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Separadores de tres fases:
Liquido – Gas - Agua
Sector Petróleo y Gas

Contenido
• Introducción.
• Descripción de Equipos
• Consideraciones de la Selección
• Teoría de Diseño

Introducción - Generalidades
• Cuando se habla de tres fases, se habla
exactamente de dos líquidos inmiscibles,
en este caso estos dos fluidos son crudo y
agua.
• El agua se deposita siempre en la parte
inferior formando una capa. Esta capa
crece con el tiempo de acuerdo a la
grafica que se muestra en la siguiente
diapositiva

• Después de un periodo de tiempo (usualmente entre 3 y
30 minutos), el cambio en la altura del agua es
despreciable
• El agua contenido por esta sedimentación pasiva es
llamada “agua libre”

• Three-phase separators or free-water knockout
son términos usados para describir tanques de
separación que son diseñados para separar y
remover el “agua libre” de la mezcla y el crudo y
agua.
• Como estas mezclas entran normalmente
directo desde los pozos o desde separadores
anteriores que operan a alta presión, estos
sistemas deben diseñarse de tal forma que se
realice un proceso “flash” para separar el gas
del liquido, así como también separar el crudo
del agua.

• Three-phase separators: es un término usado
cuando se separa grandes cantidades de gas
del liquido
• Free-water knockout: es un término usado
cuando la cantidad de gas es pequeña en
relación con la cantidad de crudo y agua.
• Los diseños básicos de separación, fueron
cubiertos en la sección de separación de dos
fluidos. Acá, se profundizara en las ratas de
liquido – liquido que se requieren separar

Descripción de Equipos:
Separadores Horizontales
• El fluido entra al separador y se estrella contra
el elemento de entrada (inlet diverter)
• Este cambio brusco en el momentum genera la
primera separacion, llamada “gross separation”
del liquido con el vapor.
• La mezcla crudo-agua se mezcla despues con
la fase continua de agua en el fondo del tanque
y sube hasta la interfase crudo-agua: este
proceso se llama lavado de agua
• El lavado de agua promueve la coalescencia de
las gotas de agua, que entran en la fase
continua crudo-agua

• Esta figura
muestra el
proceso de
lavado de agua.
• El inlet diverter
garantiza que
poco gas sea
llevado con el
liquido

• La sección de recolección de liquido,
provee suficiente tiempo para que el crudo
y la emulsión formen una capa justo arriba
del agua libre. El agua libre se sienta en la
parte inferior.

• Esta es una vista en corte donde se puede ver
el controlador del nivel de la interfase y la presa
o contenedor.
• El crudo rebosa la presa o el contenedor

• El nivel del crudo aguas debajo de la presa es
controlado por “controlador de nivel” que opera la
válvula de desfogue de crudo
• El agua fluye por una tobera ubicada aguas arriba
de la represa del crudo
• Un sensor de nivel para la interfase controla el nivel
de la interfase crudo-agua y envía señales a la
válvula de desagüe de agua, permitiendo evacuar la
cantidad de agua necesaria para mantener el nivel
agua-crudo de diseño: ESTA OPERACIÓN ES LA
MAS IMPORATANTE PARA LOGRAR OPERAR
OPTIMAMENTE UN SEPARADOR DE ESTOS

• El gas sale por la parte superior y pasa a traves de
un extractor de humedad como se habia visto para
los separadores de dos fases
• El alto del nivel de la fase gas – crudo, esta
usualmente entre un 50 y 75% del diámetro del
tanque. Este parámetro de diseño, depende del
grado de pureza que se quiera tener con el gas.

• La figura muestra una configuración
alternativa cubo-presa.

• Esta figura muestra un corte de la configuración
alternativa cubo-presa.
• Esta configuración elimina el uso de un
controlador para la interfase liquida

• Tanto el crudo como el agua fluyen sobre la presa
donde el control de nivel se logra usando un
flotador.
• El crudo pasa por encima de la represa para el
crudo, y se va hacia el cubo donde su nivel es
controlado por el control de nivel que acciona la
válvula de drenaje del crudo.
• El agua fluye por debajo del cubo para el crudo y
rebosa por la represa para el agua.
• Allí se ubica un controlador de nivel de agua que
envía señales a la válvula de desagüe para el agua

• Como se muestra en la figura, la parte trasera del
cubo para el crudo es mas alta que la parte
delantera para asegurar que el crudo no se salga
hacia la parte del agua.
• Esta diferencia de alturas es critica ya que limita en
cierta forma el espesor de la capa de crudo que se
puede manejar en el separador.
• La diferencia en las alturas de las presas o
compuertas de crudo y del agua, realiza el control
del espesor por la diferencia de las gravedades
especificas
• Esto debe ir asociado a los tiempos de residencia

• Para obtener una altura de capa optima para el
crudo, la compuerta para el agua debe ubicarse una
distancia especifica debajo de la compuerta para el
crudo. Esta distancia se calcula usando la siguiente
ecuacion, basada en la grafica

Donde:
• Delta h es la distancia debajo de la compuerta del
crudo.
• ho = es la altura o espesor de la capa de crudo
deseada
• rho = densidad del crudo
• rhow = densidad del agua

• Esta clase de separadores se usa para ingresos de
liquido con muy poco gas y no es objetivo separar el
gas del crudo
• En las dos diapositivas siguientes se muestra un
FWKO horizontal y uno vertical
• La gran diferencia entre un separador trifasico
convencional y un FWKO es que estos ultimos solo
tienen dos salidas: uno para crudo y pequeñas
cantidades de gas y el otro para agua
• Como hay pequeñas cantidades de gas, la
restricción por liquido es la que domina el proceso
Descripción de Equipos: FREE
WATER KNOCKOUT (FWKO)

Descripción de Equipos: FREE
WATER KNOCKOUT (FWKO)

• Esta clase de separadores es una version especial
de los FWKO.
• En estos, la salida del crudo se dividen en dos o
mas lineas que son llevadas directamente a
diferentes procesos.
• Estos separadores tienen varios compartimientos,
los cuales son sellados.
• Cada compartimiento tiene su propio sistema de
control
• Contienen compuertas (wiers) ajustables para
separar los compartimientos.
FLOW SPLITTER

FLOW SPLITTER

• Esta clase de diseños, contiene un pequeño pozo
de agua que recolecta pequeñas cantidades de
agua que se sedimentan en la zona de
sedimentación de liquido
• Son una clase especial de los separadores de tres
fases horizontales
• Esta implementación opera óptimamente porque la
cantidad de agua en el flujo de liquido es baja y se
genera un tiempo de retención suficiente para que
el agua se sedimente sola.
• Esto permite que el diámetro del separador sea
menor, lo que reduce costos de fabricación
Horizontales Tres Fases con Pozo de Agua

Horizontales Tres Fases con Pozo de Agua

• La chimenea es necesaria para balancear presiones
entre las secciones inferior y superior del gas
• El esparcidor “spreader” se ubica justo debajo de la
interfase crudo-agua para hacer un proceso de
lavado por agua.
• Desde esta esparcidor, cuando el crudo sube,
cualquier “agua libre” atrapada en la fase de crudo
se separa.
• Estas gotas de agua viajan en contraflujo al crudo
• En forma similar, el agua fluye hacia abajo, y las
gotas de crudo atrapadas en la fase de agua, tienen
a subir en contracorriente al flujo del agua.
Separadores Trifásicos Verticales

• Separador sin interfase de control:.
• Separador sin lavado de agua:
Separadores Trifásicos Verticales:
Variaciones

Descripción de Equipos: Controladores de Nivel
• Izq: Es un simple control de nivel. Un flotador
(de desplazamiento) es usado para controlar el
nivel de la interfase gas – liquido. Adicional, un
flotador de interfase controla el nivel liquido-
agua y regula la válvula de salida del agua

• Centro: este método usa una compuerta – presa, para controlar el
nivel de la interfase en una posición constante. Es mucho mejor
para separar el agua del crudo ya que todo el crudo debe subir
hasta la altura de la compuerta y rebosar. Una desventaja es que la
caja donde va montado esto ocupa volumen del separador, pero si
se busca mejorar la separación del crudo con el agua, este es
definitivamente el dispositivo a usar

• Derecha: Este sistema usa dos compuertas las cuales
eliminan la necesidad de usar un flotador de interfase. El
nivel de la interfase es controlado por la altura relativa de
un pozo externo de agua (la segunda presa) con respecto
a la altura de salida del crudo o a la presa o compuerta del
mismo. Es mas efectivo que los anteriores, y se usa
cuando se requiere maximizar la separación.

1. Los separadores horizontales no son tan buenos
como los verticales cuando los flujos contienen
una cantidad de sólidos que puedan estar
presentes.
2. Separadores horizontales requieren mayor área
de superficie para su instalación.
3. Los separadores horizontales con diámetros
pequeños (1.5 m) poseen menor capacidad para
manejo de liquido que los verticales para las
mismas ratas de flujo.
4. Los separadores horizontales con diámetros
inferiores a 1.5 m requieren especial atención
para la ubicación de los controladores de nivel
Consideraciones de la Selección

En General se puede decir:
• Los separadores horizontales son mas
económicos para la separación normal agua-
crudo, particularmente cuando hay problemas de
emulsiones, jabones, etc, o relaciones grandes de
gas-liquido.
• Los separadores verticales trabajan mas
eficientemente para relaciones gas-liquido bajas y
donde existen grandes o significativas cantidades
de sólidos en el flujo de entrada.
Consideraciones de la Selección

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