas alto
del liquido ha de ser por los menos, iguala al diámetro del orificio de entrada.
Pero es aconsejable usar una distancia mínima de dos pies

50. Espacio asignado al liquido
La sección inferior del separador se dimensiona tomando en cuenta el tiempo
de retención de liquido. Un mínimo de dos pies por encima de la línea tangente
inferior. El nivel mas alto del liquido debe estar, por lo menos, a un pie una
relación L/D (altura/diametro) entre 3 y 4. La norma británica acepta valores mas
altos (L/D = 6.0 )

51. CRITERIOS PARA DIMENSIONAR ORIFICIOS Y DISPOSITIVOS DE
NETRADA Y SALIDA AL SEPARADOR
El diámetro de las entradas y salidas debe ser un poco mayor que el de
la tubería que va al separador. Esto tiene como finalidad disminuir las
perdidas por efectos de la entrada y salida de los fluidos al recipiente.
El diseñador necesita tener en cuenta que el uso de diámetros muy
grandes para la descarga de líquidos facilita la formación de remolinos,
lo cual puede desactivar el separador. Para evitar esos problemas se
suelen instala rompe vórtices

52. OTROS TIPOS DE SEPARADORES Y EQUIPOS
SEPARADORES TRIFASICOS
Son recipientes capaces de separar el gas y las dos fases de los líquidos
inmiscibles. Por lo general, resultan muy grandes porque se diseñan para
garantizar que ambas fases (agua y petróleo) salgan completamente libre una
de la otra ( agua sin petróleo y petróleo sin agua). Estos separadores se
emplean para separar el agua que pueda estar presente en el crudo, con lo
cual se reduce la carga en el equipo de tratamiento del petróleo y se aumenta
la capacidad de transporte en las tuberías. También ayuda mejorar la precisión
de las mediciones d eflujo

53. Diferentes Tipos de separadores verticales de tres fases

55. SEPARADORES HORIZONTALES TRIFASICOS

56. INSTALACIONDE DISPOSITIVOS PARA EL CONTROL DE ARENA

57. SEPARADORES ESFERICOS
Unidades compactas de separación, de forma esférica, utilizadas para de alta
presión, y volúmenes pequeños de liquido Son pocos empleados en la industria
del petróleo
El gas sale por el fondo del recipiente a través de un tubo que sirve de rompe
vórtices, en los cuales el vorticismo pudiera representar un problema