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Diseño de Separadores
Separadores Gas-Líquido
Separadores Gas-Líquido-Líquido

Presentación Separadores.pwt 2
OBJETIVOS
⚫ Exponer los principales fenómenos que ocurren durante una
separación gas-líquido y líquido-líquido, como así también los
distintos elementos que pueden componer la misma
⚫ Que se adquieran las herramientas necesarias para el diseño y
determinación de separadores bifásicos y trifásicos
⚫ Dar a conocer los parámetros más importantes que afectan el
diseño y los diferentes valores que pueden obtener
⚫ Citar las fuentes bibliográficas analizadas para saber a donde
recurrir

PRINCIPIOS DE SEPARACION
⚫ Momento
Las diferentes fases al tener diferente densidad van a tener diferente
momento. Ante un cambio de dirección brusco, la fase más pesada va a
doblar más lenta que la liviana.
⚫ Acción de la Gravedad
La fase líquida se va a separar de la gaseosa por gravedad, si la fuerza
gravitatoria sobre un determinado tamaño de partículas líquidas es
mayor que la fuerza de arrastre del gas sobre las mismas
⚫ Coalescencia
Las partículas líquidas muy pequeñas pueden unirse (coalescer) para
formar partículas más grandes que serán entonces separadas por la
acción de la gravedad.

Todo separador posee generalmente las siguientes
secciones:
A- Separación primaria (Sección de Momento)
B- Separación secundaria (Sección de Gravedad)
C- Separación terciaria (Sección de Coalescencia)
D- Recolección de líquido

⚫ Separdores Bifásicos (Gas-Líquido)
– HORIZONTALES: Cuando la relación Gas-Líquido es
baja
– VERTICALES: Cuando la relación Gas-Líquido es muy
alta
– ESFÉRICOS: Casi ni se usan, debido a su limitado
espacio para separación y capacidad de retención de
líquidos. Además el control de nivel es muy crítico.
⚫ Separadores Trifásicos (Gas-Líquido-Líquido)
– HORIZONTALES: En la mayoría de los casos en la
industria
– VERTICALES: En caso de tener tres fases y una relación
Gas-Líquidos muy alta.
SEPARADORES - Clasificación

⚫ Separador Bifásico Horizontal

⚫ Separador
Bifásico
Vertical

⚫ Separador Trifásico Horizontal

Separadores Verticales
⚫ USOS:
– Limitaciones de espacio en la planta
– Pequeños caudales
– Muy bajas o muy altas relaciones Gas-Líquido (GOR)
– Cuando se desea un control de nivel sencillo
⚫ VENTAJAS:
– Más versátiles que los horizontales
– Control de nivel no tan crítico
– Menor tendencia al Re-entrainment
– Más competitivo que el horizontal para muy bajos o muy altos GOR
o aplicaciones de SCRUBBERS.
SEPARADORES - Comparación

⚫ DESVENTAJAS:
– Más costosos que los horizontales
– Requieren mayor diámetro a igual capacidad
– Difícil de montar en skids
Separadores Horizontales
⚫ USOS:
– Grandes volúmenes de gas o líquidos
– Con corrientes de alto a medio GOR
– Con soluciones que forman espuma
– Separadores trifásicos

⚫ VENTAJAS:
– Menos costosos que los verticales
– Requiere menores diámetros para una misma capacidad de gas
– Mayor facilidad para montar en skids
– Mayores tiempos de residencia de líquidos
⚫ DESVENTAJAS:
– Sólo una parte de la carcaza está disponible para el pasaje del gas
– El control de nivel de líquido es más crítico

⚫ Caudales másicos (de gas, líquido HC y agua)
⚫ Densidades (de gas, líquido liviano y líquido pesado)
⚫ Presión de operación y de diseño
⚫ Temperatura de operación y de diseño
⚫ Tipo de Servicio (ej. separador de entrada, separador frío,
separador flash de condensado, acumulador de propano,
etc)
⚫ Tipo de fluido (sucio o limpio; corrosivo o no corrosivo)
⚫ Sobreespesor por corrosión requerido
SEPARADORES - Datos de Entrada

⚫ Tipo de internos a utilizar
– Bafle de entrada
– Caja de Chicanas
– Malla de alambres (wire mesh pad / DEMISTER)
– Coalescedor de líquidos
– Bafle (para separación de 2 fases líquidas)
⚫ Velocidad máxima del gas
(para una buena separación gas-líquido)
⚫ Tiempo de Residencia de cada fase líquida
(para un buen control de nivel, seguridad, capacidad ante slugs de
líquido, y buena separación)
SEPARADORES - Parámetros de Diseño

⚫ Caja de Chicanas
– Se utilizan para eliminar las partículas de líquido más chicas
(llamada niebla), que no fueron separadas mediante la acción de la
gravedad
– El gas recorre un camino tortuoso formado por placas paralelas
– Las partículas líquidas cambian de dirección, chocan contra las
paredes de las placas, se acumulan y coalescen en partículas más
grandes
RETENCIÓN TÍPICA: 99.9 % gotas mayores a 40 micrones
 En horizontales deben instalarse verticalmente
 En verticales no son muy usadas
– El líquido retenido drena perpendicular al flujo de gas, por lo que
se aconseja su instalación en forma vertical
SEPARADORES - Internos

Se suelen utilizar en servicios sucios (ej. V-1), como ser corrientes con:
– Parafinas
– Ceras
– Sólidos
Instalaciones Típicas de Cajas de Chicanas en Separadores
Horizontales y Verticales:

⚫ Malla de Alambres (Demister)
– Consiste en una malla de alambres soportada sobre una grilla de
poco peso.
– Es el eliminador de niebla más comúnmente utilizado en los
separadores verticales.
– Similares principios que la caja de chicana, pero teniendo como
principal mecanismo el impacto de las partículas contra los
alambres
– RETENCIÓN TÍPICA: 99.9 % gotas mayores a 10 micrones.
– No se pueden usar en servicios sucios, ya que sino se taparían.
Pueden instalarse en forma vertical u horizontal:
– En forma vertical tienen menos eficiencia, por problemas de
drenaje y consecuente inundación

– Se suelen usar en forma vertical en separadores como el V-3 o el
V-8, debido a que procesan corrientes con poco caudal de gas.
– Para mallas rectangulares, se las debe diseñar manteniendo una
relación largo sobre ancho no mayor a 2 (L/W  2)
Instalaciones Típicas de Mallas de Alambres en Separadores
Horizontales y Verticales:

⚫ Velocidad terminal de la partícula Líquida
Durante la separación secundaria por gravedad, la velocidad admisible
que el gas puede tomar debe estar basada en la velocidad terminal a la
cual la partícula líquida cae.
Luego que la fuerza de gravedad se equipara con la fuerza de arrastre
del gas, la velocidad terminal resulta,
SEPARADORES - Velocidad del gas
( )
v
.
Cd
.
3
v
l
.
Dp
.
g
.
4
Vt


−

=
⚫ Correlación de Sauders-Brown
Sauders y Brown correlacionaron la ecuación anterior en función de una
constante empírica llamada “K”.
( )
v
v
l
.
K
Vt


−

=
donde Cd : coeficiente de fuerza de arrastre
y
Cd
.
3
Dp
.
g
.
4
K =

⚫ La constante de Sauder-Brown “K” es función de:
– Tipo de interno para la separación terciaria (caja de chicana o malla
de alambres)
– P operación
– Geometría del separador (según algunos autores)
⚫ A continuación se muestran los valores de K según diferentes
publicaciones:
(tanto para diseñar las dimensiones del interno como el area de
pasaje de flujo)
SEPARADORES - Velocidad del gas

SEPARADORES - Valores de K
⚫ GPSA (valores para separadores con malla de alambres):
K
(ft/s)
Horizontal (con DEM vert.) 0.40 - 0.50
Esférico 0.20 - 0.35
Vertical u Horizontal
(con Dem horiz.)
a presión atm. 0.35
a 300 psig 0.33
a 600 psig 0.30
a 900 psig 0.27
a 1500 psig 0.21
Vapor Húmedo 0.25
Vapores en Vacío 0.20
Tipo de Separador
0.18 - 0.35

⚫ Notas:
– K = 0.35 a 100 psig - Sustraerle 0.01 por cada 100 psi arriba de
100 psig
– Para para soluciones de glicol y aminas, multiplicar K por 0.6 -
0.8
– Usar la mitad de los valores de K para diseños de separadores
verticales sin DEMISTER
– Para scrubbers de succión de compresor y separadores de
entrada de expander, multiplicar K por 0.7 - 0.8
⚫ Si Lt/t es mayor de 3 metros, multiplicar K por:
56
.
0
3
L






⚫ Para Caja de Chicanas (valor estimado general, ya que varía con los
proveedores):
2
2
s
.
m
/
kg
8
.
29
Vt
.
v
J =

=

⚫ Svrcek-Monnery /Chemical Engineering (Oct 1993):
(valores de K para separadores verticales con malla de alambres)
– York Mist Eliminator
Rango de Presión K
(psia) (ft/s)
1 a 15 0.1821 + 0.0029.P + 0.046.Ln(P)
15 a 40 0.35
40 a 5500 0.43 - 0.023 Ln(P)
– GPSA
Rango de Presión K
(psig) (ft/s)
0 a 1500 0.35 - 0.01*((P-100)/100)
(con las mismas notas aclaratorias que la GPSA)

⚫ API 12J (valores para separadores con malla de alambres):
Tipo de Separador L (length or height) K
(ft) (ft/s)
Vertical 5 0.12 - 0.24
10 0.18 - 0.35
Horizontal 10 0.40 - 0.50
⚫ Notas:
– Para L de horizontales distintas de 10 ft, multiplicar por (L/10)
elevado a la 0.56
– Para L de horizontales distintas de 10 ft, multiplicar por (L/10)
elevado a la 0.56

⚫ OILFIELD PROCESSING:
– Idem API 12J, pero con algunas consideraciones extras
– Para separadores sin DEMISTER, dividir K por 2
– Considera el ajuste de presión de la GPSA
– Internos:
• Malla de alambres  K = 0.35 ft/s
• Caja de Chicanas
Dirección de Flujo K (ft/s) Re-entrainment (ft/s)
Vertical 0.12 - 0.40 0.54
Horizontal 0.12 - 0.60 0.8
(para caja de chicana sin bolsillos)

⚫ CAMPBELL:
– Idem API 12J, pero con algunas consideraciones extras
– Rango de K según su experiencia:
• Verticales  K = 0.23 - 0.35 ft/s
• Horizontales  K = 0.23 - 0.5 ft/s
(tanto con malla de alambres como caja de chicanas)
– La corrección geométrica se debe efectuar cuando se tienen L/D
distintas de 5, multiplicando K por ((L/D)/5) elevado a la 0.56
– Internos:
• Caja de chicanas (con bolsillo)
Dirección del Flujo K (ft/s)
Vertical 0.4
Horizontal 0.65 - 1
• Malla de alambres  K = 0.35 (para fluidos no viscosos)
 para líquidos viscosos dividir K por un factor igual a la inversa de la
viscocidad elevada a la 0.04 (para viscocidades mayores de 1 cp)

SEPARADORES - Tiempos de Residencia
⚫ Los tiempos de residencia del líquido se adoptan en
función de:
– Tipo de Servicio del Separador (ej. V-2 vs. V-8)
– Densidad del líquido/s
– T operación
– Unidades aguas arriba y abajo del separador
– Instrumentación y control
⚫ Para la separación de dos líquidos, el tiempo requerido para la
separación se obtiene mediante la ley de Stokes
( )


−

=
.
18
l
h
Dp
.
g
vt
2

( )


−

=
l
h
.
ks
vt (in/min)
– Svrcek-Monnery dan valores para ese ks:
• ks = 0.333 (para HC/agua, SG menor de 0.85, y Dp = 127 micrones)
• ks = 0.163 (para HC/agua, SG menor a 0.85, y Dp = 89 micrones)

Diferentes fuentes y valores de tiempos de residencia:
⚫ Svrcek-Monnery (dan valores de tiempos de residencia para
distintos servicios / HOLDUP(NLL-LLL) y SURGE (NLL-HLL))
⚫ Sigales / Chemical Engineering (Mar 1975) (acumuladores de
torres):
Servicio Tiempo de residencia
HLL a LLL (min)
Reflujo de Torre 5
Producto a Almacenaje 2
Producto a través de
intercambiador de calor
Producto a horno 10
5

⚫ API 12J
Para separadores gas-líquido HC
Gravedad API del HC Tiempo (min)
mayor a 35 º API 1
20 - 30 º API 1- 2
10 - 20 º API 2 - 4
Para separadores gas-líquido HC-agua
Gravedad API del HC Tiempo (min)
mayor a 35 º API 3 - 5
menor a 35 º API
100+ ºF 5 - 10
80+ ºF 10 - 20
60+ ºF 20 - 30

⚫ CAMPBELL
Tiempos de residencia típicos (para 2 fases)
Servicio Tiempo
(min)
Gas Oil Natural 1 - 3
Acumuladores de Reflujo 5 - 10
Surge Tanks de Alimentación 8 - 15
a Fraccionadoras
Surge Tanks de Refrigeración 4 - 7
Economizadores de Refrigeración 2 - 3
Densidad relativa del HC Tiempo
(min)
menor de 0.85 1
0.85 - 0.93 1 - 2
0.93 - 1 2 - 4

⚫ GPSA
Tipo de Separación Tiempo
(min)
Separadores HC/agua
menor de 0.85 densidad HC 3 - 5
mayor de 0.85 densidad HC
38 °C + 5 - 10
27 °C 10 - 20
15 °C 20 - 30
Separadores Etilenglicol/HC
(Separador Frío) 20 - 60
Separadores Amian/HC 20 - 30
Coalescedores, Separadores HC/Agua
38 °C + 5 - 10
27 °C 10 - 20
15 °C 20 - 30
Caustica/Propano 30 - 45
Caustica/Gasolina Pesada 30 - 90

SEPARADORES - Parámetros de TECNA
⚫ Valores de K(ft/s) y Tiempos de Residencia (min) de acuerdo
al Servicio del Separador
– V-1  Interno = caja de chicana
K = 0.45
T = 3 - 5
– V-2  Interno = malla de alambres / coalescedor líquidos
K = 0.25
T = 15 / 15
– V-3  Interno = malla de alambres
K = 0.3
T = 3
K = 0.3
T = 8 / 8

– V-9  Interno = No
K = No
T = 8 (80% lleno)  Surge Tank
K = 0.27
T = 10” (Máximo nivel)
K = 0.3
T = Se establece un nivel máximo (14”)
K = 0.27
T = 5
– V-101  Interno = coalescedor líquidos
K = No
T = 25 (entre bafle y coalescedor)

K = No
T = 20 - 30 (teórico) / 5 - 10 (práctico) / 16 (TECNA)
(NLL a 70% lleno)
K = 0.25
T = 5 (debe ser capaz de retener volumen de líq de la
torre contactora)  (3 min de fondo + holdup platos)
K = 0.13 (ACS)
T = 5
K = No
T = 10 (NLL a 70% lleno)
K = 0.22 - 0.22 (ACS)
T = 1 - 2

– V-16  Surge Tank (volumen del sistema de Hot Oil)
– V-19  Volumen para aire necesario para operar todos los
instrumentos de la planta por un tiempo dado

⚫ Separador de Entrada

⚫ Separador Frio

⚫ Separador Flash de Gasolina

⚫ Separador Flash de Condensado

⚫ Scrubber de Compresor de Propano

SEPARADORES - Re-entrainment
⚫ Definición: es la re-suspensión en la corriente gaseosa de las
partículas líquidas previamente separadas.
⚫ Es función de la velocidad del gas en el separador
⚫ Ocurre en dos etapas:
1) la velocidad del gas crea turbulencia y oleaje en la superficie del
líquido
2) el gas capta y arrasta partículas líquidas de su superficie
⚫ El re-entraiment es crítico en los separadores horizontales con
demister horizontal  MUY IMPORTANTE verificar que no ocurra
⚫ Los verticales no tienen tanta tendencia al re-entrainment
⚫ Leer artículo de Viles-Thro / World Oil (Nov 1992) para obtener el
método de cálculo

SEPARADORES - Verticales
H1
H2
H3
DV
HD
H5
Entrada
HT
6-8”
HHLL
HLL
NLL
Salida Liquido
Salida Gas
dn
H4

⚫ Procedimiento de Cálculo
– Obtener los datos de entrada (Wg, WL, g, L, P, T, etc)
– Seleccionar K (para demister)
– Calcular Vg
– Calcular Qg
– Calcular QL
– Calcular el area de pasaje transversal At
– Calcular Ddem  Dv = Ddem + 2” (soportes laterales)
– Adoptar un tiempo de residencia del líquido, TL (NLL)
– Calcular el VL necesario para ese TL
– Calcular H1
– Calcular H2:
H2 = 12” = 300 mm (min) (GPSA)
o H2 = 6” = 150 mm (min) (TECNA)

– Calcular H3:
H3 = 6” = 150 mm (min) (TECNA)
o H3 = 12” = 300 mm (min) (GPSA / pero considerada hasta el bafle
de entrada)
– Calcular la H4:
H4 = 12” + 0.5*dN
o H4 = 12” + dN
– Calcular HD:
HD = 2 . Dv (para Dv chicos)
o HD = 0.5 . Dv (para Dv grandes)
Para el cálculo de las alturas anteriores leer detalladamente:
• GPSA o Svrcek-Monnery
– Altura del demister:
Hdem = 4” (malla) + 2” (soportes)
Hdem = 6” (malla) + 2” (soportes) (aconsejada para el V-2)

– Calcular H5:
Altura necesaria para que la tangente entre el extremo del
demister y la conexión de salida formen 45°

SEPARADORES - Horizontales
ID
H1
H2
HLL
NLL
HLL
NLL
H3 (10 - 12”)
6 - 8”
H4 (8 - 12”)
ID

⚫ Procedimiento de Cálculo
– Adoptar un OD
– Calcular el espesor t, y adoptar uno standard
– Calcular ID
– Seleccionar K para demister (para vertical si el demister es horiz.)
– Dimensionar el demister con Vg
– Adoptar un tiempo de residencia para el líquido/s
– Calcular el VL
– Adoptar H1 (NLL)
– Seleccionar K para separador horizontal
– Calcular área de pasaje de gas Ag, y con Ag calcular H2
– Adoptar altura de HLL  H (HLL) = 4 - 6” = 100-150 mm (min)
( ID = H1 + H2 + H (HLL) debe ser verificado por las demás alturas)
– Adoptar altura para evitar re-entrainment, H3 = 10 - 12”
– Adoptar altura demister  Hdem = 6 - 8”

– Adoptar H4 = 8 - 12”
Cuando el demister es muy grande la consideración de los 45° no
se tiene en cuenta y se pone una placa perforada sobre el mismo
para uniformizar el flujo
– Sumar todas las alturas y verificar el ID anterior
– Si no coincide, adoptar otro OD y recalcular
– Si coincide, OK. Verificar el Re-entrainment
Area de flujo para
calcular el re-entrainment

– Si en vez de malla de alambres hay una caja de chicanas:
ID
H1
H2
HLL
NLL
HLL
NLL
ID
H3
H4

– El método es similar al anterior
– La altura del nivel del líquido a la caja de chicana (H3) puede ser de
4”, pero es opcional, ya que la caja de chicana puede tener contacto
con el líquido
– En este caso el re-entrainment se deberá verificar en toda el área de
pasaje de gas (área determinada por H2)
– Se debe seleccionar K para caja de chicana (dependiendo en el
proveedor)
• Calcular Vg
• Calcular el área de la caja
• Y a partir del área de la caja, se calcula H4
– Considerar 2” de soportes de la caja de chicana

– Para separadores trifásicos:
ID
H1
H2
– Las 2 fases antes del bafle se diseñan con los tiempos de residencia
para cada una
– Se adopta un OD  t std  ID que debe ser igual a H1 + H2
– Seleccionar K para horizontales
L1 L2
H3

– Calcular Vg a través del area horizontal (antes del bafle)
– Calcular el Ag y luego H2
– Adoptar H1  calcular A liq liviano y V liq liviano
– Adoptar T liq liviano  calcular L1
– Adoptar H3 y Tliq pesado
– Calcular V liq pesado
– Adoptar L bota (menor a 1.2 m)  calcular D bota
– La sección después del bafle se dimensiona de forma
similar al primer método.
– Debe coincidir la sumatoria de las alturas con el ID inicial
– Si no, se debe adoptar otro OD y recalcular
(considerar altura de líquido para control hasta HLL)

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