1 DISEÑO DE FACILIDADES DE SUPERFICIE PARA ESTACIONES DE PRODUCCION DE PETROLEO Y GAS. I.- INTRODUCCION Las facilidades de superficie de un campo productor de hidrocarburos, están constituidas por los equipos, tanques, tuberías, accesorios y demás instala ciones de medición, supervisión, control y seguridad, que permiten que las operacione s de producción, recolección, transporte, separación, almacenamiento y bombeo de lo s hidrocarburos producidos, se realice de una manera optima y segura. Algunas de las funciones de estas facilidades son: • Abrir y cerrar el flujo de los pozos y regular su volumen. • Dirigir la producción de pozos individuales a un determinado equipo o f acilidad de almacenamiento. • Dirigir una corriente de flujo a través de múltiples de producción, de m anera que el volumen de gas, la razón gas-petróleo, la producción de agua y otros datos individuales del pozo puedan ser registrados para llevar un buen contr ol de los parámetros de producción del mismo y tomar decisiones ante una eventual reparación. • Almacenamiento de fluidos. • Control y seguridad. Este curso cubrirá el diseño de los equipos mayores utilizados en estas operaciones, tales como tuberías, separadores, tanques, piscinas API, mecheros y calentadores. 1.1.- DESCRIPCION GENERAL DE LAS OPERACIONES DE PRODUCCION DE PETROLEO EN SUPERFICIE. En la figura 1 pueden visualizarse las principales operaciones desarrol ladas en superficie, a causa del manejo, recolección, separación, medición, tratamiento y almacenamiento, de los hidrocarburos presentes en el yacimiento 1, los cuales so n producidos por el pozo 2 y conducidos por sendas líneas de tuberías bajo dos posibles opciones: al separador de pruebas 3 o al separador general d e producción 4. Capítulo I. Introducción 2 Figura 1. Flowing Oil Production Well and Flow Lines • Separation and Storage • Salt Water Disposal Capítulo I. Introducción 5 A continuación, los diferentes fluidos se dirigen en la forma siguiente: el crudo, aún con pequeños volúmenes de agua y gas descargan a los tanques de almacenamiento 6, mediante las líneas de tuberías 7,donde finaliza la separación de agua y gas, hasta un mínimo permisible, regulado por normas y por los clientes, el gas se envía por la línea 8 a la planta de gas, para la extra cción de líquidos, para su compresión y uso en operaciones de recuperación secundaria, para gas lift, para su venta u otras operaciones. TOMADO DE API, Book 1 of Training Series El agua separada de los tanques se dirige al tanque de tratamiento 5 y de aquí al tanque “disposal” de agua 9 o a la piscina de emergencia de desechos o PIT 17.Una vez que el agua es filtrada en 10, es inyectada , utilizand o el pozo “disposal” 11. En el gráfico también puede observarse la bomba de recirculación 14, los medidores de gas 15, el depósito de inyección de química 16 y el personal encargado de certificar, muestrear y aforar (medir) el tanque 12 y el “certi ficador” de bombeo 13. 1.2.- ESTACION DE PRODUCCION TIPICA Una estación de producción típica está compuesta por los siguientes elementos básicos: a.- UN MULTIPLE O CABEZAL DE ENTRADA Este es el lugar de recolección de fluidos, donde todas las líneas entra n a la estación. Cada línea de entrada es instalada con una válvula de retención, para evitar el retroflujo, pudiendo ser enviado el flujo a uno de tres ca bezales: cabezal de prueba, un cabezal de alta presión y uno de baja presión. Los registros de presión de cada pozo son monitoreados diariamente a la entrada del múltiple, despues de la válvula de retención. También puede inyectarse en este punto, química desmulsificante o antiespumante, aprovechando la máxima agitación del fluido. b.-JUEGO DE VALVULAS OPERADAS NEUMATICAMENTE INSTALADAS EN CADA UNO DE LOS CABEZALES. Al ocurrir una falla o sobrecarga de alguna parte de la instalación, es decir que si suceden condiciones de presión o de nivel anormales, es enviada una señal a estas válvulas y las mismas cierran. De esta forma la estación queda cerrada y se dice que está “shut in”. Capítulo I. Introducción 6 El cierre de estas válvulas, se reflejará como una sobrepresión en cada uno de los pozos, lo cual accionará las válvulas de seguridad de cada pozo, cerrándose también la producción de los mismos. c.- LINEA PRINCIPAL MULTIFASICA Esta línea es la que conduce la mezcla multifásica hasta los diferentes separadores. d.- SEPARADOR DE PRUEBA Mediante la manipulación de válvulas, puede enviarse el flujo de un pozo determinado al separador de prueba, permitiéndose de esta forma, contabilizar la producción individual de petróleo y gas de cada uno de los pozos. e.- SEPARADOR GENERAL DE ALTA PRESION Aproximadamente un 80% del gas es separado en este lugar y la descar ga líquida de este separador, se dirige al separador de baja presión. El gas pasa al “scrubber” de alta, en el cual las últimas gotas de petróleo entrampadas en el gas son removidas. f.- SEPARADOR GENERAL DE BAJA PRESION La mezcla de gas y líquido es recibida del separador de alta y se remueve gran parte del resto del gas mezclado con el líquido. La mezcla de líquido y gas puede ser también recibida del múltiple de producción de baja, sin pasar por el separador de alta, ya que los po zos alineados a este separador de baja, normalmente no tienen suficiente presión para fluir al separador de alta. g.- “SCRUBBER” DE ALTA Y BAJA Estos recipientes, instalados a la descarga de gas de los separadores de alta y baja presión respectivamente, actuan como separadores o depuradores de las últimas gotas de líquido que pudiesen ir entrampadas en la corriente de gas, antes de entrar esta corriente ,a los gasoductos que llevarán este caud al de gas a las plantas compresoras. Capítulo I. Introducción 7 h.- TANQUES DE ALMACENAMIENTO Y BOMBEO La descarga de los separadores de baja estan direccionadas a los tanques de almacenamiento, cuya cantidad depende de la magnitud de la producción manejada por la estación. Estos tanques también se clasifican como tanques de producción o de bombeo, en los casos que están recibiendo la producción de los separadores de baja o están alimentando las bombas que manejan el crudo a la estación principal o a los terminales o patios de tanques. i.- BOMBAS DE CRUDO Estas bombas, instaladas en paralelo y alimentadas por el tanque de bombeo, mediante el cabezal respectivo, envían la producción de la estación a su estación principal o los terminales de embarque o patio de tanques. Las bombas pueden ser movidas a gas, mediante motores diesel o eléctricos. j.- MECHEROS O VENTEOS Los mecheros o venteos constituyen sistemas de seguridad para aliviar o descargar el gas no utilizado por la estación por razones de emergencia u operacionales y debe estar colocado a cierta distancia reglamentaria de la estación por razones de seguridad. También,por razones de seguridad los venteos no deben poseer dispositivos mecánicos o llamas piloto para su encendido, por lo que es necesario encenderlos manualmente. k.- SISTEMAS DE SEGURIDAD Y CONTROL Las estaciones de flujo son diseñadas para operar en forma semiautomática. Esto significa que bajo circunstancias normales deberá: 1. Controlar la presión y los niveles de cada recipiente. 2. Registrar y muestrear donde sea necesario. 3. Bombear los fluidos a las líneas principales de transporte. 4. Cerrar la estación bajo condiciones anormales. 5. Quemar gas no utilizado o no manejado por la estación. Capítulo I. Introducción 8 En otras palabras, deberá operar continuamente bajo condiciones normales y manejar las condiciones anormales o de emergencia. Si cualquier instrumento de la estación falla, la estación se cerrará, excepto 2 circunstancias: - El separador de prueba tiene una alarma por alto nivel y el sistema cerrará sólo el separador de prueba. - Alta presión en el sistema de gas de alta, cierra solamente el cabe zal de alta. Las alarmas estandares de una estación de flujo son las siguientes: - Alta presión en la línea de gas de alta presión (cierra el separador de alta) - Alta presión en la línea de gas de baja presión. - Alto nivel en el separador de alta presión, - Alto nivel en el separador de baja presión. - Alto nivel en el depurador de alta presión. - Alta presión en la línea de bombeo. - Baja presión en el sistema de instrumentación. - Alto nivel en el separador de prueba (cierra este separador). 1.3.- SIMBOLOGIA DE EQUIPOS Y CODIGOS DE LETRAS Los diagramas de flujo de intrumentación y procesos (P & I diagrams), también llamados DIT, definen esencialmente la lógica de control y operación de u n proceso y provee una ayuda visual para gerenciar y guía para potenciale s usuarios. Adicionalmente, estos diagramas, son muy utiles en varias eta pas de desarrollo del proyecto para: • Analizar la seguridad de la instalación antes de comenzar su construcción. • Tabular equipos e instrumentación, para propósitos de estimación de costos. • Guía para el personal de construcción y mecánicos durante la etapa de ensamblaje de la planta. • Guía para analizar problemas durante la etapa de arranque. • Adiestramiento al personal de operaciones. • Ayuda para resolver los problemas diarios de operación y de emergencia. Capítulo I. Introducción 9 Los diagramas PI contienen cuatro tipos importantes de información, tales como: • Breve descripción y especificaciones de todos los recipientes, válvulas y tuberías. • Breve descripción de todos los sensores, instrumentos y dispositivos de control. • La lógica de control utilizada en el proceso. • Referencia adicional donde pueda encontrarse mayor información. La información normalmente excluida de un diagram PI es la relacionada con el cableado eléctrico (normalmente debe ser consultado en un diagrama eléctric o separado) y equipos no incluidos en el proceso ( estructuras de sopor te, fundaciones,etc) . Normalmente existen 2 partes del diagrama: el primero suministra un esquema de los equipos y el segundo detalla los dispositivos de control e intrum entación. Los diagrama PI suministran un cuadro claro de cada pieza del equipo, incl uyendo la identificación de las especificaciones, el tamaño de varios equipos, materiales de construcción y número y rango de los recipientes de presión. Los equipos y la instrumentación son definidos en términos de un código que consiste de símbolos, letras y una numeración del sistema. Esto es, cada pieza del equipo es asignada con un símbolo propio; una letra es usada para identificar cad a tipo de equipo y asesorar en clarificar el símbolo y además se usan números para identificar individualmente cada pieza del equipo dentro de un tipo de equipo da do. Las tablas 1.2 y 1.3 anexas, ilustran este tipo de diagramas Cuando describimos la instrumentación es importante entender claramente lo que se define como tal. Los términos de instrumentación y control frecuentemen te incluidos en un diagrama PI son los siguientes: Lazo de intrumentación (Instrument Loop) : es una combinación de uno o mas instrumentos interconectados para medir o controlar una variable del proceso. Elemento final de control: Es un dispositivo que cambia directamente el valor de la variable usada para controlar la condición del proceso. Transductor (Transducer or Converter): Es un dispositivo que recibe una señal de una fuente de potencia y envía una señal proporcional en otro sistema de potencia. Un transductor puede actuar como un elemento primario, transm isor u otro dispositivo. Fail closed: Es un instrumento que se cerrará ante una pérdida de potenc ia (neumática, eléctrica, etc). Fail open: Es un instrumento que se abrirá ante una pérdida de potencia (neumática, eléctrica, etc). Capítulo I. Introducción 10 Fail safe: Es un instrumento que ante una pérdida de potencia (neumática, eléctrica, etc) se posicionará de tal forma que no pueda crear un riesgo. Variable del proceso: Es una propiedad física o condición en un fluido o sistema. Instrumento: Es un dispositivo que mide o controla una variable. Local: Es un instrumento localizado sobre el equipo. Remoto: Es un instrumento localizado lejos del equipo (normalmente en una central de control). Elemento primario: Es un dispositivo que mide una variable del proceso. Indicador: Es un dispositivo que mide una variable del proceso y mues tra la variable en el punto de la medida. Transmisor: Es un dispositivo que detecta una variable del proceso a través de un elemento primario y envía una señal proporcional a la variable, a un instrumento localizado remotamente. Controlador: Es un dispositivo que varía su salida automáticamente en respuesta a cambios en la medición de la variable del proceso, para mantener el valor de la variable en el punto deseado (setpoint). La instrumentación normalmente se denota por un círculo en el cual la variable a ser medida o controlada se escribe con un símbolo apropiado dentro del círculo. Cuando el dispositivo de control es localizado remotamente, el círculo se divide p or la mitad con una línea horizontal. Las tuberías son denotadas por líneas sólidas. Las tuberías presentes en un diagrama PI deben ser acompañadas por la siguiente información de identificación: - Número de la línea. - Diámetro nominal y espesor (o Schedule). - Comienzo y final - Presión y temperatura de diseño - Corrosión específica permisible - Acondicionamiento o requerimiento de protección del proceso . - Espesor y tipo del aislante - Presión de prueba (hidrostática o neumática) - Rango de flexibilidad de la tubería (esto es la temperatura máxima o mínima de operación). • Tamaño y espesor • Separación entre equipos • Disponibilidad de recursos energéticos • Composición de los fluidos o productos a procesar • Instalación asistida o desasistida.TÉCNICOS. Capítulo I. Cheremisinoff.CRITERIOS DE DISEÑO 2. 1 II. dependiendo si el fluido es monofásico o bifásico.0 3. Nicolas P..0 .0 4. ANN ARBOR SCIENCE). unos de carácter general obligatorios. • Mantenimiento • Compatibilidad con materiales adyacentes. Introducción 11 Tabla 1-2 (Tomadas de CHEMICAL AND PROCESS EQUIMENT DESIGN. Criterios de Diseño 2 CRITERIOS DE DISEÑO GENERAL OBLIGATORIOS PARA ACERO AL CARBONO. CAIDA CAIDA MAXIMA CAIDA MAXIMA PROMEDIO DE DE PRESION TOTAL DE PRESION PRESION PSI TIPO DE LÌNEA Líneas de succiòn de Bombas y de descarga Por gravedad Líneas de descarga de De bombas (excepto Alta presión) Líneas de descarga de PSI/100 PIES 0.25 2.Capítulo I. Introducción 12 Figura 1-3 (Tomadas de CHEMICAL AND PROCESS EQUIMENT DESIGN.25 PSI/100 PIES 0. David Azbel.1. dependiendo del material del equipo a diseñar y ot ros optativos. ANN ARBOR SCIENCE). Capítulo II. • Velocidad de los fluidos • Temperatura de operación • Composición del material • Forma geométrica • Cargas estáticas y cíclicas • Configuración de la superficie y textura.) 1.4 (APROX. Nicolas P. En la ingeniería de diseño se aplican diferentes criterios técnicos.. • Métodos y técnicas especiales de protección. David Azbel. Cheremisinoff. disponible. Líneas de succión de Compresores.5 .5 a 2 Líneas de agua (larga) 5 PSI/100 PIES 0. De 0. 2 Líneas de vapor de Agua de alta presión (corta) 2 Líneas de vapor de Agua de alta presión (larga) 5 Líneas de descarga Capítulo II.5 Líneas de gas (en puntos 5 a 10% de De conexión a líneas de presión Empalme).1 0.1 0.Bombas de alta presión (700 psig ò mas) Líneas de vapor (líneas a 1.5 De la - 0. Líneas de gas (dentro de los límites de batería) 4.3 0. atmosférica y de presión).25 0.5 0.2 0.05 0.4 0.1 0.5 1.0 0.2 0.5 0.5 0.0 Líneas de descarga De compresores.2 PSI/100 PIES (APROX.4 DE PRESION TOTAL DE CAIDA MAXIMA CAIDA 0.0 Aéreas de torres. Criterios de Diseño 3 CAIDA MAXIMA PROMEDIO DE PRESION PRESION PSI TIPO DE LÌNEA De vapor de agua (corta) 1 Líneas de descarga De vapor de agua (larga) 1.) 0.2 0.5 a 1. esféricas. ! Escalas de potenciales galvánicos son usualmente indicadores de corrosión galvánica.Peso . se requiere en la descripción en la ingeniería de detalles. tuberías de proceso y o tras estructuras de soporte utilizan diferentes metales. . no suministra suficiente información .Forja • Limitaciones de tamaño y tolerancias en formas diferentes .. • Libre de defectos.Fundición.Líneas de transferencia de líquidos Y líneas de empalme. . solamente cuando funcionalmente. • Costo en formas diferentes . se necesita conocer la cantidad de corriente que fluirá entre metales disímiles.Ancho CRITERIOS PARTICULARES Con frecuencia. plateado. Hojas. En cuanto al aspecto económico deben ser analizadas las siguientes categorías: • Disponibilidad • Cantidades requeridas • Formas diferentes (barras. Adicionalmente a la influencia de unos materiales sobre otro debido asu diferente potencial eléctrico. tratamiento de prefabricación. 25 2. la descripción de todos los materiales y sus propiedades metalúrgicas. etc) • Formas revestidas (revestimiento de acero inoxidable) • Uniformidad del material. aparatos y sistemas complejos. Las siguientes consideraciones generales deben ser seguidas en el diseño de todos los tipos de equipos de procesos: ! Metales disímiles deberán estar en contacto (directamente o a traves de un medio conductivo como agua. sin embargo. ! Para asegurar compatibilidad. Es importante que el diseño minimize los efectos de daño por corrosión. por selección o por su distribuc ión en el diseño total.. el contacto de materiales disímiles no puede evitarse totalmente. aleaciones y otros materiales. como resultado de cambios en los materiales originados por variaciones del ambiente.Medida . deben considerarse en el diseño. Capítulo II.Longitud .Extrusión. Información general (esto es acero suave). etc). optimizando la compatibilidad de los materiales. condensación.) • Formas metalizadas y pretratadas (galvanizadas.2. pensando siempre en seleccionar aquellos que se desempeñarán eficientemente en un medio apropiado.Son con frecuencia empleados en ambientes corrosivos o conductivos y. Criterios de Diseño 4 . las posibles reacciones químicas adversas. • Tiempos de entrega.Barras.etc. en la práctica. moldes determinados etc. Los materiales compatible son aquellos que no puedan causar una falla del sistema.ECONÓMICOS. el diseño así lo recomiende. con el tamaño y la composición optima. no ocurrirá corrosión.. ! La corrosión galvánica de metales disímiles puede ser minimizada controlando la humedad cercana a la conexión bimetálica. situados aguas arriba de sistemas de tubería conteniendo un medio conductivo.. ya que ocasionan una polarización adversa en los metales componentes. b. sellantes o recubrimientos..1. En general. En otros países sin restricciones de producción. ! Los metales revestidos son candidatos para la corrosión galvánica a lo largo de los bordes expuestos. La tubería no debe estar en contacto directo con estructuras metálicas conductivas.GUIA GENERAL PARA EL DISEÑO DE SISTEMAS DE TUBERÍAS a. En operaciones de producción costafuera.para establecer la compatibilidad en medios conductivos o corrosivos. ! Se debe evitar componentes de carbón o grafito con otros metales en ambientes conductivos. TAMAÑOS UTILIZADOS FRECUENTEMENTE: en los Estados Unidos. los sujetadores deben ser recubiertos con pintura de cromato de zinc y sus extremos deben ser encapsulados. no deben utilizarse empaques de carbón o grafito. 1 III. ! Secuencia y sistemas apropiados de soldadura de partes bimetálicas de estructuras y de equipos . ! En fundiciones de aluminio. separándolos completamente. Asegure una separación efectiva entre secciones o conexiones de metal es diferentes. instalando medios aislantes. termómetros) deben evitarse en la vecindad de equipos con aleaciones de cobre y aluminio. Capítulo II. Esto puede lograrse mediante separaciones dieléctricas provistas de varias formas. si la junta bimetálica se mantiene seca.deben ser especificados para evitar distorsión y esfuerzos internos de los metales involucrados. durante la época de control de producción fueron instaladas tuberías de 2 y 2 ½ pulgadas de diámetro. pueden insertarse sin problemas aceros resistentes. ! Se deben evitar diseños que establezcan grandes gradiente de temperatura en equipos. Criterios de Diseño 5 ! Evite el contacto de la superficie de metales disímiles. las grietas entre metales y ciertos tipos de plásticos o elastómeros pueden inducir tasas aceleradas por la combinación de ataques químicos y la grieta. también se utilizan líneas de gran tamaño. ! La formación de grietas o hendiduras entre metales disímiles debe ser evitada. se utilizan diámetros de hasta 6 pulgadas para el flujo de pozos individuales.DISEÑO DE LÍNEAS DE FLUJO DE LÍQUIDO Y GAS 3. MATERIALES: Línea de acero API o su equivalente se usa normalmente como una . las líneas individuales de los pozos son usualmente de 2 ½ a 4 pulgadas de diámetro. Las partículas de carbón pueden depositarse sobre los tubos de los intercambiadores de calor y provocar corrosión galvánica d. En algunos pozos donde no se instala tubería de producción (ejemplo. Un ejemplo es cobre/aluminio revestido de aluminio. en el oriente medio). mediante aislantes de goma. El muestreo es recomendado para establecer las especificaciones finales de diseño. La corrosión en tales contactos es generalmente mas severa que la corrosión galvánica sola. ! Si una separación dieléctrica de conexiones o sujetadores no puede ser implementada facilmente. c. ! Fuentes de mercurio (ejemplo. En calentadores y otros equipos críticos. También. e. Diseño de Líneas de Flujo de Líquido y Gas 2 TABLA I MINIMUM SPECIFIED YIELD STRENGTHS – “S” . tráfico pesado y otra s consideraciones públicas. psi t = espesor de pared. Clase 2: Franjas de áreas alrededor de ciudades o pueblos donde la densidad de población excede a 12 personas por milla cuadrada. 5L. El punto cedente (yield strength) de los aceros recomendados por estas 2 normas pueden observarse en la Tabla I. usadas para el transporte de petróleo. pulgadas s = mínimo punto cedente específico (yield strength). Capítulo III. hasta aproximadamente 7500 psi. los cuales son derivados de la ecuación: P = (2st/D)xFET En la cual: P = presión de diseño. 5L HI-TEST LINE PIPE – API STD. Specification for High Test Line Pipe) para alta presión.00 (temperaturas desde –20 hasta 250 grados Fahrenheit) Los requerimientos para instalaciones de líneas de gas se dividen en 4 clases basadas en la densidad de población de las áreas donde se instalará.00 (tubería sin costura) 0. Specification for line Pipe) para tuberías d e baja presión (menores de 1000 psi) o API Standard 5LX API Spec. proximidad de instalaciones industriales. Esta tubería usualmente está especificada por la norma AP I Standars 5L (API Spec. medida en cualquiera milla lineal del área.tubería de flujo.60 (tubería con costura) T = 1. 5LX. 5LX BUTTWELD SEAMLESS OR ELECTRICWELD SEAMLESS OR ELECTRICAL WELD OH CLASS I GRADE A GRADE B GRADEX42 GRADEX46 GRADEX52 25000 30000 35000 42000 46000 52000 Capítulo III. Diseño de Líneas de Flujo de Líquido y Gas . edificios. PRESION: La Tabla II presenta los valores de la presión de diseño límite para varios grados de tubería de línea desde 1 ¼ hasta 8”.PSI f. Estas clasificaciones son: Clase 1: Áreas abiertas o rurales con una densidad de población menor a 12 personas por milla cuadrada. LINE PIPE – API STD.72 E = 1. psi F = 0. lo cual pudiese contribuir a desastres en caso de fallar la tubería. Clase 4: Áreas en las cuales existen 4 o mas edificios comerciales. Capítulo III.. tráfico pesado y otras instalaciones subterráneas. Diseño de Líneas de Flujo de Líquido y Gas 6 Tabla IV Capítulo III. ajustando el factor F en la forma siguiente: Clase 1 F = 0. Diseño de Líneas de Flujo de Líquido y Gas 7 3.72 Clase 2 F = 0.50 Clase 4 F = 0.3 Clase 3: Áreas subdivididas para uso industrial o comercial.CAPACIDAD DE LINEAS DE FLUJO MONOFÁSICO Y MULTIFÁSICO FLUJO DE LIQUIDOS a.2.60 Clase 3 F = 0. Las tasas de presión son calculadas aplicando la ecuación anterior.. Diseño de Líneas de Flujo de Líquido y Gas 4 Tabla II Capítulo III. en las c uales el 10% de los lotes adyacentes al derecho de paso de la tubería son ocupados por casas o edificios industriales. Diseño de Líneas de Flujo de Líquido y Gas 5 Tabla III Capítulo III.Ecuación Básica: W gD flv 2 g 2 v v X Vdp 2 2 1 2 2 − −− − − −− − = == = − −− − + ++ + ∆ ∆∆ ∆ + ++ + ∫ ∫∫ ∫ Para un cambio de velocidad despreciable: = == = ρ ρρ ρ = == = ∆ ∆∆ ∆ D g fLv 2 P .40 Las presiones de líneas de gas para varias condiciones de áreas (clases) y grados de tubería son mostradas en la Tabla IV. lb/pies 3 Capítulo III. 0 P 2 ' f ρ ρρ ρ = == = ∆ ∆∆ ∆ = ∆P Caída de pesión.Fórmula de Darcy-Weisbach = = f f 4 ' Factor de fricción de Moody o de Darcy-Weisbach D g Lv f P c f 2 2 ' ρ = ∆ Fórmula de Darcy-Weisbach Re 64 ' = = = Darcy Moody f f f (Flujo Laminar) Para 17 . 32 = c g y usando otras unidades convenientes: ( (( ( ) )) ) d Lv f 00129 . Diseño de Líneas de Flujo de Líquido y Gas .c 2 f Caída de presión debido a fricción Esta es la Ecuación de Fanning: f es el factor de fricción de Fanning Re 16 = f (Para Flujo Laminar) = ∆ f P Psi = L pies = v pies/seg = ρ Lb/pies 3 = D pies b. pies = ρ Densidad del Líquido. psi = L Longitud de la tubería.. 1 Cd P Q = == = . 43 P ρ ρρ ρ = == = ∆ ∆∆ ∆ = ∆P psi = L Pies = ρ Lb/pies3 = V Pies3/seg = d Pulgadas = == = ' f Factor de fricción de Moody Nota: La ecuación de Fanning aplica tanto para flujo laminar como para flujo turbulento. pulgadas = ' f Factor de fricción de Moody También podemos escribir: 5 2 ' f d V L f 76 . 0 Re 04 . 0 = f (Tubería comercial) c. 0 g 04 . 2 R e < << < : (Laminar) Re 16 = f Para 000 .Fórmula de Hazen-Williams 54 .8 = v Velocidad del Flujo. 2 54 . 0 Re 04 . 0 = f (Tubería lisa) 172 .. Para 000 . pies/seg = d Diámetro de la tubería. 4 R e > >> > : (Turbulento) 194 . 0 63 . 62 . . Bbl/hora = S gravedad específica = d I. psi/milla = m f factor de fricción de Miller = Q tasa de flujo.Ecuación de Miller 5 2 d S fmQ P = == = = P caída de presión. Diseño de Líneas de Flujo de Líquido y Gas 9 120 = c para tuberías nuevas 100 < c para tuberías viejas en mal estado d.D. pulgadas 2 10 m 01 . 34 f ( (( ( ( (( ( ( (( ( ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ . 1 1 94 . BBL/hora = g gravedad específica = d I. de la tubería. 2 dZ Q 24 Log 8 . pulgadas = c coeficiente de aspereza 100 = c para tuberías mas viejas (normales) Capítulo III.= P pérdida de fricción PSI/mile = Q Tasa.D.. f P ∆ : 2 2 2 2 2 ' 2 1 1 2 1 1 ' 1 f gd 2 v L f gd 2 v L f P ρ ρρ ρ = == = ρ ρρ ρ = == = ∆ ∆∆ ∆ 2 1 ρ ρρ ρ = == = ρ ρρ ρ 2 1 1 1 1 1 d 785 . centistokes Densidad Absoluta .LÍNEAS COMPLEJAS a. Capítulo III..+ ++ + = == = = Z Viscosidad..3. 0 Q . Específica Gravedad Poise Stoke = == = ó. Vis cinemática idad cos Vis = == = ó. Diseño de Líneas de Flujo de Líquido y Gas 10 Para la misma caída de presión.Cálculo de diámetros y longitudes equivalentes para la misma P ∆ ∆∆ ∆ . específica Gravedad Centipoise s Centistoke = == = 3. . | \ | | | . . = == = = == = 785 .. | \ | | | . | \\ \ || | == = ∴ ∴∴ ∴ 1 2 f f d || | || | . || | | .. || \\ || || || . .A Q v 2 2 2 2 2 2 d Q A Q v 2 Q 5 1 2 ' 2 ' 1 1 d d f f L | | . 0 = == = = == = 1 Q = == = 2 L || || . | \ | = 5 1 ' 1 2 ' 2 1 L L d | | . | || | \ \\ \ | || | = == = Si ' 2 ' 1 f f = == = ; b.- Para líneas en serie 5 1 2 1 2 5 / 1 1 2 1 2 d d L L L L d d | || | | || | . .. . | || | \ | = | | . | \\ || == || || .. || \ | = | | . | \ \\ \ | || | = == = c.-. Líneas Paralelas EQUIVALENTE Capítulo III. Diseño de Líneas de Flujo de Líquido y Gas 11 1. 2 1 0 P P P ∆ = ∆ = ∆ 2. 2 1 0 Q Q Q + = 3. 2 1 0 L L L = = ( (( ( ) )) ) 5 2 2 ' f d 785 . 0 g 2 LQ f P ρ ρρ ρ = == = ∆ ∆∆ ∆ Resolver para cada Q, sustituir en (2.) y simplificar: ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) 5 / 2 2 / 1 ' 2 2 / 5 2 2 / 1 ' 1 2 / 5 1 5 / 1 ' 0 0 f d f d f d ( (( ( ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ + ++ + = == = Omitiendo la diferencia en ' f : [ ] 5 / 2 2 / 5 2 /" 5 1 0 d d d + = PARA LONGITUDES IGUALES EJEMPLO Para dos líneas paralelas: [ [[ [ ] ]] ] ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) [ [[ [ 5 / 2 2 / 5 2 / 5 5 / 2 2 / 5 2 2 / 5 1 0 065 . 6 065 . 6 d d d + ++ + = == = + ++ + = == = 8 0 = ∴ d pulgadas Ahora, tenemos: Expresar como una tubería equivalente de ' ' 02 . 10 : (ARBITRARIO) Capítulo III. Diseño de Líneas de Flujo de Líquido y Gas 12 5 5 1 2 1 2 8 02 . 500 d d L L . .. | || \ | = | | . | \\ || == || || .. || ] ]] ] 10 | || | . | \ | = | | . | \ | = L pies de una tubería equivalente de 10 . \ \\ | || = == 1542 2 = ∴ ' ' 02 . Entonces tenemos: La longitud total, 5542 1542 4000 = + = T L pies de una tubería equivalente de ' ' 02 . 10 . 3.4.- ECUACIÓN GENERAL DE FLUJO DE GAS ( (( ( ) )) ) 2 / 1 5 2 2 2 1 0 0 GTfL d P P P T K Q ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ − −− − = == = o en terminología general de tuberías: ( (( ( ) )) ) 2 / 1 5 2 2 2 1 0 0 GTfL d P P P T 77 . 38 Q ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ − −− − = == = Donde: = Q Tasa de gas, pies 3 /día @ 0 0 , P T = f factor de fricción = = = = = 1 P = 2 P = 0 T = 0 P T temperatura del flujo de gas, 460 + ° = ° G Gravedad específica del gas L Longitud de la tubería, millas d I.D. de la tubería, pulgadas Presión de entrada, psia Presión de salida, psia Temperatura base, R ° Presión base, psia F R Capítulo III. Diseño de Líneas de Flujo de Líquido y Gas 13 a. CLASES DE ECUACIONES DE FLUJO DE GAS 1. Fórmulas donde el factor de fricción es constante. (Para sistemas de gas a baja presión). 2. Fórmulas donde el factor de fricción es expresado como una función del diámetro. (El más usado). 3. Fórmulas donde el factor de fricción es expresado como una función del número de Reynolds. Ejemplos de las fórmulas clase 2: Ecuación de Weymouth Ecuación de Panhandle Panhandle modificado Estas son las mas extensamente usadas por la industria del gas. ECUACIÓN DE WEYMOUTH ( 500 , 12 ' ' < < P d PSI) 33 . 0 008 . 0 d f = ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) E d GTLZ P P P T 49 . 433 Q 3 / 8 5 . 0 a 2 2 2 1 0 0 ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ − −− − | || | | || | E .. R ° . = Q pies 3 /día a 0 0 & P T = 2 1 &P P Presión. psia = f T Temperatura promedio en el segmento de línea. Diseño de Líneas de Flujo de Líquido y Gas 14 ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ − − = 2 2 2 1 3 2 3 1 m P P 3 2 P −− − −− − == = P P ECUACIÓN DE PANHANDLE ( 500 12 ' ' > > P d psi) ( (( ( ) )) ) 1461 . millas = a Z Factor de compresibilidad promedio evaluado a f m T P & Capítulo III. = d I. | || | \ \\ \ | || | = == = Podemos extender la aplicación incluyendo la compresibilidad del gas.D. . podemos incluir un factor de eficiencia de la tubería.. de la tubería. 0 . millas = L Longitud del segmento de tubería. También. (a veces llamado factor de experiencia – que usualmente varía de 8 . 0 ). . 0 a 95 . | \ | | | .d QG ( (( G 1 LZ T P P P T 87 . 2 510 .. 0 a f 2 2 2 . || \\ || || || . | || \ | | | . 0 5 . | \\ || || || . 6182 4606 5394 a f 2 2 2 1 0788 0 0 | || . 0 961 .. 0 . 2 . 1 | . 0 . . | − −− − \ \\ \ | || | = == = PANHANDLE MODIFICADA ( ) ( ) 01961 .. | \ | | | . 0 1 d QG f = ( (( ( ) )) ) E d G LZ T P P P T 737 Q 530 . | \ | | | . || 52 f 1 = == = ( ) )) ) E d 435 Q . 0 0 | || | || .85 a 0. | \ | | | . parte de las aplicaciones de tuberías. | \\ || || || . | − −− − \ \\ \ | || | = == = Con las mismas En la mayor e 0. | || \ | | | . || 1 | | .95 en CORRECCIÓN POR /" 1 e 2 2 s 2 1 L P e P A Q ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ − −− − = == = Donde: /" 5 2 / 1 a f 0 0 d fZ GT 1 P T 77 .1 02 . ALTURA varía d . 38 A ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ | || | unidades que antes.. el factor E una línea “limpia”. .. 0 s = == = = H Altura de salida menos altura de entrada. pies Y en lo que respecta al factor de fricción? Capítulo III. | || | \ \\ \ | || | = == = = e Base del logaritmo natural 718 . S L 1 e e S L 1 e e S L 1 e L n 1 n n 1 3 2 1 2 1 1 − −− − + ++ + + ++ + − −− − ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) ..| || | . .. .. Diseño de Líneas de Flujo de Líquido y Gas 15 PARA PENDIENTE UNIFORME ( (( ( ) )) ) S L 1 e L s e − −− − = == = PARA PENDIENTE NO-UNIFORME ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) n n s s 3 3 s s s 2 2 s s 1 1 s e S L 1 e e . 2 = a f Z T GH 0375 . 0 = a f n Z T GH S 0375 . S S S S + ++ + + ++ + + ++ + + ++ + = == = CORRECCIÓN POR ALTURA APLICADO A LA ECUACIÓN DE WEYMOUTH ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) E d Z LGT 1 e S e P P P T 49 .. 0 = a f Z T GH S 2 1 0375 .. 0 = a f Z T GH S 3 1 0375 . 433 Q 3 / 8 2 / 1 a f s s 2 2 2 .+ − + − = ++ + −− − ++ + −− − == = − −− − ∑ ∑∑ ∑ + ++ + a f Z T GH S 1 1 0375 . 0 1 = n 3 2 1 S . . | || | \ | = | | . .. APLICACIÓN A LÍNEAS DE GAS COMPLEJAS LÍNEAS EN SERIE ¦ ¦¦ ¦ ¦ ¦¦ ¦ ) )) ) ¦ ¦¦ ¦ ¦ ¦¦ ¦ ` `` ` ¹ ¹¹ ¹ | || | | || | . | \ \\ \ | || | = == = 16 / 3 2 1 2 1 3 / 16 2 1 2 1 L L D D D D .1 0 0 ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ − − | | . . | \\ || == || || .. || − − | | . | \ \\ \ | || | = == = b. || \ | = | | . | −− −− || || . | \ | = | | . Diseño de Líneas de Flujo de Líquido y Gas 16 ¦ ¦ ) ¦ ¦ ` ¹ | | . | \ \\ \ | || | = == = 2060 . || ¦ ¦ ) ¦ ¦ ` ¹ | | .. 4 2 1 2 1 L L D D D D L L PANHANDLE LÍNEAS EN PARALELO (WEYMOUTH) 2 / 1 n 3 / 8 n 2 / 1 2 3 / 8 2 2 / 1 1 3 / 8 1 . || \\ || == || || .. | ¦¦ ¦¦ )) ¦¦ ¦¦ `` ¹¹ || || . | \ | = | | .L L WEYMOUTH Capítulo III. 0 2 1 2 1 854 . . L D L D L D + ++ + + ++ + + ++ + = == = o si las longitudes de cada línea paralela son iguales: ( (( ( ) )) ) 8 / 3 3 / 8 n 3 / 8 2 3 / 8 1 0 D ... . .2 / 1 0 3 / 8 0 L D . D D D + ++ + + ++ + + ++ + = == = Cuando la línea forma un lazo en toda su longitud: ( (( ( ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ | || | ... | || | \ | + 3 1 D D 1 Q Q \\ \ || | ++ + = == = / 8 1 = Q Tasa en la línea original = D Diámetro de la línea original = 1 Q Nueva tasa en el sistema de lazos = 1 D Diámetro de la línea en lazo Cuando solo una porción de la línea forma un lazo: = X fracción de la línea original ( (( ( ) )) ) . 19 5 .D. Expresar como una tubería I. Diseño de Líneas de Flujo de Líquido y Gas 17 10 1 = L millas ' ' 1 5 . 15 2 = L millas ' ' 2 5 .2 3 1 3 3 2 1 D D 1 Q ( ¸ ( / 8 / 8 / 8 D Q 1 (( ( ¸¸ ¸ (( ( ¸ ¸¸ ¸ + ++ + − −− − − −− − = == = EJEMPLO 1: . 17 = D I. (Esto es arbitrario) 10 . 15 . 17 . 15 = D I.Sistema en Serie Capítulo III.D. equivalente de ' ' 5 . 25 3 = L millas ' ' 3 4 .D.D. 19 = D I. .. 14 4 . || \ | = | | . || \ | = | | . 19 5 .5 . 17 25 D D L L 3 / 16 3 / 16 3 e 3 e 3 = == = | || | . . . 17 10 D D L L 3 / 16 3 / 16 1 e 1 e 1 = == = | || | .. | || | \ | = | | . .. | \ \\ \ | || | . | || | \ | = | | .. | \\ || == || || . | \ \\ \ | || | = == = millas 15 2 = e L millas 43 . | \\ || == || || . 19 3 2 1 + + = + + = e e e t L L L L = X 53 . 3 / 16 3 e 3 3 / 16 2 e 2 3 / 16 .. 433 Q ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ − −− − | || | | || | . Entonces. . ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) 3 / 8 2 / 1 a 1 2 2 1 0 0 85 . | || | \ \\ \ | || | = == = Si deseamos reemplazar la línea por una línea de diámetro simple. 48 GTZ P P P T 49 . 14 15 1 . 17 59 .= == = millas 43 . 48 = t L millas de una tuebría equivalente de ' ' 5 . . cuando t L es conocida. 17 . podríamos calcular el diámetro equivalente correspondiente a aquella longitud total. | \ \\ \ | || | = == = Ó ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ + 3 3 3 3 2 2 3 1 1 3 e D ++ + + ++ + = == = / 16 / 16 / 16 / 16 t . || | | . | \ | + | | .. | \ | + | | .1 e 1 D D L D D L D D L | | .. | \ | + | | . | \ | + | | . | t L || || . || \\ || ++ || || .. || \\ || ++ || || . Esta formula esta asociada con los factores mostrados en la Tabla VII. leyes de los gases o problemas de flujo multifásico envueltos en cada problema de flujo encontrado en el campo de operaciones. La Tabla VI es un ajemplo de valores calculados de caida de presión ( y HP) por cada 1000 pies de tubería para petróleo de 30 grados API (SG = 0. además de los ejercicios prácticos de flujo monofásico y multifásicos realizados a mano en clase. los ejercicios hechos a mano. Diseño de Líneas de Flujo de Líquido y Gas 18 ENTONCES.L D L D L D L Capítulo III. La figura 2 es un nomograma basado en la fórmula de Hazen-Williams para la cantidad de flujo de gas a traves de líneas hasta 10 pulgadas.876) fluyendo a través de líneas desde 2 hasta 6 pulgadas. par ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) . además de comprobar igualmente mediante el computador. Sin embargo. se realizarán ejercicios de flujo monofásico y multifásico utilizando modernas herramientas de computación. Tabla similares están disponibles en la literatura para otras gravedades y agua fresca. ( (( ( ) )) ) 16 / 3 3 / 16 3 3 3 / 16 2 2 3 / 16 1 1 t e D L D L D L L D ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ + ++ + + ++ + = == = El alcance de este curso no permite la revisión de toda la hidraúlica. La Tabla V presenta los principios fundamentales y fórmulas necesarias para calcular caidas de presión a traves de líneas de flujo y potencia de bombeo requerido para mover un volúmen de petróleo o agua a traves de la línea. dada una caida de presión. El volúmen de gas que puede ser manejado a traves de varios tamaños de tuberías puede ser calculado por la fórmula de Weymouth. Diseño de Líneas de Flujo de Líquido y Gas 25 Capítulo III. Diseño de Líneas de Flujo de Líquido y Gas 24 Tabla VIII . Diseño de Líneas de Flujo de Líquido y Gas 19 Figura 2 Capítulo III.a tubería nueva. Capítulo III. Diseño de Líneas de Flujo de Líquido y Gas 22 Tabla VIII . Diseño de Líneas de Flujo de Líquido y Gas 26 EJEMPLO 2: . Las Tablas VIII presenta valores de flujo de gas y caida de presión por el método de Weymouth para longitudes de líneas hasta 10 millas. Diseño de Líneas de Flujo de Líquido y Gas 21 Tabla VII Capítulo III. Diseño de Líneas de Flujo de Líquido y Gas 20 Tabla VI Capítulo III. Volúmenes y caidas de presión para longitudes intermedias pueden aproximarse por extrapolación. Diseño de Líneas de Flujo de Líquido y Gas 23 Tabla VIII – 1B Capítulo III.IX Capítulo III. La figura 2 es un nomograma que facilita rápida y facilmente el cálculo del manejo de un volúmen de gas por cada 1000 psi de caida de presión.2 Capítulo III. descrito en la esquina inferior derecha de la Tabla III. para diámetros de tubería hasta 12 pulgadas. De la misma forma para lazos de línea: Primero reducir las líneas paralelas: ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) [ [[ [ 8 / 3 3 / 8 3 / 8 8 / 3 3 / 8 2 3 / 8 1 0 5 . 19 D D D + ++ + = == = + ++ + = == = longitud de millas e equivalent Diámetro D 20 86 . 22 ' ' 0 − = ∴ ] ]] ] Capítulo III. 30 3 = L millas ' ' 3 4 .D. 22 4 . 19 20 D D . 15 = D I.20 1 = L millas ' ' 1 4 . 19 = D I. Diseño de Líneas de Flujo de Líquido y Gas 27 Entonces tenemos: Expresar como una tubería equivalente de ' ' 4 . 15 4 . 8 86 . 19 : (ARBITRARIO) 33 .D. 20 2 = L millas ' ' 2 5 .D. 19 = D I. 38 30 33 . . . Considere el siguiente sistema de gas: Se desea incrementar la capacidad del sistema en un 25 por ciento enlazando toda la distancia (24 millas de lazo). Asuma la eficiencia de la tubería de 90 porciento. La gravedad específica del gas es de 0. y la presión de salida es de 700 de PSIA. La presión de entrada es de 900 PSIA. Capítulo III. en pulgadas. a condiciones bases de 60°F y 14. La temperatura de flujo de gas es de 70°F. 8 L t = == = + ++ + = == = millas de ' ' 4 . Diseño de Líneas de Flujo de Líquido y Gas 28 2. PROBLEMAS CLASE -A Calcular los hp de la bomba requeridos para enviar 1000 barriles por hora a través del siguiente sistema de petróleo.. 33 . | || | \ | = | | . || \ | = | | . La gravedad del petróleo es 35° API y la viscosidad es de 20 centipoise.4 PSIA para el sistema en lazo de la parte I. Use la Ecuación de Weymouth. 19 Entonces entramos en la ecuación de Weymouth. La eficiencia de la bomba es de 88 por ciento.. 19 . ¿Qué diámetro de línea en lazo. PROBLEMA CLASE -B 1. Use la Ecuación de Weymouth. | \ \\ \ | || | = == = millas de la equivalente de ' ' 4 .L 3 3 1 2 1 L / 16 / 16 2 = == = | || | . De esta manera. reducir las líneas paralelas: . | \\ || == || || . en MMCFD. La altura de salida esta 100 pies por debajo de la entrada.63. SOLUCIÓN DE PROBLEMA DE CLASE -A Primero. Calcule la tasa de flujo de gas. La altura de salida es de 2000 pies por debajo de la entrada. se requiere?. 6 0 = d pulgadas y encontrar 0 L : ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) ( (( ( ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ + = ( ¸ ( ++ == (( ¸¸ (( + = ( ¸ ( ¸ ¸¸ ¸ + = 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 ++ + == = / 1 / 5 / 1 / 5 / 5 / 1 / 5 / 1 / 5 ./" 1 2 2 / 5 2 2 / 1 1 2 / 5 1 2 / 1 0 2 / 5 0 L d L d L d + ++ + = == = Seleccionar 065 . 8 . 6 Entonces tenemos: ó. 6 . equivalente al sistema original Capítulo III. Diseño de Líneas de Flujo de Líquido y Gas 29 Calcular el número de Reynolds: µ µµ µ ρ ρρ ρ = == = vd R e 85 . 141 API 5 . 927 . 6 927 . 141 . 6 ó. 0 35 5 . S = == = + ++ + = == = ° °° ° + ++ + . 131 5 . 0 0 = L millas de ' ' 065 .1 2 / 0 2 0 10 065 8 071 065 L d L d d L 5 / 1 . 131 5 . G . 20 = t e L millas de tubería de ' ' 065 . || \ | | | . 0 = = LB/PIES3 ( )( ) 01344 . || \\ || || . | || | \ | | | . | \ | | . | CP SEG PIES LB cp µ \ \\ \ | || | = == = BBL pies 62 . . . 0 12 065 . 1 = Q PIES3/SEG ( (( ( ) )) ) 2006 . | \\ || || || . | \ | | . 6 4 d 4 A 2 2 0 = == = | || | . 5 SEG 3600 HR HR BBL 1000 Q 3 561 .= == = = 0 ρ Densidad de crudo ( ) 04 .. 0 20 = − = LB/PIE-SEG | || | | || | .. 62 85 . . 0 000672 . | || | \ \\ \ | || | π ππ π ... . 53 4 . 782 . 0 f = == = = == = 076 . Diseño de Líneas de Flujo de Líquido y Gas 30 d g fLv 2 P c 2 f ρ ρρ ρ = == = ∆ ∆∆ ∆ ( (( ( ) )) )( (( ( ) )) )( (( ( ) )) )( (( ( ( (( ( ) )) )( (( ( ) )) ) 12 065 . 32 04 .= == = π ππ π = == = pies2 entonces. 7 PIES 2006 . 0 R 04 . 331 P f = == = ∆ ∆∆ ∆ PSF HEAD t f P P P ∆ ∆∆ ∆ + ++ + ∆ ∆∆ ∆ = == = ∆ ∆∆ ∆ − −− − ó HEAD f t P P P ∆ ∆∆ ∆ − −− − ∆ ∆∆ ∆ − −− − = == = ∆ ∆∆ ∆ ( (( ( ) )) ) 5304 PIES 100 PIES ) )) ) ( (( ( ) )) ) . 0 2 P 2 f = == = ∆ ∆∆ ∆ 485 . 1 A Q v 2 3 = == = = == = = == = PIES/SEG De esta manera. 0 e 522 . 7 04 . 6 2 . 7 5280 927 . 0 172 . 53 782 . 6 782 . 53 vd R e = == = µ µµ µ ρ ρρ ρ = == = 522 . 0 12 065 . ( (( ( ) )) )( (( ( ) )) )( (( ( ) )) ) 01344 . 0 SEG PIES 561 . 0 f = == = (para tuberías comerciales) Capítulo III. 15 04 . 20 0076 . 15 R e = == = ( (( ( ) )) ) 172 . . || \ | − − × | . . 331 P ó PSF 181 .LB 04 . | \\ || −− −− ×× || . 1 PIES LB 181 . | \ | | | .. | \ | | | . | || | \ \\ \ | || | = == = LB/PIES 2 Entonces. 53 P 3 HEAD − −− − = == = − −− − | || | .. . 5 HR BBL 1000 HP 6 2 3 | || | . ( (( ( ) )) ) 1 2 t P P PSF 181 . 326 5304 485 . . . || \\ || || || . 0 HR HP LB PIES 10 98 . 326 BBL PIES 62 .. ( (( ( ) )) ) 88 . 326 P P 2 1 = == = − −− − Entonces. | − −− − = == = − −− − = == = − −− − − −− − − −− − = == = \ \\ \ | || | . | || | \ | − − × | . | || | \ \\ \ | || | = == = 1052 HP = == = HP SOLUCIÓN PROBLEMA DE CLASE -B 1. || \\ || ++ || || \ | + | | . | \ | + | | \\ || ++ || || . .| || | . d=? Encontrar 0 d de la línea en serie para 24 = t e L millas 3 / 16 3 e 3 3 / 16 2 e 2 3 / 16 1 e 1 e e e e D D L D D L D D L L L L L 3 2 1 t | || | | || | . | \ | + | | ...24 mi. . | || | \ | + | | . .. .. . Diseño de Líneas de Flujo de Líquido y Gas 31 Resolver para e D : 16 / 3 3 / 16 3 3 3 / 16 2 2 3 / 16 1 1 e e D L D L D L L D r ( (( ( ( (( ( ( (( ( ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ + ++ + + ++ + = == = ( (( ( ) )) ) ( (( ( 16 / 3 3 / 16 3 / 16 3 / 16 e 7 12 8 7 9 ) )) ) ( (( ( ) )) ) . . | || | \ \\ \ | || | = == = + ++ + + ++ + = == = Capítulo III. .. | || | \ | + 3 1 D D 1 Q Q \\ \ || | ++ + = == = / 8 1 ( (( ( ) )) ) ( (( ( ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ | || | | || | . . . .5 24 D ( (( ( (( ( (( ( (( ( (( ¸ ¸¸ ( (( ( ( ( ( ( ¸ ( ¸ ¸¸ ¸ + ++ + + ++ + = == = 489 .. .. . 7 = e D pulgadas para 24 millas Ahora tenemos: ( (( ( ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ | || | . 1 Resolver para 1 D (diámetro del lazo) 453 . 4 1 = D pulgadas Capítulo III.| || | \ \\ \ | || | + ++ + = == = 3 / 8 3 / 8 1 489 . Diseño de Líneas de Flujo de Líquido y Gas 32 2. 7 D 1 Q Q 25 .( (( ( ¸ ¸¸ ¸ ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ + − 2 2 2 P P P 3 2 P ( ( ( ¸ ( ++ + −− − + ++ + = == = 1 1 1 m P P P (( (( (( ¸¸ (( ( ( ( ¸ ( ) )) )( (( ( ) )) ) ) )) ) ¸ ¸¸ ¸ + ++ + − −− − + ++ + = == = 700 900 700 900 . 63 . del cuadro. 0 = A Z ( (( ( ) )) )( (( ( ) )) )( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) )( (( ( ) )) ) 530 865 . 804 ' ' = = = c m R P P P ( ) ' ' = + = c f T T 44 . 0 1 S e − = − = − Ahora convertir el sistema en lazo de la parte 1 en una línea simple equivalente. 1 368 460 10 = R T Entonces. 0 71828 . 0 0 . 0 T Z hG 0375 . 2 1031 . 865 . 0 ' ' = ° = = 20 . 0 2000 0375 . 1 670 2 . tenemos: [ ] 8 / 3 . 0 S f A − −− − = == = = == = 1031 . 804 = Para PSIA P R T G c c 670 368 . 1 902 . 0 63 . De la Parte 1. 0 = = − S e 098 .700 900 3 2 P m PSIA P m 2 . 0 = S ( ) 902 . 433 Q 2 / 1 A f S 3 / 16 S 2 2 2 1 0 0 ⋅ ⋅⋅ ⋅ ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ − − | | .3 / 8 2 3 / 8 1 0 D D d ( 8 / 3 / 0 453 + = ] ) ( ) [ 3 8 3 / 8 . 4 489 .. | −− −− || || . Diseño de Líneas de Flujo de Líquido y Gas 33 ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) E LZ GT 1 e S d e P P P T 49 . 8 0 = d pulgadas para 24 millas equivalentes al sistema en lazo Capítulo III. | \ \\ \ | || | = == = ( (( ( ) )) ) ( (( ( ( (( ( ) )) ) ) )) ) ( (( ( ) )) ) [ [[ [ ] ]] ]( (( ( ) )) ) . 7 + = d 145 . || − − | | . 3 DISCUCIÓN DEL PROGRAMA 1.( (( ( ) )) )( (( ( ) )) )( (( ( ( (( ( ) )) ) 90 .. . 0 098 . | −− −− || . 14 520 49 .1.8 SOLUCION DE PROBLEMAS CON AYUDA DEL COMPUTADOR.2 ECUACION DE WEYMOUTH CON P1 Y P2 1. C. || − − − −− − | ..2 PRESENTACION DEL PROGRAMA FEP (FACILITY ENGINEERING PROGRAM) CARGA DEL PROGRAMA: ARCHIVO FEP.bat DISEÑO DE LÍNEAS DE LÍQUIDO ECUACION DE DARCY ECUACION DE HAZEN-WILLIAMS 1.1 B.4 SELECCIÓN DE LA ECUACION ADECUADA. 1. 14 PSIA APENDICE: LABORATORIO DE COMPUTACION A.1. | ) )) )( (( ( ) )) )( (( ( ) )) ) \ \\ \ | || | = == = 27 . 0 145 .1 ECUACION DE OLIPHANT 1.DISEÑO DE LÍNEAS DE GAS 1.5 SOLUCION DE PROBLEMAS CON AYUDA DEL COMPUTADOR. 433 Q 2 / 1 3 / 16 2 2 ⋅ ⋅⋅ ⋅ ( (( ( ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ − − | . Diseño de Líneas de Flujo de Líquido y Gas 34 1.3 ECUACION DE WEYMOUTH CON CAIDA DE PRESION 1. 8 902 . 0 865 .5 ECUACION DE AGA (EXXON) 1. 0 700 900 4 . 28 Q = == = MMCFD a F 60° °° ° & 4 .6 DISCUSIÓN DEL PROGRAMA Capítulo III.7 SELECCIÓN DE LA ECUACIÓN ADECUADA. 0 24 530 63 .1 1. 0 1031 . 1.4 ECUACION DE PANHANDLE 1. es un incremento en la capacidad de gas del separador. impartiendo al fluido un movimiento centrífugo que ocasiona que el líquido choque con las paredes del recipiente y caiga por gravedad. El efecto neto de un incremento en la presión. es una disminución en la capacidad de separación. leyes físicas y accesorios utilizados para separar el gas del líquido son la gravedad. un cambio en esta presión.. grado de agita ción del fluido. Los controles de temperatura generalmente involucran sistemas de enfriamiento. El nivel de líquido del separador es controlado po r una válvula flotante y una válvula tipo “back pressure” a la salida del separa dor. volúmenes de gas y petróleo. etc. El efecto neto de un incremento de la temperatura. la velocidad de los fluidos y el volumen actual de la mezcla. choca con los deflectores y pla tos. las fuerzas centrífugas. DIAGRAMA DE FASES Y FACTORES QUE AFECTAN EL PROCESO DE SEPARACION. La presión de operación de un separador depende tanto de la presión fluyen te del tubing del pozo (THP). Otro efecto aprovechado para separar el líquido del gas. b. a. Los separadores son construidos de tal forma que el fluido entre produciendo un movimiento rotacional. PRINCIPIOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS DE HIDROCARBUROS Los principios básicos. torres de enfriamiento. los cuales generalmente van acompañados de intercambiadores de calor. De acuerdo con el diagrama de fases. diseño del equipo. extractores de neblina. área de la interfase gas-líquido. A medida que el líquido cae. el efecto de deflec tores y platos perforados o mallas. También. es el efecto de mojamiento. las caídas de presión a través de pequeños orificios de coladores ocasiona que el líquido caiga. afecta las densidades de gas y de líquido. solamente si afecta el volumen actual de la mezcla y las densidades del gas y el líquido. como de la relativa cantidad de gas natural presente en la fase líquida. las propiedades físicas de la mezcla. el cual consiste en la propiedad que poseen las pequeñas gotas del líquido de adherirse a deflectores y platos por adhesión y capilaridad.1. DISEÑO DE SEPARADORES 4. El gas sale por el tope y el líquido por el fondo. La composición de las mezcla multifásica. La temperatura afecta la capacidad del separador. produciéndose por agitación separaciones ulteriores.SEPARADORES. cantidad y Diseño de Separadores Gas Líquido 2 tipo de agua y grado de emulsión de la mezcla. son en general los factores a . controla la presión de salida del mismo.1 IV. la tasa de flujo. haciendo énfasis en la separación vapor-líquido. NIVELES Y ETAPAS DE SEPARACION Para obtener una separación mas eficiente y completa. Diseño de Separadores Gas Líquido 4 e. 4. 1. Estas mezclas pueden estar formadas por: una fase vapor y una líquida. una fase vapor y dos líquidas o alguna otra combinación de las anteriores. SEPARADORES FÍSICOS Prácticamente cada proceso en la industria petrolera requiere de algún tipo de separación de fases. la fuerza de gravedad y la coalescencia.considerar en un proceso de separación gas-petróleo. 2 o mas separadores se conectan en serie. PRINCIPIOS DE SEPARACIÓN En el diseño de separadores es necesario tomar en cuenta los diferentes estados en que pueden encontrarse los fluidos y el efecto que sobre és tos puedan tener las diferentes fuerzas o principios físicos. CONSIDERACIONES BÁSICAS d. dos fases líquidas inmiscibles (aceite/agua). Un diseño inadecuado puede crear un cuello de botella que reduzca la capacidad de producción de la instalación completa.. El líquido saliendo de cada separador. pero siempre las fases de los fluidos deben ser inmiscibles y de diferentes densidades para que ocurra la separación. Este sistema es usado en aquellos lugares donde es preferible tener p equeñas cantidades de gas en solución en la fase de petróleo o un pequeño destilado en la corriente de gas. líquidos o sólidos son: el momentum ó cantidad de movimiento. Estas separaciones múltiples. Diseño de Separadores Gas Líquido 3 Para mejorar la separación y recuperación máxima de líquidos. experimenta una separación de gas. lo que se cono ce como etapas o niveles de separación o separación en múltiples etapas.2. y los fundamentos teóricos que rigen el diseño de los mismos. descripción de los diferentes tipos de separadores e internos que lo conforman. la instalación de depuradores de gas o “scrubber” y el enfriamiento del gas. SEPARACIÓN VAPOR LÍQUIDO b. líquido–líquido y líquido–líquido–vapor. tales como: principios básicos de la separación de mezclas.Momentum (Cantidad de Movimiento): Fluidos con diferentes densidades tienen diferentes momentum.DISEÑO GENERAL DE SEPARADORES GAS-LÍQUIDO. puede combinarse con las etapas de separación. operacionalmente eficie ntes. debido a que estos tipos de recipientes son normalmente los equipos iniciales en mu chos procesos. ALCANCE Presentar los conceptos requeridos en el diseño de recipientes separadore s de mezclas de vapor–líquido. dan como resultado productos líquidos de calidad y gas seco. cada vez que se reduce la presión en la etapa subsiguiente. a. reduciéndose la presión en cada etapa. Toda separación puede emplear uno o más de estos principios. Los principios fundamentalmente considerados para realizar la separación física de vapor. c. Si una corriente de dos fases . una fase vapor y una sólida. El diseño apropiado de los separadores es de suma importancia. c. El término separador es aplicado a una gran variedad de equipos usados para separar mezclas de dos o más fases.. este fenómeno provoca la separación. 1) donde: En unidades SI En unidades Inglesas V t = Velocidad terminal de la gota de Líquido m/s pies/s g = Aceleración de la gravedad 9. Es tas fuerzas definen la velocidad terminal. cuando la fuerza gravitacional que actúa sobre las gotas de líquido es mayor que la fuerza de arrastre del fluido de gas sobre la gota.Fuerza de Gravedad: Las gotas de líquido se separan de la fase gaseosa. 2. el fuerte momentum o la gran velocidad adquirida por las fases.. no permiten que la partículas de la fase pesada se muevan tan rápidamente como las de la fase liviana. la cual matemáticamente se presenta usando la ecuación siguiente: ( (( ( ) )) ) ´ C 3 d 4 V g g l g g t ρ ρρ ρ ρ ρρ ρ − −− − ρ ρρ ρ = == = (Ec.cambian bruscamente de dirección.174 pie/s 2 dg =Diámetro de la gota m pies Diseño de Separadores Gas Líquido 5 En unidades SI En unidades Inglesas ρ g = Densidad del gas kg/m 3 lb/pie 3 ρ l = Densidad del líquido kg/m 3 lb/pie .807 m/s 2 32. 174 pie/s 2 ρ = Densidad de fase pesada kg/m 3 lb/pie 3 ρ L = Densidad de fase liviana kg/m 3 lb/pie 3 µ = Viscosidad de la fase continua g mPas lb/pie/s . aplica la ley de Stokes (Ec.3 C´ = Coeficiente de arrastre que depende del Número de Reynolds Adimensional Para caso de decantación de una fase pesada líquida discontinua en una fase liviana líquida continua.2) donde: En unidades SI En unidades Inglesas V t = Velocidad terminal de decantación m/s pies/s d g =Diámetro de la gota m pies F 1 = Factor cuyo valor depende de las unidades usadas 1000 1 g = Aceleración de la gravedad 9. 2). ( (( ( ) )) ) µ µµ µ ρ ρρ ρ − −− − ρ ρρ ρ = == = 18 gd F V L P 2 g 1 t (Ec.807 m/s 2 32. EFICIENCIA DE LA SEPARACIÓN La eficiencia de separación del líquido se define según la Ec. ( (( ( ) )) ) F .g 2 F ρ ρ = l c V ρρ ρ ρρ ρ − −− − ρ ρρ ρ == = (Ec.048 0. por lo tanto. no es necesario considerar un sobrediseño en el dimensionamiento de tales tambores.157 3. Si se predicen flujos mayores al 150%.(4).el diseño del tambor debe considerar dicho aumento. f..Flujo Normal de Vapor: El flujo normal de vapor (o gas). en ausencia de perturbaciones tales como las que aparecen a consecuencia de inestabilidades del proceso o a pérdidas de la capacidad de condensación aguas arriba del mismo). es la cantidad máxima de vapor alimentada a un separador a condiciones típicas de operación (es decir. Los separadores son altamente efectivos para flujos de vapor del ord en de 150% del flujo normal y. 3) donde: Diseño de Separadores Gas Líquido 6 En unidades SI En unidades Inglesas V c = Velocidad critica m/s pies/s ρ l = Densidad del líquido a condiciones de operación kg/m 3 lb/pie 3 ρ g = Densidad del vapor a condiciones de operación kg/m 3 lb/pie 3 F 2 = Factor cuyo valor depende de las unidades usadas 0. conocidos popularmente como “demisters” ó “Mallas” – Rompe vórtices: Están adosados internamente a las boquillas de líquido. Entre los internos más usados se tienen: – Deflectores / Distribuidores / Ciclones de entrada: Estos aditamentos internos adosados a la(s) boquilla(s) de entrada. destacan las mallas de alambre ó plástico. INTERNOS Para ayudar al proceso de separación y/ó impedir problemas de operación agu as abajo del equipo separador. – Eliminadores de Niebla: Los eliminadores de niebla son aditamentos par a eliminar pequeñas gotas de líquido que no pueden ser separadas por la simple acción de la gravedad en separadores vapor–líquido. las dimensiones del equipo mismo.Separadores horizontales Otra clasificación sería de acuerdo a la manera de inducir físicamente la separación: – Separadores por gravedad (típico separador vertical gas–líquido) Diseño de Separadores Gas Líquido . y su función es evitar el arrastre de burbujas de vapor/gas en la corrie nte líquida que deja el tambor. reduciendo posiblemente el tamaño de la boquilla de entrada y. en cierta medida. CLASIFICACIÓN Y DESCRIPCIÓN DE LOS SEPARADORES Los separadores pueden clasificarse. h. un patrón de flujo dentro del recipiente que facilite la separación final de las fases. dentro del tambor se incluyen ciertos aparatos. además de generar (en el caso de los distribuidores). y así producir la primera separación mecánica de las fases. según su forma en: – Separadores cilíndricos – Separadores esféricos – Separadores de dos barriles También los separadores cilíndricos pueden clasificarse según su orientación en: – Separadores verticales . 4) donde: En unidades SI En unidades Inglesas E = Eficiencia de separación. se emplean para producir un cambio de cantidad de movimiento o de dirección de flujo de la corriente de entrada. los cuales serán conocidos genéricamente como “Internos”. Entre los diferentes tipos existentes. % F = Flujo del líquido alimentado al tambor kg/s lb/h C = Líquido arrastrado hacia la cabecera del tambor kg/s lb/h Diseño de Separadores Gas Líquido 7 g.C F 100 E − −− − = == = (Ec. si la velocidad de flujo de la fa se liviana excede levemente la velocidad de decantación de la fase pesada. y para la instalación física de la instrumentación de control. algunas veces. la fase pesada decanta en dirección opuesta al flujo vertical de la fase liviana. Como ejemplos de separadores verticales. obliga a tener excesivos tamaños de recipientes. permitiendo que la fase liviana continua pueda viajar a una velocidad superior a la velocidad de decantación de la fase pesada discontinua (hasta un cierto límite). ! Requieren de mucho espacio vertical para su instalación ! Fundaciones más costosas cuando se comparan con tambores horizontales equivalentes. ! Ocupa poco espacio horizontal ! La capacidad de separación de la fase liviana no se afecta por variaciones en el nivel de la fase pesada. ! Facilidad en remoción de sólidos acumulados. fuertes variaciones en la entrada de líquido.Separadores por fuerza centrífuga (separadores centrífugos) A continuación se hace una breve descripción de algunos de estos tipos d e separadores y. 1) En estos equipos. Por consiguiente. . ! Mayor facilidad. por lo tanto. a menos que esta fase pesada coalesca en una gota más grande. para evitar la formación de espuma en el absorbedor. se incluye calentamiento por trazas de la salida vapor para evitar condensación en la línea ! Tambor de la alimentación al Absorbedor de Gas Ácido: Se requiere una separación líquido–vapor muy eficiente. Estos tambores KO se diseñan para incluir malla separadora de gotas y. no se producirá la separación de fases. ! Requieren mayor diámetro. que un tambor horizontal. se presentan algunas ventajas y desventajas.Separador horizontal (fig. Desventajas ! El manejo de grandes cantidades de líquido. . tamaños grandes de tambores verticales. cuando se selecciona esta configuración.8 – Separadores por impacto (separadores de filtro) . que un tambor horizontal. se requieren grandes volúmenes de líquido y. en el caso de los separadores más usados (verticales y horizontales). para el control del nivel del líquido. o quiere desgasificarse líquido ya recolectado. la fase pesada decanta perpendicularmente a la dirección horizontal de flujo de la fase liviana. alarmas e interruptores. para una capacidad dada de gas.Separadores Verticales (fig. Diseño de Separadores Gas Líquido 9 ! Cuando hay formación de espuma. Entre las ventajas y desventajas del separador vertical están: Ventajas ! Normalmente empleados cuando la relación gas o vapor–líquido es alta y/o cuando se esperan grandes variaciones en el flujo de vapor/gas. tenemos: ! Tambor de succión de compresor: Se requiere una separación líquido–vapor muy eficiente. 1 y 3) En estos equipos. Entre las ventajas y desventajas de este tipo de separadores están: Ventajas . especialmente para tambores asociados a compresores reciprocantes. ó separación líquido–líquido. por arrastres de sólidos ó productos de corrosión). ! Requieren de poco espacio vertical para su instalación. para así evitar arrastre de gotas de material hidrocarburo que arderían en el mechurrio asociado. tenemos: ! Separadores de producción: (también conocidos como Tambores “Free Water Knock Out” (FWKO)). se requiere de inyección de químicos desemulsificantes y rompedores de espuma. 4. el cual es capaz de retener pa rtículas de líquido hasta tamaños de submicrones. Diseño de Separadores Gas Líquido 11 La eficiencia de un separador de filtro depende mayormente del diseño apropiado del empaque del filtro y que este produzca una caída de presión mínima. especialmente cuando el gas fluye hacia un compresor.Se requiere de una separación vapor–líquido razonablemente buena. ! Tambores de alivio: .Separador de filtro (Fig. El aglomeramiento más común y eficiente está compuesto de un medio filtrante tubular de fibra de vidrio. El gas fluye dentro de la parte superior del empaque del filtro. ! Manejan grandes cantidades de líquido. fuertes variaciones en la entrada de líquido. pasa a través de los elementos y luego viaja hacia afuera por medio de los tubos. mientras retiene una eficiencia de extracción. ! Requieren menor diámetro.Separador Centrífugo (Fig. ! Difícil remoción de sólidos acumulados (Necesidad de inclinar el recipiente ó añadir internos como tuberías de lavado) Como ejemplo de separadores horizontales. ! Por lo general. optimizando el volumen de operación requerido. para una capacidad dada de gas. . ! Fundaciones más económicas que las de un tambor vertical equivalente. son retenidas en los elementos filtrantes y el líquido se aglutina para formar gotas más grandes. pero son muy sensibles a la tasa de fl ujo y requieren una mayor caída de presión que la configuración estándar de un separador. Muy a menudo.) Los separadores de filtro usan el principio de aglomeramiento de goticas de líquido en un medio filtrante seguido por un elemento eliminador de niebla. ! Ocupan mucho espacio horizontal. debe ser razonablemente buena para evitar sobrecargar los equipos aguas abajo de tratamiento de agua. . Las partículas pequeñas secas (si l as hay. se requiere de un separación vapor–líquido eficiente. Diseño de Separadores Gas Líquido 10 Desventajas ! Variaciones de nivel de la fase pesada afectan la separación de la fase liviana. Los separadores filtro son utilizados en aplicaciones de alto flujo de gas / .! Normalmente empleados cuando la relación gas ó vapor–líquido es baja. 5. son más económicos.) Ofrecen un espacio eficiente. Además la separación del aceite o petróleo de la fase acuosa (Separador líquido–líquido–vapor). ! Los volúmenes de retención facilitan la desgasificación de líquido y el manejo de espuma. si se forma. ó separación líquido–líquido. además que podrían caer gotas de material ardiendo desde el mechurrio. que un tambor vertical. ya que dichas gotas producirían una excesiva radiación en el mechurrio. generando posibles emergencias. El diseño y forma del deflector depende principalmente del soporte requerido para resistir la carga de impacto a la cual es sometido.) Los deflectores tienen una gran variedad de formas. ! Coalescencia de gotas muy pequeñas: Para separaciones vapor– líquido. como un despojador final aguas arriba de la to rre contractora de glicol y en aplicaciones de gas de instrumentación / combustible. ! Reducción mecánica de formación de espuma: placas rompe espuma. ayudan a una distribución pareja de las fases en el área disponible de flujo.Deflectores (Fig 6. Estas fuerzas de impacto pueden llegar a desprender el elemento y ocasionar serios problemas de arrastre.. 3. Para efectos prácticos. o semiesfera.Distribuidores de entrada (Fig 6. por los cuales salen las dos fases a una baja velocidad. distribuidores de entrada). además. ángulo. pueden ser de placa. A continuación se presenta una breve descripción de algunos ejemplos de internos: Diseño de Separadores Gas Líquido 12 1. etc). que favorece la separación de la mismas. to das con el objetivo de mejorar la separación de las fases y/o garantizar u na operación confiable y segura de los equipos aguas abajo. Entre tales funciones están: ! Separación primaria de las fases: Reducción del momentum de las fases o cambio en la dirección del flujo de las mismas (deflectores. el tipo de deflector a usar (cuando no se empleen distribuidores) es el codo de 90 . Esta chimenea produce una alta velocidad y una gran caída . Estos aparatos. los cuales tienen ranuras ú orificios.Ciclones (Fig 7. los platos o esponjas coalescedoras ! Reducción del arrastre de burbujas de vapor/gas en la salida de líquido: rompe vórtices. los eliminadores de niebla (mallas de alambre.) Los distribuidores son aditamentos de tubería internamente colocados perpendicularmente a la boquilla de entrada. codo de 90 . DESCRIPCIÓN DE LOS INTERNOS DE UN SEPARADOR Los internos de un separador prestan una gran variedad de funciones. se busca reducir el tiempo en que una gota de la fase pesada discontinua alcance la interfase pesada–liviana (placas de decantación). Para lograr este efecto se coloca una chimenea ciclónica cerca de la boquilla de alimentación. Son utilizados comúnmente a la entrada de los compresores en las estaciones compresoras. ! Reducción en oleaje o salpicaduras: evita o reduce el “re–arrastre” de gotas de líquido por la corriente de vapor o reduce la turbulencia en separaciones líquido–líquido (planchas rompe olas).bajo flujo de líquido y pueden tener ambas configuraciones horizontal o vertical. ! Limpieza interna de recipientes: Cuando se espera una deposición continua de sólidos que no pueden ser fácilmente removibles ! Reducción del tiempo de decantación: en el caso de separaciones líquido–líquido.. laberinto de aletas. Para separación líquido–líquido.. 2. cono. i.) Los ciclones funcionan de forma que la separación mecánica se efectúa por la fuerza centrífuga que actúa sobre las partículas al provocar el movimiento giratorio sobre la corriente de alimentación. . Por otra parte. es que si hay sólidos pegajosos en la corriente de gas ó es un servicio sucio. mientras que las partículas líquidas por efecto de la diferencia de densidades salen desprendidas de la corriente la fuerza centrífuga aplicada sobre ellas debido a la rotación. con un espesor entre 3 y 7 pulgadas y densidad entre 10 y 12 lb/pie3.Eliminador de niebla tipo aleta (Fig 7. ! El flujo de gas sea restringido como consecuencia de esta acumulación. con una series de bolsillos recolectores de líquido. Este elemento retiene las partículas líquidas hasta que adquieren un tamaño suficientemente grande como para que el peso supere tanto la tensión superficial como la acción de arrastre producida por el gas. puede suceder que: ! El líquido no pueda abandonar el elemento y se acumule en éste. obligando al cambio frecuente del mismo y generando caídas de presión de hasta 140 pulg de agua. Si no son especifi cados apropiadamente. Estos eliminadores tienen la ventaja de que producen una baja caída de presión. 4. Estos elementos tienen forma de ciclón. en el área libre del eliminador existe flujo en dos sentidos.de presión. el sistema es más propenso a obstruirse.) Los eliminadores tipo aleta consisten en un laberinto formado por láminas de metal colocadas paralelamente. un cilindro hueco con aberturas que permiten la entrada de la corriente en forma tangencial. cuando la velocidad es muy alta se Diseño de Separadores Gas Líquido 13 produce abrasión y desgaste excesivo.. ! La caída de presión llegue a tal valor que el líquido sea expulsado aguas abajo del separador. Posee una de las más altas eficiencias de remoción y es preferido debido a su bajo costo de instalación.) Descrito en general como “demister” ó “Malla de Alambre”. Su principal uso se limita a corrientes formadas básicamente por gas o cuando la diferencia de densidad relativa entre las fases es pequeña. como por ejemplo en los separadores de estaciones de flujo. La desventaja principal respecto a los otros tipos de eliminadores radica en el hecho que el gas es forzado a pasar a través de éstos por los mismos canales por los que e l líquido es drenado bajo la influencia de la gravedad.Eliminador de niebla tipo malla (“Mallas”) (Fig 7. Estos dispositivos producen la separación debido a un cambio en la cantidad angular de movimiento de la corriente bifásica. es decir. normalmente de acero inoxidable empacado en forma de esponja cilíndrica. 5. El gas gira en torno al eje del cilindro y abandona la parte superior. ocasionando arrastre. por esta razón no son recomendados cuando el flujo de alimentación es variable. consiste en un filtro trenzado de alambre. Cuando este cae por debajo de los valores recomendados por el fabricante. Un aspecto importante respecto a estos eliminadores es que la eficiencia de separación depende mucho de la velocidad del gas y por lo tanto de l caudal manejado. es decir. golpeando las paredes del elemento y goteando por la parte inferior. la eficiencia de separación disminuye drásticamente. . ! La desventaja con respecto a otros eliminadores de niebla. y son altamente efectivos si la velocidad del vapor puede mantenerse dentro de un rango apropiado. mientras que las partículas líquidas tienden a seguir en línea recta y son atrapadas en los bolsillos del eliminador.) Consiste en una serie de placas paralelas longitudinales direccionadoras del flujo. 6.El gas es conducido entre las placas.Placas rompe – espumas (Fig. Para solventar este problema es usual dotar a los recipientes de elementos que obstruyan o dificulten la formación de remolinos. colocadas en la zona de retención de líquidos de los separadores horizontales. debido a que se construyen en forma compacta no son propensos a desarmarse.Rompe – vórtices (Fig.. se debe evitar la propagación de las ondulaciones y los cambios de nivel en dirección longitudinal que son producidos por la entrada súbita de tapones de líquido dentro del separador.. coalescen y son conducidas en dirección perpendicular al flujo de gas hasta el fondo del recipiente. 8.. Adicionalmente. en Diseño de Separadores Gas Líquido 14 consecuencia la eficiencia de separación con respecto al eliminador tip o malla aumenta considerablemente. Estas placas evitan que las burbujas de gas que ascienden a través del líquido colapsen y produzcan la agitación necesaria para formar la espuma.Rompe – olas (Fig. Dichas placas son de gran utilidad para las labores de control de nivel. 8. por lo cual estos equipos son muy útiles cuando se efectúan paradas por mantenimiento. además su alto costo en relación a los otros tipos de eliminadores. Las ventajas de este eliminador son su alta eficiencia y durabilidad. 7. 8. con un sistema interno de Diseño de Separadores Gas Líquido 15 tuberías que permitan la inyección de agua. es recomendable adecuar tanto el separador horizontal como el vertical.Tuberías internas (Fig.) Cuando se manejan crudos y productos sucios. vapor o solventes para elim inar las impurezas que se depositan en el equipo durante su operación o para desplazar a los hidrocarburos antes de proceder a la apertura del recipiente. 8. conocidas como rompe–olas. 9. evitando medidas erróneas producto del oleaje interno. Problemas Operacionales Típicos a Tomar en Cuenta en el Diseño . lo cual es indeseable sobre todo desde el punto d e vista de seguridad. j. 8. Una característica de este elemento es que el líquido recolectado no es drenado en contracorriente al flujo de gas. Una vez allí. Este efecto en separadores ocasiona el escape de la fase de vapor por la boquilla d e desalojo de líquido.) Cuando se tienen separadores horizontales muy largos. sometido a sucesivos cambios de dirección. se pueden producir condiciones que originen la formación de un remolino. Para eliminar dichas ondulaciones es usual colocar placas en sentido transversal al separador. Las desventajas son su susceptibilidad a taponarse cuando manejan crudos parafinosos o asfalténicos..) Cuando un liquido es drenado de un recipiente. debido al ensuciamiento o incrustación de los elementos internos. Obviamente la presencia del flujo avance requiere incluir placas rompe olas en el separador.Rompe – olas (Fig. 8. . si se sabe que la espuma es un problema antes de instalar el recipiente. Cualquier información que pueda obtenerse sobre la dispersión de espuma por análisis de laboratorio. por lo cual estos equipos son muy útiles cuando se efectúan paradas por mantenimiento.Materiales pegajosos Alimentaciones con materiales pegajosos. Para eliminar dichas ondulaciones es usual colocar placas en sentido transversal al separador.Flujo de avance Algunas líneas de flujo bifásico muestran la tendencia a un tipo de fluj o inestable.) Cuando se manejan crudos y productos sucios. pueden incorporarse deflectores de espuma como el método más económico de eliminar el problema. Generalmente.– Obtención de la información de proceso (propiedades de las corrientes) y de la función que se espera realizar. Paso 1. 8. De acuerdo a los procedimientos que se presentarán en los documentos siguientes.) Cuando se tienen separadores horizontales muy largos. se requiere obtener la siguiente información: Información Vapor/gas Líquido(s) General Densidad X X Viscosidad X X Tensión superficial X Flujo (másico o volumétrico) X X Presión de operación X Temperatura de operación X Material pegajoso? X Arrastre de sólidos? X Variaciones fuertes en el flujo de vapor/gas? X . de oleaje.. Un caso específico de esta situación son los separadores de Producción (gas–petróleo o gas–petróleo–agua). Sin embargo en algunos casos puede ser necesario resolver un problema en particular. con un sistema interno de tubería s que permitan la inyección de agua. antes del diseño del separador es de mucha ayuda. conocidas como rompe–olas. que se denomina flujo de avance.Tuberías internas (Fig. usando soluciones más efectivas como agregar longitud extra al recipiente o usar aditivos químicos. vapor o solventes para eliminar las impurezas que se depositan en el equipo durante su operación o para desplazar a los hidrocarburos antes de proceder a la apertura del recipiente. . evitando medidas erróneas producto del oleaje interno Diseño de Separadores Gas Líquido 16 . como es el caso de crudos parafinosos.Guía a Seguir para todo Tipo de Separadores La siguiente metodología es con la finalidad de ser utilizada como una guía general para el diseño de separadores. . es recomendable adecuar tanto el separador horizontal como el vertical. pueden presentar problemas operativos.Formación de espuma La tendencia a formar espuma de una mezcla vapor–líquido o vapor– líquido–líquido afectará severamente el desempeño del separador. Dichas placas son de gran utilidad para las labores de control de nivel. se debe evitar la propagación de las ondulaciones y los cambios de nivel en dirección longitudinal que son producidos por la entrada súbita de tapones de líquido dentro de separador. . – Definición del tipo de separador y de servicio Recomendación de Tipo de Separador Situación Vertical sin Malla Vertical con Malla Horizontal sin Malla Horizontal con Malla Alta relación Vapor/líquido Muy recomendable Muy recomendable Moderado Moderado Alto “tumdown” de flujo de gas Muy recomendable Muy recomendable Moderado Moderado Baja relación vapor/líquido Moderado Moderado Muy recomendable Muy recomendable Alto “tumdown” de flujo líquido Moderado Moderado Muy recomendable Muy recomendable Presencia de sólidos. materiales pegagosos Recomendable Moderado: considerar internos especiales Moderado: Considerar internos especiales/ inclinación Moderado: Considerar internos especiales/ inclinación Separación .Variaciones fuertes en el flujo de líquido(s) x Diseño de Separadores Gas Líquido 17 Paso 2. de salida de gas y de los internos (cuando aplique) k.– Dimensionamiento del tambor a través del calculo de: • Velocidad crítica del vapor • Área de flujo de vapor requerida disponible • Relación L/D • Volumen de retención de líquido en el tambor • Niveles bajo–bajo. alto–alto del líquido.– Definición y dimensionamiento de las boquillas de entrada y de salida Paso 6. alto.– Especificación de los internos faltantes del separador Paso 7.– Cálculo de la caída de presión del equipo: como la suma de la caída de presión de la boquilla de entrada.líquido-líquido solamente No recomendable No recomendable Recomendable No aplica Separación líquido-líquidovapor Moderado Moderado Muy recomendable Muy recomendable Limitaciones en área de planta Recomendable Recomendable No recomendable No recomendable Limitaciones en espacio vertical o altura No recomendable No recomendable Recomendable Recomendable Paso 3. • Diseño/especificación de Internos que afecten el diseño de Proceso del recipiente Diseño de Separadores Gas Líquido 18 • –Volumen del tambor Paso 5. bajo. añadir nivel bajo y nivel alto de interfase.– Localización de los criterios de diseño típicos para el servicio en cuestión. Nomenclatura En unidades SI En unidades Inglesas C = Líquido arrastrado hacia la cabecera del tambor kg/s lb/s C´ = Coeficiente de arrastre que depende . cuando se trate de separadores vapor líquido. Para separación vapor–líquido– líquido. criterios y consideraciones adicionales y la configuración del tambor: Paso 4. % F = Flujo de líquido alimentado al tambor.807m/s 2 32.del Número de Reynolds. kg/s lb/s F 1 = Factor cuyo valor depende de las unidades usadas (Ec. 2) 1000 1 F 2 = Factor cuyo valor depende de las unidades usadas (Ec. m pie E = Eficiencia de separación. m/s pie/s µ = Viscosidad de la fase continua mPas/s lb/pie/s ρ g = Densidad del gas kg/m 3 lb/pie 3 ρ l = Densidad del líquido kg/m 3 lb/pie 3 ρ = Densidad de la fase pesada kg/m 3 lb/pie 3 ρ L = Densidad de la fase liviana kg/m 3 lb/pie 3 .157 g = Aceleración debido a la gravedad 0.174 pie/s 2 V c = Velocidad crítica m/s pie/s V t = Velocidad terminal de la gota del líquido. velocidad terminal de decantación. 0. Adimensional dg = Diámetro de gota. 3).048 0. 1 Separadores de Gas-Líquido Diseño de Separadores Gas Líquido 21 Fig.. 8. 5 Separador Filtro Diseño de Separadores Gas Líquido 25 Fig. 4. Tipos de deflectores y distribuidores Diseño de Separadores Gas Líquido 26 Fig. Separador Centrífugo Diseño de Separadores Gas Líquido 24 Fig. 2.APENDICE Figura 1 Separadores gas–liquido Figura 2 Separador vertical Figura 3 Separador horizontal Figura 4 Separador centrifugo Figura 5 Separador filtro Figura 6 Tipos de deflectores y distribuidores Figura 7 Tipos de eliminadores de niebla Figura 8 Otros internos Diseño de Separadores Gas Líquido 20 Fig. Separador Vertical NAAL: NIVEL ALTO-ALTO NAL : NIVEL ALTO DE NBL : NIVEL BAJO DE NBBL: NIVEL BAJO-BAJO Diseño de Separadores 22 DE LÍQUIDO LÍQUIDO LÍQUIDO DE LÍQUIDO Gas Líquido Fig. 6. Tipos de Eliminadores de Niebla Diseño de Separadores Gas Líquido 27 Fig. Separador Horizontal Diseño de Separadores Gas Líquido 23 Fig. 3. Otros Internos Diseño de Separadores Gas Líquido . 7.Diseño de Separadores Gas Líquido 19 4.12. 2. etc. se han identificado ciertos se rvicios normalmente requeridos en plantas de refinerías. ! Tambores separadores para la succión e interetapas de compresores. velocidad de diseño dela zona del vapor/gas. CONSIDERACIONES DE DISEÑO 1. etc.. ! Tambores de vapor para servicios de calderas. Sin embargo. Tales servicios son: ! Tambores de abastecimiento de líquido y tambores de destilado.3. este documento ofrece un resumen de los criterios de diseño a aplicar en la Tabla (Criterios de Diseño típicos para algunos servicios específicos).Área de flujo de vapor . principalmente para operaciones de Refinación y manejo de Gas en la INDUSTRIA. para ciertos servicios específicos. o de producción. ALCANCE Se cubrirá el cálculo de proceso de tambores separadores vapor líquido horizontales y verticales. Además. a. que permitirán el desarrollo de los criterios de diseño para el ca so particular bajo escrutinio. ! Separadores de aceite lubricantes para la descarga de compresores. Si el caso bajo estudio cae dentro de alguna de las descripciones ya presentadas. ! Tambores de recolección central de gases combustibles. Diseño de Separadores Gas Líquido 29 ! Separadores de alta presión.. que representan la mayoría de operaciones de separación vapor–líquido en la INDUSTRIA. se presentarán criterios. incluyendo el diseño/especificación de boquillas de proceso de internos necesarios para una operación confiable del equipo con respecto a la instalación donde está presente. figuras ilustrativas. ya sean verticales u horizontales. Para facilitar el uso de este procedimiento. y tiempos de retención necesarios para el funcionamiento de alarmas y/o interruptores de nivel para proteger equipos y/o instalaciones aguas abajo del separador.SEPARADORES VERTICALES LÍQUIDO VAPOR CILÍNDRICOS El objetivo de este punto es entregar suficiente información para el Di seño de procesos completo de Separadores Líquido–Vapor cilíndricos.. b. ! Tambores de separación de agua. se presentarán lineamientos precisos para fijar el tiempo de residencia y/o volumen de operación po r requerimientos de proceso. ! Tambores de descarga. ! Tambores separadores de gas combustible localizados aguas arriba de hornos.28 4.Servicio a prestar La necesidad de un tambor separador aparece para cumplir una etapa dentro de un proceso de refinación de petróleo. tales como: Orientación del tambor. ! Tambores separadores de alimentación para depuradores de MEA. ! Tambores alimentados solamente de descargas de válvulas de alivio. puede que el caso bajo estudio no esté dentro de los servicios específicos: a lo largo de este documento. tiempo de residencia de operación. recomendaciones. etc.. Tal velocidad no está relacionada con la velocidad sónica. 41)). 11) donde: En unidades SI En unidades Inglesas V C = Velocidad critica m/s pie/s ρ L = Densidad del líquido a condiciones de operación. 41) Diseño de Separadores Gas Líquido . pag. consultar(punto (d. La velocidad crítica viene definida por la Ec. pag. g g l 21 c F V ρ ρρ ρ ρ ρρ ρ − −− − ρ ρρ ρ = == = (Ec. sea lo suficientemente baja para prevenir un arrastre excesivo de líquido. (11).157 La velocidad de vapor permisible en el recipiente (V v ).La velocidad crítica es una velocidad de vapor calculada empíricamente que se utiliza para asegurar que la velocidad superficial de vapor. a tra vés del tambor separador. kg/m 3 lb/pie 3 ρ g = Densidad del vapor a condiciones de operación kg/m 3 lb/pie 3 F 21 = Factor cuyo valor depende de las unidades usadas. kg/m 3 lb/pie 3 D p = Diámetro de gota. 0.048 0. Si el caso bajo estudio no está cubierto en dicha tabla. será un porcentaje de la velocidad critica de acuerdo a lo indicado en la Tabla 1 en combinación con el punto (d. tenemos la siguiente tabla (Ver Fig.. . m 2 pie 2 Q v = Flujo de descarga de vapor. tiempos de residencia y temas relacionados. se fija de acuerdo a los requerimientos .Volumen de operación Es el volumen de líquido existente entre NAL y NBL.30 El área de flujo de vapor será calculada por la expresión (12): ) V /( Q A v v v = == = (Ec. también conocido como volumen retenido de líquido.Niveles/tiempos de residencia A continuación se presentarán definiciones y comentarios sobre niveles de líquido.Identificación de los niveles en un recipiente De acuerdo a lo normalmente empleado en la INDUSTRIA para hablar de niveles en un recipiente líquido–vapor. m/s pie/s 3. con el objetivo de justificar criterios de diseño que posteriormente serán presentados. 11. y en inglés como “surge volumen” o “liquid holdup”. m 3 /s pie 3 /s V v = Velocidad de vapor permisible en el recipiente. Este volumen. 12) En unidades SI En unidades Inglesas A v = Área de sección transversal para el flujo de vapor.) Siglas típicas en español Descripción típica Siglas típicas en inglés NAAL Nivel alto-alto de líquido HHLL NAL Nivel alto de líquido HLL NNL Nivel normal de líquido NLL NBL Nivel bajo de líquido LLL NBBL Nivel bajo-bajo de líquido LLLL Diseño de Separadores Gas Líquido 31 . ya que eso podría dañar al equipo. el tambor alimentador de la bomba se equipa con alarmas de nivel de NAL y NBL. el problema que originó la reducción de nivel. en responder cuando originó la alarma. (o nivel bajo. y si. a su vez. es decir. la bomba alimenta a un horno. si se tiene un Interruptor y/o alarma de nivel bajo–bajo de líquido. se usará. si no se tiene un interruptor y/o alarma de nivel bajo–bajo). originen paradas seguras de equipos aguas abajo y/o de la planta completa. seguramente. continuidad de las operaciones durante perturbaciones operacionales. para asegurar un control adecuado. Diseño de Separadores Gas Líquido 32 .Criterios para fijar el volumen de operación/tiempo de residencia La Tabla 1 (anexa). cuando aplique) La distancia mínima desde el nivel bajo–bajo de líquido. Este criterio aplicará tanto para tambores verticales como horizontales. antes que otros sistemas automatizados (interruptores o “switches” de nivel).Tiempo de residencia de operación Es el tiempo correspondiente en el cual el flujo de líquido puede llenar el volumen de operación en el recipiente bajo estudio. es difícil establecer un criterio uniforme acerca de cuál es el “tiempo promedio de respuesta del operador”. . se añaden 10 minutos de tiempo de residencia. una parada segura del horno y de toda la planta. cuando se quiere especificar el volumen de operación. en menos del llamado “tiempo de respuesta del operador”. sin embargo. que no tuviera líquido que bombear. cuando se tiene NAAL y NBBL.Nivel bajo–bajo de líquido (o bajo. La mayoría de las veces. a lo cual corresponde un volumen de líquido de emergencia de 10 minutos del máximo flujo de líquido. Si de un tambor separador estamos alimentando a una bomba. se tendrán cinco minutos adicionales de tiempo de residencia de líquido por interruptor/alarma. c uando se tengan interruptores y/o alarmas de NAAL o NBBL. en el caso que no pudieran resolver el problema en el tiempo indicado. a su vez.del proceso.Tiempo de respuesta o de intervención del operador Es el tiempo que tarda el operador (o grupo de operadores). ya que éste. y para proveer suficiente volumen de líquido para una parada ordenada y segura cuando se suceden perturbaciones mayores de operación. el interruptor de NBBL activaría una parada segura de la bomba y. los operadores investigarían y resolverían. . 31(Intervención del Operador). sería muy engorroso que la bomba se quedara “seca”.Volumen de emergencia Es el volumen adicional que corresponde al líquido que debe satisfacer el llamado “tiempo de respuesta o de intervención del operador”: de acuerdo a lo expresado en el punto pag. y con interruptores y/o alarmas de NAAL y NBBL: al sonar la alarma de NBL. será de cinco minutos. h a quedado “seco”. También es conocido en inglés como “surge time”. que el tiempo de respuesta de un operador es de cinco minutos: esto significa que el tiempo de retención de líquido entre NAL y NAAL (o entre NBL y NBBL). Por esa razón. Debido a las diferentes tradiciones operativas que existen en la INDUSTRIA. lo que indica que. como criterio general. . . se podría generar una emergencia mayor en la planta por rotura de un tubo del horno. hasta la boquilla de salida del líquido es 230 mm mínimo (9 pulg). presenta criterios para fijar el volumen de operación . lo que realmente se indica es cuantos minutos deben transcurrir entre NAL y NBL. 20 Alimentación desde otra unidad (mismo cuarto de control) 15 Alimentación desde tanquería lejos del área de operación. 10 . Si el servicio escogido no coincide con lo presentado en la Tabla 1. 2 Producto a tanquería lejos del área operativa o a otro tambor de alimentación. corresponde a la distancia entre la boquilla de entrada y la . de tambor requerida para que se suceda la separación vapor operación como de emergencia. sin bomba.o volumen retenido de líquido. En el caso de tambores horizontales de una sola boquilla de alimentación. Esta es la longitud que normalmente se obtiene por puros cálculos de proceso. que pasa a través de un sistema de intercambio calórico. directo. con bomba. 3-5 Única carga a un horno de fuego directo.Longitud efectiva de operación (L eff ) Es la longitud (altura). directo. 5 Producto a tanquería lejos del área operativa o a otro tambor de alimentación. min Tambores de Alimentación a Unidades Alimentación desde otra unidad (diferente cuarto de control). con bomba. usar como guía lo presentado en la lista anexa: Descripción Tiempo de Residencia de Operación. para ciertos servicios específicos plenamente identificados. 15-20 Diseño de Separadores Gas Líquido 33 Descripción Tiempo de Residencia de Operación. min Otros tambores Alimentación de una columna (diferente cuarto de control) 7 Alimentación a una columna (mismo cuarto de control) 6 Producto de tanquería lejos del área operativa o a otro tambor de alimentación. la cuales es la distancia horizontal que viaja una got a de líquido desde la boquilla de entrada. 4. es necesario sumar los tamaños de las boquillas antes mencionadas. para luego verificar si se cumple la separación.Arrastre en la superficie del líquido En muchas operaciones. La proporción de arrastre depende de la velocidad del gas en la tubería de entrada.de salida de gas. del tipo de boquilla de entrada. Tambores verticales ! Boquillas de Entrada simples (Flush Inlet Nozzles). Comentarios semejantes aplican para tambores verticales. especialmente a altas presiones y temperaturas. A continuación se presentan los criterios para estimar la velocidad máxima de mezclas a la salida de la boquilla de entrada. A criterio del diseñador de procesos. las tolerancias de construcción necesarias para soldar dichas boquillas. Ec (2a) y (2b): 5 . hasta que se decanta totalmente y se une al líquido retenido en el recipiente. excepto que los volúmenes a retener influyen sobre la altura (longitud) tangente– tangente de dichos equipos.. sin ser arrastrada por la fase vapor que sale por la boquilla de salida de gas. 2a) .5 d (Ec. de la distancia entre la boquilla de entrada y el nivel de líquido o la superficie de choque. Sin embargo. de manera tal que no ocurra arrastre desde la superficie del líquido: a. y esperar que la especialidad Diseño de Separadores Gas Líquido 34 mecánica complete el diseño del tambor. para obtener la longitud tangente–tangente del tambor horizontal. el líquido puede ser arrastrado de la superficie líquida y llevado hacia arr iba. éste puede aproximar la longitud efectiva a la longitud tangente–tangente. de la tensión superficial del líquido y de las densidades y viscosidades del líquido y del gas. soldar los cabezales o extremos del tambor y cualquier otra cosa que obligue a aumentar la longitud del tambor. 0 L G G 2 E f F V ρ ρ µ σ = p ρρ ρρ µµ σσ == ρ ρ µ σ = para h ≤ 2. Ec(2c): 5 .2b) ! Boquilla de Entrada con codo de 90¡. 0 h d f F V ρ ρρ ρ ρ ρρ ρ − −− − − −− − µ µµ µ σ σσ σ = == = para h > d p (Ec. 0 p p G 3 E d 5 .5 . 2c) Diseño de Separadores Gas Líquido . 0 L G 5 . 0 L G G 2 E f F V ρ ρρ ρ ρ ρρ ρ µ µµ µ σ σσ σ = == = (Ec. 2e) . 2d) ρ ρρ ρ ρ ρρ ρ µ µµ µ σ σσ σ = == = para 5 S X ran > >> > ! Distribuidor con orificios: (Ec. 0 ran 5 . 0 L G G 2 E F V ρ ρρ ρ ρ ρρ ρ µ µµ µ σ σσ σ = == = para 5 S X ran ≤ ≤≤ ≤ 5 . Ec (2d) y (2e): 5 .35 ! Distribuidores con Ranuras. 0 L G G 2 E X S F V (Ec. 0 L G G 5 E X d F V 5 ρ ρρ ρ ρ ρρ ρ µ µµ µ σ σσ σ = == = para 5 d X h > >> > (Ec. 0 h 5 . y del diámetro de la boquilla de entrada d p . 2f) donde la nomenclatura de (2a) a (2f) es: En unidades SI En unidades inglesas V E = Velocidad máxima de la mezcla a la salida de la boquilla de entrada. Como se muestra en la figura 6.Use la ecuación (2d) para d X h ≤ ≤≤ ≤ Y 5 . “f” es una función de la distancia “X” (la cual es la distancia entre la boquilla de entrada y la superficie de choque). tal que no ocurra arrastre en la superficie del líquido M/s pies/s f = Factor de disipación de la velocidad del chorro (jet). s cP ρ G = Densidad del vapor a condiciones de operación kg/m 3 lb/pie 3 ρ L = Densidad del líquido a condiciones de operación kg/m 3 lb/pie 3 . X es igual a h para tambores verticales con distribuidores ranurados (o con orificios). Usualmente. o codos de 90°. X es el diámetro del tambor. hasta la superficie de choque (ver figura 6). Adimensional h = Distancia desde la parte inferior de la boquilla de entrada al nivel alto – alto de líquido (NAAL) mm pulg d p = Diámetro de la boquilla de entrada mm pulg d h = Diámetro del orificio mm pulg Diseño de Separadores Gas Líquido 36 En unidades SI En unidades inglesas S ran = Altura de la ranura.. las ranuras son estrechas y largas. Para tambores verticales con boquillas de entrada simple. mm Pulg X = Distancia desde la boquilla de entrada. La altura de la ranura es la dimensión más estrecha. mm Pulg µ G = Viscosidad del vapor a condiciones de operación MPa. 0x10 -4 b. Sin embargo. la velocidad de la mezcla máxima permisible es dos veces el valor calculado usando la ecuación (3c). Con una combinación de malla vertical y horizontal.62x10 -4 5.σ = Tensión superficial del líquido a condiciones de operación mN/m mN/m F 2 = Factor que depende de las unidades usadas 1. Sin malla vertical (con o sin malla horizontal). para este caso. la velocidad máxima permisible de la mezcla es cinco veces el valor calculado usando la ecuación (2c).Use la ecuación (2c). la velocidad de la .6x10 -4 F 4 = Factor que depende de las unidades usadas 7.1x10 -4 3.Distribuidores con ranuras u orificios – Use la ecuación que aplica entre las (2d).3x10 -4 F 5 = Factor que depende de las unidades usadas 3. (2e) o (2f).0x10 -4 2. Tambores horizontales . la velocidad de la mezcla máxima permisible es cinco veces el valor calculado usando la ecuación apropiada. Sin embargo.3x10 -4 F 3 = Factor que depende de las unidades usadas 1. en este caso.05x10 -4 1.Boquilla de entrada con codo de 90° . Con una combinación de malla vertical y horizontal. Diseño de Separadores Gas Líquido 37 . Sin malla vertical (con o sin malla horizontal). X (en la figura6) es la distancia desde la boquilla hasta la tapa más cercana del tambor. X es la distancia desde el distribuidor hasta la tapa más cercana del tambor. m/s pies/s ρ G = Densidad del vapor a condiciones de operación kg/m 3 lb/pie 3 F 6 (Ec. .Tamaño de la entrada – Para prevenir el arrastre de la película de líquido que se acumula en la pared del separador.Área de la sección transversal – El área de la sección transversal se debería dimensionar para 170% de la velocidad crítica. = Factor que depende de las unidades usadas 3720 2500 . 0 G 6 S F V ρ ρρ ρ = == = 3) Donde: En unidades SI En unidades inglesas V S = Velocidad superficial de la mezcla en la tubería de entrada. Tambores separadores verticales con entradas tangenciales horizontales Para estos tambores se debería usar los siguientes criterios de diseño: .Otras características – El resto de los factores de diseño se muestra en la figura 7.mezcla máxima permisible es dos veces el valor calculado usando la ecuación apropiada. c. al flujo máximo de gas. La placa deflectora localizada encima del nivel de líquido limita la región de vórtices del gas y evita el arrastre en la superficie del líquido. La distancia mínima desde la parte inferior de la boquilla de entrada a la placa deflectora o parrilla debería estar Diseño de Separadores Gas Líquido . la velocidad de la mezcla en la tubería de entrada no debería exceder el valor dado por la ecuación (3): 5 . una vez el diámetro. Debido a los efectos de los flujos secundarios de gas. 0 e S L 3 8 p G 7 DH V F d F d ρ ρρ ρ µ µµ µ = == = Donde: En unidades SI En unidades inglesas d = Diámetro de la gota mm pulg D = Diámetro del tambor mm pulg H e (Ec. Esto puede prevenirse o minimizarse fijando una falda (Skirt) en la boquilla de salida de gas. 4) .5 y 1.38 entre 0. el líquido acumulado en las paredes del separador puede deslizarse hacia arriba por las paredes y dirigirse a la boquilla de salida del gas y ser arrastrado con la corriente de salida.0 veces el diámetro del tambor. preferiblemente. Las placas anti-vórtices localizadas encima de la boquilla de salida del líquido previenen el arrastre de gas en la corriente de líquido debido a la formación de vórtices y se deberían diseñar de acuerdo con los criterios dados en esta subsección. El tamaño de gota más pequeño que puede ser separado en un tambor con una boquilla de entrada tangencial horizontal se puede estimar usando la ecuación (4): 5 . como se muestra en la Figura 7. se recomienda usar flujo dividido de alimentación. el arrastre de líquido aumenta al incrementar la velocidad del gas en la tubería de entrada. Sin embargo. Con este tipo de flujo. incrementa la eficiencia de separación de líquido del tambor hasta 99. para los ciclones primarios con el término de aceleración igual a cero. La presencia de flujo estratificado. y una boquilla central de salida de vapor/gas. Se debe evitar el flujo tipo tapón o el flujo tipo burbuja en la tub ería de entrada de tambores separadores verticales. Si estos regímenes de flujo no se pueden evitar a la entrada del tambor. Estos regímenes de flujo resultan en arrastre excesivo de líquido y vibraciones.= Altura del ciclón: Esta es la distancia desde la parte superior de la boquilla de entrada hasta la superficie del líquido mm pie F 7 = Factor que depende de las unidades usadas 3. el arrastre de líquido se puede minimizar con un distribuidor con ranuras. estos tipos de flujo no se encuentran usualmente en las operaciones d e proceso. Se pueden presentar regímenes de flujo en las tuberías de entrada de los tambores separadores.936 F 8 = Factor que depende de las unidades usadas 1 12 Los otros términos ya han sido definidos con anterioridad.009 0. A pesar de lo anterior. Diseño de Separadores Gas Líquido 39 c. En el caso que el flujo tipo tapón o el flujo tipo burbuja en la tu bería de entrada. . el diseño de la tubería de entrada para obtener estos regímenes de flujo se debe considerar para aquellos servicios especiales en los que es esencial minimizar el arrastre de líquido y el uso de malla u otros internos no se permite debido a que se trata de un servicio con ensuciamiento. debido a que se requerirían diámetros de tubería relativamente grandes para lograrlos. con dos boquillas de entrada en los extremos del tambor. o de flujo ondula do en la tubería de entrada de los tambores separadores. La caída de presión para un tambor separador vertical diseñado con una boquilla de entrada tangencial horizontal. BOQUILLAS DE PROCESO ! Boquilla de entrada. se puede estimar usando la expresión dada. flujo anular po r debajo del comienzo inminente de arrastre de líquido.8%. Los tambores separadores se diseñan normalmente con régimen de flujo anular/ rocío o flujo tipo rocío en la tubería de entrada. aparezca para tambores horizontales. Estos regímenes de flujo se definen en la Norma en la sección 14D. pie/s Alimentación bifásica en tambores sin malla: Velocidad de la mezcla menor o igual que: 54.Para prevenir la inundación de un tambor con corrientes líquidas. 8): L G M ) 1 ( λρ λρ λρ λρ + ++ + ρ ρρ ρ λ λλ λ − −− − = == = ρ ρρ ρ y donde: (Ec.2/(ρM) 1/2 .2/(ρG) 1/2 . 7): ) Q Q /( Q V L L + ++ + = == = λ λλ λ Donde (Ec. se deben evitar puntos bajos en la línea de entrada del tambor (drenaje libre hacia el tambor). drenajes por gravedad.0 m/s 10 pie/s Salida de líquido: Seguir los criterios indicados las secciones 10D – Cabezal Neto de succión positiva . etc. 7) . pie/s Alimentación bifásica en tambores con malla : Velocidad de la mezcla menor o igual que: 73. m/s 60/(ρG) 1/2 . se presenta una tabla con Diseño de Separadores Gas Líquido 40 recomendaciones para diseñar las boquillas de proceso: Descripción del Caso En unidades SI En unidades inglesas Alimentación líquida: Velocidad menor o igual que: 3. m/s 45/(ρL) 1/2 .9/(ρL) 1/2 . ! Boquillas de proceso en general Son muchos los casos donde la información de las tuberías de interconexión no está disponible al momento de preparar la especificación de procesos del tambor. m/s 60/(ρM) 1/2 . para la succión de bombas. pie/s Donde (Ec. (Pendiente) (Pendiente) Salida de vapor: Velocidad menor que: 73. por lo que es necesario presentar un tamaño preliminar de boquillas para que sea considerado en la cotización del fabricante del tambor. Para todos los efectos.. y 14B – Flujo en fase líquida). . promediada en volumen. 34).Debido a limitaciones en los internos que se puedan usar en el tambor. Para servicios críticos en los que el arrastre de líquido se debe reducir a menos de 1 kg de líquido por 100 kg de gas (1 lb por cada 100 lb de gas). según se muestra a continuación: . se requiera de tener flujo bifásico anular en la entrada. a caudales normales de flujo de gas. las mallas no son necesarias y el espacio de vapor en el tambor debería ser dimensionado para 100% de la velocidad crítica.En unidades SI En unidades inglesas λ = Fracción volumétrica de líquido alimentado al tambor.. excepto cuando: . ρG = Densidad del vapor a condiciones de operación kg/m 3 lb/pie 3 ρL = Densidad del líquido a condiciones de operación kg/m 3 lb/pie 3 ρM = Densidad de la mezcla a condiciones de operación. con espesor de 150 mm (6 pulg). d. y debido al tipo de fluido alimentado. kg/m 3 lb/pie 3 Diseño de Separadores Gas Líquido 41 A menos que se indique lo contrario.CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO Y USO DE MALLAS ! Tambores separadores verticales con y sin malla Para servicios en los cuales se permite un arrastre moderado de líquido de hasta 5 kg de líquido por 100 kg de gas (5 lb por cada 100 lb de gas).Se tienen tambores verticales con entradas tangenciales horizontales: en este caso usar la ecuación (3) del punto (4. pag. y estos son más grandes que los obtenidos por estas recomendaciones. Los criterios de diseño para el uso de u na malla de 80 kg/m 3 (5 lb/pie 3 ) son una función de la carga del líq uido.Se tienen los tamaños de la tubería de interconexión. las recomendaciones presentadas en la tabla anterior se consideran firmes. se recomienda una Malla de 80 kg/m 3 (5 lb/pie 3 ).para el cálculo de la boquilla de entrada. . pie 2) de área horizontal del tambor.m 2 (30 gal/h. La distancia crítica entre las dos malla debería ser de 600 mm (2 pie) aproximadamente. éste y la malla se deberían dimensionar para 100% de velocidad crítica al caudal normal de flujo de gas.34 E–3 m 3 /s. Para servicios limpios y críticos. S .m 2 (60 gal/h. terminando en un codo de 90 o un distribuidor ranurado. Algunos criterios adicionales de diseño se presentan en la Figura 2. El tambor deb ería tener una boquilla de entrada en cada extremo. no se requieren malla y el espacio de vapor en el tambor debería ser dimensionado para 100% de velocidad crítica. ! Tambores separadores horizontales con y sin malla horizontal Para servicios en los que se permite una cantidad moderada de arrastre (es decir. orientado direccionalmente hacia la tapa del cabezal más cercano del tambor. . si se instalan dos malla verticales y uno horizontal en el espacio de vapor (Ver Figura 4.Para cargas líquidas comprendidas entre 0. para los tambores de diámetros mayores de 900 mm (3 pie).Para cargas líquidas mayores de 0.Para cargas líquidas (flujo de alimentación líquida dividido por el área de sección transversal del tambor) menores de 0.pie 2 ) de área horizontal del tambor. se deberían usar dos mallas en serie. hasta 5 kg de líquido por 100 kg de gas (5 lb por cada 100 lb de gas)).. la velocidad del vapor en el espacio de vapor del tambor se puede incrementar en 25% (hasta 125% de Vc). al caudal normal de flujo de gas. se debería tener una boquilla de entrada en cada extremo y una sola boquilla de salid a central.34 y 0. El área de sección transversal de la malla localizada en el fondo del tambor se debería basar en el porcentaje de la velocidad Diseño de Separadores Gas Líquido 42 crítica especificada anteriormente y en el caudal normal de flujo de gas. El área de sección transversal de la malla localizada en el tope se debería basar en el porcentaje de la velocidad crítica especificada anteriormente y usando un tercio de la tasa de flujo normal de gas.68 E–3 m 3 /s. La(s) boquilla(s) de entrada debería(n) terminar en un codo de 90 o en un distribuidor con ranuras. . El área del tambor y de la malla para flujo de vapor se deb ería dimensionar usando el 100% de la velocidad crítica. al caudal normal de flujo de gas.pie 2 ) de área horizontal del tambor. y una sola boquilla central de salida. con 80 kg/m 3 (5 lb/pie 3 ) de densidad aparente. se debería instalar en el espacio de vapor una malla horizontal de 150 mm de espesor (6 pulg).m 2 (30 a 60 gal/h. para reducir el arrastre líquido a menos de 1 kg de líquido por 100 kg de gas (1 lb por cada 100 lb de gas).Para los casos en los que la relación de reducción de alimentación (Turndown ratio) esté entre tres y seis.68 E–3 m 3 /s.). Algunos criterios de diseño adicionales se presentan en l a Figura 3. . el área de la sección transversal horizontal del tambor y de la malla se debería dimensionar para 150% de la velocidad crítica. éste y la malla se deberían dimensionar para 120% de la velocidad crítica. a un caudal normal de flujo de gas. Además. al caudal normal de flujo de gas. ! Tambores separadores horizontales con mallas verticales y horizontales Para servicios limpios en los que el arrastre de líquido debería ser reducido a menos de 1 kg de líquido por 100 kg de gas (1 lb por cada 100 lb de gas). 7 kPa). La dis tancia vertical mínima permisible entre el tope de la malla y la abertura de la ranura más cercana a la malla viene dada por el valor mayor entre los dos calculados por las ecuaciones (5b) y (5c): 2 S ) N / L F ( . la distancia del tope de la malla a la boquilla de salida del gas debería ser adecuada para prevenir una mala distribución del flujo a través de la malla. ! Distancia del tope de la malla a la boquilla de salida del gas/vapor Para tambores horizontales. se debería usar una malla rectangular (Figura 8. a un caudal normal flujo de gas.e debería colocar una malla vertical de 150 mm (6 pulg) de espesor y 80 kg/m 3 (5 lb/pie 3 ). Sin embargo. La malla vertical debería cubrir el área para el flujo de vapor y se debería extender por lo menos 150 mm (6 pulg) por debajo del nivel de líquido bajo. para tambores pequeños de baja presión. Las ranuras se dimensionarán usando la ecuación de caída de presión (con un coeficiente de descarga de 0.6. Los tambores horizontales con mallas verticales y horizontales son más pequeños que los tambores horizontales con malla horizontales.4 a 23. los ahorros logrados al usar un diámetro menor podrían ser compensados por el costo adicional de usar una malla vertical. Con un recolector de gas con ranuras.). en la mitad del espacio existente entre cada boqui lla de entrada y la malla horizontal de 150 mm (6 pulg) de espesor y 80 kg/m 3 (5 lb/pie 3 ). La distancia mínima para este propósito se presenta en la ecuación (5a): 2 d D F h 0 Malla 8 0 − −− − = == = (Ec. con una caída de presión permisible de 1 a 7 plg de agua (3. se debería usar un recolector de gas con ranuras. El área del flujo de vapor (en el tambor y a través del malla) se Diseño de Separadores Gas Líquido 43 debería dimensionar para el 125% de la velocidad crítica. 5a) Donde: En unidades SI En unidades inglesas h0= Distancia mínima del tope de la malla a la boquilla de salida del gas mm pulg Dmalla= Lado más largo de una malla rectangular mm pie d0= Diámetro de boquilla de salida mm pulg F8= Factor cuyo valor depende de las unidades usadas 1 12 Si la distancia es impráctica. basados en la orientación del tambor (vertical u horizontal). se presenta el criterio de máxima velocida d permisible para que no exista arrastre en la superficie de líquido: si. 5b) (Ec. se tiene que la velocidad de flujo es mayor que la máxima velocidad permisible. 34. La Tabla 1 presenta criterios de utilización de distribuidores de flujo . La información de medidas de los codos de 90¡. como deflectores de entrada de la mezcla bifásica al tambor separador. pueden usarse codos de 90¡ como deflectores de entrada de la mezcla bifásica al tambor separador.) De acuerdo a las recomendaciones que se presentan a lo largo de este documento.. En la pag. Codos de 90¡ como deflectores de entrada De acuerdo a las recomendaciones que se presentan a lo largo de este documento. se encuentra en la Tabla 4. al aplicar la ecuación.h ran S Malla 8 0 − −− − = == = 2 ) N L ( L F h r ran Malla 8 0 − −− − = == = Diseño de Separadores Gas Líquido 44 donde: (Ec. 5c) En unidades SI En unidades inglesas h0= Distancia mínima desde el tope de la malla hasta el borde más cercano de la ranura en el recolector externo mm pulg Lmalla= Lado más largo de una malla rectangular mm pie NS = Número de ranuras por fila Smalla= Lado más corto de una malla rectangular mm Lran= Lado más largo de la ranura rectangular mm Pulg Sran= Lado más corto de la ranura rectangular mm Pulg Nr = Número de filas de ranuras en el recolector de gas ! Detalles de Instalación de las Mallas e. La Tabla 1 presenta criterios de utilización de codos de 90¡ para ciertos servicios específicos. 9. se tendrá que usar un distribuidor en la boquilla de entrada. Distribuidores en forma de “T” (Fig. ecuación (2c). en forma de “T”.OTROS INTERNOS 1. y otras características del tambor bajo estudio. La Tabla 3 presenta criterios más generalizados. pueden usarse distribuidores de flujo. 2. 14): ran ran ran xS I a = == = (EC. y la altura desde el fondo del recipiente deberá ser un tercio del diámetro d .. Rompe–vórtices Los estándares a seguir para la inclusión de rompe–vórtices en los recipientes. 13) donde d ρ es el diámetro interno de la boquilla de entrada. (13)): 3 / d I ran ρ ρρ ρ λ λλ λ = == = (Ec. que se instala sobre la boqui lla de salida de líquido. 10. 9. será de 15 mm (0.6”). 15) (para cálculo de VE referirse al punto 4. 15): ( (( ( ) )) ) E ran M 20 S xV a / Q F N = == = (Ec. la longitud o altura de la ranura corresponde a un tercio de la longitud de la circunferencia interna del tubo distribuidor. La Tabla 3 presenta criterios más generalizados.): Placa rompe vórtice : Es una placa circular plana horizontal. 16): ρ ρρ ρ + ++ + + ++ + + ++ + = == = d F 2 F S N I 3 23 ran S ran (Ec. 9. – Los lados de la “T” del distribuidor serán simétricos. 16) Otros detalles se presentan en la figura 9. 14) El número de ranuras en el distribuidor se calculará por (Ec. Deberá localizarse. según lo mostrado en la Figura 10. siempre serán más costosos que un codo de 90¡ en la boquilla de entrada. Para efectos de especificación de un distribuidor ranurado se tiene (Fig. 34. pag. basados en la orientación del tambor (vertical u horizontal). ecuaciones (2d) y (2e). al menos. es decir (Ec.) (Ver nomenclatura en sección 6): – Se construirán del mismo diámetro que la boquilla de entrada.para Diseño de Separadores Gas Líquido 45 ciertos servicios específicos. pero pueden soportar velocidades más altas sin que se suceda arrastre en la superficie de líquido. El área de una ranura es (Ec. Los distribuidores pueden ser de ranuras o de orificios. – Sólo se tendrá una fila de ranuras en el distribuidor. Diseño de Separadores Gas Líquido 46 3. medio diámetro de boquilla de salida por debajo del mínimo nivel de líquido (NBL o NBBL. y otras características del tambor bajo estudio. De acuerdo al detalle señalado en la Fig. – La separación entre ranuras será de 25 mm mínimo (1” min). – El ancho de la ranura (S ran ). son los siguientes (Ver Fig. cuando aplique). La longitud requerida del distribuidor será (Ec. Rompe–vórtice tipo rejilla El rompe–vórtice tipo rejilla. Es más costoso que el rompe–vórtice tipo placa. En estos casos. los filtros/separadores o los ciclones múltiples patentados son recomendados para servicios en los que están presentes sólidos o materiales que forman depósitos sólidos. A veces es económico combinar el servicio del tambor de succión del compresor con otro servicio para el tambor. Tambores horizontales con malla son comunes en este tipo de servicio combinado.4 a 23. las ranuras se deberán localizar en la sección de tope del tubo recolector. y sus dimensiones típicas se presentan en la Fig. ! Tambores de succión de compresores y tambores separadores entre etapas de compresión Tambores separadores verticales con malla se usan para servicios limpios. los recolectores de gas pueden requerirse cuando el resultado de la Ec (5a) indica que la separación entre la malla y la boquilla de salida es impráctica. Como se muestra en la Figura 8. El brazo lateral del recolector deberá tener el mismo diámetro que el de la boquilla de salida. La caída normal de presión a través de las ranuras está en el rango de 3. ! Separadores de aceite lubricante para la descarga de compresores Los aceites que lubrican los compresores reciprocantes y los compresores .. los requerimientos de abastecimiento de líquido de emergencia para el servicio de succión del compresor se suman a los requerimientos del otro servicio. En las Ecs.e boquilla de salida. (5b) y (5c) presentan la distancia vertical mínima permisib le entre el tope de la malla y la abertura de la ranura más cercana del recolector. 8. y se deberá extender sobre el lado más largo de la malla. consiste en tres láminas horizontales cuadradas de rejilla. y es el más efectivo disponible: se recomienda cuando es difícil colocar una placa rompe–vórtice (boquilla muy grande de salida de líquido). o cuando se tienen salidas múltiples de líquido. o cuando se tienen salidas múltiples de líquido. por lo menos a 30¡ por encima de la horizontal. 4 Recolectores de Gas (Fig. Diseño de Separadores Gas Líquido 47 f.. Cuando el diámetro de la boquilla de salida de líquido es más grande que un 15–20% del diámetro del recipiente. tal como sucede en el tambor de destilado del fraccionador primario de una unidad de craqueo catalítico.) De acuerdo a lo mencionado. la placa rompe vórtice puede no ser práctica. Las ranuras se deberán dimensionar usando la ecuación de caída de presión en orificios. presentada en el documento de la sección 14C.6. 10.CONSIDERACIONES DE DISEÑO PARA ALGUNOS SERVICIOS TÍPICOS ! Tambores de abastecimiento de líquido y tambores de destilado Los tambores separadores horizontales con malla se usan para servicios limpios. De agua). los filtro/separadores o los ciclones múltiples patentados son recomendados para servicios en los que están presentes sólidos o materiales que forman depósitos sólidos. del mismo tipo que se usa en plataformas de ac ceso en plantas.7 kPa (1 a 7 pulg . y se recomienda usar el rompe–vórtice tipo rejilla. con un coeficiente de descarga de 0. Sin embargo. las áreas del espacio de vapor y de la malla se deberían basar en 100% de la velocidad crítica a flujo normal de vapor. los tambores de vapor se deberían diseñar como sigue: Calderas recuperadoras de calor de desecho (Waste Heat Boilers) 1. ! Tambores de vapor para servicios de calderas Cuando el vapor es alimentado a una turbina de vapor sobrecalentado. a fin de recolectar las porciones condensadas durante las perturbaciones del proceso y para prevenir un arrastre excesivo de líquid o en el gas combustible. La densidad de las mallas vertical y horizontal debería ser 80 kg/m 3 (5 lb/pie 3 ) y 160 kg/m 3 (10 lb/pie 3 ). la malla y el espacio de vapor del tambor se dimensionan para 100% de la velocidad crítica a un caudal normal de flujo de vapor. se recomienda el uso de tambores separadores con ciclones múltiples patentados. con la finalidad de minimizar el Diseño de Separadores Gas Líquido 48 ensuciamiento y el taponamiento de los quemadores. la velocidad máxima permisible en la tubería de entrada depende de la . Cuando estos criterios se satisfacen en la ausencia de espuma. Para ambos tambores separadores. La malla debería estar compuesta de dos capas de 150 mm (6 pulg) de espesor de un material de 160 kg/m 3 (10 lb/pie 3 ) en la capa superior y de 80 kg/m 3 (5 lb/pie 3 ) en la capa inferior. Para este servicio se recomienda un tambor separador vertical u horizontal sin malla. ! Tambores de recolección central de gases combustibles Un tambor central de recolección del sistema de gas combustible. se diseña para remover el líquido arrastrado. se deberían usar tambores separadores verticales u horizontales con malla.O. La velocidad permisible de vapor en el tambor es el 100% de la velocidad crítica a caudales normales de flujo de gas. c. a. la distancia mínima permisible entre la parte inferior de la malla y el nivel de agua es 450 mm (18 pulg). el horizontal y el vertical. se prefiere una combinación de malla vertical y horizontal como se muestra en la Figura 4. al flujo máximo de líquido. (700 psig). Para tambores horizontales.. b. se debería usar un tambor separador vertical con malla y dimensionado para 100% de la velocidad crítica a un caudal normal de flujo de gas. Para servicios de gases combustibles agrios y corrosivos. Se estipula que el volumen retenido de líquido tarde 5 minutos en ser desalojado. Para calderas recuperadoras de calor de desecho del tipo de rehervidor tubo y carcaza.de alabes deslizantes pueden ser transportados en la corriente gaseosa de descarga del compresor. o marmitas (Kettle Reboiler) con presión del vapor inferiores a 4800 kPa man. respectivamente. Para servicio de gas combustible limpio. como el depurador seco Peerless o los multiciciones U. en la forma de gotas extremadamente pequeñas. Separadores de aceites lubricantes se deben especificar para aire de instrumentos y para procesos que no puedan tolerar la presencia de es te aceite. ! Tambores separadores de gas combustible localizados aguas arriba de hornos Se deberían colocar tambores separadores en el gas combustible antes de los hornos. Para tambores separadores verticales. o a un reformador. Debido al potencial de formación de espuma del agua de la caldera. el arrastre de líquido en el tope del tambor debería ser menor que 150–300 mg/kg (150–300 ppm en peso).P. de los efluentes acuosos de las plantas. La velocidad en el espacio de vapor no debería exceder el 100% de la velocidad crítica basada en la mayor descarga que emitirían las válvulas de seguridad como resultado de una sola contingencia. ! Tambores de descarga de condensables Los tambores de descarga de gases condensables se utilizan como un método de prevención de condensación de hidrocarburos en los sistemas Diseño de Separadores Gas Líquido 50 de mechurrios. Para este tipo de servicio se recomienda un tambor separador vertical sin malla. El espacio de vapor del tambor se debería dimensionar para no exceder el 100% de la velocidad crítica. debería diseñarlos el suplidor de las calderas. ya que no se permiten internos en estos tambores porque podrían taponar el sistema. generación de vapor a presiones superiores a los 4800 kPa man.3 8 2. (700 psig). La velocidad del espacio de vapor no debería exceder 100% de la velocidad crítica basada en la mayor descarga de las válvulas de seguridad como resultado de una sola contingencia. o para otras condiciones de operación. y convertirlos en corrientes líquidas y vapor que puedan ser enviadas con seguridad a los almacenamientos apropiados y a los sistemas de mechurrios..0 16 3600 522 2. Esto permite descargar estos efluentes acuosos al desagüe sin ningún problema de seguridad. ! Tambores de separación de agua Los tambores separadores de agua se instalan para remover los hidrocarburos líquidos y los vapores contaminantes.5 21 2400 348 5. ! Tambores de descarga (Blowdown Drums) El propósito principal de un tambor de descarga es separar las corrientes de fluido provenientes de la abertura de válvulas de seguridad y de drenajes de descargas. es decir. Los tambores de vapor para cualquier otro tipo de caldera. o para prevenir la descarga de hidrocarburos condensables a la atmósfera. El cabezal de la válvula de seguridad que contiene los hidrocarburos .presión del vapor como se muestra a continuación: Diseño de Separadores Gas Líquido 49 Presión del vapor Velocidad de mezcla en la tubería de entrada KPa man. ! Tambores de descarga de no–condensables Para servicios de gases no–condensables se recomienda el uso de un tambor separador horizontal sin malla. basada en la cantidad más grande de vapor resultante de una sola contingencia. psig m/s pie/s 600 87 10 33 1200 174 6. calderas de llama. por ejemplo. con la finalidad de reducir los requerimientos de capacidad de los mechurrios. se debería instalar un distribuidor con ranuras en cada extremo del tambor. La parte superior de las ranuras deberían sumergirse dentro del líquido. Esta es una boquilla simple (flush nozzle) localiz ada lateralmente en el tambor vertical. Diseño de Separadores Gas Líquido 51 como el volumen de líquido retenido. Los criterios de diseño para preveni r . La velocidad de la mezcla en la tubería de entrada no debería exceder 6 m/s (20 pies/s) a fin de prevenir la formación de gotas demasiado pequeñas. para retirar gran parte del arrastre de líquido debido a condensación que ocurre en la línea. ! Separadores de alta presión Los separadores de alta presión. Además.condensables entra al tambor lateralmente por encima del nivel del agua y termina en un codo de 90¡ que descarga el fluido por debajo del nivel d el agua. se usa un sobrecalentador en lugar de un tambor separador para prevenir condensación en el depurador. También se colocan ranuras verticales equidistantemente espaciadas y con un área total equivalente a aquélla correspondiente a la tubería de entrada. En las refinerías se usa un tambor separad or integral en el fondo de los depuradores de MEA. Esto se justifica por las pérdidas económicas que acarrea el arrastre de gas y por el alto costo del tam bor. entre el tope del nivel de agua y la placa anti–vórtice del fondo. respectivamente. ! Tambores separadores de alimentación para depuradores de MEA El arrastre de hidrocarburos en la alimentación gaseosa a los depuradores de MEA puede causar espuma. y el tambor debería tener una sola boquilla de salida. no se puede usar una malla debido a la posibilidad de taponamiento por coque. Un diagrama esquemático de este tambor se presenta en la Figura 5.1 m/s (0. Este separador debería contener una malla en su espacio de vapor y la velocidad del gas en el tambor y en la malla debería ser el 100% de la velocidad crítica a un flujo normal de gas. Cuando se deba reducir el arrastre de líquido a un valor igual a.). se diseñan para minimizar. Un tambor separador horizontal con una malla horizontal o una combinación de dos malla verticales y uno horizontal debería ser usado para servicios limpios (Ver Figura 4. La velocidad del agua más allá de la placa de rebose del líquido no debería exceder 0.33 pie/s). se coloca una boquilla de entrada adicional para la línea de ventilación. o menor que 1 kilogramo de líquido por 100 kilogramos de gas (1 lb por cada 100 de lb de gas). de manera tal que el volumen de agua localizado entre el nivel del agua y la parte superior de las ranuras sea igual al volumen de 3 m (10 pies) de tubería de entrada. con el subsiguiente arrastre excesivo hacia el tope de los depuradores. los separadores calientes de alta presión en las unidades de hidrodesulfurización. Cuando por razones de proceso los tambores que operan a presión atmosférica deben ser continuamente ventilados al tambor de descarga. tanto el arrastre de gas en la corriente de líqui do. como por ejemplo. el espacio de vapor se debería dimensionar para 100% de la velocidad crítica a flujo normal de gas. En las plantas químicas (craqueadores con vapor). locali ce en la misma los criterios de diseño para el servicio en cuestión. Los siguientes criterios. consultar detalladamente la información contenida en este documento. debería ser de dos minutos y la altura vertical mínima.METODOLOGÍA DE DISEÑO ! Procedimiento de diseño para tambores separadores horizontales Para refrescar conocimientos básicos consultar (Tambores separadores: principios básicos) en especial. pag. ! El área de espacio de vapor se debería dimensionar para 100% de velocidad crítica. ! El tiempo mínimo de residencia del líquido. (Ver nomenclatura en sección 6). ! Se debería prevenir el arrastre en la superficie del líquido. se recomiendan para el diseño de tambores separadores de plantas de tratamiento de residuos: ! Se debería usar un tambor separador horizontal con dos boquillas de entrada y una boquilla de salida. por debajo del nivel bajo de líquido. Definición de los criterios de diseño Si el servicio se encuentra entre los listados en la tabla 1. En caso que no sea así. alturas y niveles. para identificación de áreas. Paso 3.. Defina el tipo de servicio De acuerdo a lo presentado en el punto (1. si allí se localiza el equipo. Ver figura 3 y/o 4. por debajo del nivel bajo de líquido. identificar el tipo de servicio específico según lo presentado en la tabla 1. Información Vapor/gas Líquido (s) General Densidad X X Viscosidad X X Tensión Superficial X Flujo (másico o volumétrico) X X Presión de Operación X Temperatura de Operación X Material pegajoso? X Arrastre de sólidos? X Variaciones fuertes en el flujo de vapor/gas? X Variaciones fuertes en el flujo de líquido(s)? X Paso 2. Paso 1. pag. ! Se debería instalar en el tambor un visor para la observación de la altura y el nivel de la espuma. ! La velocidad máxima de la mezcla en la tubería de entrada debería ser de 5 m/s (16. utilizando las ecuaciones apropiadas dadas en el punto b.arrastre de gas en el flujo de la corriente de fondo de estos tambo res se presentan en la Tabla 1 en “Separadores de Alta Presión”. 36. se tienen todos los criterios necesarios para ejecutar el diseño. ! Se deberían suministrar equipos para la inyección de agentes antiespumantes en las alimentaciones a los tambores separadores. 28). debería ser de 450 mm (18 pulg). Información mínima requerida Ubicar la información mínima requerida según la siguiente tabla.4 pies/s). a flujo normal de gas. figura 11.. para orientación y seguimiento de ciertas tolerancias de diseño. los criterios . los cuales dan un margen de permisibilidad para la formación potencial de espuma en líquidos. Diseño de Separadores Gas Líquido 52 g. Calcule el área vertical requerida (A V ). se obtiene con la información (pag. Si no es el caso. se obtiene multiplicando el flujo de alimentación líquida por el tiempo de retención (Ec. Paso 6. Debe tomarse en cuenta que. a. punto 2). Paso 7. punto 2). consultar detalladamente la información contenida en este documento.2 El volumen de retención de líquido por tiempo de respuesta del operador al accionarse una alarma (sea de alta o sea de baja). Requerida para satisfacer los criterios de velocidad permisible. entre NAL y el NBL. Calcular el volumen de retención entre el NAAL y el NBBL (V r ) a. para el flujo de vapor por encima de NAAL El área vertical para el flujo de vapor A V . Obtenga la distancia mínima permisible entre NBBL y el fondo del tambor Se supone que el tambor tendrá un interruptor y/o alarma de nivel bajo – bajo. estaríamos hablando de h NBL . el flujo volumétrico de gas a usar será la mitad del alimentado. Paso 4.) desde NBL hasta NBBL (ver fig. se calcula con la ecuación (12) (pag. 29. por encima del NAAL. Este procedimiento se debería repetir hasta que se optimice el tamaño del tambor. En caso que no sea así. luego se verifica si el tambor es adecuado para el servicio. 11) Ec. si se tiene flujo dividido de la alimentación.Diseño de Separadores Gas Líquido 53 adicionales de diseño. la configuración del tambor. 17) a. el tiempo de residencia. se supone un tamaño de tambor. Esta distancia. Calcule la velocidad permisible del flujo de vapor Usar la ecuación (11) (pag. Nivel bajo–bajo de líquido). ya que el objetivo es diseñar el tambor más pequeño adecuado para el servicio. el número de boquillas de entrada. 30. h NBBL . la relación F 24 L/D. el cual es 5 min. Más (300 s.) desde NAL hasta Diseño de Separadores Gas Líquido 54 NAAL.. (300 s. entre el NAAL y el NAL (o entre NBBL y NBL) se obtiene multiplicando el flujo de alimentación líquida por el tiempo de respuesta supuesto. Paso 5. 18): . Dimensionamiento del tambor separador horizontal El estimado del tamaño óptimo del tambor es un procedimiento de tanteo para tambores horizontales. Primero.1 El volumen de retención de operación de líquido. y 5 min. 17): r L rt t x Q V = == = (Ec. 32. De acuerdo al criterio del diseñador. Calcule el área fraccional (A 1 . 18) En el caso que no se tengan interruptores y/o alarmas de NBBL y NAAL.0 c. 20): eft r NAAL NBBL L / V A = == = − −− − (Ec.1. 19) Primer Tanteo b. éste puede aproximar la longitud efectiva a la longitud tangente – tangente. la requerida para que el proceso de separación se cumpla.0 250<P<500 3. se obtiene sumando los dos volúmenes anteriores (Ec. Asumir un valor inicial de la relación F 24 L eft /D.0<F 24 L eft /D < 6.5<F 24 L eft /D < 3.0<F 24 L eft /D < 4. es decir. a. 20) e. Asumir un diámetro y a partir de la relación F 24 L eft /D calcular la vertical. la cual varía según la presión de operación en los siguientes rangos. Calcule el área vertical entre NBBL y el NAAL (A NBBL-NAAL ) d. P<250 psig 1.19): 2 r 1 r r V V V + ++ + = == = (Ec. El área vertical entre el NBBL y el NAAL se obtiene dividiendo e l volumen de retención (V r ) en la longitud (L eft ) (Ec.0 P>500 4. este volumen adicional es nulo.) s 600 ( x Q V L 2 r = == = (Ec.3 El volumen de retención máximo de líquido (V r ) entre el NAAL y el NBBL. d. donde L eft es la longitud efectiva de operación. 3 El término “área fraccional” se usará genéricamente como la razón de un área transversal sobre el área transversal total del tambor horizontal. 22) g.3 Nota: La tabla 5 se usará para todos los cálculos subsiguientes del diámetro de tambor y del área de la sección transversal. El área de sección transversal vertical disponible para este flujo. 21) TAMB * 1 NBBL ton xA A A = == = − −− − (Ec. Calcule el área vertical entre el NBBL y el fondo del tambor (A fon-NBBL ). e. 22): ( (( ( ) )) ) 2 24 TAMB F / D x 4 / A λ λλ λ = == = Ec.4 El término “altura fraccional” se usará genéricamente como la razón de una altura sobre el diámetro del tambor horizontal.*) de la sección transversal localizada entre el fondo del tambor y el NBBL(A fon-NBBL ) a la altura del NBBL (h NBBL ). Calcule el área vertical disponible para el flujo de vapor. Diseño de Separadores Gas Líquido 55 e. 23) h. 23): ( (( ( ) )) ) NAAL NBBL NBBL fon TAMB VD A A A A − −− − − −− − + ++ + − −− − = == = (Ec. A VD es (Ec. Esta área se calcula multiplicando el área fraccional de la sección transversal A 1 * por el área del tambor (Ecs. b. Comparar el valor obtenido del área requerida (A V ) con el área disponible para el flujo de vapor (A ( .2 Para calcular el área fraccional de la sección transversal (A 1 *) se utiliza la tabla 5 en donde con el valor de R 1 *=h NBBL /D se lee el valor correspondiente a (A 1 *). 21. f. e. por arriba. Si A V es igual a A VD . y si A VD es significativamente menor que A V . Paso 9.VD ).Calcule el área vertical real de líquido entre NAAL y NBBL El área vertical real dividiendo el volumen de retención máximo (V r ) por la longitud efectiva del tambor (L eft ) Diseño de Separadores Gas Líquido 56 eft r NAAL NBBL L / V A = == = − −− − (Ec. el diámetro asumido en el paso 7b es correcto. Siguientes tanteos De acuerdo a lo expresado en el aparte h. más cercano. hasta encontrar el valor para el diámetro óptimo. el tamaño del tambor que se puso es demasiado pequeño. Esta área se obtiene sumando el área vertical entre el NBBL y el fondo (A fon-NBBL) y el área vertical entre NBBL y el NAAL (A NBBL-NAAL) (EC (25)): A FOM-NAAL= A . redondear al diámetro comercial. se debe repetir el procedimiento desde 7b con un valor de diámetro mayor o menor según sea el caso... el tamaño del tambor que se supuso es demasiado grande para el servicio. Al lograr esto.Calcule el área vertical de líquido requerida entre el fondo del recipiente y NAAL (A fon-NALL). se obtendrá la longitud de operación o longitud efectiva del tambor (L eft ) Paso 8. 24) Debe recordarse que V r fue calculado en el paso 7. cuando se obtenga tal diámetro. Si A VD es significativamente mayor que A V . Leer en la tabla 5.A 2 *= 0.Sea A* = 1-A 2 * b.R 2 * = 1-R* Ejemplo: d.. Nota: Si A 2* es mayor que 0. calculado en el paso 9. 25) Además.FOM-NBBL + A NBBL-NAAL (Ec..26) ..74B e...3 (Ec.5..A*= 1-0. y actualizado cuando se obtuvo el diámetro correcto. (41)) A 2 * = A fon-NAAL/ A TAMB (EC. 41) Debe recordarse que A fon-NBBL fue calculado dentro de los tanteos realizados en el paso 7.Calcule la distancia vertical entre el fondo del tambor y el NAAL (A FON-NALL ) La distancia vertical entre el fondo del tambor y el NAAL es (EC (26)): H FON-NALL = R* 2 XD Donde R* 2 se calcula a partir de la tabla 5 con el valor A* 2. R* como valor correspondiente a A* c. Paso 10.748-0.. la tabla deberá usarse de la siguiente manera): a.252 f. se puede calcular el área fraccional correspondiente (A 2 *) (Ec.R*= 0. 48)): A NAAL NBL = V r1 / L eft (Ec.7 Diseño de Separadores Gas Líquido 57 Paso 11. dividido por Left (Ec. es igual a A NBBL NBL ( 47): A NAAL-NAL = A NBBL-NBL (Ec.R 2 * = 1-0.g. Corresponden al volumen de líquido de cinco minutos (300s). 46) El área vertical entre NAAL y NAL (A NAAL NAL ).. 48) El área vertical entre el fondo y NBL(A FON-NBL ) sé obtiene por Ec (49): A fon . 47) El área vertical entre el NAL y NBL(A NAL-NBL ).Calcule otras áreas y distancias verticales dentro del tambor El área vertical entre el NBBL y NBL (A NBBL-NBL ).3= 0. en el paso 7. dividido por L eft (Ec (46)): A NBBL-NBL = 0 L X (300) / L EFt (Ec.. corresponde al volumen de operación (V r1 ) del líquido (calculado por la ecuación (17). tiempo de residencia del liquido ¿. (51): h fon NBL = R 4 * x D (Ec. boquilla de entrada boquilla (dp). y la aplicación exige de acuerdo a lo expresado en el punto (c.Dimensionamiento de la a. . 49) El área vertical entre el fondo y NAL(A FON-NAL ) sé obtiene por Ec (50): A fon NAL = A fon-NBL + A NAL-NBL (EC..NBL = A fon-NBBL + A NBBL-NBL (EC. 50) La distancia vertical entre el fondo del tambor y el NBL es Ec. 51) Donde R 4 * se calcula a partir de la tabla 5 con el valor de TAMB NAL .fon * 3 /A A A = == = La distancia vertical entre el fondo del tambor y el NAL es Ec. tubería de entrada. 51) Donde R 3 * se calcula a partir de la tabla 5 con el valor de TAMB NBL .fon * 4 /A A A = == = Paso 12.(51): h fon NBL = R 3 * x D (Ec. Estimación del diámetro de la Si no se tiene el diámetro de la tener flujo bifásico anular. Diseño de Separadores Gas Líquido 58 pag. 39), seguir lo indicado en la sección 14D, para obtener un diámetro que produzca flujo anular a la entrada del recipiente. En la especificación de proceso del recipiente, se deberá exigir que la tubería de entrada a este tambor tenga el diámetro aquí obtenido, en una distancia al menos cinco diámetros de boquilla medidos desde la brida de la boquilla de entrada. Si no tiene el diámetro de la tubería de entrada y la aplicación no exige tener flujo bifásico anular, de acuerdo a lo expresado en el punto (c, pag. 39), usar la tabla mostrada en dicho aparte para estimar el diámetro de la boquilla de entrada. b. Calcule la velocidad real de la mezcla a la entrada V S (en el caso que aún no se conozca) (Ec. 27): 2 p M 20 S d Q 4 F V π ππ π = == = (Ec. 27) c. Cheque el criterio de máxima velocidad en la boquilla, de acuerdo a lo presentado en el aparte 4.4, ecuaciones (2a) hasta la (2f) En caso que la boquilla seleccionada requiera de un distribuidor en “T” con ranuras, diseñe el distribuidor de acuerdo a lo presentado en el punto 2, pag. 44. Paso 13.- Dimensionamiento de las boquillas de salida del gas y líquido Usar las recomendaciones de la tabla presentada en el punto c, pag. 39. Paso 14.- Cálculo de la longitud tangente a tangente del tambor Conociendo el tamaño de la (s) boquilla (s) de entrada y de salida de gas, se tiene que la longitud tangente a tangente del tambor (L) es la suma, en unidades consistentes, de L eft y todos los tamaños nominales de las boquillas de entrada y de salida de gas, más tolerancias mecánicas de construcción. Paso 15.- diseño de la malla separadora de gotas a. Cálculo del área de la malla. Si el caso bajo estudio pertenece a alguno de los servicios específicos presentados en la tabla 1 (junto con las recomendaciones de los puntos Tambores separadores horizontales con y sin malla horizontal y Tambores separado res horizontales con y sin malla horizontal (pag. 42), tomar de allí el valor de la velocidad permisibl e del vapor. Si este no es el caso, seguir las recomendaciones Diseño de Separadores Gas Líquido 59 presentadas en los puntos (Tambores separadores horizontales con y sin malla hor izontal y Tambores separadores horizontales con y sin malla horizontal (pag. 42)) . Conociendo el criterio a emplear, calcular la velocidad permisible de gas, V V , como un porcentaje de la velocidad crítica. Luego, obtener el área requerida de malla con la (Ec. 28): V V Malla V / Q A = == = (Ec. 28) b. Seleccione el espesor y densidad de la malla, según los criterios de diseño ya seleccionados. c. Cálculo del ancho de la malla cuadrada (a Malla ) (Ec. 29): ( (( ( ) )) ) 2 1 Malla 25 Malla A F a = == = (Ec. 29) d. Cálculo de la distancia mínima h 0 entre el tope de la malla y la boquilla de salida del gas; usar la ecuación (5a), en el punto (Distancia del tope de la malla a la boquilla de salida del gas/vapor (pag. 43)). e. Calcule la distancia vertical disponible entre el fondo de la malla y NAAL (h Malla-NAAL ) (ec. 30): ( (( ( ) )) ) Malla 0 NAAL fon NAAL Malla e h h D h − −− − − −− − − −− − = == = − −− − − −− − (Ec. 30) Nota: El h MALLA-NALL mínimo requerido en de 300 mm (12 pulg), para prevenir un salpiqueo en la malla. f. Verifique si el espacio de vapor es adecuado para montar una malla: Calcule la distancia de la entrada disponible para instalar la malla, usando la tabla 5 o directamente por medio de la siguiente ecuación (Ec. 31): ( (( ( ) )) ) ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ − −− − − −− − | || | . .. . | || | \ \\ \ | || | − −− − = == = − −− − − −− − − −− − NAAL fon NAAL Malla 1 h h D x D 2 1 cos Dxsen h (Ec. 31) Paso 16.- Especificación de rompe - vórtices Siguiendo las recomendaciones del punto 3, pag. 46, escoger el tipo d e rompe – vórtice. 2.- Procedimiento de diseño para tambores separadores verticales Favor ver figuras 2. y/o 7., para orientación y seguimiento de ciertas tolerancias de diseño, figura 11, para identificación de áreas, alturas y niveles (ver nomenclatura). Diseño de Separadores Gas Líquido 60 Paso 1. Información mínima requerida Ubicar la información mínima requerida según la siguiente tabla. Información Vapor/gas Líquido (s) General Densidad X X Viscosidad X X Tensión Superficial X Flujo (másico o volumétrico) X X Presión de Operación X Temperatura de Operación X Material pegajoso? X Arrastre de sólidos? X Variaciones fuertes en el flujo de vapor/gas? X Variaciones fuertes en el flujo de líquido(s)? X Paso 2. Defina el tipo de servicio De acuerdo a lo presentado en el punto 1, pag. 28, identificar ipo de servicio específico según lo presentado en la tabla 1; si allí se equipo, se tienen todos los criterios necesarios para ejecutar el diseño. caso que no sea así, consultar detalladamente la información contenida en este documento. Paso 3. Definición de los criterios de diseño Si el servicio se encuentra entre los listados en la tabla 1, ce en la misma los criterios de diseño para el servicio en cuestión, los el t localiza el En locali criterios adicionales de diseño, la configuración del tambor, el tiempo de residencia, el número de boquillas de entrada, la relación L/D. En caso que no sea así, consultar detalladamente la información contenida en este documento de las Pags. 41-43. Paso 4. Calcule la altura mínima permisible entre NBBL y el fondo del tambor Se supone que el tambor tendrá un interruptor y/o alarma de nivel bajo – bajo. Si no es el caso, estaríamos hablando de h NBL . Esta distancia, h NBL , se calcula con la información de la pag. 32 (Nivel bajo-bajo). Paso 5. Calcule la velocidad permisible del flujo de vapor Usar la ecuación (11) punto 2 (pag. 29). Diseño de Separadores Gas Líquido 61 Paso 6. Calcule el área transversal requerida (A V ), para el flujo de vapor y el diámetro del recipiente El área transversal para el flujo de vapor A V , requerida para satisfacer los criterios de velocidad permisible, se calcula con la ecuación (12) punto 2 (pag. 30). El diámetro se obtiene del valor A V de (Ec. 32): 2 1 V 24 xA 4 F ' D | || | . .. . | || | \ | π = \\ || ππ == \ | π = (Ec. 32) y luego se redondea al diámetro comercial, por arriba, más cercano (D). En el caso que el tambor tenga una malla separadora de gotas, el diámetro (D’), aquí calculado, corresponde realmente al área libre para flujo de vapor/gas que tiene la malla. Como es bien sabido, la malla será soportada por un anillo que obstruye los bordes de la malla para efe ctos del flujo de vapor/gas. Por tanto, el diámetro del tambor con malla será el valor calculado más dos veces el ancho del anillo soporte, todo esto redondeado al tamaño comercial, por arriba, más cercano (D). Para información de el ancho de dicho anillo de soporte, consultar (Separadores de malla metálica y soportes). Paso 7. Calcule los volúmenes de operación y de emergencia Si el caso analizado está descrito en la tabla 1, seguir las indicacio nes sobre el volumen de operación o tiempo de residencia; si no es el cas o, seguir las recomendaciones del punto (Criterios para fijar el volumen de operación /tiempo de residencia, pag. 32). Si el tambor tiene NAAL y NBBL, usar 5 min utos de volumen de líquido entre NAL y NAAL, y 5 minutos más entre NBL y NBBL. El volumen de retención de operación de líquido, entre NAL y el NBL, se obtiene multiplicando el flujo de alimentación líquida por el tiempo de retención (Ec. 43): r L 1 r t x Q V = == = (Ec. 43) El volumen de retención de líquido por tiempo de respuesta del operador al accionarse una alarma (sea de alta o de baja), entre el NAAL y el NBBL, se obtiene multiplicando el flujo de alimentación líquida por el tiempo d e respuesta supuesto, el cual es 5 min (300 s) desde NAL hasta NAAL y 5 min. más (300 s) desde NBL hasta NBBL (ver fig. 11) (Ec. 44): ( (( ( ) )) ) s 600 x Q V L 2 r = == = (E c. 44) Diseño de Separadores Gas Líquido 62 En el caso que no se tengan interruptores y/o alarmas de NBBL y NAAL, este volumen adicional es nulo. El volumen de retención máximo de líquido, (V r ), entre el NAAL y el NBBL, se obtiene sumando los dos volúmenes anteriores (Ec. 45): 2 r 1 r r V V V + ++ + = == = (Ec. 45) Paso 8. Calcule la altura de líquido entre NAAL y NBBL Conocido V r , la altura de líquido entre NAAL y NBBL (h NBBL-NAAL ), es (Ec. 33): ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) 4 / F / D / V h 2 25 r NAAL NBBL π ππ π = == = − −− − (Ec. 33) Paso 9. Calcule la altura desde el fondo del tambor y el NAAL (h fonNAAL ) La distancia vertical entre el fondo del tambor y el NAAL es (Ec. 34): NBBL NAAL NBBL NAAL fon h h h + ++ + = == = − −− − − −− − (Ec. 34) Paso 10. Fije la altura desde NAAL hasta la boquilla de entrada (h NAALboq ) En el caso de tambores verticales con entrada tangencial (ver fig. 7) (Ec. 35): ) " 6 ( mm 150 D h boq NAAL + ++ + = == = − −− − (Ec. 35) En el caso de tambores verticales sin entrada tangencial (ver fig. 2) (Ec. 36): p boq NAAL d h = == = de aquí se obtendría el tamaño de la boquilla de entrada. en una distancia de al menos cinco diámetros de boquilla medidos desde la banda de la boquilla de entrada. Calcule las boquillas de salida del gas y líquido Usar las recomendaciones de la tabla presentada en el punto c (pag. 39) usar la tabla mostrada en dicho aparte para estimar el diámetro de la boquilla de entrada. a. En caso que la boquilla seleccionada requiera de un distribuidor en T con ranuras. de acuerdo a lo presentado en el punto d (pag. ecuaciones (2a) hasta (2f). de acuerdo a lo expresado en el punto (pag. Calcule la velocidad real de la mezcla a la entrada V S . 36) Ver paso siguiente para cálculo de d p . En la especificación de proceso del recipiente. 42 ) d.− −− − (Ec. 37). Si no se tiene el diámetro de entrada. Paso 11. c. se deberá exigir que la tubería de entrada a este tambor deberá tener el diámetro aquí obtenido. y la aplicación no exige tener flujo bifásico anular. 34). seguir lo indicado en la sección c. Fije la altura desde la boquilla de entrada y la malla ó la línea tangente superior (h boq-Malla o h boq-tan ) . para obtener un diámetro que produzca flujo anular a la entrada del recipiente. Cheque el criterio de máxima velocidad en la boquilla. 44) Paso 12. Lo siguiente aplica solamente a tambores verticales sin entrada tangencial. 39. b. diseñe el distribuidor de acuerdo con lo presentado en el punto 2 (pag. 39) Paso 13. pag. (en el caso que aún no se conozca) (Ec. para calcular VS. Si no se tiene el diámetro de la tubería de entrada. Calcule la boquilla de entrada (d p ) Si un tambor vertical con entrada tangencial. y la aplicación exige tener f lujo Diseño de Separadores Gas Líquido 63 bifásico anular. usar la ecuación (3) (pag . 42): 2 p M 20 S d Q 4 F V π ππ π = == = (Ec. 4 pies). Paso 16. Cálculo del diámetro de la malla redonda (D Malla ). usar un mínimo de 1200 mm (aprox.5 veces el diámetro del tambor (lo que sea mayor). Cálculo del área de la malla. Para el caso de tambores verticales sin entrada tangencial y horizonta l y con malla. Diseño de Separadores Gas Líquido 64 Paso 14. Diseño de la malla separadoras de gotas Esta parte no aplica para tambores separadores con la boquilla tangencial: a. Para el caso de tambores verticales sin entrada tangencial horizontal y sin malla. entre la boquilla de entrada y el fondo de la malla (h boq-Malla ). entre la boquilla de entrada y la línea tangente superior (hboq-tan). Seleccione el espesor (eMalla) y densidad de la malla. 38): ( (( ( ) )) ) 24 0 Malla Malla p boq NAAL NAAL fon eft F / h e h d h h L + ++ + + ++ + + ++ + + ++ + + ++ + = == = − −− − − −− − (Ec. 38) Para el caso de tambores verticales sin entradas tangenciales horizontales y sin malla. 3. o 0. De acuerdo a lo mostrado en el paso 6 (Ec. 39): ( (( ( ) )) ) 24 tan boq p boq NAAL NAAL fon eft . usar un mínimo de 920 mm (aprox. En el paso 6 ya se calculó el área de flujo libre de la malla que. se tiene que la altura efectiva de separación del tambor (L eft ) es (Ec. según los criterios de diseño ya seleccionados. 2 pies). b. 37) Paso 15. c.0 pies) o 0. para todos los efectos.5 veces el diámetro del tambor (lo que sea mayor). usar un mínimo de 610 mm (aprox.Para el caso de tambores verticales con entrada tangencial horizontal. se tiene que la altura efectiva de separación del tambor (L eft ) es (Ec. Cálculo de la distancia mínima permisible h 0 entre el tope de la malla y la línea tangente superior Usar lo indicado en la pag. 43 (Distancia del tope de la malla a l a boquilla de salida del gas/vapor). es el área de la malla. 37): ' D D Malla = == = (Ec. entre la boquilla de entrada y la líne a tangente superior (hboq-tan). Cálculo de la altura efectiva de separación del tambor Para el caso de tambores verticales sin entradas tangenciales horizontales y con malla. F / h d h h L − −− − − −− − − −− − + ++ + + ++ + + ++ + = == = (Ec. 39) Para el caso de tambores verticales con entradas tangenciales horizontales. para tambores horizontales m 2 pie 2 A NAL-NBL = Área vertical entre el NAL y el NBL para tambores horizontales m 2 pie 2 . para tambores horizontales m 2 pie 2 A Malla = Área requerida de malla separadora de gotas m 2 pie 2 A NAAL-NAL = Área vertical entre el NAAL y el NAL. 40): ( (( ( ) )) ) 24 tan boq p boq NAAL NAAL fon eft F / h d h h L − −− − − −− − − −− − + ++ + + ++ + + ++ + = == = (Ec. Diseño de Separadores Gas Líquido 65 h. 40) Debe recordarse que la altura real del recipiente sumará a esta altura efectiva. todas las tolerancias de construcción necesarias.. se tiene que la altura efectiva de separación del tambor (L eft ) es (Ec.NOMENCLATURA En unidades SI En unidades Inglesas A fon-NBBL = Área vertical entre el NBBL y el fondo del tambor. A NBBL-NAAL = Área vertical entre el NBBL y el NAAL. para tambores horizontales m 2 pie 2 A TAMB = Área de sección transversal para tambores horizontales m 2 pie 2 A V = Área de sección transversal para el flujo de vapor m 2 pie 2 A VD = Area vertical disponible para el flujo de vapor m 2 pie 2 A ran = Área de flujo de una ranura en el colector o distribuidor de gas mm 2 pulg 2 D D Malla = Diámetro del tambor mm pie = Diámetro de una malla circular. para tambores horizontales m 2 pie 2 A NBBL-NBL = Área vertical entre el NBBL y el NBL. o lado más largo de una malla rectangular . f es una función de la distancia X (la cual es la distancia entre la boquilla de entrada y la superficie de choque)..mm pie d d h d 0 = Diámetro de la gota mm pulg = Diámetro de la boquilla de salida mm pulg = Diámetro de boquilla o tubo de entrada mm pulg d p = Diámetro de boquilla o tubo de entrada mm pulg S Malla = Espesor de la malla separadora de gotas mm Pulg Diseño de Separadores Gas Líquido 66 En unidades SI En unidades Inglesas f = Factor de disipación de la velocidad del chorro (jet). Como se muestra en la figura 6. y del diámetro de la boquilla de entrada d p . Esta es la distancia del tope de la boquilla de entrada a la superficie del líquido mm pie h = Distancia de fondo entre la boquilla de entrada y el nivel alto del líquido (NAAL) mm pulg h boq-Malla = Distancia entre la boquilla de entrada y el fondo de la malla mm pulg h boq-tan = Distancia entre la boquilla de entrada . Adimensional H e = Altura efectiva del ciclón. y la línea tangente superior mm pulg h fon-NAL = Distancia vertical entre el fondo del tambor y el NAL mm pulg h fon-NAAL = Distancia vertical entre el fondo del tambor y el NAAL mm pulg h fon-NBL = Distancia vertical entre el fondo del tambor y el NBL mm pulg h Malla-NAAL = Distancia vertical disponible entre el fondo de la malla y el NAAL mm pulg h NAAL-boq = Altura desde NAAL hasta la boquilla de entrada mm pulg h NBBL = Altura mínima desde el nivel bajo de líquido hasta la boquilla de salida de líquido mm pulg h NBBL-NAAL = Altura de líquido entre NAAL y NBBL mm pulg h 0 = Distancia mínima permisible entre tope de la malla y la boquilla de salida del gas (o el borde cercano de la ranura en los colectores de salida) mm pulg L = Longitud tangente a tangente del tambor vertical m pie L eft = Longitud efectiva de operación. la requerida para que el proceso de supervisión se cumpla m pie LMalla = Longitud del lado más largo de l malla rectangular mm pie Diseño de Separadores Gas Líquido 67 . es decir. En unidades SI En unidades Inglesas l = Cuerda disponible para instalar la malla a la salida de gas. en tambores horizontales mm pulg l dis = Longitud requerida del distribuidor en forma de « T » en la boquilla de entrada mm pulg l ran = Lado más largo de las ranuras rectangulares mm pulg N r = Número de filas de ranuras en el colector de gas N S = Número de ranuras por línea en el colector de gas o distribuidor Q L = Flujo de descarga de líquido m 3 /s pie 3 /s Q M = Flujo de mezcla por boquilla de entrada m 3 /s pie 3 /s Q V = Flujo de descarga de vapor m 3 /s pie 3 /s S Malla = Lado más corto de la malla rectangular mm pie S ran . tal que no ocurra arrastre en la superficie del líquido m/s pie/s V r = Volumen de retención máximo de líquido entre el NAAL y el NBBL m 3 pie 3 V r1 = Volumen de retención de operación de líquido entre el NAL y el NBL m 3 pie 3 V r2 = Volumen de retención de líquido por tiempo de respuesta del operador al accionarse una alarma m 3 pie 3 V S s s = Velocidad superficial de l mezcla en el recipiente m/s pie/s V V = Velocidad de vapor permisible en el recipiente m/s pie/s Diseño de Separadores Gas Líquido .= Lado más corto de la ranura rectangular mm pulg t r = Tiempo de retención de operación V c = Velocidad crítica m/s pie/s V E = Velocidad máxima de mezcla a la salida de la boquilla de entrada. 6). Ecs (2a.62x10 -4 5.3x10 -4 . 2c. 34-35. 2d) 1. promediada en volumen Kg/m 3 lb/pie 3 σ = Tensión superficial del líquido a condiciones de operación mN/m dinas/cm µ = Viscosidad del vapor a condiciones mPa.s cP Factores que dependen de las unidades usadas En unidades SI En unidades Inglesas F 2 = Pags. Para tambores verticales con boquillas de entrada simple. hasta la superficie de choque (ver fig. X es el diámetro del tambor X es igual a h para tambores verticales con distribuidores ranurados (o con orificios) o codos de 90°. mm pulg λ = Fracción volumétrica de líquido alimentando al tambor Adimensional ρ G = Densidad del vapor a condiciones de operación Kg/m 3 lb/pie 3 ρ L = Densidad del líquido a condiciones de operación Kg/m 3 lb/pie 3 ρ M = Densidad de la mezcla a condiciones de operación.68 En unidades SI En unidades Inglesas X = Distancia desde la boquilla de entrada. Ec (2b) 1. Ec (4. 38. 38.09 F 12 = Ec (1a) 0. 35.3x10 3 F 13 = Ec (1b) 6.6x10 -4 F 4 = Pag. 35.62 1.001 10. Ec (3) 3720 2500 F 7 = Pag. Ec (2f) 3.545 8. 34. 43.009 0.9x10 -4 F 11 = Ec (1) 655 0.8x10 -4 5. 34. Ec (2e) 7.F 3 = Pag.0x10 -4 F 6 = Pag. Ec (2) 0.3 2.03x10 -4 F 14 = Ec (1c) 172. 5a. 37.1x10 -4 3.3x10 -4 F 5 = Pag.936 F 8 = Pags. 5b) 1 12 F 10 = 1 Ec (1) 1.74 Diseño de Separadores Gas Líquido .0x10 -4 2. Ec (4) 0.05x10 -4 1.05x10 3 F 15 = Pag. Tipos de boquillas de entrada recomendadas para algunos servi cios específicos Tabla 4. 45. Distribuidores de entrada en “T” Figura 10. 29.69 Factores que dependen de las unidades usadas En unidades SI En unidades Inglesas F 16 = Pag. Ec (11) 0. Dimensiones típicas de los tambores verticales Figura 3. Ec (4) 1. Dimensiones típicas de tambores horizontales Figura 4. Ec (3) 100 15 F 17 = (6a) 100 4 F 18 = Pag.77 2. 45. Dimensiones de los tambores horizontales con Malla vertical y horizontal Figura 5. pag. Recolector de gases Figura 9. Identificación de los niveles en un tambor separador bifásico .59 1000 1 F 25 = Pag. 58.048 0. Ec (15) . Tambores separadores verticales con entrada tangencial horizontal Figura 8. Longitudes de cuerdas y áreas de las secciones circulares vs. Capacidades de los tambores cilíndricos Figura 2.Apéndice Tabla 1. Ec (42) 10 6 144 F 21 = Pag. Ec (29) 1000 2 i. Tipos y características de los rompe–vórtices Figura 11. 37. 63. 59. 52. Criterios de diseño típicos para algunos servicios específicos Tabla 2. Ec (16) 25 mm 1 pulg F 24 = Pag. alturas de la cuerda Figura 1. Ec (27) .. Datos de recipientes cilíndricos Tabla 3.8 F 20 = Pag. Tambor separador de la alimentación del Depurador de MEA (1) Figura 6. pag. Dimensiones de codos estándar de 90 para soldar en función del tamaño nominal de la tubería Tabla 5. 38. Disipación de la velocidad en chorros incidentes Figura 7.157 F 23 = Pag. DATOS DE RECIPIENTES CILÍNDRICOS Diseño de Separadores Gas Líquido 71 TABLA 2. siempre y cuando el régimen de flujo en la boquilla de entrada no sea flujo de tapón ni de burbuja Boquilla simple de entrada ! Cuando el régimen de flujo en la boquilla de entrada es flujo tapón o burbuja Distribuidor “T” con ranuras ! Para un tambor alimentado solamente durante el alivio de válvulas de seguridad Boquillas horizontales tangenciales Horizontal ! Tambores con malla Un distribuidor “T” con ranuras o un codo de 90° a cada extremo del tambor. DATOS DE RECIPIENTES CILÍNDRICOS Diseño de Separadores Gas Líquido 72 TABLA 3. Estas entradas deberían apuntar hacia la tapa más cercana ! Tambores sin malla Distribuidor (es) con ranuras o codo (s) de 90° apuntando hacia la tapa más cercana . TIPOS DE INTERNOS DE ENTRADA RECOMENDADOS PARA ALGUNOS SERVICIOS ESPECÍFICOS TIPO DE TAMBOR SEPARADOR APLICACIÓN TIPO DE INTERNO DE ENTRADA Vertical ! Todos los tambores con malla Distribuidor “T” con ranuras ! Tambores sin malla.Diseño de Separadores Gas Líquido 70 TABLA 2. LONGITUDES DE CUERDAS Y ÁREAS DE LAS SECCIONES CIRCULARES VS. ALTURAS DE LA CUERDA ( (( ( ) )) ) radianes en . DIMENSIONAMIENTO DE CODOS ESTÁNDARES DE 90¡ PARA SOLDAR EN FUNCIÓN DEL TAMAÑO NOMINAL DE LA TUBERÍA Diseño de Separadores Gas Líquido 74 TABLA 5. .Diseño de Separadores Gas Líquido 73 TABLA 4. 2 Sen r 2 Sen r A A ´ A D h 2 1 Cos Sen 2 Sen D Diámetro cuerda la de . D h 2 1 Cos 2 . Long ´ L D h Diámetro cuerda la de Altura ´ R 1 2 2 cuerda segmento 1 θ θθ θ ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ | || | . | || | . .. 168 0.973 0.318 0.216 0.105 0.162 0.169 0.357 0.274 0.819 0.0958 0.164 0.037 0.160 0.347 0.600 0.739 0.575 0.588 0.231 0.603 0.415 0.098 0.355 0.224 0.032 0.214 0.312 0.227 0.210 0.344 0.611 0.150 0.730 0.741 0.350 0.968 0.1061 0.\ | = π θ = π θ = | .213 0.349 0.1099 0.735 0.211 0.340 0.361 0.892 0.215 0.0505 0.211 0.406 0.823 0.0458 0.268 0.035 0.0950 0.0108 0.595 0.0165 0.949 0.215 0.375 0.0453 0.373 0.0119 0.300 0.165 0.390 0.0067 0.302 0.837 0.154 0.225 0.305 0.307 0.835 0.0144 0.047 0.039 0.378 0.894 0.342 0.733 0.260 0.259 0.954 0.1042 0.592 0.356 0.877 0.0520 0.584 0.157 0.166 0.572 0.0536 0.102 0.222 0.423 0.1023 0.828 0.044 0.831 0.0960 0.834 0.262 0.226 0.0498 0.090 0.0528 0.154 0.163 0.042 0.103 0.167 0.034 0.343 0.875 0.158 0.975 0.0110 0.152 0.0129 0.153 0.0483 0.978 0.276 0.200 0.578 0.159 0.223 0.266 0.212 0.728 0.410 0.0567 0.820 0.091 0.0098 0.207 0.218 0.0160 0. | θ θθ θ − −− − θ θθ θ − −− − θ θθ θ = == = \ | = θ = λ = = == = = == = = == = − − 0.167 0.0977 0.836 0.0490 0.360 0.966 0.368 0.1089 0.385 0.714 0.822 0.0941 0.737 0.0470 0.876 0.815 0.218 0.888 0.724 0.352 0.886 0.153 0.0101 0.605 0.726 0.255 0.0544 0.589 0.616 0.204 0.159 0.308 0.392 0.341 0.280 0.045 0.742 0.722 0.963 0.096 0.257 0.202 0.099 0.362 0.878 0.156 0.033 0.0575 0.816 0.902 0.382 0.872 0.161 0.720 0.348 0.203 0.0510 0.874 0.164 0.1080 0.046 0.221 0.092 0.0149 0.097 0.0170 0.162 0.030 0.0155 0.950 0.234 .718 0.107 0.0996 0.960 0.0559 0.205 0.209 0.163 0.106 0.336 0.165 0.0139 0.872 0. | \ | = θ = λ = − − \\ || == ππ θθ == ππ θθ == || .160 0.827 0.272 0.898 0.581 0.418 0.043 0.401 0.0551 0.597 0.264 0.884 0.826 0.0115 0.282 0.278 0.365 0.219 0.220 0.036 0.731 0.155 0.0445 0.095 0.951 0.395 0.890 0.1051 0.833 0.038 0.824 0.380 0.158 0.952 0.1070 0.166 0.1014 0.900 0.151 0.0124 0.0456 0.0986 0.330 0.746 0.346 0.882 0.324 0.957 0.817 0.100 0..1033 0.896 0.094 0.370 0.613 0.0072 0.213 0.716 0.256 0.155 0.156 0.608 0.947 0.093 0.157 0.258 0.284 R' L' A' R' L' A' R' L' A' R' L' A' R' L' A' R' L' A' 0.101 0.0134 0.397 0. || \\ || == θθ == λλ == −− −− \ | = π θ = π θ = | .871 0.161 0.744 0.217 0.222 0.171 0.1005 0.040 0.201 0.031 0.229 0.367 0.618 0.041 0.270 0.225 0.830 0.227 0.387 0.104 0. 911 0.262 0.196 0.243 0.455 0.191 0.113 0.643 0.0747 0.0368 0.0245 0.857 0.168 0.922 0.865 0.070 0.0639 0.1146 0.1403 0.1195 0.314 0.987 0.0341 0.863 0.292 0.539 0.915 0.050 0.440 0.0198 0.187 0.0631 0.172 0.789 0.484 0.248 0.238 0.130 1.000 0.514 0.297 0.925 0.1383 0.854 0.984 0.138 0.478 0.188 0.0270 0.762 0.906 0.132 0.334 0.996 0.869 0.273 0.238 0.332 0.991 0.075 0.533 0.783 0.495 0.187 0.304 0.0276 0.999 0.230 0.939 0.1393 0.175 0.839 0.300 0.079 0.0690 0.840 0.000 0.268 0.848 0.200 0.0171 0.259 0.247 0.415 0.120 0.058 0.1323 0.0354 0.056 0.527 0.946 0.500 0.257 0.077 0.264 0.507 0.302 0.661 0.0598 0.0347 0.0800 0.668 0.888 0.0321 0.322 0.928 0.853 0.688 0.286 0.470 0.910 0.121 0.133 0.792 0.775 0.336 1.330 0.180 0.1244 0.186 0.788 0.490 0.681 0.400 0.666 0.677 0.078 0.063 0.316 0.464 0.191 0.997 0.0647 0.0623 0.246 0.124 0.517 0.756 0.250 0.115 0.054 0.448 0.293 0.649 0.080 0.126 0.998 0.797 0.908 0.523 0.937 0.424 0.927 0.0773 0.0327 0.0591 0.173 0.184 0.417 0.128 0.255 0.500 0.0263 0.405 0.781 0.386 0.763 0.071 0.628 0.174 0.0705 0.0680 0.940 0.770 0.475 0.051 0.777 0.188 0.245 0.460 0.460 0.073 0.190 0.176 0.845 0.065 0.0314 0.766 0.190 0.064 0.254 0.844 0.543 0.178 0.0807 0.1250 0.0781 0.0655 0.137 0.842 0.048 0.228 0.985 0.236 0.751 0.229 0.112 0.0296 0.1333 0.1204 0.1175 0.0738 0.173 0.248 0.676 0.621 0.931 0.411 0.076 0.471 0.245 0.239 0.918 0.328 0.1373 0.1214 0.278 0.285 0.980 0.843 0.242 0.791 0.443 0.250 0.772 0.108 0.859 0.633 0.490 0.233 0.295 0.118 0.795 0.1424 .428 0.180 0.1283 0.060 0.497 0.185 0.748 0.0257 0.240 0.338 0.374 0.290 0.1263 0.982 0.067 0.232 0.456 0.0187 0.855 0.0833 0.430 0.913 0.849 0.129 1.059 0.0227 0.195 0.1343 0.526 0.1353 0.786 0.193 0.1234 0.626 0.053 0.0215 0.116 0.170 0.481 0.125 0.1137 0.460 0.0.480 0.241 0.933 0.0221 0.475 0.135 0.0583 0.999 0.196 0.062 0.623 0.183 0.0210 0.189 0.917 0.231 0.995 0.236 0.410 0.193 0.538 0.510 0.0606 0.636 0.435 0.656 0.871 0.485 0.237 0.127 0.1166 0.000 0.235 0.0730 0.432 0.998 0.493 0.850 0.768 0.425 0.310 0.0842 0.131 1.866 0.0376 0.399 0.182 0.0239 0.192 0.0688 0.638 0.500 0.136 0.186 0.0288 0.767 0.249 0.0361 0.0191 0.283 0.185 0.467 0.288 0.0180 0.069 0.0614 0.200 0.181 0.066 0.320 0.172 0.234 0.068 0.241 0.0713 0.0755 0.852 0.0851 0.994 0.444 0.941 0.685 0.197 0.1156 0.0816 0.650 0.440 0.324 0.670 0.760 0.179 0.0660 0.110 0.930 0.052 0.867 0.194 0.980 0.631 0.177 0.452 0.175 0.312 0.199 0.194 0.640 0.189 0.679 0.171 0.326 0.119 0.503 0.1273 0.673 0.683 0.405 0.074 0.182 0.445 0.989 0.692 0.420 0.0204 0.773 0.049 0.530 0.430 0.298 0.936 0.380 0.281 0.659 0.752 0.943 0.177 0.195 0.271 0.0233 0.1108 0.178 0.652 0.920 0.934 0.122 0.139 0.664 0.0301 0.123 0.0334 0.449 0.176 0.308 0.392 0.134 0.794 0.288 0.465 0.1293 0.756 0.436 0.1121 0.251 0.462 0.111 0.847 0.436 0.244 0.645 0.183 0.1313 0.468 0.750 0.114 0.174 0.800 0.694 0.0790 0.199 0.923 0.785 0.243 0.990 0.945 0.475 0.306 0.0764 0.252 0.0826 0.1363 0.780 0.072 0.318 0.861 0.0282 0.657 0.0721 0.864 0.858 0.860 0.486 0.290 0.276 0.109 0.904 0.179 0.117 0.0306 0.000 0.181 0.0671 0.690 0.055 0.1118 0.140 0.993 0.061 0.1224 0.482 0.296 0.057 0.799 0.192 0.0251 0.758 0.266 0.1185 0.450 0.198 0.778 0.482 0.169 0.1414 0.1303 0.294 0.253 0.252 0. Refiérase a la Tabla 3 y pags.710 0.203 0.699 0.552 0.209 0.0389 0. 7.548 0. 47) para tambo . El espa cio de vapor mínimo debería ser dimensionado para 300 mm (12 pulg. 32 (Nivel bajo-bajo). p ag.143 0.708 0.805 0.567 0.706 0. Si no aplica. 2. 5. sólo hay NAL y NBL. 34).0932 Diseño de Separadores Gas Líquido 0.085 0.088 0.1464 0.206 0.086 0.1516 75 Fig.0922 0.145 0. Las dimensiones del centro al extremo del codo de tubería se muestra en la Tabl a 4. Diseño de Separadores Gas Líquido 78 3.564 0. sólo hay NAL y NBL.147 0.0. ver Tablas 1 y 3.812 0.801 0. 41.205 0.081 0. Ver paso 13.0439 0. 4.0403 0. Diseño de Separadores Gas Líquido 77 Fig. 4.0431 0. La distancia mínima entre el tope de una boquilla de entrada y la línea tangente del tope del tambor debe ser de 900 mm (36 pulg.0424 0.803 0.0878 0.555 0. Si aplica: cinco minutos de flujo de líquido entre NAAL y NAL (igual para NBBL y NBL).). Si no aplica.1434 0. 6.0417 0. pag.0877 0.561 0. El tipo de boquilla de entrada depende del servicio.204 0. DIMENSIONES TÍPICAS DE TAMBORES HORIZONTALES NOTAS: 1.1444 0.1490 0.0860 0.810 0.1454 0. 2.700 0. Si aplica: cinco minutos de flujo de líquido entre NAAL y NAL (igual para NBBL y NBL). 1. 42 y punto f (pag. La distancia mínima del fondo de la boquilla de entrada al NAAL de bería ser adecuada para prevenir o minimizar el arrastre en la superficie del líquido (ver punto a.) o el 20% del diámetro del tambor. DIMENSIONES TÍPICAS DE TAMBORES VERTICALES NOTAS: 1.704 0.0869 0.084 0. escogiendo en todo caso el mayor de los dos.082 0. 2.809 0. 63. CAPACIDAD DE TAMBORES CILÍNDRICOS Diseño de Separadores Gas Líquido 76 Fig.568 0.1486 0.208 0.549 0.146 0.083 0.804 0.807 0.148 0.202 0. El % recomendado de V c se presenta en la Tabla 1 y en la pag.702 0.0391 0.0410 0.089 0.0904 0.207 0.712 0. La distancia mínima entre el nivel bajo del líquido y la boquilla de salida del líquido se presenta PAG.0910 0.813 0.0895 0.556 0. 42y 44.141 0.201 0.149 0. 3.087 0.698 0.0382 0.144 0.1505 0.142 0. 3. en pags.1475 0. Los % recomendados de Vc se presentan en la Tabla 1. 5 veces el diámetro de la boquilla ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Diseño de Separadores Gas Líquido 79 Fig. La distancia mínima entre la Malla y la boquilla de salida del gas se presenta en la pag. pag. Se pueden usar una o dos boquillas para los tambores sin Malla. Se deberían instalar placas de choque. de frente a las boquillas de entrada. ti po codo de 90¡. Las dimensiones DIÁMETRO DE LA BOQUILLA DIÁMETRO DE LA PLACA Hasta 100 mm (4pulg) El doble del diámetro de la boquilla 150 mm (6 pulg) 1. 32 (Nivel bajo-bajo) 7. 36. La distancia mínima entre el nivel bajo del líquido y la boquilla de salida del líquido se presenta en la pag. Los criterios de di seño para las boquillas de entrada se presenta en el punto b. para proteger la pared del tambor. 4. DIMENSIONES DE TAMBORES HORIZONTALES CON MALLA VERTICAL Y HORIZONTAL . 42 (Detalles de Instalación de las Mallas) 6. para la sección de la boquilla de entrada. 5.res separadores horizontales con y sin Malla horizontal. 42. tipo co do de 90¡. La distancia mínima entre la Malla y la boquilla de salida del gas se presenta en la pag. sólo hay NAL y NBL. 3. 42. 32. El espacio de vapor mínimo se debería dimensionar para 300 mm (12 pulg.36) y pag. para proteger la pared del tambor. 5. 4. La boquilla de entrada debería consistir de un distribuidor con ranu ras o de un codo de 90¡ en cada extremo del tambor.NOTAS: 1. Si aplica: cinco minutos de flujo de líquido entre NAAL y NAL (igual para NBBL y Diseño de Separadores Gas Líquido 80 NBL). escogiéndose siempre el valor mayor. Las áreas de las Mallas vertical y horizontal para el flujo de vap or se deberían dimensionar para 125% de la velocidad crítica al caudal de flujo de di seño. 6. Las siguientes son las dime nsiones recomendadas: ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ DIÁMETRO DE LA BOQUILLA DIÁMETRO DE LA PLACA Hasta 100 mm (4pulg) El doble del diámetro de la boquilla 150 mm (6 pulg) o más 1. Se debería instalar placas de choque frente a las boquillas de entrada. 2.5 veces el diámetro de la boquilla . La distancia mínima entre el nivel bajo del líquido y la boquilla de salida del líq uido. Si no aplica. Los criterios de diseño de la boquilla de entrada se presenta en el punto f (pag..) o el 20% del diámetro del tambor. se presenta en la pag. 5. RECOLECTORES DE GASES Diseño de Separadores Gas Líquido . Se recomienda una fila circular de placas de parrilla sumergida. DISIPACIÓN DE LA VELOCIDAD EN CHORROS INCIDENTES Diseño de Separadores Gas Líquido 83 Fig. NOTAS: 1.) el espaciado de la parrilla y el espesor de la fila se muestran en la Figura 10. pag. en ningún caso e l NBBL debe estar debajo de la línea tangente del fondo. Los criterios de diseño restantes se presentan en la Tabla 1. Los criterios adicionales de diseño se presentan en el punto 3. Ver Figura 9. TAMBOR SEPARADOR DE LA ALIMENTACIÓN DEL DEPURADOR DE MEA. TAMBORES SEPARADORES VERTICALES CON ENTRADA TANGENCIAL HORIZONTAL NOTAS: 1. Diseño de Separadores Gas Líquido 84 Fig. en la Figura 2 y en la pag. 42. 32). El diámetro de la fila es igual al diámetro del tambor menos 100 mm (4 pulg.Diseño de Separadores Gas Líquido 81 Fig. 44 Diseño de Separadores Gas Líquido 82 Fig. 3. pag. 30. 2. 6. 2. Sin embargo. para detalles del distribuidor. 7. 50 (Tambores Separadores de alimentación). Ver pag. 3. La colocación del NBBL se determina por la altura mínima requerida pa ra prevenir arrastre de aire (ver pag. ademas consultar punto 2. 8. ver pag.. Se debería instalar placas de choque frente a los distribuidores en “T”. Si aplica: cinco minutos de flujo de líquido entre NAAL y NAL (igual para NBBL y NBL).85 NOTAS: 1. tanto para el distribuidor de un tambor vertical. 32. Para el cálculo de esta distancia. IDENTIFICACIÓN DE LOS NIVELES EN UN TAMBOR SEPARADOR BIFÁSICO NOTAS: 1.SEPARADORES HORIZONTALES CILÍNDRICOS LÍQUIDOS-LÍQUIDOS.ALCANCE Se cubrirá el cálculo de proceso de tambores separadores líquido–líquido horizontales (decantadores). Ver punto 3. para proteger la pared del tambor. 2..4. principalmente para operaciones de Refinación . 4. El ángulo de rociado es el mismo. 11. pag. como para un horizontal: lo que cambia es la dirección del chorro. sólo hay NAL y NBL. Ver pags 30 y 31 Diseño de Separadores Gas Líquido 88 4. a. Si no aplica.5 veces el diámetro de la boquilla ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Diseño de Separadores Gas Líquido 86 Diseño de Separadores Gas Líquido 87 Fig. 3. 2. Las siguientes son las dimensiones recomendadas para tales placas: DIÁMETRO DE LA BOQUILLA DIÁMETRO DE LA PLACA Hasta 100 mm (4pulg) El doble del diámetro de la boquilla 150 mm (6 pulg) o más 1. 46. ya que ahorran costos al no poner en el cilindro principal el volumen del líquido pesado. en el cuerpo principal del recipiente. Sin embargo. para todos los efectos prácticos. el criterio primordial de diseño es que la fase líquida liviana esté libre de gotas de líquido pesado.en la industria. En este tipo de separadores. El volumen de operación y de emergencia para la fase líquida liviana está Diseño de Separadores Gas Líquido 89 contenido en el cuerpo principal del separador. Tambores horizontales con bota decantadora (Ver Figura 1) Se usan cuando la cantidad de fase líquida pesada a contener por el separador es bastante pequeña (muy poco tiempo de residencia y/o muy bajos flujos de fase líquida pesada). inmiscibles. incluyendo el diseño/especificación de boquillas de proceso e internos necesarios para una operación confiable del equipo con respecto a la instalación donde está presente. existe un control de nivel de interfase líquido–líquido en el “sombrero” separador. El volumen de operación y de emergencia para la fase líquida pesada está contenido en el cuerpo principal del separador. el criterio primordial de diseño es que la fase líquida pesada esté libre de gotas de líquido liviano. Esto considera que las dos fases líquidas son. son los primeros a tratar de diseñar. b. generalmente. ya que ahorran costos al no poner en el cilindro principal el volumen del líquido liviano. En este tipo de separadores. El volumen de operación (en estos casos. ahorrando diámetro (y longitud también). es decir. En estos equipos. . Tambores horizontales con “sombrero” separador de líquido liviano (Ver Figura 2) Se consideran del mismo tipo que los tambores con bota. Cuando se inicia el diseño de un separador líquido–líquido. pero este costo es menor que si se tuviera la fase líquida liviana dentro del cuerpo principal del separador. en el cuerpo principal del recipiente. b. “empacados en líquido” (“liquid full” o “liquid packed”). Se usan cuando la cantidad de fase líquida liviana a contener por el separador es bastant e pequeña (muy poco tiempo de residencia y/o muy bajos flujos de fase líquida liviana). teniendo un costo extra por tener el “sombrero” separador. que operan. El volumen de operación . existe un control de nivel de interfase líquido–líquido en la bota decantadora. teniendo un costo extra por tener la bota decantadora. Cuando se inicia el diseño de un separador líquido–líquido. En estos equipos. se incluyen en los procedimientos de diseño. con un pequeño espacio vacío para venteo de gases y/o atmósferas inertes. tambores separadores líquido–líquido. como un “sombrero”. lo contiene la bota decantadora.CONSIDERACIONES DE DISEÑO La discusión estará centrada en tambores separadores líquido–líquido. son los primeros a tratar de diseñar. casi nunca se tiene volumen de emergencia). con suficiente presión para suprimir cualquier vaporización. pero la “bota” está arriba del recipiente.. para el líquido pesado. pero este costo es menor que si se tuviera la fase líquida pesada dentro del cuerpo principal del separador. Para separadores que incluyan una fase vapor adicional. ahorrando diámetro (y longitud también).Consideraciones generales Dos tipos principales de separadores líquido–líquido serán estudiados en estos procedimientos de diseño: a. según sea el caso). para efectos de diseño. En este tipo de separadores. para diseño. casi nunca se tiene volumen de emergencia). dentro del mismo cuerpo cilíndrico. Puede probarse que. de acuerdo a este límite superior. Velocidad de decantación y de flotación De acuerdo a la literatura. o de NAAI. puede describirse por tres mecanismos diferentes. y de líquido pesado por debajo de NNI (o de NBI.Velocidades de flotación y decantación a. o de NBBI. aumenta el diámetro del recipiente.39 x 10 –2 pie/s): esta restricción tomaría en cuenta la compensación de variables no involucradas en el cálculo. el proceso de decantación (o de flotación. Obviamente. ≤ 500 Intermedia >500 Newton ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ Sin embargo. para el líquido liviano. haciéndolo más pesado y más costoso. pero también que la fase pesada esté relativamente limpia del líquido liviano: esto implica que los volúmenes de Diseño de Separadores Gas Líquido 90 líquido liviano por encima de NNI (o de NAI. ya que el tener la f ase líquida pesada (o liviana.2 mm/s o 10 pulg/min (4. son los que están disponibles para separación de las fases dispersas respectivas. todos los casos prácticos de decantación pueden describirse apropiadamente. Esta alternativa es más costosa que la anterior. el volumen de operación para las fases líquidas liviana y pesada está contenido en el cuerpo principal del separador. c. De Reynolds Ley o mecanismo de decantación <2 Stokes ≥2. según sea el caso). .(en estos casos. como la velocidad de coalescencia y el grado de turbulencia. se tiene control de interfase líquido–líquido. ya q ue ésta sería más grande que lo que las buenas prácticas de construcción mecánica permitirían. En estos equipos. también dentro del cuerpo. en el diseño de la sección de decantación del separador. según sea el caso). según sea el caso). se busca que la fase líquida liviana esté limpia de gotas de líquido pesado. lo contiene el “sombrero” separador. usando la ley de Stokes [Ec. (1)]: ( (( ( ) )) ) µ µµ µ ρ ρρ ρ − −− − ρ ρρ ρ = == = 18 gD F V L p . la siguiente alternativa a escoger es un separador con las dos fases líquidas dentro del cuerpo cilíndrico. a retener es tal que no puede tenerse en una bota decantadora.2 x 10 –3 m/s o 1. según sea el caso). de gotas líquidas dispersas en una fase líquida continua. se ha impuesto un límite superior a la velocidad de decantación (flotación) que se pueda usar para diseñar un equipo que tenga alguna forma de decantación (flotación) líquido–líquido: dicha velocidad máxima es de 4. Tambores horizontales con las dos fases líquidas dentro del cuerpo cilíndrico (Ver Figura 3) Cuando la cantidad de fase líquida pesada (o liviana. de acuerdo al rango de número de Reynolds de gota en el cual se esté operando: Rango del No. (3)): ( (( ( ) )) ) µ µµ µ ρ ρρ ρ − −− − ρ ρρ ρ = == = / x xd F V L P 2 12 t (Ec. 1) donde: Diseño de Separadores Gas Líquido 91 En unidades SI En unidades Inglesas ' t V = Velocidad terminal de decantación (flotación) m/s pie/s D p = Diámetro de la gota m pie F 1 = Factor cuyo valor depende de las unidades usadas 1000 1 g = Aceleración de la gravedad 9. (2).s lb/pie/s Llevando la ecuación de la ley de Stokes a una forma más amigable.2 p 1 ' t (Ec.807m/s 2 32.174pie/s 2 ρ 3 lb/pie 3 ρ L = Densidad de la fase liviana kg/m 3 lb/pie 3 µ’ = Viscosidad de la fase continua mPa. 2) µ µµ µ ρ ρρ ρ = == = = Densidad de la fase pesada kg/m . se tiene (Ecs. s cP (EC.871 Para efectos de este manual.545x10 -3 16. Diseño de Separadores Gas Líquido .4663 F 15 = Factor cuyo valor depende de las unidades usadas 1 123. la ley de Stokes será empleada siempre para el cálculo de las velocidades de flotación y decantación de gotas de fases líquidas. 3) = Factor cuyo valor depende de las unidades usadas 0.c t 15 e xdV F R donde: En unidades SI En unidades Inglesas V t = Velocidad terminal de decantación (flotación) m/s pie/s d = Diámetro de la gota mm pulg R e = Número de Reynolds de gota Adimensional ρ c = Densidad de la fase continua kg/m 3 lb/pie 3 ρ P = Densidad de la fase pesada kg/m 3 lb/pie 3 ρ L = Densidad de la fase liviana kg/m 3 lb/pie 3 µ F 12 = Viscosidad de la fase continua mPa. tienen que ver con separación hidrocarburos–agua a medida que la densidad de los hidrocarburos se acerca a la del agua. y la energía cinética de estas oscilaciones inducidas en el par de gotas e s mayor que la energía de adhesión entre ellas. usar la siguiente tabla: Tamaño de gotas para separación líquido – líquido Fase líquida liviana Fase líquida pesada Tamaño de la gota (ambas fases) Hidrocarburos °API<35 Agua o soda cáustica 0.Tamaño de gota de líquido a separar Normalmente. la separación líquido .005 pulg). un tamaño de gota de líquido de 127 m o 127 mm (0. En dispersiones de dos líquidos inmiscibles. se romperá el contacto entre gotas antes que la coalescencia se complete. para efectos de guía en la escogencia del tamaño de gota de líquido a emplear en el diseño.0035 Agua Sulfural 0. Sin embargo. permiten obtener. más difícil es la separación y se necesita separar gotas más pequeñas. luego de varias simplificaciones.005 .Coalescencia El proceso de coalescencia en los procesos de separación líquido–líquido que se ven en la INDUSTRIA son dependientes del tiempo.0035 Otros casos 0.089 0.089 0. para efectos de diseño. Si el mismo par de gotas se expone a fluctuaciones turbulentas de presión.089 0.0035 Metil-isobutil-cetona Agua 0. casi siempre ocurre coalescencia inmediata cuando chocan dos gotas. Tomando en cuenta lo anterior y. Experimentos con decantadores por gravedad con capas profundas de decantación.0035 Sec-butil-alcohol Agua 0.127 0.089 0.005 Hidrocarburos °API>35 Agua o soda cáustica 0.127 0.líquido considera.92 .089 0.0035 Metil-Etil-Cetona Agua 0. una ecuación que permite estimar el tiempo necesario para que una gota alcance un cierto tamaño. como la mayoría de las operaciones de separación líquido–líquido en la INDUSTRIA. como consecuencia de la coalescencia de gotas más pequeñas: ) K /( d F t S 4 x • •• • = == = Diseño de Separadores Gas Líquido 93 donde: En unidades SI En unidades Inglesas t = Tiempo en el cual una gota crece por coalescencia a un diámetro d Unidades consistentes d = Diámetro al cual la gota crece Unidades consistentes K S = Constante empírica que depende del sistema en particular . la que corresponde a la interfase líq. con el objetivo de justificar criterios y procedimientos de diseño que se mostrarán posteriormente.Niveles/tiempos de residencia A continuación se presentarán definiciones y comentarios sobre niveles de líquido. Comentarios sobre niveles en tambores separadores vapor líquido. tenemos la siguiente tabla (ver Figs. líquido–líquido. existen dos interfases: la interfase gas líquido. sería la fase líquida pesada). pesado. a. Identificación de los niveles en un recipiente De acuerdo a lo normalmente empleado en la INDUSTRIA para hablar de niveles en un recipiente separador líquido–líquido. 2 y 3) Siglas típicas en español Descripción típica Siglas típicas en inglés NAAL Nivel alto-alto de líquido HHLL NAL Nivel alto de líquido HLL NNL Nivel normal de líquido NLL NBL Nivel bajo de líquido LLL NBBL Nivel bajo-bajo de líquido LLLL Diseño de Separadores Gas Líquido 94 b. la coalescencia ocurre más rápidamente en dispersiones concentradas. se puede decir que: Si el tiempo de residencia en el decantador se duplica. tiempos de residencia y temas relacionados. y el volumen de la bota para contener el volumen de operación y emergencia de la fase continua pesada (para el caso del “sombrero”. el aumento correspondiente del tamaño de l gota es de apenas un 19%. más tiempo se necesita para lograr que las gotas “crezcan” hasta un tamaño dado. liviano y líq. pero debido a que está localizada fuera del cuerpo cilíndrico principal. 1. y la interfase líq. liviano y líq.Unidades consistentes F x = Constante que depende de las unidades usadas Unidades consistentes De acuerdo a lo anterior. En el caso de un tambor decantador líquido–líquido con las dos fases . . existe una sola interfase. La presencia de estas dos interfases permite que los volúmenes de operación y de emergencia de las fases líquidas liviana y pesada se definan en forma independiente uno del otro: Al entregar los tiempos de residencia de la fase líquida liviana. Por lo tanto. se f ijan NAAL y NBBL. con y sin bota decantadora En un separador trifásico. sería la fase líquida liviana). se usaría el volumen principal del recipiente para contener el volumen de operación y emergencia de la fase continua liviana en el caso de la bota (par a el caso del “sombrero”. se fijan NAAI y NBBI. Mientras más diluida está la fase dispersa. pesado. Esto implica que aumentar mucho el tiempo de resistencia no necesariamente aumenta mucho la separación líquido – líquido. Esta es la razón por la cual el petróleo “se lava con agua” al entrar por debajo de la interfase aceite agua en la mayoría de los tanques lavadores y otras vasijas de tratamiento en las instalaciones de superficie de producción de petróleo. se fijan en forma independiente dichos volúmenes también. Para el caso de recipientes con bota o “sombrero”. es decir. cuando se entregan los tiempos de residencia de la fase líquida pesada. es decir. liviano y líq. la que corresponde a la interfase líq. Volumen de emergencia Es el volumen adicional que corresponde al flujo total de líquidos que debe . una parada segura de toda la planta. Tiempo de respuesta o de intervención del operador Es el tiempo que tarda el operador (o grupo de operadores). continuidad de las operaciones durante perturbaciones operacionales. Por esa razón. Este volumen. c. y para proveer suficiente volumen de líquido para una parada ordenada y segura cuando se suceden perturbaciones mayores de operación. antes que otros sistemas automatizados (interruptores o “switches” de nivel). es difícil establecer un criterio uniforme acerca de cuál es el “tiempo promedio de respuesta del operador”. el tambor alimentador de la bomba se equipa con alarmas de nivel de NAI y NBI. d Tiempo de residencia de operación de las fases liviana y pesada Es el tiempo correspondiente en el cual el flujo de líquido puede llenar el volumen de operación de las fase liviana y pesada en el recipiente baj o estudio. existe una interfase. el problema que originó la reducción de nivel. y de pronto está enviando hidrocarburo a un sistema que no está preparado para dicho fluido. sería muy engorroso que la bomba empezara a recibir un líquido que no es el requerido para la operación. pudiéndose generar hasta una situación de peligro para la seguridad de los operadores y la instalación en sí. en el caso que no pudieran resolver el problema en el tie mpo indicado.líquidas en el cuerpo cilíndrico. Si de un tambor separador estamos alimentando a una bomba. seguramente. también conocido como volumen retenido de líquido. Volumen de operación de las fases liviana y pesada Es el volumen de líquido liviano y pesado combinado existente entre NAI y NBI. se usará. lo que realmente se indica es cuanto tiempo se quiere que esté el líquido liviano. pesado. cuando se quiere especificar el volumen de operación de las fases líquidas. los volúmenes de operación y emergencia de ambas fases están unidos en el mismo cuerpo cilíndrico. La mayoría de las veces. que el tiempo de respuesta de un operador es de cinco minutos: esto significa que el tiempo de retención de líquido entre NAI y NAAI (o entre NBI y NBBI). pero debido a que está localizada dentro del cuerpo cilíndrico principal. en menos del llamado “tiempo de respuesta del operador”. en responder cuando suena una alarma de nivel en el panel y resolver la perturbac ión operativa que originó la alarma. por un lado. originen paradas seguras de equipos aguas abajo y/o de la planta completa. y en inglés como “liquid surge volumen” o “liquid holdup”. Diseño de Separadores Gas Líquido 95 e. f. los operadores investigarían y resolverían. en el recipiente para operación. por el otro (los cuales pueden ser valores diferentes para ca da fase). se fija de acuerdo a los requerimientos del proceso. y el líquido pesado. También es conocido en inglés como “liquid surge time”. Debido a las diferentes tradiciones operativas que existen en la INDUSTRIA. como criterio general. el interruptor de NBBI activaría una parada segura de la bomba y. para asegurar un control adecuado. será de cinco minutos. que normalmente bombea agua. sin embargo. y con interruptores y/o alarmas de NAAI y NBBI: al sonar la alarma de NBI. se añaden 10 minutos de tiempo de residencia. o en un tambor con líquido pesado en el cuerpo cilíndrico. hasta el fondo d el recipiente. ! Alimentación desde tanquería lejos del área de operación. este valor puede cambiar debido a requerimientos de tiempo de residencia del líquido pesado. a lo cual corresponde un volumen de líquidos de emergencia de 10 minutos del máximo flujo de líquido. para lograr separación exitosa del líquido Diseño de Separadores Gas Líquido 96 liviano en tambores con las dos fases líquidas en el cuerpo. i. Para el caso de tener el tambor una bota decantadora (o “sombrero”). se tendrán cinco minutos adicionales de tiempo de residencia de los líquidos por interruptor/alarma. es 230 mm mínimo (9 pulg). como se verá posteriormente en los procedimientos de diseño. Sin embargo. Cuando se tiene espacio vacío en el tope. este valor puede cambiar debido a requerimientos de tiempo de residencia del líquido liviano. directo. cuando se tiene NAAI y NBBI.satisfacer el llamado “tiempo de respuesta ó de intervención del operador”: de acuerdo a lo expresado en 4. ! Alimentación desde otra unidad (mismo cuarto de control). h. g. min Tambores de alimentación a unidades : ! Alimentación desde otra unidad (diferente cuarto de control). es 230 mm mínimo (9 pulg). para ciertos servicios específicos: Descripción (para una fase líquida) Tiempo de resistencia de operación. sin espacio vacío en el tope. Nivel alto de interfase (o nivel alto cuando aplique) La distancia mínima desde el nivel alto de interfase. sin bomba ! Producto a tanquería lejos del área operativa ó a otro tambor de alimentación. 20 15 15-20 Otros tambores ! Alimentación a una columna (diferente cuarto de control) ! Alimentación a una columna (mismo cuarto de control) ! Producto a tanquería lejos del área operativa ó a otro tambor de alimentación. cuando se tengan interruptores y/ o alarmas de NAAI o NBBI. se le suman 230 mm mínimo más (9 pulg más). en un tambor con las dos fases líquidas en el cuerpo cilíndrico. ya esté en una bota decantadora.5. para lograr separación exitosa del líquido pesado en tambores con las dos fases líquidas en el cuerpo. Criterios para fijar el volumen de operación/tiempo de residencia La tabla anexa presenta criterios para fijar el volumen de operación o volumen de operación de líquido. Nivel bajo de interfase (o nivel bajo cuando aplique) La distancia mínima desde el nivel bajo de interfase.5. como se verá posteriormente en los procedimientos de diseño. lo que indica que. Sin embargo. directo. hasta el tope de l recipiente. el nivel alto está al ras con el fondo del cuerpo cilíndrico del recipiente principal. con bomba . correspondientes a la altura de dicho espacio vacío. Sin embargo. casi siempre el procesamiento posterior del agua separada. se recomienda evaluar si se requieren “grandes tiempos de residencia” o no y. una relativamente grande cantidad de hidrocarburos líquidos. que pasa a través de un sistema de intercambio calórico ! Única carga a un horno de fuego directo 7 5 2 5 3-5 10 Diseño de Separadores Gas Líquido 97 j. siempre y cuando esto no vaya en contra de lo expresado en el aparte 4. para luego verificar si se cumple Diseño de Separadores Gas Líquido 98 . debido al gran peso. debido a que se hace sumamente costoso tener tambores horizontales muy grandes totalmente llenos de líquidos. una relativamente pequeña cantidad de agua. casi siempre el procesamiento aguas abajo de los hidrocarburos líquidos es de capital importancia. se le asignan tiempos de residencia de operación relativamente bajos.! Producto a tanquería lejos del área operativa ó a otro tambor de alimentación. incluyen. en el caso que no se requieran. tanto de operación como de emergencia. tamaño. es de menor cuantía y no afecta partes críticas del proceso. soldar los cabezales o extremos del tambor y cualqui er otra cosa que obligue a aumentar la longitud del tambor. los tambores separadores líquido normalmente no incluyen. Esta es la longitud que normalmente se obtiene por puros cálculos de proceso. como objetivo. y se puedan tener los volúmenes requeridos de líquido. calidad de separación de las fases y efectos sobre el diseño del separador La mayoría de las aplicaciones de la INDUSTRIA para tambores separadores vapor líquido. y como fase líquida liviana.13. y esperar que la especialidad mecánica complete el diseño del tambor. regularmente. Sin embargo. es necesario sumar los tamaños de las boquillas antes mencionadas. Mientras tanto. por lo cual. como fase líquida pesada. garantizar una operación confiable para los equipos aguas abajo. Tiempos de residencia de las fases líquidas pesada y liviana. con el objetivo de garantizar una operación confiable para los equipos aguas abajo. las tolerancias de construcción necesarias para soldar dichas boquillas. Por lo tanto. espesor de pared. etc. Longitud efectiva de operación (L eff ) Es la longitud de tambor requerida para que se suceda la separación líquido–líquido. Además.3. fundaciones. k. se recomienda usar un mínimo de dos minutos de tiempo de residencia de operación por fase líquida. con bomba. para obtener la longitud tangente–tangente del tambor horizontal. éste puede aproximar la longitud efectiva a la longitud tangente–tangente. por lo que se le fijan relativamente altos tiempos de residencia de operación en el separador. A criterio del diseñador de procesos. y “ayudar” a que la separación líquido–líquido sea óptima. La distancia entre el NBI y el NAI se basa en el volumen de op eración requerido para control (usualmente dos minutos). es decir. 2. La velocidad de ascenso o de flotación de las gotas se estima usando la ecuación (2). Las botas se dimensionan para que la velocidad de la fase líquida pesada sea menor que la velocidad de ascenso de las gotas de la fase líquida liviana. Todos los criterios de dimensiones máximas de bota. se retira a través de una bo ta localizada en el fondo del tambor. la distancia mínima entre la toma superior y la pared del tambor debería ser de 510 mm (20 pulg). 360 mm o 14 pulg. lo cual supone el uso de instrumentos de nivel q ue puedan trabajar en este rango. aplican para el “sombrero” de separación y para el líquido liviano. Diferencia mínima de nivel entre NAAI y NBBI Se fija como diferencia mínima de nivel de interfase entre NAAI y NBBI . Para los instrumentos de nivel con desplazador externo. la bota estaría localizada en la parte de arriba del tambor. agua). será del 85% de la velocidad de flotación de la fase líquida liviana. El criterio de velocidad de la fase líquida pesada a usar en este documento. a veces. Para satisfacer las consideraciones mecánicas y económicas. deberá ajustarse este valor mínimo apropiadamente. l. Un criterio semejante podría aplicarse cuando se quiere separar una pequeña cantidad de líquido liviano.Botas decantadoras y “sombreros” de separación de livianos Cuando existe una cantidad relativamente pequeña de la fase líquida pesada (por ejemplo. . y cálculo de la misma. <1500 >40. ésta. de 360 mm (14 pulg)). o en las dimensiones del instrumento de nivel (las distancias entre las tomas de instrument o es. <60 500 mm (20 pulg) ≥1500 ≥60 1/3 x D tamb Los criterios para el diseño de botas son los siguientes 1. sería un “sombrero” de Diseño de Separadores Gas Líquido 99 separación de líquido liviano por flotación. pero en este caso. La bota permite una reducción en el tamaño del tambor eliminando la capa de la fase pesada en el fondo de l mismo. . Si esto no fuera posible.5 x D tamb >1000. los diámetros de las botas no deberían exceder los siguientes valores: ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ D tamb D bota (máx) mm pulg ≤1000 ≤40 0.la separación. por lo menos.Evaluación de la capacidad de separación líquido–líquido . como sería el caso de instrumentos de nivel con desplazadores externos. El punto de partida es un tambor lleno de líquido el cual acumula el volumen de operación y de emergencia del líquido liviano. 3. 5. la diferencia de las densidades deberá ser mayor o igual al 10% de la densidad del líquido pesado. 29 y 30. mediante la siguiente ecuación (Ec. Debe existir una diferencia “apreciable” entre las densidades del líquido liviano y del líquido pesado: para efectos de diseño en este documento. 2. cuando otro tipo de diseño pueda dar mejores resultados y ser más económicos. habrá separación de la fase pesada. Debe haber una cantidad “apreciable” de la fase con menos flujo: para efectos de diseño en este documento. no se garantiza que el diseño sea confiable y/o se obtendrán equipos realmente grandes y muy costosos. desde el tope del tambor (o del nivel de líquido si hay espacio para venteo). sólo en la bota decantadora. Se calcula la longitud horizontal que las gotas de líquido pesado tienen que recorrer (Xhpes). y se calcula la correspondiente velocidad de flujo de líquido liviano dentro del recipiente ( V fL ). ya que las gotas de la fase dispersa de menor flujo pueden requerir extremados tiempos de residencia para poder coalescer a un tamaño razonable para separar por gravedad. Si esta condición no se cumple. o desde el nivel de líquido para recipientes con espacio para venteo. usando la ecuación (2). no existe fase líquida pesada en el cuerpo principal del equipo. este es un criterio obtenido por experiencias de compañías reconocidas de ingeniería en diseño de este tipo de equipos. Del diseño ya obtenido. Se calcula la velocidad de decantación de la fase líquida pesada ( V tP). cuando no se tiene espacio libre de venteo (cuando hay espacio para venteo. b. debe verificarse si se decanta la fase pesada. Donde hpes es la altura a la cual se está evaluando la operación.a. Si las gotas de la fase líquida pesada llegan a la bota decantadora antes de llegar al Diseño de Separadores Gas Líquido 100 extremo horizontal más alejado de la bota. se calcula el área transversal de flujo de líquido liviano. y en el fondo del tambor. se añade otra vez dicha distancia mínima). hasta el fondo del mismo. Aún cuando esto no es totalmente contabilizable en las ecuaciones empleadas para diseño. más los mínimos valores de 230 mm (9 pulg) en el tope del tambor. se tienen ciertas limitaciones para usar los separadores líquido–líquido por gravedad. Si Xhpes es menor que la distancia horizontal existente entre la boquilla de entrada de la alimentación y el extremo horizontal más alejado de la bota. e s decir desde el tope del tambor para recipientes sin espacio para venteo. 3 y 4 de las pags. esto se traduce que menos de un 2% en volumen de una de las fases en el total del flujo de líquidos al tambor puede que no garantice una buena separación. Generalidades De acuerdo a lo ya discutido. Con el separador diseñado como se dijo anteriormente. (5)): tP fL V / hpes x V Xhpes = == = 4. El separador se revisa para saber si decanta la fase pesada de la siguiente manera: 1. en los puntos 2. y el diseño del tambor es . Estimación de la capacidad de decantación en tambores con bota decantadora (Ver Figura 1) En este caso. Tales limitaciones son: 1. 2. entonces dicha fase pesada se separará e irá a la bota de decantación. NAAI o NBBI. y el diseño del tambor es satisfactorio para la . 2. debe entenderse “sombrero”. El separador se revisa para saber si decanta la fase pesada de la siguiente manera: 1. se añade otra vez dicha distancia mínima). y conocidos los niveles NAAI/NBBI. 6. sería NAAL/NAAI y NAAL/NBBI). (5)): IP IL V / Xhpes V Xhpes = == = 4. al hacer cálculos. Si las gotas de la fase líquida pesada llegan a la interfase líquido líquido antes de llegar a la boquilla de salida del líquido liviano. usando la ecuación (2). Se calcula la velocidad de decantación de la fase líquida pesada (V IP). pag. pero donde se habla de bota. cuando no hay espacio para venteo (cuando hay espacio para venteo. Si Xhpes (en cualquiera de los casos antes mencionados). El razonamiento es semejante al presentado en el punto 3. Donde hpes es la distancia vertical. debe entenderse fase liviana. tope/NAAI y tope/NBBI (cuando hay espacio para venteo. Si Xhpes es mayor que la distancia horizontal existente entre la boquilla de entrada de la alimentación y el extremo horizontal más alejado de la bota. El punto de partida es un tambor lleno de líquido el cual acumula el volumen de operación y de emergencia de ambos líquidos liviano y pesado. sería NAAL/NAAI y NAAL/NBBI). existen ambas fases líquidas en el cuerpo principal del equipo. más los mínimos valores de 230 mm (9 pulg) en el tope del tambor hasta NAAI. debe entenderse fase pesada. para tope/NAAI y tope/NBBI. debe verificarse primero si se decanta la fase pesada. que recor ren las gotas de líquido pesado. mediante la siguiente ecuación (Ec. no habrá separación completa de la fase pesada. 3. habrá separación de la fase pesada. Del diseño ya obtenido. 5. y en el fondo del tambor hasta NBBI. Se calcula la longitud horizontal que las gotas de líquido pesado tienen que recorrer( Xhpes ). medida hacia abajo. Por lo tanto habrá que aumentar las dimensiones del mismo y. independientemente de donde esté la interfase operativa. 46. y se calculan las correspondientes velocidades de flujo de líquido liviano dentro del recipiente ( V IL ). sólo en el sombrero separador de livianos.satisfactorio para la decantación de la fase pesada. y el diseño del tambor no es satisfactorio para la decantación de la fase pesada. Con el separador antes mencionado. Estimación de la capacidad de decantación en tambores con sombrero separador de livianos (Ver Figura 2) En este caso. se mantendrá constantes el volumen de operación y de emergencia del líquido liviano. es menor que la distancia horizontal existente entre la boquilla de entrada de la alimentación y la boquilla de salida del líquido liviano. cuando no se tiene espacio libre de venteo (cuando hay espacio para venteo. Diseño de Separadores Gas Líquido 101 d. Estimación de la capacidad de decantación en tambores con las dos fases líquidas en el cuerpo (Ver figura 3) En este caso. es decir. y donde se habla de fase liviana. no existe fase líquida liviana en el cuerpo principal de l equipo. se calculan las áreas transversales de flujo de líquido liviano. entonces dicha fase pesada se separará. donde se menciona la fase pesada. c. no habrá Diseño de Separadores Gas Líquido 103 separación completa de la fase liviana.Boquillas Son muchos los casos donde la información de las tuberías de interconexión no está disponible al momento de preparar la especificación de procesos del . lo cual también aumentaría la distancia desde el tope hasta NAAI. al hacer cálculos. Por lo tanto habrá que aumentar las dimensiones del mismo y. usando la ecuación de la pagina 29. y conocidos los niveles NAAI/NBBI. y el diseño del tambor no es satisfactorio para la separación de la fase liviana. Se calcula la longitud horizontal que las gotas de líquido liviano tienen que recorrer( Xhliv ). El separador se revisa para saber si separa la fase liviana de la siguiente manera: 1. debe verificarse después si se separa la fase liviana. y el diseño del tambor es satisfactorio para la separación de la fase liviana. se calculan las áreas transversales de flujo de líquido pesado.decantación de la fase pesada. . es mayor que la distancia horizontal existente entre la boquilla de entrada de la alimentación y la boquilla de salida del líquido pesado. que recorren las gotas de líquido liviano. Por lo tanto. Habrá que evaluar si es satisfactorio para separar la fase dispersa liviana de la fase continua pesada. Se calcula la velocidad de flotación de la fase líquida liviana ( V IL ). y se calculan las correspondientes velocidades de flujo de líquido pesado dentro del recipiente ( V IP ). Si las gotas de la fase líquida liviana llegan a la interfase líquido líquido antes de llegar a la boquilla de salida del líquido pesado. NAAI o NBBI. cumpliendo siempre con lo indicado. al hacer cálculos. es mayor que la distancia horizontal existente entre la boquilla de entrada de la alimentación y la boquilla de salida del líquido liviano. para fondo/NAAI y fondo/NBBI. y el diseño del tambor no es satisfactorio para la decantación de la fase pesada. se mantendrán constantes el volumen de operación y emergencia de ambas fases líquidas (desde el NAAI hasta el NBBI). 4. Con el separador obtenido anteriormente. medida hacia arriba. fondo/NAAI y fondo/NBBI. Si Xhpes (en cualquiera de los casos antes mencionados ). se mantendrán constantes el volumen de operación y emergencia de ambas fases líquidas (desde el NAAI hasta el NBBI). habrá separación de la fase liviana. entonces dicha fase liviana se separará. (6)): IL IP V / hliv x V Xhliv = == = donde hliv es la distancia vertical. 3. cumpliendo siempre con lo indicado. Diseño de Separadores Gas Líquido 102 6. mediante la siguiente ecuación (Ec. 2. es decir. Del diseño ya obtenido. Si Xhliv (en cualquiera de los casos antes mencionados). 5. independientemente de donde esté la interfase operativa. no habrá separación completa de la fase pesada. Si Xhpes (en cualquiera de los casos antes mencionados). lo cual también aumentaría la distancia desde el fondo hasta NBBI. habrá que aumentar las dimensiones del mismo y. es menor que la distancia horizontal existente entre la boquilla de entrada de la alimentación y la boquilla de salida del líquido pesado. promoviendo así coalescencia a gotas más grandes. Elementos o medios coalescedores Se usan muchos tipos de elementos que promuevan la coalescencia de gotas de algunas de las fases líquidas. por lo tanto deben usarse en servicios limpios. usando como Q M . y apuntarán al cabezal más cercano del tambor. En el caso que la información no esté disponible. 44. el flujo total de líquidos.0 m/s 10 pie/s Salida de líquido: Seguir los criterios indicados en la sección 14B – Flujo en fase líquida). para la succión de bombas.tambor. colocado a la mitad del diámetro del tambor líquido líquido. los cuales puedan entregar garantías de funcionamiento del mencionado aparato. y su dificultad para limpiar y desmontar. pag. usar un valor menor o igual a 4 pie/s . El “excelsior” ya no se usa tanto por su gran tendencia al taponamiento con el tiempo. Diseño de Separadores Gas Líquido 104 b. Distribuidor de entrada (ver Figura 9) La boquilla de entrada debe terminar en un distribuidor en “T”. Para el cálculo del distribuidor. etc. pero los problemas de taponamiento siguen sucediéndose. las cuales funcionan como reductoras de la distancia vertical que las gotas de la fase . drenajes por gravedad. También se usan mucho placas o láminas coalescedoras. Se usará como ancho de ranura (S RAN). Se tendrá un número suficiente de ranuras tal que la velocidad de salida del flujo total de líquidos(V E en la ecuación 15 del documento antes mencionado). se usará lo presentado en el punto 2.Internos a. no exceda 0. por lo que es necesario presentar un tamaño preliminar de boquillas para que sea considerado en la cotización del fabricante del tambor.2 m/s En el caso que la información no esté disponible.300 m/s (1 pie/s). Pa ra todos los efectos. se presenta una tabla con recomendaciones para diseñar las boquillas de proceso: Descripción del Caso En unidades SI En unidades inglesas Alimentación líquida: Velocidad menor o igual que: 3. Uno de los medios más antiguos de promotores de coalescencia son lechos o secciones transversales de aserrín fuertemente empacado (conocido como “excelsior”): debido a que presentan obstrucción al flujo de las gotas pequeñas y promueven así choques al azar de dichas gotas. pero con una función parecida al “excelsior”. y favoreciendo así la separación. En la actualidad venden mallas semejantes a los “demisters”. 150 mm (6”). y bajo consulta con proveedores reconocidos de ese tipo de aditamentos. usar un valor menor o igual a 1. Rompe–vórtices . La aplicación de estos aparatos no está cubierta por este documento. y se tendrá una boquilla adicional para una válvula (o válvulas) de alivio dimensionada para alivio de líquido. d. Deflector para la boquilla de salida de líquido liviano (ver Figura 4) El deflector para la boquilla de salida de líquido liviano se hará siguiendo las indicaciones de la Figura 4b. pero que pueda manejar alivios de eventuales bolsas de gas que vengan con los líquidos. CPI o Corrugated Plate Interceptor). los cuales puedan entregar garantías de funcionamiento del mencionado aparato. donde se usa el concepto de “flujo cruzado”. siempre se tendrá una boquilla para ventear incondensables que puedan acumularse en la parte superior del tambor. En el caso que no se tenga espacio libre para venteo. Remitimos al lect or al manual de dicho programa para efectuar diseños de este tipo de equipos. En el caso de los tambores c on dos fases en el cuerpo. la ubicación de los instrumentos de nivel de interfase deberá ser lo más cerca posible del cabezal cercano a la salida de las fases separadas. Conexión de instrumentos de nivel de interfase De acuerdo al tipo de medición que se hará para la interfase líquido. c. Estos aparatos son muy costosos. pero que pueda manejar alivios de eventuales bolsas de gas que vengan con los líquidos. incorporando los criterios presentados en este manual. e independientemente del tipo de medición. Boquilla para venteo Aún cuando se ha hecho hincapié en separadores que tienen espacio para venteo y en separadores que no lo tienen. los cuales puedan entregar garantías de funcionamiento del mencionado aparato. b. Este concepto se usa mucho en tratamiento de aguas aceitosas.Consideraciones adicionales a. sección “tambores separadores líquido–líquido”. se tendrá un arreglo de boquillas diferente.dispersa deben recorrer para separarse. y estos aparatos se usan en recipientes cilíndricos a presión. además de tener una interfase con el usuario muy amigable. el montaje y desmontaje es bastante difícil. También existen ciertas modificaciones al concepto de láminas coalescedoras. y que no sean controlables por el sistema de control de presión. normalmente esa boquilla estará conectada a un sistema de válvulas de control de presión en rango compartido. Sólo .. La aplicación de estos aparatos no está cubierta por este documento. cuando se espera recolección de sedimentos/arena y/o bolsas de gas que produzcan aumentos súbitos de presión. y debe hacerse bajo consulta con proveedores reconocidos de ese tipo de aditamentos.METODOLOGIA DE DISEÑO Los procedimientos aquí presentados. con diseños especiales de separadores rectangulares a presión atmosférica (PPI o Parallel Plate Interceptor. y debe hacerse bajo consulta con proveedores reconocidos de ese tipo de aditamentos. ya que aquí es cuando está lo más desarrollada posible dicha interfase. Para los tambores con espacio vacío para venteo. la boquilla d e venteo estará conectada a una válvula (o válvulas) de alivio dimensionada para alivio de líquido. Diseño de Separadores Gas Líquido 105 c. están desarrollados con mucho más detalle en el programa MDP de tambores. Ubicar la información mínima requerida según la siguiente tabla. apliquen aquí: en caso que aplique alguna de tales limitaciones. identificación de alturas y niveles. donde L eft es la longitud efectiva de operación.).– Estime un tamaño inicial de tambor. Consultar detalladamente la información contenida en este documento. pag. a.en el caso de la no disponibilidad del programa. Suponer un valor de la relación L eft /D.0<L eft /D < 6. (configuración del tambor. la requerida para que el proceso de separación líquido–líquido se cumpla. NAAL/NAAI. 44. Información Líquido liviano Líquido pesado General Densidad X X Viscosidad X X Tensión Superficial X Flujo (másico o volumétrico) X X Relación (Left/D) X Espacio para venteo? X Presión de operación X Temperatura de operación X Arrastre de sólidos? X Paso 2. Diseño de Separadores Gas Líquido 106 .– Información mínima requerida. se usarán estos métodos manuales de cálculo. (Ver nomenclatura). buscar otro tipo de separadores que no sea por gravedad.5<L eft /D < 3. es decir.0 P>500 psig P>3400 kPag 4. la cual varía según la presión de operación en los siguientes rangos: P<250 psig P<1700 kPag 1. Con espacio para venteo Paso 1. .0<L eft /D < 4. mínimos valores de tope/NAAL. etc.Procedimiento de diseño para tambores horizontales con bota decantadora Ver Figura 1 para orientación y seguimiento de ciertas tolerancias de diseño.0 Diseño de Separadores Gas Líquido 107 Paso 3. Verificar que ninguna de las limitaciones presentadas en el punto 1. tiempos de residencia.0 250<P<500 psig 1700 kPag<P<3400 kPag 3. fondo/NBBI.– Definición de los criterios de diseño. . es decir: separación de efectiva Longitud Xhpes Estas distancias están medidas desde el nivel de líquido. 46). 44. Paso 10. aumentando el diámetro y la longitud efectiva. Evaluar la separación de la fase dispersa pesada en la fase continua liviana: si se obtiene que no se separan. hasta lograr que las distancias horizontales recorridas por las gotas de líquido pesado. Cuando se cumpla esta relación.– Cálculo del deflector para la boquilla de salida de líquido liviano. deberá aumentarse el diámetro y.– Especificación de rompe–vórtices Siguiendo las recomendaciones del punto 3 (pag. calculando también cuáles deberían ser las dimensiones máximas de la bota decantadora: En el caso que las dimensiones de la bota excedan las máximas permitidas según el punto d.Seguir las indicaciones del primer párrafo. 44. y se debe continuar con el cálculo de la bota decantadora. Paso 5. En el caso que se separen. pag. hay que ir al paso 6: Cálculo de la bota decantadora. Sin espacio para venteo Paso 1. siguientes párrafos. es el diámetro más pequeño que el tambor puede tener: si no es apropiado para la separación. Paso 9. escoger el tipo de rompe–vórtice. sean menores o iguales a la longitud efectiva del tambor. ya que hay espacio para venteo. Diseño de Separadores Gas Líquido 108 ir al paso 7. Seguir las indicaciones del punto c (pag. Paso 4. 46). usando la relación (L eft /D).– Cálculo de boquillas de proceso. 103). la longitud efectiva de separación. redondeando al tamaño estándar por arriba más cercano a lo calculado. Seguir las indicaciones en el punto 2.– Evalúe si con el diámetro inicial el tambor es apropiado para separar las fases. Paso 7. Paso 6. Paso 8. hasta el fondo del tambor. se deberá detener este cálculo y seguir con un modelo de separador con dos fases en el cuerpo. ya se han obtenido las dimensiones del cuerpo principal del separador (diámetro y longitud). El diámetro calculado como diámetro inicial. 41. 105). Seguir las indicaciones del punto f (pag.– Información mínima requerida. Se obtendrá como resultado un diámetro inicial de tambor y. Seguir las indicaciones del punto d. siguientes párrafos con el diámetro inicial y la longitud efectiva inicial. en el tiempo en que decantan.– Cálculo de la bota decantadora. ir al paso 5.– Cálculo del distribuidor de entrada. son las dimensiones requeridas de la bota decantadora. 41. En caso contrario. b. pag. Seguir las indicaciones del punto a (pag.– Lazo de tanteo para separar la fase dispersa pesada de la fase continua liviana. pag. obtener una longitud efectiva inicial. usando la relación (L eft /D). pag. por la relación (L eft /D). ya que las dimensiones obtenidas. Seguir las indicaciones en el punto 2. la requerida para que el proceso de separación líquido–líquido se cumpla.0<L eft /D < 6. Diseño de Separadores Gas Líquido 109 Suponer un valor de la relación L eft /D. es decir. Verificar que ninguna de las limitaciones presentadas en el punto 1 (pag. ir al paso 5. la cual varía según la presión de operación en los siguientes rangos: P<250 psig P<1700 kPag 1. buscar otro tipo de separadores que no sea por gravedad. usando la relación (L eft /D). Se obtendrá como resultado un diámetro inicial de tambor y. fondo/NBBI. 44) apliquen aquí: en caso que aplique alguna de tales limitaciones. Información Líquido liviano Líquido pesado General Densidad X X Viscosidad X X Tensión Superficial X Flujo (másico o volumétrico) X X Relación (Left/D) X Espacio para venteo? X Presión de operación X Temperatura de operación X Arrastre de sólidos? X Consultar detalladamente la información contenida en este documento.0<L eft /D < 4.– Lazo de tanteo para separar la fase dispersa pesada de la fase continua liviana. mínimos valores de tope/ NAAI.5<L eft /D < 3. Evaluar la separación de la fase dispersa pesada en la fase continua liviana: si se obtiene que no se separan. Seguir las indicaciones del punto 2 (pag. primer párrafo.).Ubicar la información mínima requerida según la siguiente tabla. tiempos de residencia. 44).– Evalúe si con el diámetro inicial el tambor es apropiado para separar las fases. Paso 2. siguientes párrafos. aumentando el diámetro y la longitud efectiva.– Definición de los criterios de diseño. ya se han obtenido las dimensiones del cuerpo principal del separador (diámetro y longitud). donde L eft es la longitud efectiva de operación. Paso 5. 44).0 Paso 3. usando la relación (L eft . y se debe continuar con el cálculo de la bota decantadora. Seguir las indicaciones del punto 2 (pag. etc. (configuración del tambor. Paso 4. 44). En el caso que se separen.0 P>500 psig P>3400 kPag 4. obtener una longitud efectiva inicial.0 250<P<500 psig 1700 kPag<P<3400 kPag 3. Seguir las indicaciones del punto 2 (pag. siguientes párrafos con el diámetro inicial y la longitud efectiva inicial.– Estime un tamaño inicial de tambor. sean menores o iguales a la longitud efectiva del tambor. redondeando al tamaño estándar por arriba más cercano a lo calculado. Seguir las indicaciones del punto c (pag. son las dimensiones requeridas de la bota decantadora. hay que ir al paso 6: Calculo de la bota decantadora. escoger el tipo de rompe–vórtice. . calculando también cuáles deberían ser las dimensiones máximas de la bota decantadora: En el caso que las dimensiones de la bota excedan las máximas permitidas según el punto d (pag. deberá aumentarse el diámetro y. la longitud efectiva de separación. ir al paso 7. es el diámetro más pequeño que el tambor puede tener: si no es apropiado para la separación. 31 “Volumen de operación”). Paso 8. es decir: separación de efectiva Longitud : Xhpes Estas distancias están medidas desde el tope del tambor. Seguir las indicaciones del punto a (pag. Paso 10. Diseño de Separadores Gas Líquido 111 Información Líquido liviano Líquido pesado General Densidad X X Viscosidad X X Tensión Superficial X Flujo (másico o volumétrico) X X Relación (Left/D) X Espacio para venteo? X ./D). Paso 9.– Cálculo de la bota decantadora. El diámetro calculado como diámetro inicial. en el tiempo en que decantan.– Cálculo de boquillas de proceso. se deberá detener este cálculo y seguir con un modelo de separador con dos fases en el cuerpo (pag. identificación de alturas y niveles. Diseño de Separadores Gas Líquido 110 Cuando se cumpla esta relación.Procedimiento de diseño para tambores horizontales con “sombrero” separador de líquido liviano a. Paso 7. hasta el fondo del tambor.– Información mínima requerida.. 41). 41). Procedimiento de diseño para tambores horizontales con los dos fluidos en el cuerpo cilíndrico Ver Figura 3 para orientación y seguimiento de ciertas tolerancias de diseño. hasta lograr que las distancias horizontales recorridas por las gotas de líquido pesado. por la relación (L eft /D). (Ver nomenclatura en Sección 6) ! Con espacio para venteo Paso 1. Seguir las indicaciones. 44). ya que no hay espacio para venteo. Paso 6. En caso contrario.– Especificación de rompe–vórtices Siguiendo las recomendaciones del punto 3 (pag.– Cálculo del deflector para la boquilla de salida de líquido liviano. Ubicar la información mínima requerida según la siguiente tabla.– Cálculo del distribuidor de entrada. 105). Seguir las indicaciones del punto d (pag. 103). ya que las dimensiones obtenidas. fondo/NBBI.Presión de operación X Temperatura de operación X Arrastre de sólidos? X Paso 2. Consultar detalladamente la información contenida en este documento.). El diámetro calculado como diámetro inicial.– Evalúe si con el diámetro inicial el tambor es apropiado para separar las fases. ya que las dimensiones obtenidas. ir al paso 7. Evaluar la separación de la fase dispersa liviana en la fase continua liviana: si se obtiene que no se separan. ya que el diámetro principal es menor que este arreglo. 46). tiempos de residencia. 46). Paso 3.0 250<P<500 psig 1700 kPag<P<3400 kPag 3. Se obtendrá como resultado un diámetro inicial de tambor y. son las dimensiones requeridas del tambor. la requerida para que el proceso de separación líquido–líquido se cumpla. ir al paso 6. 44). Paso 5. es decir. Seguir las indicaciones del punto 4 (pag. Paso 4. Seguir las indicaciones del punto 4 (pag.0 P>500 psig P>3400 kPag 4. 46). En el caso que se separen. primer párrafo. siguientes párrafos. usando la relación (L eft /D). se recomienda primero evaluar la posibilidad de usar un arreglo de tambor con bota decantadora. usando la relación (L eft /D). Verificar que ninguna de las limitaciones presentadas en el punto 1 (pag. el cual es el más económico. la cual varía según la presión de operación en los siguientes rangos: P<250 psig P<1700 kPag 1. (configuración del tambor.– Lazo de tanteo para separar la fase dispersa pesada de la fase continua liviana. etc. aumentando el diámetro y la longitud efectiva. se debe evaluar si se separa la fase dispersa liviana en la fase continua liviana. es el diámetro más pequeño que el tambor puede tener: si no es apropiado para la . NAAL/NAAI. Seguir las indicaciones del punto 4 (pag. donde L eff es la longitud efectiva de operación.apliquen aquí: en caso que aplique alguna de tales limitaciones. siguientes párrafos con el diámetro inicial y la longitud efectiva inicial. Diseño de Separadores Gas Líquido 112 Evaluar la separación de la fase dispersa pesada en la fase continua liviana: si se obtiene que no se separan. buscar otro tipo de separadores que no sea por gravedad.0 Antes de probar con este arreglo. mínimos valores de tope/NAAL.– Definición de los criterios de diseño. ir al paso 5.5<L eft /D < 3.0<L eft /D < 6. obtener una longitud efectiva inicial.0<L eft /D < 4. En el caso que se separen.– Estime un tamaño inicial de tambor. Suponer un valor de la relación L eft /D. Paso 6. sean menores o iguales a la longitud efectiva del tambor. la cual puede estar en NAAI o en NBBI.– Cálculo del distribuidor de entrada Seguir las indicaciones del punto a (pag.– Información mínima requerida. deberá aumentarse el diámetro y. hasta la altura de la interfase líquido–líquido. ya que las dimensiones obtenidas. por la relación (L eff /D). hay que verificar si el tamaño es apropiado para separar la fase dispersa liviana de la fase continua liviana: en el caso que no se separen. hasta lograr que las distancias horizontales recorridas por las gotas de líquido pesado. la cual puede estar en NAAI o en NBBI. si no es apropiado para la separación de la fase dispersa liviana de la fase continua pesada. por la relación (L eft /D). usando la relación (L eff /D). son las dimensiones requeridas del tambor. ya que las dimensiones obtenidas. sean menores o iguales a la longitud efectiva del tambor. hasta lograr que las distancias horizontales recorridas por las gotas de líquido liviano. en el tiempo en que se separan. Seguir las indicaciones del punto 4 (pag. ir al paso 6. aumentando el diámetro y la longitud efectiva. hasta la altura de la interfase líquido–líquido. separación se efectiva Longitud NBBI _ Xhpes Cuando se cumpla esta relación. deberá aumentarse el diámetro y. es decir: separación se efectiva Longitud NAAI _ Xhpes Estas distancias están medidas desde el nivel de líquido. Paso 10. escoger el tipo de rompe–vórtice. ir al paso 7.– Cálculo del deflector para la boquilla de salida de líquido liviano. es decir: separación se efectiva Longitud NBBI _ Xhliv separación se efectiva Longitud NAAI _ Xhliv Estas distancias están medidas desde el fondo del tambor. Diseño de Separadores Gas Líquido 113 El diámetro calculado en el paso 5. ! Sin espacio para venteo Paso 1. la longitud efectiva de separación. 46). en el tiempo en que decantan. siguientes párrafos. . ir al paso 7. Paso 9. ir al paso 6. Seguir las indicaciones del punto c (pag.separación. Paso 8.– Cálculo de boquillas de proceso.– Lazo de tanteo para separar la fase dispersa liviana de la fase continua pesada. hay que verificar si el tamaño es apropiado para separar la fase dispersa liviana de la fase continua liviana: en el caso que no se separen. 46). 105). 46).– Especificación de rompe–vórtices Siguiendo las recomendaciones del punto 3 (pag. Ubicar la información mínima requerida según la siguiente tabla. redondeando al tamaño estándar por arriba más cercano a lo calculado. ya que hay espacio para venteo. la longitud efectiva de separación. Paso 7. 103). Seguir las indicaciones del punto f (pag. En el caso que se separen. En el caso que se separen. son las dimensiones requeridas del tambor. Cuando se cumpla esta relación. se debe evaluar si se separa la fase dispersa liviana en la fase continua liviana. tiempos de residencia. En el caso que se separen.0<L eft /D < 6. ir al paso 5. obtendrá como resultado un diámetro inicial de tambor y.). Seguir las indicaciones del punto 4 (pag.0<L eft /D < 4. Diseño de Separadores Gas Líquido 115 Evaluar la separación de la fase dispersa pesada en la fase continua liviana: si se obtiene que no se separan.– Evalúe si con el diámetro inicial el tambor es apropiado para separar las fases. la cual varía según la presión de operación en los siguientes rangos: P<250 psig P<1700 kPag 1.5<L eft /D < 3.Diseño de Separadores Gas Líquido 114 Información Líquido liviano Líquido pesado General Densidad X X Viscosidad X X Tensión Superficial X Flujo (másico o volumétrico) X X Relación (Left/D) No Espacio para venteo? X Presión de operación X Temperatura de operación X Arrastre de sólidos? X Paso 2. mínimos valores de tope/ NAAI. obtener una longitud efectiva inicial. donde L eft es la longitud efectiva de operación.0 Antes de probar con este arreglo. Consultar detalladamente la información contenida en este documento. Paso 4. usando relación (L eft /D). 44)apliquen aquí: en que aplique alguna de tales limitaciones. Seguir las indicaciones del punto 4 (pag. Verificar que ninguna de las limitaciones presentadas del punto 1 (pag. la requerida para que el proceso de separación líquido–líquido se cumpla. caso la Se la . primer párrafo. Suponer un valor de la relación L eft /D. se recomienda primero evaluar posibilidad de usar un arreglo de tambor con bota decantadora. es decir.– Definición de los criterios de diseño. etc. (configuración del tambor. el cual es el más económico. Paso 3.0 250<P<500 psig 1700 kPag<P<3400 kPag 3.– Estime un tamaño inicial de tambor. 46). ya que el diámetro principal es menor que este arreglo. siguientes párrafos con el diámetro inicial y la longitud efectiva inicial. buscar otro tipo de separadores que no sea por gravedad. fondo/NBBI.0 P>500 psig P>3400 kPag 4. 46). Diseño de Separadores Gas Líquido 116 deberá aumentarse el diámetro y. ya que las dimensiones obtenidas. Cuando se cumpla esta relación. usando la relación (L eft /D). 46). Seguir las indicaciones del punto 4 (pag. 46). es el diámetro más pequeño que el tambor puede tener: si no es apropiado para la separación. sean menores o iguales a la longitud efectiva del tambor. hasta la altura de la interfase líquido–líquido. ir al paso 6. si no es apropiado para la separación de la fase dispersa liviana de la fase continua pesada. ya que las dimensiones obtenidas.Evaluar la separación de la fase dispersa liviana en la fase continua liviana: si se obtiene que no se separan. hay que verificar si el tamaño es apropiado para separar la fase dispersa liviana de la fase continua liviana: en el caso que no se separen. siguientes párrafos.– Lazo de tanteo para separar la fase dispersa pesada de la fase continua liviana.– Lazo de tanteo para separar la fase dispersa liviana de la fase continua pesada. hasta lograr que las distancias horizontales recorridas por las gotas de líquido pesado. la cual puede estar en NAAI o en NBBI. aumentando el diámetro y la longitud efectiva. usando la relación (L eft /D). siguientes párrafos. aumentando el diámetro y la longitud efectiva. hay que verificar si el tamaño es apropiado para separar la fase dispersa liviana de la fase continua liviana: en el caso que no se separen. En el caso que se separen. en el tiempo en que se separan. El diámetro calculado como diámetro inicial. es decir: separación se efectiva Longitud NBBI _ Xhliv separación se efectiva Longitud NAAI _ Xhliv Estas distancias están medidas desde el fondo del tambor. es decir: separación se efectiva Longitud NBBI _ Xhliv separación se efectiva Longitud NAAI _ Xhliv Estas distancias están medidas desde el tope del tambor. En el caso que se . sean menores o iguales a la longitud efectiva del tambor. son las dimensiones requeridas del tambor. En el caso que se separen. son las dimensiones requeridas del tambor. por la relación (L eft /D). la cual puede estar en NAAI o en NBBI. Seguir las indicaciones del punto 4 (pag. Cuando se cumpla esta relación. El diámetro calculado en el paso 5. ya que no hay espacio para venteo. hasta lograr que las distancias horizontales recorridas por las gotas de líquido liviano. ir al paso 6. hasta la altura de la interfase líquido–líquido. en el tiempo en que decantan. ir al paso 6. Paso 6. por la relación (L eft /D). deberá aumentarse el diámetro y. Paso 5. la longitud efectiva de separación. la longitud efectiva de separación. ir al paso 7. ir al paso 7. Paso 8. Paso 9. 105). redondeando al tamaño estándar por arriba más cercano a lo calculado. Seguir las indicaciones del punto c (pag. 46). ya que las dimensiones obtenidas. son las dimensiones requeridas del tambor. 46). Seguir las indicaciones del punto f (pag. escoger el tipo de rompe–vórtice Diseño de Separadores Gas Líquido 117 d. Seguir las indicaciones del punto a (pag.separen. Paso 7.– Cálculo de boquillas de proceso.-NOMENCLATURA D Dg d Hiv NAAI Hiv NBBI Hpes NAAI Hpes NBBI NBI NNI SRAN Vt = = = = Diámetro del tambor Diámetro de la gota Diámetro de la gota Altura que debe ascender una gota de . ir al paso 7.– Especificación de rompe–vórtices Siguiendo las recomendaciones del punto 3 (pag. Paso 10.– Cálculo del deflector para la boquilla de salida de líquido liviano. 103).– Cálculo del distribuidor de entrada. líquido = Ancho de la ranuras del distribuidor de entrada = Velocidad terminal de decantación (flotación) En unidades Si mm m mm mm mm mm mm . = Nivel bajo de interfase líquido-líquido = Nivel normal de interfase líquido. desde el tope del tambor cuando no hay espacio para venteo. hasta el nivel alto alto de la interfase (NAAI) = Altura que debe ascender una gota de líquido liviano disperso en la fase líquida pesada continua.líquido liviano disperso en la fase líquida pesada continua. = Altura que debe descender una gota de líquido pesado disperso en la fase líquida liviana continua. desde el tope del tambor cuando no hay espacio para venteo. = Altura que debe descender una gota de líquido pesado disperso en la fase líquida liviana continua. desde el fondo del tambor. o desde el nivel de líquido cuando hay espacio para venteo hasta el nivel bajo de la interfase (NBBI). hasta el nivel alto de la interfase (NAAI). desde el fondo del tambor hasta el nivel bajo bajo de la interfase (NBBI). o desde el nivel de líquido cuando hay espacio cuando hay espacio para venteo. mm m/s En unidades Inglesas pulg pie pulg pulg pulg pulg pulg pulg pie/s Diseño de Separadores Gas Líquido 118 Vt’ Xhly NAAI Xhly NBBI . durante el mismo tiempo que desciende la altura hpes NBBI = Densidad de la fase pesada = Densidad de la fase continua = Viscosidad de la fase continua m/s mm mm mm mm Kg/m 3 . durante el mismo tiempo que asciende la altura hiv _NBBI = Distancia horizontal recorrida por una gota de líquido pesado disperso en la fase líquida liviana continua. durante el mismo tiempo que desciende la altura hpes_ NAAI = Distancia horizontal recorrida por una gota de líquido pesado disperso en la fase líquida liviana continua. durante el mismo tiempo que asciende la altura hiv_ NAAI = Distancia horizontal recorrida por una gota de líquido liviano disperso en la fase líquida pesada continua.Xhpes NAAI Xhpes NBBI ρ ρL µ = Velocidad terminal de decantación (flotación) = Distancia horizontal recorrida por una gota de líquido liviano disperso en la fase líquida pesada continua. 545X10 -3 1 18.Kg/m 3 mPas pie/s pulg pulg pulg pulg Ib/pie 3 Ib/pie 3 Ib/pie/s Factores que dependen de las unidades usadas En Unidades Si En Unidades Inglesas F 1 F 12 = pag. 29 Ec.. (2) 1000 0. (1) = pag.4663 Diseño de Separadores Gas Líquido 119 e.APENDICE . 29 Ec. Diseño de Separadores Gas Líquido 121 Fig. a. El uso de separadores verticales no se considera.. 4 DEFLECTOR EN LA BOQUILLA DE SALIDA DE LÍQUIDO LIVIANO Diseño de Separadores Gas Líquido 123 4.SEPARADORES HORIZONTALES VAPOR-LÍQUIDO-LÍQUIDO. debido a los grandes volúmenes requeridos de líquido para la separación líquido–líquido. se cubrirá el diseño de tres tipos principales de tambores separadores vapor–líquido–líquido: 1.. 1.5. Tambores horizontales con bota decantadora (Ver Figura 1. 3. TAMBORES SEPARADORES LÍQUIDO-LÍQUIDO CON DOS FASES EN EL CUERPO Diseño de Separadores Gas Líquido 122 Fig. b.ALCANCE Se cubrirá el cálculo de proceso de tambores separadores vapor–líquido– líquido horizontales. como es la separación gases–hidrocarburos líquidos–agua. aproximación bastante buena para las operaciones que normalmente maneja la INDUSTRIA. Figura 3 Tambores separadores líquido líquido con dos fases en el cuerpo. Figura 2 Tambores separadores líquido líquido con sombrero separador de líquido liviano. Esencialmente. Los líquidos aquí considerados se suponen esencialmente inmiscibles..). incluyendo el diseño/especificación de boquillas d e proceso e internos necesarios para una operación confiable del equipo co n respecto a la instalación donde está presente.). Tambores horizontales con compartimientos separados (Ver Figura 3. Fig.Figura 1 Tambores separadores líquido líquido con bota decantadora. principalmente para operaciones de Refinación y manejo de Gas en la INDUSTRIA. Figura 4 Deflector en la boquilla de salida de líquido liviano.Consideraciones generales Tres tipos principales de separadores vapor–líquido–líquido serán estudiados . TAMBORES SEPARADORES LÍQUIDO-LÍQUIDO CON SOMBRERO SEPARADOR DE LÍQUIDO-LIVIANO. TAMBORES SEPARADORES LÍQUIDO-LÍQUIDO CON BOTA DECANTADORA Diseño de Separadores Gas Líquido 120 Fig. Tambores horizontales con las dos fases líquidas dentro del cuerpo cilíndrico (Ver Figura 2.CONSIDERACIONES DE DISEÑO . 3. 2.). 2. ) Cuando la cantidad de fase líquida pesada a retener es tal que no pue de tenerse en una bota decantadora. menos confiable que el control de nivel gas–líquido. El volumen de operación (en estos casos.) En los casos cuando la fase líquida pesada es la más importante. haciéndolo más pesado y más costoso. son los primeros a tratar de diseñar. para el líquido pesado está contenido en el cuerpo principal del separador. existe un control de nivel gas–líquido en el cuerpo principal. lo contiene la bota decantadora. es decir. ahorrando diámetro (y longitud también). la que controla el procesamiento aguas abajo. En estos equipos. Obviamente. Tambores horizontales con compartimientos separados (Ver Figura 3. ya que ahorran costos al no poner en el cilindro principal el volumen del líquido pesado. el criterio primordial de diseño es que l a fase líquida liviana esté libre de gotas de líquido pesado. la siguiente alternativa a escoger es un separador con las dos fases líquidas dentro del cuerpo cilíndrico. lo cual hace más complicada la operación del equipo y su relación con los procesos aguas abajo. Cuando se inicia el diseño de un separador vapor–líquido–líquido. dentro del mismo cuerpo cilíndrico.en estos procedimientos de diseño: Tambores horizontales con bota decantadora (Ver Figura 1. el criterio primordial de diseño es que l a fase líquida liviana esté libre de gotas de líquido pesado. el tiempo de residencia de operación (y tiempo de respuesta de operador a emergencias en la operación). y el flujo del líquido pesado son mucho mayores que los correspondientes de la fase líquida . el volumen de operación y de emergencia para la fase líquida liviana y el volumen de operación (en estos casos. Esta alternativa es más costosa que la anterior. (Debe recordarse que el control de nivel de interfase es más difícil y. para el líquid o pesado. En este tipo de separadores. El volumen de operación y de emergencia para la fase líquida liviana está contenido en el cuerpo principal del separador. ya que ésta sería más grande que lo que las buenas prácticas de construcción mecánica permitirían. y un control de nivel de interfase líquido–líquido en la bota decantadora. casi nunca se tiene volumen de emergencia). Tambores horizontales con las dos fases líquidas dentro del cuerpo cilíndrico (Ver Figura 2. teniendo un costo extra por Diseño de Separadores Gas Líquido 124 tener la bota decantadora. se tiene control de nivel gas–líquido y control de int erfase líquido–líquido.) Se usan cuando la cantidad de fase líquida pesada a contener por el separador es bastante pequeña (muy poco tiempo de residencia y/o muy bajos flujos de fase líquida pesada). en el cuerpo principal del recipiente. ya que el tener la fase líquida pesada también dentro del cuerpo. En este tipo de separadores. a veces. aumenta el diámetro del recipiente. En estos equipos. casi nunca se tiene volumen de emergencia). pero este costo es menor que si se tuviera la fase líquida pesada dentro del cuerpo principal del separador. como serían los despojadores de aguas agrias o los de aminas. Consideraciones con respecto al área de flujo de vapor. Estos equipos. y de vertedero (“weir”). y el flujo de la fase pesada. otros internos y cálculo de boquillas de proceso Con respecto al área de flujo de vapor. ya que la longitud del separador es aumentada. debido al rebosadero de fase liviana hacia el compartimiento de fase líquida liviana (balde o “bucket” de líquido liviano). arrastre en la superficie de líquido. Es conveniente notar que las densidades de las fases líquidas involucradas. es donde se produce la separación de las gotas de líquido liviano. por el balde y el compartimiento de líquido pesado limitado por el verteder o correspondiente. tre el rebosadero de líquido liviano hacia el esada hacia el compartimiento del tambor que líquido–líquido. diseño y uso de mallas. Debido a que no “importante”. arrastre en la superficie de líquido. ya que la posición de por la diferencia de alturas en balde. y el vertedero de fase p contiene dicho líquido pesado. si tales características varían. como genérico del compartimiento del líquido liviano. afectan también la posición de dicha interfase y. se usará el término “balde”. y “vertedero”. otros internos y cálculo de boquillas de proceso. el cual fija dicha altura. Los requerimientos de volumen de operación y de emergencia para el líquido pesado.pesada. En la zona del separador antes del balde de líquido liviano. De acuerdo a lo anterior. con respecto a los otros tipos ya mencionados. de la fase pesada continua: aquí no se controla interfase dicha interfase se fija (más o menos). tienen fijo el nivel de líquido con respecto a la fase vapor/gas. se recomienda consultar el documento Diseño de Separadores Gas Líquido . son satisfechos en el balde de líquido liviano del separador. cambiará la posición de dicha interfase. Diseño de Separadores Gas Líquido 125 En este tipo de separadores. el criterio primordial de diseño es que l a fase líquida pesada esté libre de gotas de líquido liviano. Los requerimientos de volumen de operación y de emergencia para el líquido liviano. este es el diseño más costoso. es más fácil de operar. son satisfechos en el compartimiento de pesados que está limitad o por el vertedero de pesados. también llamados separadores de balde (“bucket”). Para todos los efectos de este documento. consideraciones para el diseño y uso de mallas. la medición de interfase líquido–líquido. cuando se hable de separado res de compartimientos separados. y sólo control de nivel vapor líquido en el compartimiento de pesados. como genérico del vertedero y el compartimiento de la fase líquida pesada. ya que sólo tiene control de nivel vapor líquido en el balde de livianos. Boquillas de proceso c (pag. Consideraciones para el diseño y uso de mallas d (pag. 39) Boquillas elevadas o con extensiones rectas para el retiro del líquido liviano. de acuerdo a este límite superior. Velocidad de decantación y de flotación De acuerdo a la literatura. para diseño. de gotas líquidas dispersas en una fase líquida continua. usando la ley de Stokes [ Ec. Puede probarse que. se ha impuesto un límite superior a la velocidad de decantación (flotación) que se pueda usar para diseñar un equipo que tenga alguna forma de decantación (flotación) líquido–líquido: dicha velocidad máxima es de 4. de acuerdo al rango de número de Reynolds de gota en el cual se esté operando: RANGO DEL No. Arrastre en la superficie de líquido 4 (pag. como la velocidad de coalescencia y el grado de turbulencia. DE REYNOLDS LEY O MECANISMO DE DECANTACIÓN < 2 ≥ 2 ≤ 500 > 500 Stokes Intermedia Newton Sin embargo. el proceso de decantación (o de flotación.39 x 10 –2 pie/s): esta restricción tomaría en cuenta la compensación de variables no involucradas en el cálculo. para efectos de diseño. en el diseño de la sección de decantación del separador. 34) Solo se consideran tambores separadores horizontales.2 mm/s o 10 pulg/min (4. puede describirse por tres mecanismos diferentes. usar su densidad para el cálculo de la velocidad critica: en caso contrario. Solo se consideran tambores separadores horizontales. . 44) Codos de 90 0 distribuidores en forma de “T” rompe vórtices recolectores de gas. todos los casos prácticos de decantación pueden describirse apropiadamente.2 x 10 –3 m/s o 1. 28) Si el líquido liviano es más del 5% en vol de la fase líquida total. usar la densidad promedio de la fase líquida total. (1)] : Diseño de Separadores Gas Líquido 127 ( ) µ 18 L ρ ρ 2 .126 TEMA SECCIÓN COMENTARIOS MODIFICACIONES Área de flujo de vapor 1 (pag.Decantación de las fases líquidas a. según sea el caso). 41) Solo se consideran tambores separadores horizontales Otros internos 3 (pag. s pie/s pie 1 32. (3): µ / ) L ρ .174 pie/s 2 lb/pie 3 lb/pie 3 lb/pie/s Llevando la ecuación de la ley de Stokes a una forma más amigable. se tiene (Ecs. (2). D g 1 F t' V − = Ec. (1) donde: En Unidades Si En Unidades Inglesas Vt’ Dp F1 g ρ ρL µ = Velocidad terminal de decantación (flotante) = Diámetro de la gota = Factor cuyo valor depende de las unidades usadas = Aceleración de la gravedad = Densidad de la fase pesada = Densidad de la fase liviana = Viscosidad de la fase continua m/s m 1000 9.807 m/s 2 Kg/m 3 Kg/m 3 mPa. (ρ x 2 d x 12 F t V − = Ec.545 X 10 -3 . (2) µ c ρ t V d x 12 F e R = Ec. (3) donde: En Unidades Si En Unidades Inglesas Vf’ d Re ρc ρ ρL µ F12 F12 Velocidad terminal de decantación (flotante) Diámetro de la gota Número de Reynolds de gota Densidad de la fase continua Densidad de la fase pesada Densidad de la fase liviana Viscosidad de la fase continua Factor cuyo valor depende de las unidades usadas Factor cuyo valor depende de las unidades usadas m/s mm Adimensional Kg/m 3 Kg/m 3 Kg/m 3 mPas 0. para efectos de diseño.0035 0.1 Pie/s pulg lb/pie 3 lb/pie 3 lb/pie 3 CP 18.0035 0. b.089 0. como la mayoría de las operaciones de separación líquido– líquido en la INDUSTRIA. más difícil es la separación y se necesita separar gotas más pequeñas. la ley de Stokes será empleada siempre para el cálculo de las velocidades de flotación y decantación de gotas de fases líquidas. un tamaño de gota de líquido de 127 m o 127 mm (0. tienen que ver con separación hidrocarburos– agua a medida que la densidad de los hidrocarburos se acerca a la d el agua.0035 . Tamaño de gota de líquido a separar Normalmente.871 Diseño de Separadores Gas Líquido 128 Para efectos de este manual. (Ambas Fases) Hidrocarburos API < 35 Hidrocarburos API > 35 Agua Metil-Etil-Cetona Sec-butil-alcohol Metil-Isobutil-Cetona Otros casos Agua o soda Agua o soda Forfural Agua Agua Agua mm 0.089 0. usar la siguiente tabla: Tamaño de gotas para separación líquido-líquido Fase Liquida Liviana Fase Líquida Pesada Tamaño De La Gota.089 cáustica cáustica pulg 0. Sin embargo.4683 123.089 0.005 0.0035 0. Tomando en cuenta lo anterior y.005 pulg). para efectos de guía en la escogencia del tamaño de gota de líquido a emplear en el diseño.127 0. la separación líquido líquido considera. continuidad de las operaciones durante perturbaciones operacionales. Siglas típicas en español Descripción típica Siglas típicas en inglés NAAL Nivel alto-alto de líquido HHLL NAL Nivel alto de líquido HLL NNL Nivel normal de líquido NLL NBL Nivel bajo de líquido LLL NBBL Nivel bajo-bajo de líquido LLLL b. También es conocido en inglés como “light liquid surge time”. también conocido como volumen retenido de líquido liviano. y en inglés como “heavy liquid surge volume” o “heavy liquid holdup”. cuando se quiere especificar el volumen de operación de la fase liviana. lo que realmente se indica es cuantos minutos deben transcurrir entre NAL y NBL. Tiempo de residencia de operación de la fase pesada Es el tiempo correspondiente en el cual el flujo de líquido pesado pue de llenar el volumen de operación de la fase pesada en el recipiente ba jo Diseño de Separadores Gas Líquido . y 2. se usarán las siglas típicas en español para identificar los diferentes niveles. y en inglés como “light liquid surge volume” o “light liquid holdup”. Volumen de operación de la fase liviana Es el volumen de líquido liviano existente entre NAL y NBL. Este volumen.Niveles/tiempos de residencia A continuación se presentarán definiciones y comentarios sobre niveles de líquido. y para proveer suficiente volumen de líquido pesado para una parada ordenada y segura cuando se suceden perturbaciones mayores de operación.005 . continuidad de las operaciones durante perturbaciones operacionales. Tiempo de residencia de operación de la fase liviana Es el tiempo correspondiente en el cual el flujo de líquido liviano pu ede llenar el volumen de operación de la fase liviana en el recipiente baj o estudio.089 0. d. y para proveer suficiente volumen de líquido liviano para una parada ordenada y segura cuando se suceden perturbaciones mayores de operación. c. también conocido como volumen retenido de líquido pesado. se fija de acuerdo a los requerimientos del proceso. tiempos de residencia y temas relacionados.127 0.0. con el objetivo de justificar criterios y procedimientos de diseño que se mostrarán posteriormente. a. Este volumen. Volumen de operación de la fase pesada Es el volumen de líquido pesado existente entre NAI y NBI. La mayoría de las veces. 1. para asegurar un control adecuado. e.0035 0. Identificación de los niveles en un recipiente De acuerdo a lo normalmente empleado en la INDUSTRIA para hablar de niveles en un recipiente líquido–vapor.) Diseño de Separadores Gas Líquido 129 Para efectos de consistencia en la discusión en el MDP de tambores. para asegurar un control adecuado. se fija de acuerdo a los requerimientos del proceso. tenemos la siguiente tabla (Ver Figs. los operadores investigarían y resolverían. o hasta el fondo del recipiente (cuando existe una bota decantadora). como criterio general. ya que eso podría dañar al equipo. cuando aplique) La distancia mínima desde el nivel bajo–bajo de líquido liviano. el tambor alimentador de la bomba se equipa con alarmas de nivel de NAL y NBL. sin embargo. ya que éste. cuando se quiere especificar el volumen de operación de la fase pesada. para lograr decantación exitosa del líquido . También es conocido en inglés como “heavy liquid surge time”. seguramente. es decir. a su vez. Si de un tambor separador estamos alimentando a una bomba. si no se tiene un Interruptor y/o alarma de nivel bajo–bajo). el problema que originó la reducción de nivel. cuando se tiene NAAL y NBBL. será de cinco minutos. la bomba alimenta a un horno. en el caso que no pudieran resolver el problema en el tiempo indicado. que no tuviera líquido que bombear. es 230 mm mínimo (9 pulg). h a quedado “seco”. lo que indica que. lo que realmente se indica es cuantos minutos deben transcurrir entre NAI y NBI. La mayoría de las veces. Por esa razón. si se tiene un Interruptor y/o alarma de nivel bajo–bajo de líquido liviano. y si. a su vez. se tendrán cinco minutos adicionales de tiempo de residencia de líquido por interruptor/alarma. a lo cual corresponde un volumen de líquido de emergencia de 10 minutos del máximo flujo de líquido. hasta el Nivel alto de interfase (cuando se tengan dos fases líquidas en el tambor). originen paradas seguras de equipos aguas abajo y/o de la planta completa. se añaden 10 minutos de tiempo de residencia. Tiempo de respuesta o de intervención del operador Es el tiempo que tarda el operador (o grupo de operadores). Debido a las diferentes tradiciones operativas que existen en la INDUSTRIA. es difícil establecer un criterio uniforme acerca de cuál es el “tiempo promedio de respuesta del operador”. una parada segura del horno y de toda la planta. f. sería muy engorroso que la bomba se quedara “seca”. Diseño de Separadores Gas Líquido 131 h. Sin embargo. (o nivel bajo.130 estudio. el interruptor de NBBL activaría una parada segura de la bomba y. y con interruptores y/o alarmas de NAAL y NBBL: al sonar la alarma de NBL. g. antes que otros sistemas automatizados (Interruptores o “switches” de nivel). Volumen de emergencia Es el volumen adicional que corresponde al líquido que debe satisfacer el llamado “tiempo de respuesta o de intervención del operador”: de acuerdo a lo expresado. se usará. cuando se tengan interruptores y/o alarmas de NAAL o NBBL. que el tiempo de respuesta de un operador es de cinco minutos: esto significa que el tiempo de retención de líquido entre NAL y NAAL (o entre NBL y NBBL). Nivel bajo–bajo de líquido liviano (o bajo. este valor puede cambiar debido a requerimientos de tiempo de residencia del líquido liviano. en menos del llamado “tiempo de respuesta del operador”. en responder cuando suena una alarma de nivel en el panel y resolver la perturbac ión operativa que originó la alarma. se podría generar una emergencia mayor en la planta por rotura de un tubo del horno. o en un tambor con líquido pesado en el cuerpo cilíndrico. para ciertos servicios específicos: Descripción (para una fase líquida) Tiempo de residencia de Operación. Criterios para fijar el volumen de operación/tiempo de residencia La tabla siguiente. Para el caso del balde de líquido liviano. es 230 mm mínimo (9 pulg). Única carga a un horno de fuego directo. este valor se conoce como hB BALDE–NBL. Producto a tanquería lejos del área operativa o a otro tambor de alimentación. de separadores con compartimientos separados. Alimentación desde tanquería lejos del área de operación. 7 6 2 .pesado. de separadores con compartimientos separados. directo. Para el caso del compartimiento de líquido pesado. min Tambores de alimentación a unidades: Alimentación desde otra unidad (diferente cuarto de control). sin bomba. con bomba que pasa a través de un sistema de intercambio calórico. hasta el fondo d el recipiente. con bombas. ya esté en una bota decantadora. j. min Otros tambores: Alimentación a una columna (diferente cuarto de control). Alimentación a una columna (mismo cuarto de control). i. como se verá posteriormente en los procedimientos de diseño. 20 15 15-20 Diseño de Separadores Gas Líquido 132 Descripción (para una fase líquida) Tiempo de residencia de Operación. medido desde el fondo del balde. Nivel bajo de interfase La distancia mínima desde el nivel bajo de interfase. este valor se conoce como hV NBBL . presenta criterios para fijar el volumen de operación o tiempo de residencia de líquido. Producto a tanquería lejos del área operativa o a otro tambor de alimentación. Producto a tanquería lejos del área operativa o a otro tambor de alimentación. directo. medido desde el fondo del tambor. Alimentación desde otra unidad (mismo cuarto de control). se le asignan tiempos de residencia de operación relativamente bajos. co mo es el caso de alimentación a despojadores de aguas agrias. por lo que se le fijan relativamente altos tiempos de residencia de operación en el separador. casi siempre el procesamiento posterior del agua separada. Sin embargo. éste puede aproximar la longitud efectiva a la longitud tangente–tangente. En el caso de tambores horizontales de una sola boquilla de alimentación. lo cual supone el uso de instrumentos de nivel que puedan trabajar . lo cual supone el uso de instrumentos de nivel que puedan trabajar en este rango. casi siempre el procesamiento aguas abajo de los hidrocarburos líquidos es de capital importancia. con el objetivo de garantizar una operación confiable y “ayudar” a que la separación líquido– líquido sea óptima. Diferencia mínima de nivel entre NAI y NBI Se fija como diferencia mínima de nivel entre NAI y NBI. calidad de separación de las fases y efectos sobre el diseño del separador La mayoría de las aplicaciones de la INDUSTRIA para tambores separadores vapor líquido líquido. Si esto no fuera posible. como sería el caso de instrumentos de nivel con desplazadores externos. por lo cual. A criterio del diseñador de procesos. las tolerancias de construcción necesarias para soldar dichas boquillas. la cual es la distancia horizontal que viaja una gota de líquido desde la boquilla de entrada. y se puedan tener los volúmenes requeridos de líquido. Diferencia mínima de nivel entre NAAL y NBBL Se fija como diferencia mínima de nivel entre NAAL y NBBL. 360 mm o 14 pulg. soldar los cabezales o extremos del tambor y cualqui er otra cosa que obligue a aumentar la longitud del tambor. Mientras tanto. n. Diseño de Separadores Gas Líquido 133 l. para obtener la longitud tangente–tangente del tambor horizontal. una relativamente pequeña cantidad de agua. y como fase líquida liviana. como fase líquida pesada. Esta es la longitud que normalmente se obtiene por puros cálculos de proceso. m. sin ser arrastrada por la fase vapor que sale por la boquilla de salida de gas. es de menor cuantía y no afecta partes críticas del proceso. hasta que se decanta totalmente y se une al líquido retenido en el recipiente. Longitud efectiva de operación (L eff ) Es la longitud de tambor requerida para que se suceda la separación vapor/gas–líquido–líquido. corresponde a la distancia entre la boquilla de entrada y la de sali da de gas. deberá ajustarse este valor mínimo apropiadamente. es necesario sumar los tamaños de las boquillas antes mencionadas. 360 mm o 14 pulg. Además. los tiempos de residencia del agua aumentan dramáticamente.6 3-5 10 k. regularmente. y esperar que la especialidad mecánica complete el diseño del tambor. Tiempos de residencia de las fases líquidas pesada y liviana. tanto de operación como de emergencia. para luego verificar si se cumple la separación. incluyen. En el caso que este último criterio no aplique. una relativamente grande cantidad de hidrocarburos líquidos. La diferencia de dichas alturas es (Ec. se ajustan para Diseño de Separadores Gas Líquido 134 mantener. y el vertedero del líquido pesado Las alturas de dichas placas de rebose del líquido liviano y del líquido pesado. el flujo de la fase líquida pesada. (4) Donde: En unidades SI En . como sería el caso de instrumentos de nivel con desplazadores externos. Interfase en separadores con compartimientos separados Como ya fue mencionado en el punto 1(pag. el nivel de interfase viene fijado por las propiedades de las fases líquidas. una capa de líquido liviano de 230 mm (9 pulg ) de profundidad. por lo menos.en este rango. o. en el compartimiento de decantación. 28). y la diferencia de alturas entre el rebosadero del balde de fase líquida liviana. deberá ajustarse este valor mínimo apropiadamente. (4)): + − = − C L W Q 11 F w ρ Q ρ 1 ) OW (h WB h OB h Ec. Si esto no fuera posible. Densidad (a condiciones de operación). Flujo de líquido pesado Longitud de la cuerda en el tope del vertedero de líquido pesado. de la corriente más pesada de líquido liviano alimentada al tambor. Si la densidad del líquido liviano es desconocida. Distancia vertical del fondo del tambor al tope del vertedero del líquido pesado. Densidad líquido pesado a condiciones de operación. Use 900 Kg/m 3 (56 lb/pie 3) . .Unidades Inglesas hOB hWB hOW Qw LC ρo ρw F11 Distancia vertical del fondo del tambor al tope del rebosadero del balde de líquido liviano. Distancia vertical desde la interfase líquido liviano/líquido pesado hasta el tope del rebosadero del balde de líquido liviano (230 mm (9pulg) mínimo). m mm mm m 3 /s mm Kg/m 3 Kg/m 3 67026.Factor que depende de las unidades usadas.7 pulg pulg pulg pie 3 /s pie lb/pie 3 lb/pie 3 . a veces. será del 85% de la velocidad de flotación de la fase líquida liviana. El criterio de velocidad de la fase líquida pesada a usar en este documento. Filosofía de diseño y tipo de separador a usar De acuerdo a lo mencionado. Para los instrumentos de nivel con desplazador externo. los diámetros de las botas no deberían exceder los siguientes valores: Dtamb Dbota(máx) Mm pulg ≤ 1000 ≤ 40 > 1000.384 La ecuación (4). La distancia entre el NBI y el NAI se basa en el volumen de op eración requerido para control (usualmente dos minutos). Las botas se dimensionan para que la velocidad de la fase líquida pesada se a menor que la velocidad de ascenso de las gotas de la fase líqui da liviana. hay casos donde el esfuerzo de diseño está enfocado Diseño de Separadores Gas Líquido . Sin embargo.5. o en las dimensiones del instrumento de nivel (las distancias entre las tomas de instrumento es. . 2. ya que este último deberá estar “libre” de agua (del agua que pueda separarse por pura gravedad). principalmente. 135 . se retira a través de una bota localizada en el fondo del tambor.Botas decantadoras Cuando existe una cantidad relativamente pequeña de la fase líquida pesada (por ejemplo. en la separación de las gotas de agua del hidrocarburo líquido. La bota permite una reducción en el tamaño del tamb or eliminando la capa de la fase pesada en el fondo del mismo. < 60 ≥ 1500 ≥ 60 0.5 Dtamb 500 mm (20 pulg) 1/3 x Dtamb Los criterios para el diseño de botas son los siguientes: 1.Evaluación de la capacidad de separación líquido–líquido de acuerdo al separador a usar a. ésta. toma en cuenta la presencia compartimiento de captación y encima del tope del vertedero de Diseño de Separadores Gas Líquido basa en el flujo de un vertedero rectangu de las dos fases líquidas en el de un cabezal de líquido pesado por líquido pesado. La velocidad de ascenso o de flotación de las gotas se estima usando la ecuación (2). los esfuerzos de diseño se enfocan. por lo menos. agua). de 360 mm (14 pulg)). la distancia mínima entre la toma superior y la pared del tambor debería ser de 510 mm (20 pulg). la cual se lar. < 1500 > 40. para procesamiento posterior: éste es el concepto base que se usa en los procedimientos de diseño que posteriormente se presentarán para separadores con dos fases líquidas en el cuerpo cilíndrico y para separadores con bota de decantación. Para satisfacer las consideraciones mecánicas y económicas. se observa que la gota viaja en una dirección inclinada haci a abajo. es menor que la distancia horizon tal entre la entrada de la alimentación y la boquilla elevada de salida del líquido liviano (para tambores con dos fases líquidas en el cuerpo cilíndrico). en el sentido del flujo de la corriente líquida liviana. se observa que la gota viaja en una dirección inclinada haci a abajo. en el sentido del flujo de la corriente líquida pesada. o el extremo horizontal más alejado de la bota (para tambores con bota decantadora). que corresponde a la velocidad de decantación. para el caso de dos fases líquidas en el cuerpo). en la fase líquida liviana (fase continua) debe sucederse exitosamente. cuando es el crit erio determinante de diseño En un tambor separador horizontal. No importa los niveles que en un momento el tambor tenga. al estudiar la decantación de las gotas de fase líquida pesada (fase discontinua). c. b. si se está a máximo nivel ó a mínimo nivel (ó cualquier valor intermedio). la decantación de las gotas de fase líquida pesada (fase discontinua). cuando ha tocado el fondo del recipiente para el caso de tambores con bota decantadora. y un componente horizontal. y un componente horizontal. la cual se calcula por la división del flujo volumétrico entre el área transversal que ocupa dicha fase. sea mayor que el tiempo requerido para decantar en la fase continua. Análisis de la flotación de la fase líquida liviana. la separación de la fase pesada de la fase liviana debe garantizarse: por lo tanto el diseño del separador debe ser tal que. existe una cantidad relativamente grande de fase líquida pesada y una cantidad relativamente pequeña de líquido liviano: éste es el concepto base que se usa en los procedimientos de diseño que posteriormente se presentarán para separadores con compartimientos para retirar la fase liviana y la fase pesada. En términos de distancias en el separador. la cual se calcula por la Diseño de Separadores Gas Líquido 137 división del flujo volumétrico entre el área transversal que ocupa dicha fase. que corresponde a la velocidad de flujo de dicha fase. que corresponde a la velocidad de flotación. o cuando llega a la interfase.136 principalmente en la separación de las gotas de la fase líquida liviana de la fase líquida pesada en estos casos. cuando es el criterio determinante de diseño En un tambor separador horizontal. con una velocidad que está compuesta por un componente vertical hacia abajo. al estudiar la flotación de las gotas d e fase líquida liviana (fase discontinua). también conocida tal distancia como longitud efectiva de separación (L eff ). Análisis de la decantación de la fase líquida pesada. esto se traduce en que la distancia horizontal que la gota recorre. que corresponde a la velocidad de flujo de dicha fase. cuando ha decantado totalmente (es decir. La separación de la fase pesada de la fase liviana se sucederá cuando el tiempo de residencia de la gota a separar. . en la fase líquida pesada (fase continua). con una velocidad que está compuesta por un componente vertical hacia arriba. en la fase líquida liviana (fa se continua). es decir. esto se traduce en que la distancia horizontal que la gota recorre. Del diseño ya obtenido. con un diámetro y una longitud calculados para separación vapor líquido solamente. sólo en la bota decantadora. habrá . 2. donde el volumen total de líquido está compuesto de dos volúmenes aditivos: 1. cuando ha subido hasta la interfase líq. La separación de la fase liviana de la fase pesada se sucederá cuando el tiempo de residencia de la gota a separar. Volumen de líquido liviano necesario para la separación de la fase pesada. (5)): X H = V IL X h/ V IP -. -. El separador se revisa para saber si decanta la fase pesada de la siguiente manera: -. Donde h es el nivel al cual se está evaluando la operación. se calculan las áreas transversales de flujo de líquido liviano. Diseño de Separadores Gas Líquido 138 -. y se calculan las correspondientes velocidades de flujo de líquido liviano dentro del recipiente ( V fL ). la flotación de las gotas de fase líqui da liviana (fase discontinua).) En este caso. Se calcula la velocidad de decantación de la fase líquida pesada ( V tP ). independientemente de donde esté el nivel operativo. cuando se ha separado totalmente (es decir. Volumen de operación más volumen de emergencia para la fase líquida liviana. es decir NAAL o NBBL (medido desde el fondo del recipiente).No importa los niveles que en un momento el tambor tenga. mediante la siguiente ecuación (Ec. Evaluación de la capacidad de decantación en tambores con bota decantadora (Ver Figura 1. usando la ecuación (2) pag. Se calcula la longitud horizontal que las gotas de líquido pesado tienen que recorrer ( X H ). es menor que la distancia horizontal existente entre la boquilla de entrada de la alimentación y el extremo horizontal más alejado de la bota. Con el separador diseñado como se dijo anteriormente. la separación de la fase liviana de la fase pesada debe garantizarse: por lo tanto el diseño del separador debe ser tal que. es menor que la distancia horizontal entre la entrada de la alimentación y el rebosadero del balde del líquido liviano. debe verificarse si se decanta la fase pesada. tanto para NAAL como para NBBL. Si X H (evaluado tanto para NAAL. en la fase líquida pesada (fase continua) de be sucederse exitosamente. liviano). Si las gotas de la fase líquida pesada llegan a la bota decantadora antes de llegar al extremo horizontal más alejado de la bota. NAAL o NBBL. el volumen entre NAAL y NBBL. d. 29. sea mayor que el tiempo requerido para flotar en la fase continua. -. como para NBBL). es decir el volumen entre NBBL y el fondo del recipiente. En términos de distancias en el separador. El punto de partida es un separad or trifásico. no existe fase líquida pesada en el cuerpo principal del equipo. entonces dicha fase pesada se separará e irá a la bota de decantación. pesado/líq. Evaluación de la capacidad de decantación en tambores con las dos fases líquidas dentro del cuerpo cilíndrico (Ver Figura 2. Con el separador diseñado para tener los volúmenes de líquido antes mencionados. NAAL o NBBL. es mayor que la distancia horizontal existente entre la boquilla de entrada de la alimentación y la boquilla de salida del líquido liviano. Por lo tanto habrá que aumentar las dimensiones del mismo y. NBBL hasta NBI y NBBL hasta NAI. El separador se revisa para saber si decanta la fase pesada de la siguiente manera: Diseño de Separadores Gas Líquido 139 -. el cual tiene un diámetro y una longitud calculados para separación vapor líquido solamente. como para NBBL ). (5) donde h es la distancia vertical hacia abajo que recorren las gotas de líquido pesado. -. Volumen de operación más volumen de emergencia para la fase líquida liviana. usando la ecuación (2). Se calcula la velocidad de decantación de la fase líquida pesada ( V tP ). -. es mayor que la distancia horizontal existente entre la boquilla de entrada de la alimentación y el extremo horizontal más alejado de la bota. mediante la ecuación (5): X H = V IL Xh/ V IP Ec. NBBL/NAI y NBBL/NBI. habrá separación de la fase pesada. NAAL hasta NBI. y el diseño del tambor es satisfactorio para la decantación de la fase pesada. lo cual también aumentaría el tiempo de residencia de las diferentes fases. Si X H (en cualquiera de los casos antes mencionados). es menor que la distancia horizontal existente entre la boquilla de entrada de la alimentación y la boquilla de salida del líquido liviano. y los correspondientes a NAI/NBI. se calculan las áreas transversales de flujo de líquido liviano. Volumen de líquido liviano necesario para la separación de la fase pesada. es decir desde NAAL hasta NAI. debe verificarse si se decanta la fase pesada. Si X H ( evaluado tanto para NAAL.separación de la fase pesada. y se calculan las correspondientes velocidades de flujo de líquido liviano dentro del recipiente ( V fL ). al hacer cálculos. Se calcula la longitud horizontal que las gotas de líquido pesado tienen que recorrer ( X H ). es decir. se mantendrán constantes las áreas transversales de flujo de vapor y del líquido liviano (desde el NAAL hasta el NBBL). -. NAAL/NBI. -. Si las gotas de la fase líquida pesada llegan a la interfase líquido pesado / líquido liviano antes de llegar a la boquilla elevada de salida del líquido liviano. Del diseño ya obtenido. y el diseño del tambor es satisfactorio para la decantación de la fase pesada. el volumen total de líquido está compuesto de dos volúmenes aditivos: 1. independientemente de donde esté el nivel operativo. y el diseño del tambor no es satisfactorio para la decantación de la fase pesada. es decir el volumen entre NBBL y NAI. Si X H (en cualquiera de los casos mencionados). 2. entonces dicha fase pesada se separará. no habrá separación completa de la fase pesada. -. el volumen entre NAAL y NBBL. e. no habrá . para NAAL/NAI.) Dado un separador trifásico. separación completa de la fase pesada, y el diseño del tambor no es satisfactorio para la decantación de la fase pesada. Por lo tanto habrá que aumentar las dimensiones del mismo y, al hacer cálculos, se mantendrán constantes las áreas transversales de flujo de vapor y del líquido liviano (desde el NAAL hasta el NBBL), lo cual también aumentaría el tiempo de residencia de las diferentes fases. f. Evaluación de la capacidad de decantación en tambores con compartimientos separados (Ver Figura 3.) Este tipo de separadores son diseñados en forma algo diferente de los dos tipos cubiertos anteriormente, ya que el criterio controlante es la re moción de gotas de líquido liviano de la fase líquida pesada. Aquí el volumen total de líquido presente en la llamada zona o compartimiento de decantación, está compuesto de dos volúmenes aditivos: 1. Volumen de líquido pesado necesario para la separación de la fase liviana, es decir el volumen entre el fondo del recipiente y la inte rfase líquido líquido. 2. Volumen de la fase líquida liviana, producto del espesor de la capa de líquido liviano (valor fijado con anterioridad, de manera “arbitraria”), por Diseño de Separadores Gas Líquido 140 la longitud efectiva de operación (L eff ), la cual, para este tipo d e separadores, se mide horizontalmente desde la boquilla de entrada de alimentación, hasta el rebosadero del balde de líquido liviano. Con un diámetro fijo para el tambor, calcular cuál debe ser L eff para poder separa las gotas del líquido liviano de la fase continua pesada. Si las gotas de la fase líquida liviana llegan (flotando), a la interfase líquido liviano–líquido pesado antes de llegar, horizontalmente, a la pared del “balde” o compartimiento del líquido liviano, entonces dicha fase liviana se separará. El separador se calcula para saber si separa la fase liviana de la siguiente manera: -. Del diámetro ya obtenido, se calculan el área transversal de flujo de líquido pesado, y se calcula la correspondiente velocidad de flujo de líquido pesado dentro del recipiente ( V fP ). -. Se calcula la velocidad de flotación de la fase líquida liviana ( V tL ), usando la ecuación (2). -. Se calcula la longitud horizontal que las gotas de líquido liviano tienen que recorrer( X H ), mediante la ecuación (6): X H = V IP X (h OB - h OW )/ V IL Ec. (6) h OB –h OW es la distancia vertical que las gotas de líquido liviano tienen que recorrer, hacia arriba, para poder separarse de la fase pesada (medido desde el fondo del recipiente). -. Si X H es menor que dos y medio veces el diámetro del tambor, el diámetro del tambor es satisfactorio y la longitud efectiva de operación será 115% de X H -. Si X H es mayor que dos y medio veces el diámetro del tambor, el diseño del tambor no es satisfactorio para la separación de la fase liviana. Por lo tanto, habrá que aumentar las dimensiones del mismo, hasta que se logre cumplir con lo dicho en el párrafo anterior. - Consideraciones de diseño para algunos servicios específicos a. Tambores de destilado o de cabecera de columnas de destilación Estos equipos reciben agua producto de la condensación del vapor de agua usado para despojar en la columna, más los hidrocarburos destilados. El agua recogida normalmente no es de mayor importancia (puede enviarse a despojamiento de aguas agrias), mientras que el destilado, el cual debe estar relativamente “seco”, es, en parte, reflujado a Diseño de Separadores Gas Líquido 141 la columna para control de temperatura, y el resto enviado a almacenamiento y/o procesamiento posterior. Esto indica que la fase líquida liviana es la controlante en el diseño (aparte de los gases/vapores no condensables). Con respecto al tipo de separador a emplear, se recomienda primero tratar con tambores que incluyen bota decantadora (Ver Fig. 1.): en el caso que la bota decantadora sea muy grande, probar con tambores que incluyan las dos fases líquidas dentro del cuerpo cilíndrico (Ver Fig.2.). Con respecto al tiempo de residencia de operación de la fase líquida liviana (destilados), seguir las recomendaciones presentadas en la Tabla 1, referido a tambores de destilado. Con respecto al tiempo de residencia de operación de la fase líquida pesada (aguas agrias), seguir las recomendaciones presentadas en en pag. , para ”Otros Tambores”. b. Tambores separadores de alimentación para despojadores de aguas agrias Estos equipos recogen aguas agrias de muchas fuentes y, normalmente, no se conoce exactamente la cantidad de aceite que arrastran consigo. Como es para alimentar una columna de despojamiento de aguas agrias, se quiere la menor cantidad de aceite posible en el agua a despojar, para evitar problemas operativos y de seguridad en la instalación. Esto indic a que la fase líquida pesada es la controlante en el diseño. El aceite normalmente recogido se envía a un tanque de desechos para reprocesamiento o al Separador API. Como no se conocen los datos del aceite arrastrado, seguir las siguientes recomendaciones: INFORMACIÓN LÍQUIDO LIVIANO Densidad 700 Kg/m 3 (43,6 IL/pie 3 ) Viscosidad 0,7 mPas (0,7 cP) Tensión Superficial 30 N/m (30 dyn/cm) Flujo masico 0,1% en peso del flujo de aguas agrias o aminas Con respecto al tipo de separador a emplear, usar tambores de compartimientos separados (Ver Fig. 3.). El área de flujo del vapor por arriba del balde del aceite se debería dimensionar para 100%, de la velocidad crítica a un caudal de flujo normal de gas. La altura mínima del espacio de vapor es el mayor valor entre 300 Diseño de Separadores Gas Líquido 142 mm (12 pulg) o el 20% del diámetro del tambor Con respecto al tiempo de residencia de operación de la fase líquida pesada (aguas agrias), usar 15 min, para poder alimentar el despojador bajo control de flujo. Con respecto al tiempo de residencia de operación de la fase líquida liviana (aceite), seguir las recomendaciones presentadas, para “Otros Tambores”. Muchas veces, como el gas que se separa en el tambor es bastante poca, no se tiene mallas separadora de gotas. c. Tambores separadores de alimentación para regeneradores de aminas Normalmente, no se conoce exactamente la cantidad de aceite que arrastran consigo las aminas. Como es para alimentar una columna regenadora de aminas, se quiere la menor cantidad de aceite posible en la amina a despojar, para evitar problemas operativos y de seguridad en la instalación. Esto indica que la fase líquida pesada es la controlante en el diseño. El aceite normalmente recogido se envía a un tanque de desechos para reprocesamiento o al Separador API. Como no se conocen los datos del aceite arrastrado, seguir las siguientes recomendaciones: INFORMACIÓN LÍQUIDO LIVIANO Densidad 700 Kg/m 3 (43,6 IL/pie 3 ) Viscosidad 0,7 mPas (0,7 cP) Tensión Superficial 30 N/m (30 dyn/cm) Flujo masico 0,1% en peso del flujo de aguas agrias o aminas Con respecto al tipo de separador a emplear, usar tambores de compartimientos separados (Ver Fig. 3.). El área de flujo del vapor por arriba del balde del aceite se debería dimensionar para 100%, de la velocidad crítica a un caudal de flujo normal de gas. La altura mínima del espacio de vapor es el mayor valor entre 300 mm (12 pulg) o el 20% del diámetro del tambor Con respecto al tiempo de residencia de operación de la fase líquida pesada (aminas), usar 5 min. Diseño de Separadores Gas Líquido 143 Con respecto al tiempo de residencia de operación de la fase líquida liviana (aceite), seguir las recomendaciones presentadas, para “Otros Tambores”. c.- METODOLOGÍA DE DISEÑO -- Procedimiento de diseño para tambores horizontales con bota decantadora , una sola entrada Ver Figura 1. para orientación y seguimiento de ciertas tolerancias de diseño, identificación de alturas y niveles. (Ver nomenclatura). Paso 1.– Información mínima requerida. Ubicar la información mínima requerida según la siguiente tabla: Información Vapor/gas Líquido(s) General Densidad X X Viscosidad X X Tensión superficial X Flujo (másico o volumétrico) X X Presión de operación X Temperatura de operación X Material pegajoso? X Arrastre de sólidos? X Variaciones fuertes en el flujo de vapor/gas? X Variaciones fuertes en el flujo de líquido(s) x Paso 2.– Definición de los criterios de diseño. Consultar detalladamente la información contenida en este documento y las secciones 2, 4, 5, 6 y 7 (pags. 29-44), para identificar los criterios de diseño para el servicio en cuestión, (configuración del tambor, tiempos de residencia, relación F 24 L/D, velocidad permisible de vapor). Debido a que se va a dimensionar con bota decantadora , no se consi dera retención de líquido pesado dentro del cuerpo cilíndrico principal del recipiente. Diseño de Separadores Gas Líquido 144 Paso 3.– Obtenga la distancia mínima permisible entre NBBL y el fondo del tambor. Para la definición de los niveles consultar el punto 3(pag. 30). Se supone que el tambor tendrá un Interruptor y/o alarma de nivel bajo–bajo. Si no es el caso, estaríamos hablando de h NBL. Esta distancia, h NBBL , se obtien e con la información del punto 3 (pag. 30). Paso 4.– Calcule la Velocidad permisible del flujo de vapor. Usar la Ec. (11) pag. 29, tomando en cuenta que, si el líquido liviano es más del 5% vol del total de las fases líquidas, usar su densidad como densidad de líquido; en caso contrario, usar el promedio volumétrico de las densidades líquidas como densidad de líquido. Paso 5.– Calcule el área vertical requerida (A v ), para el flujo de vapor por encima de NAAL. El área vertical para el flujo de vapor A v , por encima del NAAL, requerida para satisfacer los criterios de velocidad permisible, se calcula con la Ec. (12 ) pag. 30. Paso 6.– Dimensionamiento del tambor separador horizontal. El estimado del tamaño óptimo del tambor es un procedimiento de tanteo para tambores horizontales. Primero, se supone un tamaño de tambor, luego se verifica si el tambor es adecuado para el servicio. Este procedimiento se debería repetir hasta que se optimice el tamaño del tambor, ya que el objetivo es diseñar el tambor más pequeño adecuado para el servicio. a. Calcular los volúmenes de líquido liviano de operación y de emergencia. V r1 = Q L1 X t r1 a.1. El volumen de operación de líquido liviano, entre el NAL y el NBL, se obtiene multiplicando el flujo de alimentación líquida liviana por el tiempo de retención (Ec (7)): Donde Q L1 es el flujo volumétrico de líquido liviano, y t r1 es el tiempo de residencia de operación del líquido liviano. a.2. El volumen de líquido liviano por tiempo de respuesta del operador al accionarse una alarma (sea de alta o sea de baja), entre NAAL y NAL (o entre NBBL y NBL), se obtiene multiplicando el flujo de alimentación líquida liviana por el tiempo de respuesta supuesto, el cual es 5 min (300 s), desde NAL hasta NAAL, y 5 min más (300 s), desde NBL hasta NBBL (Ec (8)): Diseño de Separadores Gas Líquido 145 V r2 = Q L1 X (600 S ) En el caso que no se tengan Interruptores y/o alarmas de NBBL y NAAL, este volumen adicional es nulo. Aún cuando se ha supuesto en este documento que el tiempo de respuesta del operador es de 5 minutos, puede sucederse que, por experiencias típicas de la instalación para la cual se está haciendo este diseño, los valores de tiempos de respuesta cambien: esto dependerá de cada caso en particular y, si no hay otra indicación se usará 5 minutos entre NAAL y NAL (o entre NBBL y NBL). Primer Tanteo b. Asumir un valor inicial de la relación F 24 L eff /D, donde L ef f es la longitud efectiva de operación, es decir, la requerida para que el proceso de separación vapor–líquido se cumpla, la cual varía según la presión de operación en los siguientes rangos: P < << < 250 psig 1,5 < << < F 24 L ett /D < << < 3.0 250 < << < P < << < 500 3.0 < << < F 24 L ett /D < << < 4.0 P > >> > 500 4.0 < << < F 24 L ett /D < << < 6.0 c. Asumir un diámetro y a partir de la relación F 24 L eff /D calcular la longitud (L eff ). d. El área vertical entre el NBL y el NAL ( A NBL–NAL ), se obtiene dividiendo el volumen de operación de líquido liviano (V r1 ), entre la longitud (L eff ) (Ec (9)). A NBL-NAL = V r1 /L El término “altura fraccional” se usará genéricamente como la razón de una altura sobre el diámetro del tambor horizontal. (11)): A TAMB = π ππ π 4 x (D/F 24 ) 2 Ec. en donde con el valor de R 1 * = h NBBL /D se lee el valor correspondiente a A 1 * . (11) g.(10) A fon-NBBL = A 1 ´ x A TAMB Ec. Calcule el área vertical entre el NBBL y el NAAL (A NBBL-NAAL ). a la altura del NBBL ( h NBBL ). Obtenga el área transversal entre el fondo y el NAL (A fon -NAL). (12) h.1. se utiliza la Tabla 5 del. e.eff e.2.1. El área vertical entre el NBBL y el NAAL se obtiene mediante la . (Nota: La Tabla 5 del se usará para todos los cálculos subsiguientes del diámetro de tambor y del área de la sección transversal). f.4.3. Para calcular el área fraccional de la sección transversal (A 1 * ). Calcule el área vertical entre el NBBL y el fondo del tambor (A fon–NBBL ) Esta área se calcula multiplicando el área fraccional de la sección transversal A 1 * por el área del tambor (Ecs (10). Diseño de Separadores Gas Líquido 146 e. Calcule el área fraccional (A 1 * ) de la sección transversal localizada entre el fondo del tambor y el NBBL (A fon–NBBL ). e. mediante la Ec (12): A fon-NAL = A fon-NBBL + A NAL-NBL + V r2 /L eft /2 Ec. El término “área fraccional” se usará genéricamente como la razón de una área transversal sobre el área transversal total del tambor horizontal e. y la altura de la sección transversal correspondiente (h NBBL-NAAL ): h. Obtenga la altura entre el fondo del tambor y el NAL (h fon-NAAl ) (Ec.Ec(13).(14). es (Ec.h NBBL Ec. Calcule el área vertical disponible para el flujo de vapor El área de sección transversal vertical disponible para este flujo. (15) h.16): A fon-NAAL = R δ δδ δ ´ x D Ec. mediante la Ec. (15): A δ δδ δ ´ = A fon-NAAL /A TAMB Ec. (14) h. con el vapor de A δ ’ . Obtenga la altura entre el NAAL y el NBBL (h NBBL-NAAL ) (Ec.17): h NBBL-NAAL = h fon-NAAL . Obtenga el área fraccional de la sección transversal (A δ´ ).2. se lee el valor correspondiente a R δ ´. Utilizando la tabla 5 .6. h.5. A fon-NAAL = A NBBL-NAAL + A fon-NBBL Ec. (17) i. (13) h.3. 19): . A VD . A NBBL-NAAL = A NBL-NAL + V r2 /L eft Ec.4. El área vertical entre el fondo y el NAAL se obtiene mediante la Ec. (16) h. se tendrá un diseño del tambor separador. En el caso que el tambor no logre la separación. es necesario ir aumentando las dimensiones del tambor hasta que se logre la separación de la fase pesada. Si A VD es significativamente mayor que A r . por arriba. más cercano. Comparar el valor obtenido del área requerida (A r ) con el área disponible para el flujo de vapor (A VD ). con las dimensio nes actuales. (19) j. cuando se obtenga tal diámetro. redondear al diámetro comercial. el tambor es capaz de separar la fase pesada de la liviana. el cual deberá verificarse para saber si es apropiado para la separación líquido– líquido: esto se hará en el paso siguiente. para evaluar si. En el caso que el tambor logre la separación. y se procederá a continuar con otros cálculos asociados. y si A VD es significativamente menor que A v . serán las dimensiones finales del equipo. Siguientes Tanteos De acuerdo a lo expresado. el tamaño de tambor que se supuso es demasiado grande para el servicio. Si A r es igual a A VD .Diseño de Separadores Gas Líquido 147 A VD = A TAMB – A fon-NAAL E. hasta el extremo horizontal más alejado de la bota de decantación Como producto de este paso. el tamaño de tambor que se supuso es demasiado pequeño. se mide desde la boquilla de entrada de alimentación. Al lograr esto.– Evaluación de la capacidad de separación líquido–líquido y estimación final de las dimensiones del recipiente. Esta longitud horizontal o longitud efectiva del tambor (L eff ). Paso 7. se obtendrá un valor mínimo de longitud de operación o longitud efectiva del tambor (L eff ). Seguir las instrucciones presentadas. hasta encontrar e l valor para el diámetro óptimo. Este tanteo tendrá fijo los valores de las áreas transversales de flujo de vapor . se debe repetir el procedimiento desde 6b con un valor de diámetro mayor o menor según sea el caso. el diámetro asumido en el paso 6b es correcto.c. las dimensiones actuales. 21): A fon-NBBL = A fon-NAAL – A NBBL. A γ ´ (Ecs.NAAL Ec. (21) 5. Esto s e traduce en un aumento del área transversal por debajo de NBBL. Se calculan las áreas fraccionales A δ ’ . Diseño de Separadores Gas Líquido 148 El tanteo será como sigue: 1. 2. Se calcula el área transversal del tambor (A TAMB ). cuando se obtenga el tamaño apropiado de tambor. lo cual significa que habrá un mayor tiempo de residencia para la separación del líquido pesado del líquido liviano y. Se aumenta el diámetro (D). obtener la longitud efectiva de separación ( L eff ).y de flujo de la fase líquida liviana (área entre NAAL y NBBL). Se calcula el área transversal desde el NAAL hasta el fondo (A fon– NAAL) (Ec. (20) Donde A v es el área transversal de flujo de vapor 4.(20)): A fon – NAAL = A TAMB . 22. (22) A γ γγ γ ´ = A fon-NAAL /A TAMB . Usando la relación F 24 x L eff / D. 3. Se calcula el área entre el fondo y el NBBL (A fon-NBBL ) (Ec. 23) A δ δδ δ ´ = A fon-NBBL /A TAMB Ec. tal tiempo de residencia será superior al tiempo necesario p ara decantar las gotas de la fase líquida pesada.A V Ec. donde h es el nivel al cual se está evaluando la operación. Se calcula la velocidad de decantación de la fase líquida pesada (VlP ). De la tabla 5. cambia aquí por necesidades de la decantación. y el nivel alto-alto de líquido (h fon-NAAL ) (Ec. (23) 6. es dec ir hfon-NAAL. (27) Diseño de Separadores Gas Líquido 149 11. como para NBBL). mediante la ecuación (5) 4: XH = VlL X h/VlP Ec. 24. 10. Se calcula la longitud horizontal que las gotas de líquido pesado tienen que recorrer (XH). (5) 12. 7. 13. 9. Si X H (evaluado tanto para NAAL. . V lL = Q L1 / (A fon-NAAL ) (para NAAL) Ec. (24) h fon-NAAL = R γ γγ γ ´ X D Ec. con los valores Aδ´ y Aγ´ se leen los valores correspondientes a Rδ´ y Rγ´. (26) V lL = Q L1 / (A fon-NBBL ) (para NBBL) Ec. 25): h NBBL = R δ δδ δ ´ x D Ec. mediante las siguientes ecuaciones (Ecs. o hNBBL (medido desde el fondo del recipiente).Ec. Se calcula la velocidad de flujo de la fase líquida liviana (V lL ). (25) 8. y VlP es la velocidad de decantación de la fase líquida pesada. es menor que L eff habrá separación de la fase pesada. Se calcula el nivel bajo-bajo de líquido (h NBBL ). y el diseño del tambor es satisfactorio para la decantación de la fase pesada. Nótese que el valor fijo de hNBBL en 230 mm (9”). usando la ecuación (2).27). 26. Si X H (evaluado tanto para NAAL. b.1. usando la Ec.2. como para NBBL). 29) D B = (4 x A B / π ππ π) ½ x F 24 Ec.2 mm/s (10 pulg/min). comprar el diámetro de bota obtenido con los valores de dicha tabla: si el valor obtenido excede el máximo allí indicado. continuar con los cálculos de este tipo de separador c. Si el diámetro de la bota es menor que el máximo indicado en la tabla 1. Cálculo de la longitud de la bota (L B ): c. b. es mayor que L eft .1. (28) Donde Q L2 es el flujo volumétrico de líquido pesado. es 230 mm (9”). Calculo del diámetro de la bota (D B ).2. fijar dicha velocidad de flotación en 4. De acuerdo a lo indicado en el punto 2 (pag. El diámetro mínimo de la bota es (Ec. Si el valor calculado excede 4.85 x V FL ) E. calcule la velocidad de flotación de la fase dispersa liviana en la fase continua pesada (V lL ). y que se debe cambiar el tipo de separador por uno que tenga volumen de líquido pesado dentro del cuerpo del tambor.14.c. (29) b. Paso 8. 28): A B = Q L2 / (0. Calcule la bota decantadora.3.(2). de acuerdo a lo indicado Diseño de Separadores Gas Líquido . La altura del fondo hasta el NBl (h NBl ). El área transversal de la bota A B . no habrá separación completa de la fase pesada.29). b. mm/S (10 pulg/min ). Usando la tabla de diámetros de bota. significa que el volumen de líquido pesado es muy grande para ser manejado por una bota. es (Ec. a. y el diseño del tambor no es satisfactorio para la decantación de la fase pesada: regresar al inicio del tanteo. 2. 31) h NBL-NAL = 360 mm (14”) Ec. y t ro es el tiempo de resistencia de operación del líquido pesado. (31) c. La altura entre NAL NBl (h NBl-NAL es (Ec.3. corresponde al volumen de líquido de cinco minutos (300 s).33): A NBBL-NBL = Q L x (300=/ L eft Ec. entonces (Ec. Si h NBl-NAL es menor que 360 mm (14”). Calcule otras áreas y distancias verticales dentro del tambor. 30): h NB-NAL Q L2 X t ro x 60/A δ δδ δ Ec. de tiempo de residencia del líquido. dividido por L eff (Ec.150 c. es (Es 32): L B = h NBl + h NBl-NAL Ec. 34): A NAAL-NAL = A NBBL-NBL Ec. es igual a A NBBL-NBL (Ec. (32) Paso 9. (30) Donde Q L2 es el flujo volumétrico de líquido pesado. La longitud de la boca (L B ). El área vertical entre el NBBL y NBL (A NBBL-NBL ). (33) El área vertical entre el NAAL y NAL (A NAAL-NAL ). (34) . 36): h fon-NAL = R 4 ´ x D Ec. se obtiene por Ec. 36): A fon-NAL = A fon-NAAL – A NAAL-NAL Ec. se obtiene (Ec. Verifique que el tambor cumple con las limitaciones de distancias mínimas. (37) Donde R δ ´ se calcula a partir de la tabla 5. con e l valor de Paso 10. Verifique que h . (35) El área vertical entre el fondo y NAL (A fon-NAL ). 37): A fon-NBL = R δ δδ δ ´ x D Ec. a.El área vertical entre el fondo y NBL (A fon-NBL ). (36) La distancia vertical entre el fondo del tambor y el NBL es (Ec. con el valor de A δ δδ δ ´ = A fonNBL / A TAMB La distancia vertical entre el fondo del tambor y el NAL es (Ec. (38) Diseño de Separadores Gas Líquido 151 Donde R δ ´ se calcula a partir de la A δ δδ δ ´ = A fonNAL / A TAMB tabla 5. 35): A fon-NBL = A fon-NBBL + A NBBL-NBL Ec. de acuerdo a lo expresado en la pag. y la aplicación exige tener flujo bifásico anular.4. Paso 11.3. manteniendo todas las demás alturas incrementales que ya se habían calculado (ec. Aumentar la altura de la zona de vapor hasta cumplir con la limitación antes mencionada.111): h fon-NAAL = h NBBL-NAAL .NBBL-NAAL sea mayor o igual a 360 mm (14”): a. Estimación del diámetro de la boquilla (d p ).h fon-NBBL Ec. entonces (ec.63): h NBBL-NAAL = 360 mm (14”) Ec.2. . (63) a. Alterar la longitud efectiva de separación acorde a la relación F 24 x L efft / D. Si h NBBL-NAAL es menor que 360 mm (14”). b. En caso que sea así.h fon-NBBL Ec. Obtenga la altura entre el NAAL y el NBBL (h NBBL-NAAL ) (Ec.2. No modificar las alturas que ya se habían calculado. Modificar (h fon-NAAL ). Diseño de Separadores Gas Líquido 152 Si no se tiene el diámetro de la tubería de entrada. Aumentar el diámetro en una cantidad igual a h NBBL-NAAL .1. 39 (c). no alterar los cálculo realizados hasta ahora. Aumentar el diámetro en la misma cantidad que aumentó la altura de la zona de lujo de vapor. Verifique que la altura de la zona de flujo de vapor sea mayor que el mayor de 300 mm (12”) y el 20% del diámetro del tambor. Dimensionamiento de la boquilla de entrada a.1. (111) a.3. b. b.62): h NBBL-NAAL = h fon-NAAL . (62) a. En caso que no sea así proceda a: b. Seguir las recomendaciones presentadas en la pag. Paso 13. más tolerancias mecánicas de construcción. se deberá exigir que la tubería de entrada a este tambor tenga el diámetro aquí obtenido. diseñe el distribuidor de acuerdo a lo presentado pag. Cheque el criterio de máxima velocidad en la boquilla. b. 44 (2). 36 (b). Calculo del área de la malla. Paso 14. 39). 39. según los criterio de . se tiene que la longitud tangente a tangente del tambor (L) es la suma. para estimar el diámetro de la boquilla de entrada. en una distancia de al menos cinco diámetros de boquilla medidos desde la brida de la boquilla de entrada. Conociendo el tamaño de la (s) boquilla (s) de entrada y de salida de gas. Conociendo el criterio a emplear. Seleccione el espesor y densidad de la malla. 42. (40) b. Diseño de la malla separadora de gotas. a. (39) c. como un porcentaje de la velocidad crítica. de acuerdo a lo expresado enla pag. Calculo de la longitud tangente a tangente del tambor.Para obtener un diámetro que produzca flujo anular a la entrada del recipiente. en unidades consistentes de L eft y todos los tamaños nominales de las boquillas de entrada y de salida de gas. En la especificación de proceso del recipiente. Luego. Paso 12. 39. En caso que la boquilla seleccionada requiera de un distribuidor en “T” con ranuras. se debe usar la tabla mostrada. calcular la velocidad permisible de gas. Dimensionamiento de las boquillas de salida del gas y de líquidos pesado y liviano. obtener el área requerida de malla con la (Ec. 2 p π¢ M Q x 4 x 20 F e V = Ec. Si no se tiene el diámetro de la tubería de entrada. 40): Diseño de Separadores Gas Líquido 153 A Malla = Q V / V V Ec. de acuerdo a lo presentado pag. y la aplicación no exige tener flujo bifásico anular. V v . Usar recomendaciones de la tabla presentada en la pag. Calcule la velocidad real de la mezcla a la entrada V e (en el caso que aún no se conozca) (Ec. 41): a Malla = F 25 (A Malla ) 1/2 Ec. || − − − − | || | . usando la tabla 5.diseño ya seleccionados. Verifique si el espacio de vapor es adecuado para montar una malla: Calcule la distancia de la cuerda disponible para instalar la Malla. (41) d.. f. h Malla-NAAL = D – (h fon-NAAL ) – h oa Malla Ec.. 42).(42) Nota: el h Malla-NAAL mínimo requerido en de 300 mm (12 pulg). (5a) pag. Calculo de la distancia mínima permisible ho entre el tope de la malla y la boquilla de salida del gas: usar la Ec. para prevenir un salpiqueo excesivo en la malla. c. Calculo del ancho de la malla cuadrada (a Malla ) (Ec. 43): ( (( ( ) )) ) ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ − − − − . e. o directamente medio de la siguiente ecuación (Ec. Calcule la distancia vertical disponible entre el fondo de la malla y NAAL (h Malla-NAAL ) (Ec. 42. | \ \\ \ | || | − −− − − −− − = == = NAAL fon h NAAL Malla h D x D 2 . | −− −− −− −− . Diseño de Separadores Gas Líquido 155 Paso 6.1 1 cos sen x D h Ec. Diseño de Separadores Gas Líquido 154 Información Vapor/gas Líquido(s) General Densidad X X Viscosidad X X Tensión superficial X Flujo (másico o volumétrico) X X Presión de operación X Temperatura de operación X Material pegajoso? X Arrastre de sólidos? X Paso 2. Usar la Ec. estaríam os hablando de h NBL–NAI. se obtiene con la información anteriormente descrita. Para la definición de los niveles (pag. para identificar los criterios de diseño para el servicio en cuestión. 30). Paso 3. Procedimiento de diseño para tambores horizontales con las dos fases líquidas dentro del cuerpo cilíndrico. Esta distancia. velocidad permisible de vapor).– Obtenga la distancia mínima permisible entre NBI y el fondo del tambor. Consultar detalladamente la información contenida en este documento y las secciones de la pags. tomando en cuenta que. 28-41). (configuración del tambor. en caso contrario. Esta distancia.– Definición de los criterios de diseño. 30). Paso 5. Se supone que el tambor tendrá un interruptor y/o alarma de nivel bajo–bajo. h NBBL–NAI . El área vertical para el flujo de vapor A v . (43) Paso 15. usar su densidad como densidad de líquido. para el flujo de vapor por encima de NAAL.– Calcule la velocidad permisible del flujo de vapor.– Información mínima requerida. ya que el diámetro principal es menor que este arreglo. se recomienda primero evaluar la posibilidad de usar un arreglo de tambor con bota decantadora. -. relación F 24 L/D. (11) (pag. Para la definición de los niveles (pag. el cual es el más económico. identificación de alturas y niveles.– Obtenga la distancia mínima permisible entre NBBL y NAI. Antes de probar con este arreglo. Paso 4. por encima del NAAL. una sola entrada Ver Figura 2. requerida . Especificación de rompe-vórtices. se obtiene con la información anteriormente descrita. 29). Ubicar la información mínima requerida según la siguiente tabla. para orientación y seguimiento de ciertas tolerancias de diseño. Si no es el caso.– Calcule el área vertical requerida (A v ). tiempos de residencia. (Ver nomenclatura) Paso 1. usar el promedio volumétrico de las densidades líquidas como densidad de líquido. si el líquido liviano es más del 5% vol del total de las fases líquidas. h NBI . Este procedimiento se debería repetir hasta que se optimice el tamaño del tambor. (44) Donde Q L1 es el flujo volumétrico de líquido liviano. luego se verifica si el tambor es adecuado para el servicio. (45) En el caso que no se tengan interruptores y/o alarmas de NBBL y NAAL. si no hay otra indicación se usará 5 minutos entre NAAL y NAL (o entre NBBL y NBL). Aún cuando se ha supuesto en este documento que el tiempo de respuesta del operador es de 5 minutos. a. el cual es 5 min (300 s). se supone un tamaño de tambor. se obtiene multiplicando el flujo de alimentación líquida pesada por el tiempo de residencia correspondiente (Ec. a. entre el NAL y el NBL. los valores de tiempos de respuesta cambien: esto dependerá de cada caso en particular y. a. Calcular los volúmenes de retención de líquido liviano y líquido pesado de operación y de emergencia. se obtiene multiplicando el flujo de alimentación líquida liviana por el tiempo de residencia correspondiente (Ec (44)): V r1 = Q L1 xt r1 Ec. este volumen adicional es nulo. a. (46) . 45). El volumen de retención de operación de líquido pesado. por experiencia típicas de la instalación para la cual se está haciendo este diseño. puede sucederse que. El estimado del tamaño óptimo del tambor es un procedimiento de tanteo para tambores horizontales. desde NBL hasta NBBL (Ec.1.c.– Dimensionamiento del tambor separador horizontal. El volumen de retención de operación de líquido liviano. entre el Nal y el NBl. y t r1 es el tiempo de residencia de operación del líquido liviano. Paso 7. 46). Diseño de Separadores Gas Líquido 156 V r3 = Q L2 x t r3 Ec.3. entre NAAL y NAL (o entre NBBL y NBL).para satisfacer los criterios de velocidad permisible. se obtiene multiplicando el flujo de alimentación líquida liviana por el tiempo de respuesta supuesto. ya que el objetivo es diseñar el tambor más pequeño adecuado para el servicio. El volumen de retención de líquido liviano por tiempo de respuesta del operador al accionarse una alarma (sea de alta o sea de baja). se calcula con la Ec. (12 ) pag. Primero.30. desde NAL hasta NAAL y 5 min más (300s).2. V r2 = Q L1 X (600s) E. y t r3 es el tiempo de residencia de operación del líquido pesado. El área vertical entre el NBL y el NAL. (47) e. es decir.0 c. El área vertical entre el Nbl y el Nal se obtiene dividiendo el volumen de retención de operación del líquido pesado (V r3 ) entre la longitud (L eff ) (Ec. se obtiene dividiendo el volumen de retención de operación del líquido liviano (V r1 ) entre la longitud (L eft ) (Ec. la requerida para que el proceso de separación vapor-líquido se cumpla. donde L eft es la longitud efectiva de operación. A NBL-NAL = V r1 / L eft Ec. Primer tanteo: b. la cual varía según la presión de operación en los siguientes rangos: P < << < 250 psig 1. 47). 48). A NBL-NAL = V r3 / L eft .Donde Q L2 es el flujo volumétrico de líquido pesado.5 < << < F 24 L eft /D < << < 3. d.0 < << < F 24 L eft /D < << < 6.0 P > >> > 500 4.0 250 < << < P < << < 500 3. Asumir un diámetro y a partir de la relación F24 L Left /D calc ular la longitud (L Left).0 < << < F 24 L eft /D < << < 4. Asumir un valor inicial de la relación F24 L eft D. Se calcula el área vertical entre el fondo del tambor y el NAL (A fon-NAL ) (Ec.1. (49) A fon-NBl = A δ δδ δ * x A TAMB Ec. (48) f. la altura entre el fondo y el NAL (h fon-Nal ).c.c. utilizando la tabla 5. (50) Diseño de Separadores Gas Líquido 157 h. a la altura del NBl (h NBl ). 50): A TAMB = π ππ π/4 x (D/F 24 ) 2 E. Calcule el área fraccional (A δ ’ ) de la sección transversal localizada entre el fondo del tambor y el NBl (A fon-NBl ). en donde con el valor de R δ * = h NBl /D se lee el valor correspondiente a A δ * .E. Calcule el área vertical entre el fondo del tambor (A fon-NBl ) Esta área se calcula multiplicando el área fraccional de la sección transversal A δ * por el área del tambor (Ec. Calcule el área vertical entre el fondo del tambor y el NAL (A fon-NAL ). g. 51). y la altura entre el NAL y el NBl ( h NBl-NAl ). . 49. h. 52): h fon-NAL = R δ δδ δ * x D Ec. (52) Donde R δ * se calcula a partir de la tabla 5 con el valor de A δ * = A fon. Calcule el área fraccional (A 1 * ) de la sección transversal localizada entre el fondo del tambor y el NBBL (A fon.2. (55) i. a la altura del NBBL (h NBBL ).NBBL ). i. i.A fon-NAl = A NBl-Nal + A fon-NBl Ec. utilizando la tabla 5. (51) h.1 La distancia vertical entre el fondo del tambor y el NBBL es (Ec. en donde con el valor de R 10 ’ = h fonNBBL /D se lee el valor correspondiente a A 1 . de la sección transversal localizada entre el fondo del tambor y el NBBL (A fon-NBBL ). La distancia vertical entre el fondo del tambor y el NAl es (Ec. a la altura del NBBL (h fon-NBBL ).55): H fon-NBBL = h fon-NAL + h NBBL-NAL Ec.2.NAL /A TAMB. Calcule el area fraccional (A 1 * ). 57).2. mediante la (Ec. Calcule el área vertical entre el NBBL y el fondo del tambor (A fonNBBL ).C. (58) Diseño de Separadores Gas Líquido 158 l. A fon-NAL = A fon-NBBL + A NAL-NBL + V r2 / L eft /2 E. El área vertical entre el fondo y el NAAL se obtiene mediante la (E.* . (57) l. j. y la altura de la sección transversal correspondiente (h NBBL-NAAL ): l. Calcule el área vertical entre el NBBL y el NAAL (A NBBL-NAAL ). Obtenga el área transversal entre el fondo y el NAL (A fon-NAL ).c. (56) k. 56): A fon-NBBL = A 1 ’ x A TAMB Ec.58): A NBBL-NAAL = A NBL-NAL + V r2 /L eff Ec. El área vertical entre el NBBL y el NAAL se obtiene mediante la (Ec. Esta área se calcula multiplicando el área fraccional de la sección transversal A 1 * por el área del tambor (Ec. 59): A fon-NAAL = A .1. C. Obtenga la altura entre el fondo del tambor y el fonNAAL ) (Ec. Obtenga el área fraccional de la sección transversal (A δ ’ ).NBBL-NAAL + A fon-NBBL E. A δ δδ δ ’ = A fon-NAAL /A TAMB E. l. 61) h fon-NAAL = R δ δδ δ ’ X D E. (61) m.C. Calcule el área vertical disponible para el flujo de vapor. Comparar el valor obtenido del área requerida (A V ) con el área disponible para el flujo del vapor (A VD ). mediante la (Ec. Utilizando la tabla 5. A VD es (Ec.4. (59) l. El área de sección transversal disponible para este flujo. (60) l. se lee el valor correspondiente a R δ ’ . 64): A VD = A TAMB – A Fon-NAAL EC. con el valor de A δ ’ . Si A V es igual a A VD .C. (64) n.5. el diámetro asumido en el paso 7b es correcto. 60). Si A VD NAL (h .3. es significativamente mayor que A V. cuando se obtenga el tamaño apropiado del tambor. En el caso que el tambor no logre la separación es necesario ir aumentando las dimensiones del tambor hasta que se logre la separación de la fase pesada. hasta se obtenga tal diámetro. de flujo de la fase líquida liviana (área entre NAAL y NBBL o A NBBLNAAL ) y de flujo de la fase líquida pesada (A NBL-NAL ). Esto se traduce en un aumento del área transversal por debajo de NBBL y por encima de NAL. se mide desde la boquilla de entrada de alimentación. Este tanteo tendrá fijo los valores de las áreas transversales de flujo de vapor. De acuerdo a lo expresado en la parte M. tal tiempo de residencia será superior al tiempo . para evaluar si. con las dimensi ones actuales el tambor es capaz de separar la fase pesada de la liviana. Siguientes tanteos. las dimensiones actua les serán las dimensiones finales del equipo. Como producto de este paso. cuando redondearlo al diámetro comercial por arriba más cercano. y se procederá a continuar con otros cálculos asociados. hasta la boquilla de salida del líquido liviano. obtendrá un valor mínimo de longitud de operación A el procedimiento el caso. En el caso de que el tambor logre la separación.. se tendrá un diseño del tambor separador. Esta longitud horizontal o longitud efectiva del tambor (L eft ). el tamaño del tambor que se supuso es demasiado grande para el servicio. Al lograr esto se o longitud efectiva del tambor (L eft ). se debe repetir desde 7b con un valor de diámetro mayor o menor según sea encontrar el valor para el diámetro óptimo. Seguir las instrucciones presentadas.Evaluación de la capacidad de separación líquido-líquido y estimación final de las dimensiones del tambor separador. y si VD es significativamente menor que A V. lo cual significa que habrá un mayor tiempo de residencia para la separación del líquido pesado del líquido liviano y. el cual deberá verificarse para saber si es apropiado para la separación líquidolíquido: esto se hará en el paso siguiente: Diseño de Separadores Gas Líquido 159 Paso 8. el tamaño del tambor que se supuso es demasiado pequeño. Se calculan las áreas fraccionales A δ ’ .Se calcula el área transversal desde el NAAL hasta el fondo (A fon-NAAL ). (65) 4. A fon-NAAL = A TAMB .. El tanteo será como sigue: 1.necesario para decantar las gotas de la fase líquida pesada..(67) A γ γγ γ ’ = A fon-NAAL /A TAMB E.. A γ (Ecs.c.Se aumenta el diámetro (D). (68) Diseño de Separadores Gas Líquido 160 . 67. Usando la relación F 24 x L eft /D. A fon-NBBL = A fon-NAAL – A NBBL-NAAL E..c.Donde AV es el área transversal de flujo de vapor 5.Se calcula el área transversal del tambor (ATAMB) 3. (Ec. Obtener la longitud efectiva de separación (L eft ).. 66). 2.A V Ec.. 68) A δ δδ δ ’ = A fon-NBBL /A TAMB E. 65).c. (66) 6.Se calcula el área entre el fondo y el NBBL (A fon-NBBL ) (Ec. (72) 11.71): A fon-NBl = A 11 ’ x A TAMB Ec.7. 72). Aγ.Se calcula la velocidad de decantación de la fase líquida pesada (VtP).. con los valores Aδ’ .Se calcula el nivel bajo-bajo de líquido (h NBBL ). se leen los valores correspondientes a Rδ’ .Se calcula el área entre el fondo y NAL (A fon-Nal ) (Ec.. usando R 11 ’ =h NBl /D y de la tabla 5. con el valor de R 11 ’ . A fonNAl = A fon-NBl + A NBl-NAL Ec. 12. 70): h NBBL = R δ δδ δ ’ x D Ec. (71) 10...De la tabla 5. Rγ’ . (69) h fon-NAAL = R γ γγ γ ’ x D Ec. y el nivel alto-alto de líquido (h fon-NAAL ) (Ec.Se calcula la velocidad de flujo de la fase líquida liviana (V fL .Se calcula el área entre el fondo y el NBl (A fon-NBl ). 69. 8. Usando la ecuación (2). (70) 9. se lee el valor correspondiente a A 11 ’ . y se calcula dicha área con (Ec. NBBL.NBl. mediante las siguiente ecuaciones (Ecs. (74’ ) 13. es menor . (5) Donde h es la distancia vertical que recorren las gotas. es decir. NAAL. (73. (73) V fL = Q L1 /(A fon-NAAL – A fon-NBl ) (para NAAL/NBl) Ec. 74 ’ ): V fL = Q L1 /(A fon-NAAL – A fon-NAl ) (para NAAL/NAl) Ec. NAAL.).. mediante la ecuación (5): X H = V fL x h/V fP Ec.Si X H (evaluado para los casos anteriormente mencionados). 14.Se calcula la longitud horizontal que las gotas de líquido pesado tienen que recorrer (X M ).C. NAL. (74) V fL = Q L1 /(A fon-NBBL – A fon-NBl ) (para NBBL/NBl) E. 73 ’ 74. (73 ’ ) V fL = Q L1 /(A fon-NBBL – A fon-NAl ) (para NBBL/NAl) Ec.NBI.. Si X H (evaluado para los casos anteriormente mencionados). se obtiene por (Ec. (77) El área vertical entre el fondo y NAL (A fon-NAL ). se obtiene por (Ec.Calcule otras áreas y distancias verticales dentro del tambor. no habrá separación completa de la fase pesada. corresponde al volumen de líquido de cinco minutos (300s).76): A NAAL-NAL = A NBBL-NBL Ec.que L eft .77): A fon-NBL = A fon-NBBL-NBL Ec.. El área vertical entre el NBBL y NBL (A NBBL-NBL ). A NBBL-NBL = Q L x (300)/ L eft Ec.79) h fon-NBL . Diseño de Separadores Gas Líquido 161 15. es mayor que L eft . y el diseño del tambor es satisfactorio para la decantación de la fase pesada. (76) El área vertical entre el fondo y NBL (A fon-NBL ).. dividido por L eft (Ec. es igual a A NBBL-NBL (Ec. habrá separación de la fase pesada. 75).c.78): A fon-NAL = A fon-NAAL-NAL E. (78) La distancia vertical entre el fondo del tambor y el NBL es (Ec. Paso 9. (75) El área vertical entre el NAAL y NAL (A NAAL-NAL ). y el diseño del tambor no es satisfactorio para la decantación de la fase pesada: regresar al inicio del tamaño. de tiempo de residencia del líquido. 3..63): h NBBL-NAAL = 360 mm (14”) E. a. Paso 10.= R 3 ’ x D (E.1...80) h fon-NAL = R 4 ’ x D (E.h fon-NBBL E.Obtenga la altura entre el NAAL y el NBBL (h NBBL-NAAL ) (Ec.c.Modificar (h .2.80) Donde R 4 ’ se calcula a partir de la tabla 5.62): h NBBL-NAAL = h fon-NAAL . entonces (Ec.Verifique que el tambor cumple con las limitaciones de distancias mínimas. 79) Donde R 3 ’ se calcula a partir de la tabla 5.C.Verifique que h NBBL-NAAL sea mayor o igual a 360 mm (14”): a.c. con el valor de A 4 ’ = A fon-NAL /A TAMB.c. con el valor de A 3 ’ =A fon£ NBL /A TAMB. (62) Diseño de Separadores Gas Líquido 162 a.Si h NBBL-NAAL es menor que 360 mm (14”).. La distancia vertical entre el fondo del tambor y el NAL es (Ec. (63) a. 3.4...c.. mantenimiento todas las demás alturas incrementales que ya se habían calculado (Ec.Si h NBl-NAL es menor que 360 mm (14”).2. no alterar los cálculos realizados hasta ahora. Alterar la longitud efectiva de separación acorde a la relación F 24 x L eft /D. manteniendo todas las demás alturas incrementales que ya se habían calculado (E.. Alterar la longitud efectiva de separación acorde a la relación F 24 x L eft /D. En caso contrario proceda a: . 54): h NBl-NALl = 360 mm (14”) b. 112): h fon-NAl = h NBl-NAl .Modificar (h fon-NAL ).Verifique que h NBl-NAL sea mayor o igual a 360 mm (14”): b.4.Aumentar el diámetro en una cantidad igual a h NBl-NAL . c. b.h fon-NBBL Ec.c.fon-NAAL ). Verificar que la altura de la zona de flujo de vapor sea mayor de 300 mm(12”) y el 20% del diámetro del tambor.h fon-NBl Ec.Aumentar el diámetro en una cantidad igual a h NBBL-NAAL. (112) b.111): h fon-NAAL = h NBBL-NAAL .1.Obtenga la altura entre el NAl y el NBl (h NBl-NAL ) (Ec. entonces (Ec. (53) b.53): h NBl-Nal = h fon-Nal – h fon-NBL E. En caso que sea así. (111) a. en unidades consistentes de L eff y todos los tamaños nominales de las boquillas de entrada y de salida de gas. Paso 13.. a. 44). 42). de acuerdo a lo expresado en la pag . Paso 11.Dimensionamiento de las boquillas de salida del gas y de líquidos pesado y liviano.2. calcular la velocidad permisible de gas. (81) c. usar la tabla mostrada en dicho aparte para estimar el diámetro de la boquilla de entrada. Calculo de la longitud tangente a tangente del tambor.No modificar las alturas que ya se habían calculado. En caso que la boquilla seleccionada requiera de un distribuidor en “T” con ranuras diseñe el distribuidor de acuerdo a lo presentado en el punto 2(pag. en una distancia de al menos cinco diámetros de boquilla medidos desde la brida de la boquilla de entrada. b. c.Aumentar la altura de la zona de vapor hasta cumplir con la limitación antes mencionada. y la aplicación no exige tener flujo bifásico anular. se tiene que la longitud tangente a tangente del tambor (L) es la suma.Aumentar el diámetro en la misma cantidad que aumentó la altura de la zona de flujo de vapor. Conociendo el tamaño de la (s) boquilla (s) de entrada y de salida de gas.Calculo del área de la malla. Diseño de Separadores Gas Líquido 163 Si no se tiene el diámetro de la tubería de entrada.. 34.Cheque el criterio de máxima velocidad en la boquilla.. Paso 12. Seguir las recomendaciones presentadas (pag. y la aplicación exige tener flujo bifásico anular.3. más tolerancias mecánicas de construcción.. de acuerdo a lo expresado en la pag. como un porcentaje de la velocidad crítica. 39. V v . c.c. Diseño de la malla separadora de gotas. Para obtener un diámetro que produzca flujo anular a la entrada del recipiente.. de acuerdo a lo presentado en la pag.Calcule la velocidad real de la mezcla a la entrada V s (en el caso que aún no se conozca) (Ec. Dimensionamiento de la boquilla de entrada a. 81).Estimación del diámetro de la boquilla (d p ). Paso 14. se deberá exigir que la tubería de entrada a este tambor tenga el diámetro aquí obtenido. En la especificación de proceso del recipiente. Luego. 2 p π¢ M Q x 4 x 20 F s V = Ec.. Conociendo el criterio a emplear. obtener el área requerida de . Usar recomendaciones de la tabla presentada en la pag.39. 39.1. Si no se tiene el diámetro de la tubería de entrada.. (5a) pag. (82) b..Verifique si el espacio de vapor es adecuado para montar una malla: Calcule la distancia de la cuerda disponible para instalar la Malla. 42.. 82): A Malla = Q V / V V Ec. .Calcule la distancia vertical disponible entre el fondo de la malla y NAAL (h Malla-NAAL ) (Ec. usando la tabla 5..(84) Nota: El h Malla-NAAL mínimo requerido es de 300 mm (12 pulg).. 85): ( ) ( ¸ ( ¸ − − − − | .Calculo de la distancia mínima permisible ho entre el tope de la malla y la boquilla de salida del gas: usar la Ec. f.Calculo del ancho de la malla cuadrada (a Malla ) (Ec. h Malla-NAAL = D – (h Mfon-NAAL ) – h oe Malla Ec.malla con la (Ec. o directamente por medio de la siguiente ecuación (Ec.. c. (83) Diseño de Separadores Gas Líquido 164 d.Seleccione el espesor y densidad de la malla. para prevenir un salpiqueo excesivo en la malla. 83): a Malla = F 25 (A Malla ) 1/2 Ec. e. 84). según los criterio de diseño ya seleccionados.. 31 2. (85) Paso 15. multiplicar por dos l a longitud obtenida del tambor. lo cerca de la zona donde salen los productos gaseosos l líquidos. escoger el tipo de rompe-vórtices.Dividir entre dos los flujos alimentados y la relación longitud/diámetro.Especificación de rompe vórtices Siguiendo las recomendaciones.Procedimiento de diseño para tambores horizontales con las dos fases líquidas dentro del cuerpo cilíndrico. Identificación de alturas y niveles (ver nomenclatura). .Recalcular las boquillas de salida de gas /vapor...Procedimiento de diseño para tambores horizontales con compartimientos separados..Continuar con el procedimiento presentado en la pag. 31. Paso 1.. Información Vapor/gas Líquido liviano Líquido pesado General Densidad X X X Viscosidad X X X Tensión Superficial X X Flujo (masico o volumétrico) X X x Presión de Operación X Temperatura de Operación X . . Paso 16.. boquilla de entrada y diámetro como se obtuvieron: estas son las dimensiones finales del tambor. 6. Ver figura 3 para orientación y seguimiento de ciertas tolerancias de diseño.. ya que aquí están mejor desarrolladas las fases líquidas. Colocar la instrumentación de nivel (gas/líquido e interfase líquido-líquido). usando los flujos alimentados reales: así se obtendrán los valores correctos de tales boquillas.. usando los nuevos valores de flujo y de relación longitud/diámetro.Al obtener los resultados del procedimiento.Cumplir con el paso 1 3. 5.. 4.| \ | − − = NAAL fon h NAAL Malla h D x D 2 1 1 cos sen x D h Ec.Información mínima requerida Ubicar la información mínima requerida según la siguiente tabla. Este procedimiento no ha sido desarrollado en su totalidad. líquido liviano y líquido pesado. dos entradas.. manteniendo todos los demás resultados Diseño de Separadores Gas Líquido 165 de alturas o niveles.. vamos a dar un procedimiento temporal que entrega resultados lo suficientemente confiables: 1.Ir al procedimiento presentado en la pag.Comentarios adicionales. Este valor se fija arbitrariamente por preferencia del diseñador o por experiencia del personal de operaciones en el caso que no exista se puede usar como valor mínimo 230 mm (9”). si el líquido liviano es más de 5% del volumen total de las fases líquidas.1% en peso del flujo de aguas agrias o aminas Diseño de Separadores Gas Líquido 166 Paso 2.6 IL/pie 3 ) Viscosidad 0.29.. hacer las siguientes suposiciones: INFORMACIÓN LÍQUIDO LIVIANO Densidad 700 Kg/m 3 (43. (caso en el cual no se tiene información de la fase liviana o aceite arrastrado). en caso contrario. se supone un tamaño de tambor. tomando en cuenta que. usar el promedio volumétrico de las densidades líquidas como densidad del líquido. Consultar detalladamente la información contenida en este documento (especialmente la figura 3) y las pags.. o valores conocidos por requerimientos del proceso o las recomendaciones presentadas en la pag.7 cP) Tensión Superficial 30 N/m (30 dyn/cm) Flujo masico 0. En área vertical para el flujo de vapor A v por encima del nivel del líquido en la zona de decantación.Dimensionamiento del tambor separador horizontal.Calcule el área vertical requerida A v (para el flujo de vapor por encima del nivel del líquido en la zona de decantación). 3.Material pegajoso? X Arrastre de Sólidos x Para tambores alimentando a despojadoras de aguas agrias o regeneradoras de aminas. Primero.30). 29-41.. es la correspondiente a un tambor separador vapor líquido-líquido de comportamientos separados.Definición de los criterios de diseño. requerida para satisfacer los criterios de velocidad permisible se calcula con la ecuación 12 (pag. Paso 4. El estimado del tamaño óptimo del tambor es un procedimiento de tanteo para tambores horizontales. Paso 5..7 mPas (0. Usar la ecuación 11 pag. Paso 6.. Paso 3.Para los tiempos de residencia.Fije el ancho de la capa de fase líquida liviana en el compartimiento de decantación (h ow ). 32 (separadores vapor-líquido).. para identificar los criterios de diseño para el servicio en cuestión: 1.Calcule la velocidad permisible del flujo de vapor. usar su densidad com o densidad del líquido.La velocidad permisible del vapor es 100% de la llamada velocidad crítica del gas.. luego se verifica si el tambor es adecuado para el servicio.La configuración del tambor. 2. usar las recomendaciones aquí presentadas para ciertos servicios específicos. Este procedimiento se . Diseño de Separadores Gas Líquido 167 a. Este valor de D será el valor inicial para el tanteo de diseño.Obtener el área de flujo correspondiente al líquido pesado (A OBw ) .5. medida desde el tope del tambor. A TAMB = A V /0. medida desde el fondo del tambor como hL = D – hV. b.Obtener el área del tambor con el diámetro del tanteo (ATAMB = π/4 x (D/F24)2). 88): A OBw = A 21 ’ x A TAMB Ec. b. como 0. y aumentar el diámetro D apropiadamente.1. Si tal altura es menor que 300 mm (12”) aumentarla hasta que cumpla con este criterio.Preparación para el tanteo: a. 86.1..Calcule el área fraccional (A21’ ) de la sección transversal localizada entre el fondo del tambor y hl utilizando la tabla 5. con el valor de R21’ = hl/D se lee el valor correspondiente A21’ .3. ya que el objetivo es diseñar el tambor más pequeño adecuado para el servicio.2 x D.debería repetir hasta que se optimice el tamaño del tambor. b.. Por tanto (Ecs..2.Obtener la altura de la interfase líquido pesado/líquido liviano (hl = hL – h0w).142 Ec. b. medida desde la altura de la interfase hasta el fondo del tambor. Esto considera que la altura disponible para el flujo de vapor es un 20% del diámetro del mismo. (Ec.2.. Tanteo: b. (88) b. 86’ ). (86’ ) a.4.Obtener la altura del vapor (h V ).. 89): V lP = Q .. si aplica.Calcular la velocidad de flujo de líquido pesado (V lp ) (Ec. (86) D = F 24 x (4 x A TAMB /π ππ π) 1/2 Ec..Obtener la altura del líquido (hL).Suponer que el tambor está 80% lleno. 2 veces el diámetro. mediante la siguiente (Ec. es muy pequeño para la separación de la fase liviana.. (89) c.Calcule la velocidad de flotación de la fase líquida liviana (VlL).1.Calcule el área vertical de flujo de líquido pesado (A fonBALDE ). f.. Luego proceda al paso 8. (90) Diseño de Separadores Gas Líquido 168 Donde: h OB – h Ow es la distancia vertical que las gotas del líquido liviano tiene que recorrer hacia arriba para poder separarse de la fase pesad a (medido desde el fondo del recipiente.. hasta que se logre cumplir con lo dicho en el párrafo anterior. Paso 7. 91). entonces el diámetro actual es satisfactorio y la longitud efectiva de operación (Left). Por lo tanto habrá que aumentar dicho diámetro. 0. A . y la altura desde el fondo del recipiente hasta debajo del balde de líquido liviano (h fon-BALDE )..2.Calcule la longitud horizontal que las gotas del líquido liviano tiene n que recorrer (X H ). Calcule el área vertical de flujo de líquido pesado desde el fondo del recipiente hasta debajo del balde de líquido liviano (A fon-BALDE ) (Ec.Si XH es menor que dos y medio veces el diámetro del tambor. Sea V min = 0. e. será 1.L2 /A OBW Ec. 90): X H = V lP x (h OB – h Ow )/V lL Ec.Si XH es mayor que dos y medio veces el diámetro del tambor.5 pie/s). usando la ecuación 2 del aparte 4. lo que sea mayor.15 veces xH. d.15 m/s (0. se obtiene como (Ec. se obtiene con la información. Para la definición de los niveles (pag. (91) Calcule el área fraccional A22’ = Afon-BALDE/ATAMB En la tabla 5.c. hB NBL = hB BALDE-NBL + h fon-BALDE E. (92) Si h fon-BALDE < F 8 x D/8.. entonces h fon-BALDE = F 8 x D/8 Paso 8. medida desde el fondo del recipiente hasta el rebosadero del balde.Calcule las dimensiones del balde de líquido liviano. Calcule la altura desde el fondo del recipiente hasta debajo del bald e de líquido liviano (h fon-BALDE ) (Ec. La altura desde el fondo del balde hasta el n ivel bajo del balde hBBALDE-NBL.92): h fon-BALDE = R 22 ’ x D F 8 Ec. leer para R 23 . leer para A22’ .fonBALDE = Q L2 /Vmin Ec. 93). el valor correspondiente de R22’ . La altura hB NBL .30). (93) Calcule la altura fraccional R 23 ’ = F 8 x hB NBL /D Diseño de Separadores Gas Líquido 169 En la tabla 5. Se supone que el balde solo tendrá alarma de nivel bajo. el valor correspondiente de L30’ (valor de la cuerda fraccional correspondiente). para R 31 ’ = (h OB /D).67 Ec. (111) En la tabla 5 leer. 112): A fon-OB = A 31 ’ x A TAMB Ec. Obtener la altura del rebosadero del balde (h OB ) (Ec. 94): AB fon-NBL = A 23 ’ x A TAMB Ec. el valor correspondiente de A 31 ’ . (112) El área activa para variación de nivel de líquido liviano en el balde (AB OB-NBL .’ . (94) En la tabla 5. leer para R30’ = ( 1 – hL / D). obtener el área transversal desde el fondo del recipiente hasta el rebosadero del balde (A fon-OB ) (Ec. 111) h OB = h L – F 11 x (Q L / (D x L 30 ’ ) 0. el valor correspondiente de A 23 ’ Obtener el área transversal entre el fondo y hB NBL (AB fon-NBL ) (Ec. 96): V rt = Q L1 x t r1 x 60 c. Estimar por primera vez h WB . (97) Paso 9. es (Ec. 98): h WB = h OB – h OW x (1-ρ ρρ ρ L /ρ ρρ ρ . (95) El volumen de líquido liviano a ser contenido en el área activa (V rt ) es (Ec..Calcule la altura del vertedero del comportamiento del líquido pesado (h wB ) y el área transversal correspondiente (A fon-wB ). usando la (Ec. 95): AB OB-NBL = A fon-OB – AB fon-NBL Ec. es necesario un pequeño tanteo: Preparación. y ésta. De acuerdo a la ecuación (4). 97): L BALDE = F 1 x V r1 / AB OB-NBL Ec. por tanto. (96) La longitud horizontal del balde de líquido liviano (L BALDE ) es (Ec.). h wB depende de la longitud de la cuerda del tope del vertedero (L C ). a su vez depende de h WB . 99). leer para R 24 ’ el valor correspondiente de L 24 ’ . Obtener L C como (Ec. 4): nuevo h WB = h OW x (1 – ρ ρρ ρ L /ρ ρρ ρ ) – F 11 x (Q L2 /L c ) 0. L C = L 24 ’ x D E. (98) Tanteo: Diseño de Separadores Gas Líquido 170 Sea R 24 ’ = 1 – F 8 x h WB /D.67 Si el Nuevo h WB está muy alejado de h WB. (99) Calcule el nuevo h WB como (Ec. regresar al inicio del tanteo usando el nuevo h WB para todos los cálculos. Si el nuevo h . En la tabla 5.C. ) Ec. (100) Paso 10. el nuevo h WB será el valor final: Salir del tanteo. esta ríamos hablando de hV NBL . En la tabla 5. leer para R 20 ’ . Si no es el caso.100): A fon-WB = A 26 ’ x A TAMB E. En la tabla 5. La altura desde al fondo del tambor hasta el nivel bajo-bajo del comportamiento de líquido pesado. Obtener el área transversal correspondiente a h WB (A fon-WB ) como (Ec..WB está bastante cerca de h WB . leer para R 25 ’ . se obtiene con la información. el valor correspondiente de A 26 ’ . Se supone que el comportamiento de líquido pesado tendrá un interruptor y/o alarma de nivel bajo-bajo. Sea R 20 ’ = F 8 x h WB /D. el valor correspondiente de A 25 .C. hV NBBL . Para la definición de los niveles.Calcule las dimensiones del compartimiento de líquido pesado. Sea R 25 ’ = F 8 x hV NBBL /D. y 5 min. entre NAAL y NAL (o entre NBBL y NBL). desde NBL hasta NBBL (Ec. (102) Diseño de Separadores Gas Líquido 171 Donde Q L2 es el flujo volumétrico de líquido pesado. se obtiene multiplicando el flujo de alimentación líquida pesada por el tiempo de respuesta supuesto. Más (300 s). al accionarse una alarma (sea de alta o sea de baja).’ . los valores de tiempos de respuesta cambien: esto dependerá de cada caso en particular y. el cual es 5 min. como (Ec. El volumen de retención de líquido pesado por tiempo de respuesta del operador (en el compartimiento del vertedero). y t r3 es el tiempo de residencia de operación de líquido pesado. El área activa del líquido pesado. Aún cuando se ha supuesto en este documento que el tiempo de respuesta del operador es de 5 minutos.101): AV NBBL = A 25 ’ x A TAMB Ec. 102): V r3 = Q L2 x L r3 Ec. (101) El volumen de retención de operación de líquido pesado entre el NAL y el NBL. este volumen adicional es nulo. si no hay otra indicación se usará 5 min utos entre NAAL y NAL (o entre NBBL y NBL). se obtiene multiplicando el flujo de alimentación líquida pesada por el tiempo de residencia correspondiente (Ec. por experiencias típicas de la instalación para la cual se está haciendo este diseño. Obtener el área transversal para hV NBBL en el comportamiento del líquido pesado (AV NBBL ). desde NBBL hasta el tope del verteder o (A . puede sucederse que. desde NAL hasta NAAL. 103): V r4 = Q L2 x (600 s) Ec. (103) En el caso que no se tengan interruptores y/o alarmas de NBBL y NAAL. (300 s). . y la aplicación exige tener flujo bifásico anular.. En la especificación de proceso del recipiente. Paso 13.106): L VER = (V r3 + V r4 ) A WB-NBBL E. se deberá exigir que la tubería de entrada a este tambor tenga el diámetro aquí obtenido. la zona de flujo del vapor deberá tener una al tura mínima de 300 mm (12”).Estimación del diámetro de la boquilla (d p ) Diseño de Separadores Gas Líquido 172 Si no se tiene el diámetro de la tubería de entrada.Calcule la velocidad real de la mezcla a la entrada V s (en el caso que aún no se conozca) (Ec.WB-NBBL ).c. 39) Para obtener un diámetro que produzca flujo anular a la entrada del recipiente. 106). de acuerdo a lo expresado (pag.Verificar que la zona de flujo del vapor cumpla con las alturas mínimas. a. o 20% del diámetro. b.. de acuerdo a lo expresado (pag. en una distancia de al menos cinco diámetros de boquilla medidos desde la brida de la boquilla de entrada. hasta que se cumpla con las limitaciones antes mencionadas.39).Fije otras medidas horizontales del tambor. La distancia entre el balde y el vertedero (L BAL-VER ). es (Ec. es (Ec. 2 . Si no se tiene diámetro de la tubería de entrada y la aplicación no exige tener flujo bifásico anular. lo que sea mayor. usar l a tabla mostrada en dicho aparte para estimar el diámetro de la boquilla de entrada. Aumentar el diámetro (D) en la cantidad en que se aumentó la zona de flujo de vapor. Paso 12. En el caso que no sea así: Aumentar la altura que ocupa el espacio de flujo de vapor..Dimensionamiento de la boquilla de entrada. 104): A WB-NBBL = A fon-WB -AV fon-NBBL Ec..(105) Paso 11.(104) La longitud del comportamiento de líquido pesado (L VER ). De acuerdo a la figura 3. será igual a D/8. Seguir las recomendaciones presentadas. de acuerdo a lo presentado en pag. a. Paso 15.Cálculo de la longitud tangente a tangente del tambor.. diseñe el distribuidor de acuerdo a lo presentado Pag.3). 107): A Malla = Q V /V V malla es de líquido (ver a con . obtener el área requerida de la malla la (Ec.Cheque el criterio de máxima velocidad en la boquilla.Diseño de la Malla separadora de gotas. Paso 16. la longitud mínima tangente a tangente del tambor (L) es: L= L eft + L BALDE + L VER + L BAL.Dimensionamiento de las boquillas de salida del gas y de líquidos pesado y liviano. ya que la lámina más alejada del balde subirá por encima de la altura del rebosadero de dicho balde.. En caso que la boquilla seleccionada requiera de un distribuidor en “T” con ranuras. Paso 14.. espesor de las láminas que forman el balde y el vertedero) . (valores mínimos de distancia entre las boquillas y las tangentes de lo s cabezales. Aún cuando no se conocen las tolerancias mecánicas de construcción.. Luego. como un porcentaje de la velocidad crítica. calcular la velocidad permisible de gas. 36 (b). Usar las recomendaciones de la tabla presentada pag.. Conociendo el criterio emplear.VER Diseño de Separadores Gas Líquido 173 A este valor habría que añadir las tolerancias mecánicas de construcción.Cálculo del área de la malla.39).p d π M Q x 4 x 20 F s V = c. V V1 . La posición de la malla será tal que se ubique exactamente por encima d el balde de líquido liviano. y si la ubicada más allá de la posición del balde. podría sucederse arrastre Fig. 44(2). anillo que tienen los cabezales para soldarse al cuerpo cilíndrico del tambor. para tambores horizontales m 2 pie 2 A fon-NBL = Área vertical entre el NBL y el fondo del tambor. NOMENCLATURA En unidades SI En unidades Inglesas A* = Área fraccional o relación de un área transversal vs el área transversal total del tambor. Adimensional A B = Área transversal de la bota decatadora m 2 pie 2 A fon-NAAL = Área vertical entre el NAAL y el fondo del tambor. para tambores horizontales m 2 pie 2 A . Selecciones el espesor y densidad de la Malla.Ec. (107) b. Diseño de Separadores Gas Líquido 174 d. Normalmente obtenida al conocerse una altura fraccional. para tambores horizontales m 2 pie 2 A fon-NAL = Área vertical entre el NAL y el fondo del tambor. según los criterios de diseño ya seleccionados. y leída de la tabla 5 del documento MDP-03-8-03. para tambores horizontales m 2 pie 2 A NAL-NBL = Área vertical entre el NAL y el NBL para tambores horizontales m 2 pie 2 A NBBL-NAAL = Área vertical entre el NBBL y el NAAL. para tambores horizontales m 2 pie 2 A NBBL-NBL = Área vertical entre el NBBL y el NBL. para tambores horizontales m 2 pie 2 A TAMB = Área de sección transversal para tambores horizontales m 2 . para tambores horizontales m 2 pie 2 A Malla = Área requerida de malla separadora de gotas m 2 pie 2 A NAL-NAAL = Área vertical entre el NAAL y el NAL.fon-NBBL = Área vertical entre el NBBL y el fondo del tambor. para tambores de compartimientos separados mm pulg h boq-Malla = Distancia entre la boquilla de entrada y el fondo de la malla mm pulg h . o lado más largo de una malla rectangular mm pie D D = Diámetro de la gota mm pie d = Diámetro de la gota mm pulg HB NBBL = Altura mínima desde el nivel bajo de líquido hasta el fondo del balde de líquido liviano.pie 2 A V = Área para el flujo de vapor m 2 pie 2 A VD = Área disponible para el flujo de vapor m 2 pie 2 A ran = Área de flujo de una ranura en el colector o distribuidor de gas mm 2 pulg 2 D d B = Diámetro del tambor mm pie = Diámetro de la bota decantadora mm pie Diseño de Separadores Gas Líquido 175 En unidades SI En unidades Inglesas D Malla = Diámetro de una malla circular. o desde el fondo de la bota decantadora mm pulg h NBL = Altura del nivel alto de la interfase. medida desde el fondo del recipiente o desde el fondo de la bota decantadora mm pulg h 0B = Distancia vertical del fondo del tambor al tope del rebosadero del . medida desde el fondo del recipiente.boq-ran = Distancia entre la boquilla de entrada y la línea tangente superior mm pulg h fon-NAL = Distancia vertical entre el fondo del tambor y el NAAL mm pulg h fon-NAAL = Distancia vertical entre el fondo del tambor y el NAAL mm pulg h fon-NBL = Distancia vertical entre el fondo del tambor y el NBL mm pulg h Malla-NBBL = Distancia vertical disponible entre el fondo de la malla y el NBBL mm pulg h Malla-NAAL = Distancia vertical disponible entre el fondo de la malla y NAAL mm pulg h NAAL-boq = Altura desde NAAL hasta la boquilla de entrada mm pulg h NBBL = Altura desde el nivel bajo de líquido hasta el NAI ó el fondo del recipiente mm pulg h NBBL-NAAL = Altura de líquido entre NAAL y NBBL mm pulg h NAL = Altura del nivel alto de la interfase. en separadores con compartimientos separados m pie L C = Longitud de la cuerda en el tope del vertedero de líquido pesado m pie L .balde de líquido liviano mm Pulg Diseño de Separadores Gas Líquido 176 En unidades SI En unidades Inglesas h 0W = Distancia vertical desde la interfase líquido liviano/líquido pesado hasta el tope del rebosadero del balde de líquido liviano (239 mm(9pulg) mínimo) mm pulg hV NBBL = Altura mínima desde el nivel bajo del líquido hasta el fondo del recipiente. en el compartimiento de líquido pesado para separadores con compartimientos separados mm pulg hV WB = Distancia vertical del fondo del tambor al tope del vertedero de líquido pesado mm pulg L = Longitud tangente a tangente del tambor horizontal m pie L B = Longitud de la bota decantadora m pie L BALDE = Longitud del balde de líquido liviano. en separadores con compartimientos separados m pie L BAL-VER = Distancia entre el balde de líquido liviano y el vertedero de líquido pesado. eft = Longitud efectiva de operación m pie L VER = Longitud vertedero de líquido pesado. en separadores con compartimientos separados m pie NAAL = Nivel alto-alto de líquido NAL = Nivel alto de líquido NNL = Nivel normal de líquido NBL = Nivel bajo de líquido NBBL = Nivel bajo-bajo de líquido NAL NBL líquido Q M = Flujo volumétrico total de mezcla vapor/líquido por boquilla de entrada m 3 /s pie 3 /s Q L1 = Flujo de alimentación líquida liviana m 3 /s pie 3 /s Diseño de Separadores Gas Líquido 177 En unidades SI En unidades Inglesas Q L2 = Flujo de alimentación líquida pesada m 3 /s pie 3 /s Q W = Flujo de líquido pesado m 3 /s pie 3 /s Re = Número de Reynolds de gota Adimensional S Malla = Lado más corto de la malla = Nivel alto de interfase líquido-líquido = Nivel bajo de interfase líquido- . rectangular mm pie S ran = Lado más corto de la ranura rectangular mm pulg t r3 = Tiempo de resistencia de operación de líquido pesado min min V fL = Velocidad de flujo de líquido liviano dentro del recipiente m/s pie/s V fL = Velocidad de flujo de líquido liviano dentro del recipiente m/s pie/s V fP = Velocidad de flujo de líquido pesado dentro del recipiente m/s pie/s V r1 = Volumen de operación de líquido liviano. entre el NAL y el NBL m 3 pie 3 V t = Velocidad terminal de decantación (flotación) m/s pie/s V . entre el NAL y el NBL m 3 pie 3 V r2 = Volumen de líquido liviano por tiempo de respuesta del operador m 3 pie 3 V r3 = Volumen de operación de líquido pesado. de la corriente más pesada de líquido liviano alimentada al tambor separador con compartimientos separados Kg/m 3 lb/pie 3 ρ P = Densidad de la fase pesada Kg/m 3 lb/pie 3 Diseño de Separadores Gas Líquido 178 En unidades SI En unidades Inglesas ρ L = Densidad de la fase liviana Kg/m 3 lb/pie 3 ρ M . al separarse en tambores con comportamiento separados mm pulg ρ O = Densidad (a condiciones de operación).t’ = Velocidad terminal de decantación (flotación) m/s pie/s V tL = Velocidad de flotación de la fase líquida liviana m/s pie/s V tP = Velocidad de decantación de la fase líquida pesada m/s pie/s X H = Longitud horizontal recorrida por las gotas de la fase líquida discontinua. 143 1000 1 F 25 = c.545x10 -3 18.384 F 12 = Ec (2) 0. pag. 143.Apéndice Figura 1.s lb/pie/s Factores que dependen de las unidades usadas En unidades SI En unidades Inglesas F 1 = Ecs (1) 1000 1 F 8 = c. Ec. 36). .4663 F 15 = a (pag. Figura 2.= Densidad líquido pesado a condiciones de oepración Kg/m 3 lb/pie 3 µ = Viscosidad de la fase continua mPa.7 5. (87) 1 12 e. Identificación de niveles y dimensiones en un tambor separador vapor–líquido–líquido con dos fases líquidas en el cuerpo principal (una sola entrada). Figura 3. Identificación de niveles y dimensiones en un tambor separador vapor–líquido–líquido con compartimientos separados. pag. Ec (3) 1 123. Identificación de niveles y dimensiones en un tambor separador vapor–líquido–líquido con bota decantadora (una sola entrada).871 F 24 = c. 143 1 12 F 11 = Ec (4) 67025.. pag. Diseño de Separadores Gas Líquido 182 4. 2. Si se instala una malla separadora de gotas. 2.). Si se instala una malla separadora de gotas. Instale rompe vórtices directamente encima de la boquilla de salida del líquido liviano. Ellos son los ma s utilizados.6. 3. IDENTIFICACIÓN DE NIVELES Y DIMENSIONES EN UN TAMBOR SEPARADOR VAPOR-LÍQUIDO-LÍQUIDO EN DOS FASES LÍQUIDAS CON EL CUERPO PRINCIPAL (UNA SOLA ENTRADA) NOTAS: 1. la distancia mínima entre NAAL y el fondo de la malla deberá ser 300 mm (12”).TIPOS DE SEPARADORES Los separadores pueden clasificarse en la forma siguiente: a. adyacentea la pared del tambor. IDENTIFICACIÓN DE NIVELES Y DIMENSIONES EN UN TAMBOR SEPARADOR VAPOR-LÍQUIDO-LÍQUIDO CON COMPORTAMIENTO SEPARADO NOTAS: 1. Evaluar la necesidad de tener instrumentos de nivel en el compartimiento de decantación. ó ”trycocks” solamente.. entre otras cosas. Si se instala una malla separadora de gotas. por las limitaciones de espacio existent es. En general los separadores verticales son utilizados en rangos gas-petróleo bajos.Diseño de Separadores Gas Líquido 179 Fig. IDENTIFICACIÓN DE NIVELES Y DIMENSIONES EN UN TAMBOR SEPARADOR VAPOR-LÍQUIDO-LÍQUIDO CON BOTA DECANTADORA (UNA SOLA ENTRADA) NOTAS: 1. la distancia mínima entre NAAL y e l fondo de la malla deberá ser 300 mm (12”).Aplicación Historicamente. 1.SEPARADORES VERTICALES BIFÁSICOS .. Colocar una boca de inspección en cada extremo del tambor. especialmente en las plataformas costafuera. 4. Las placas deberán estar niveladas. los separadores verticales han sido el equipo estandar para la mayor parte de los campos productores petroleros. Diseño de Separadores Gas Líquido 180 Fig. Diseño de Separadores Gas Líquido 181 Fig. siendo además su . 5. y la tolerancia en las alturas de las placa s no excederá los 3 mm (1/8 pulg. 3 La placa difusora debe extenderse de pared a pared. la distancia mínima entre NAAL y el fondo de la malla deberá ser 300 mm (12”). pequeñas partículas de petróleo. las cuales caen por gravedad en el fondo del recipiente. el cual regula la salida del petróleo mediante una válvula también automática.Internos diseño y operación En el diseño de un separador horizontal de un solo barril o cilindro. Otros separadores horizontales para aplicaciones especiales permiten manejar arena y filtrar la corriente de fluidos.SEPARADORES HORIZONTALES . especialmente debido a un deflector interno. El gas sube y pasa a traves de otro deflector. los cuales son mucho mas eficiente que los de simple barril y manejan mayores cantidades de gas y líquido. mientras que el gas seco.Internos. el cual actúa como extractor de niebla. .. conteniendo aún algo de neblina. por coalescencia se convierten en gotas mas grandes. los cuales pueden observarse en los gráficos anexos.Aplicación Los separadores horizontales son usados para altas relaciones gas líquido o grandes cantidades de gas en solución con el petróleo. dirigiendo el líquido hacia abajo y el gas hacia la parte superior. El petróleo remanente en el gas queda en forma de neblina. los fluidos producidos entran al separador y golpean un deflector inclinado . conjuntamente con su destilado sale a través de un drenaje tipo sifón. b. En ellos la superficie del petróleo acumulado es mayor que en los verticales y por lo tanto pueden liberar mayor cantidad de gas.. Finalmente el gas seco sale por la parte superio r y el petróleo. El gas abandona el recipiente por el tope y una válvula automática regula la presión interna del separador. .SEPARADORES HORIZONTALES TRIFASICOS . donde las restantes partículas de petróleo son centrífugadas. sobre la superficie de esta malla. pero su costo limita su uso. En este momento. Las fuerzas centrífugas envian las partículas de petróleo. mas pesadas que el gas. A continuación el gas húmedo pasa a través de una malla perforada. la cual es extraída en el tope mediante un domo perforado denominado extractor de neblina. cayendo por gravedad. pasa a través de un dispositivo de placas paralelas. diseño y operación La mezcla de petróleo y gas entra al separador mediante una boquilla situada aproximadamente a la mitad vertical del mismo y diseñada de tal forma que le imprime un movimiento de remolino a la corriente.costo inferior al de otros tipos. El nivel de líquido es mantenido mediante un flotador. Diseño de Separadores Gas Líquido 184 c. También existen los separadores horizontales con doble barril. al perímetro del recipiente y las fuerzas gravitacionales se encargan de llevarlo al fondo de la cámara. el Diseño de Separadores Gas Líquido 183 cual separa parcialmente el gas del petróleo. SEPARADORES ESFERICOS Los separadores esféricos son relativamente baratos y su uso está limitado a aplicaciones especiales.. para el drenaje de a gua.. golpeando a un deflector esférico lo cual obliga a caer a los líquidos Diseño de Separadores Gas Líquido 185 al fondo del envase. denomianada bota de gas y en el fondo.Se utilizan en pozos produciendo cantidades moderadas de agua y su función. La separac ión del agua y el petróleo ocurren por gravedad diferencial.Las descargas de petróleo y el agua son controladas por flotadores también individuales.. 1. se separan las últimas gotas líquidas. El gas sube y a traves de un elemento depurado r (“scrubber”). La separación del gas se realiza por lo métodos ya descritos. Conexiones apropiadas permiten instalar separadores portátiles en las diferentes líneas de flujo. para completar y optimar laseparaciò n gas petróleo. 2 SEPARADORES ESFÉRICOS e. en el tope. Fig. inicialmente en una cámara con salidas individuales de petróleo y agua. Este tipo de separación es aplicable. Estos separadores están disponibles en diámetros desde 24 hasta 60 pulgadas y presiones de trabajo hasta 6000 psi. es que separa el agua del petróleo. 3. Los fluidos entran al recipiente. h . H . Son compactos y facilmente pueden ser montados sobre “skid” para utilizarlos como separadores portátiles para pozos de baja producción.DERIVACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE FLUIDOS EN SEPARADORES TRIFASICOS 3 3 2 2 1 1 h h h ρ = ρ + ρ (1) = ρ Gravedad específica del fluido = 3 2 1 h . adicional a laseparaciò n antes mencionada. Diseño de Separadores Gas Líquido 186 Fig.SEPARADORES PORTÁTILES El costo de instalar baterías de separadores en campos o estaciones diferentes. en los cuales no se requieren pruebas de producción frecuentes o en campos o pozos exploratorios. SEPARADOR HORIZONTAL DE DOS FASES d. muchas veces no se justifica. También pueden llevar dispositivos adicionales. denominado bota de líquido. cuando las caídas de presión a través de los estranguladores no emulsionan el agua. W Diferencia de nivel entre el crudo y agua . Esto es especialmente verdadero en campos o pozos de muy baja producción. Fig. h Niveles de la emulsión y del agua = . SEPARADORES PORTÁTIL Tipo Vertical Tipo Horizontal f. Su forma es excelente para condiciones dealta presión y bajos volúmenes. H . ( ) 2 3 2 1 1 h h h − ρ = ρ 1 2 h k h − = . entonces: 197B Diseño de Separadores Gas Líquido 187 2 1 1 1 . pies = ρ L Den¤i¢a¢ del líquido. 2 . pies/sec = g Aceleración de la gravedad. W h h h 3 2 1 = + = + (constante) 3 2 ρ = ρ (agua) ( )( ) ( )( ) 0 2 1 W & BS % 1 W & BS % ρ − + ρ = ρ y. lb/pies 3 = ρ . W K h 3 − = (3) Sustituir (3) en (2). H . H . 32 pies/seg 2 = p D Diámetro de la partícula.Flujo Laminar (Ley de Stoke) ( (( ( ) )) ) µ µµ µ ρ ρρ ρ − −− − ρ ρρ ρ = == = 18 D V g L 2 p t (2) (4) = t V Velocidad terminal de la partícula.K . W h ρ ρ − = . centro deflector extractor Diseño de Separadores Gas Líquido 188 . 0 omedio (Pr 35 .Flujo No Laminar 2 /" 1 g g L C A K V ρ ρρ ρ ρ ρρ ρ − −− − ρ ρρ ρ = == = = A V Velocidad del gas permisible a través del separador.g Den¤i¢a¢ del gas.separador vertical 35 . 0 K = . 0 pulgadas O. 0 --. 0 --.D.malla de alambre en sep.con placas paralelas 35 . lb/pies-seg . pies/seg = C K Constante empírica. vert. 0 omedio (Pr 50 . 0 a 40 . 0 × --. o coeficiente de separación Valores de “K” ( ) 2 / 1 pies .separador horizontal de 20’ de largo 17 . constante de velocidad.: ) 21 . Vert. 0 a 06 .Malla de Alambre Común Cojinete – de 4 a 8 pulgadas de grueso Densidad – 9 lb/pies 3 011 .Eficiencia de Malla Sep. 0 K = Sep. separador del longitud 16 . 0 --. de alambres de acero inoxidable 85 pies 2 área de alambrado por pies 3 .: ) 45 . Hor. 167 . 0 --. lb/pies = µ Viscosidad. (pulgadas) 5 7 ½ 1 0 1 2 ½ 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0 6 0 7 5 .D.Tomado de B. Warner & Frank Scauzillo (Mobil) publicado en 1963 Proceedings of Gas Conditioning Conference of University of Oklahoma Diseño de Separadores Gas Líquido 189 TAMAÑOS ESTÁNDAR DE SEPARADORES LONGITUD (pies) O.J . Determinar la tasa de flujo de gas existente en el recipiente. Determinar el diámetro requerido para dar el área de la sección transversal. Dividir la tasa de flujo existente entre la velocidad permisible c on el fin de obtener el área de la sección transversal del recipiente. Tamaños de línea especificados 7. Temperatura 4.12 ¾ 16 20 24 30 36 42 48 54 60 66 72 78 84 96 108 120 144 168 Diseño de Separadores Gas Líquido 190 . Tasa de gas & g ρ 5. Códigos o regulaciones g.Condiciones de Operación 1.. Cubiertas especiales 8. Materiales especiales 6. 0 0 .Condiciones de Diseño 1. Impurezas . Corrosión permisible 5. 4. Temperatura 4. 5. Determinar la longitud del separador. Presión 3. Tiempo de retención 2. 3. Accesorios 9. Tasa de agua & W ρ 7. µ ρ ten¢encia a formar espuma 6. 2. Presión 3. Determinar la velocidad permisible de gas en el recipiente. Tasa de crudo & . Aplicación y tipo de separador 2.DIMENSIONAMIENTO DE SEPARADORES VERTICALES 1. Diseño de Separadores Gas Líquido . (véase tabla 1) Altura de la sección de líquido 2 pie / gal 60 gal 120 = = pies o 24 pulgadas. pulgadas Bbl por pies Gal por pies 10 . y se requiere un minuto de tiempo de estadía del líquido. Encontrar la altura total del recipiente.1 12 . BBL “Regla-del-dedo pulgar”.25 11 . cm Capacidad Líquida Litros por cm Separador dia.EJEMPLO (Separador Vertical) Diámetro del recipiente 39 = pulgadas La tasa de crudo es 120 gpm. La longitud de la sección de gas es dos veces el diámetro. minutos Tabla 1 VOLUMEN DE LÍQUIDO RETENIDO EN RECIPIENTES CILÍNDRICOS Unidades métricas Unidades Inglesas Capacidad Líquida Separador dia. Diseño de Separadores Gas Líquido 192 = t Tiempo de retención.7 16 . Altura total del separador: Sección de vapor 78 = pulgadas Sección de líquido 24 = pulgadas 102 = pulgadas u 8 ½ pies Tiempo de Retención t V 1140 W = = w Capacidad de líquido BBL/día = v Volumen de líquido retenido.15 6 20 .3 14 .191 . Solución: Sección de vapor 78 39 2 = == = × ×× × = == = pulgadas Volumen de sección del líquido=(tasa de flujo del líquido)×(tiempo de estadía) Un separador de 39 pulgadas de diámetro tendrá una capacidad de líquido de 60 gal/pie.20 8 30 . 5 20 70 3.0 20 . (aproximar) Diseño de Separadores Gas Líquido 195 Diseño de Separadores Gas Líquido 196 HORIZONTAL SEPARATOR SIZING – ENGLISH UNITS Diseño de Separadores Gas Líquido 197 ..3 39 1.4 42 1.2 180 200 31.4 28 .Diseño del Separador Horizontal 1.0 80 160 20.3 36 1.9 330 240 45.0 84 6.0 250 220 38.3 53 130 13.4 60 3.5 150 190 28.4 16 60 2. Multiplicar el diámetro por 4 para obtener la longitud.7 54 2.7 28 90 6.8 32 100 7.5 90 7.6 78 6.3 66 4.0 380 250 49.1 48 2.1 Diseño de Separadores Gas Líquido 193 Diseño de Separadores Gas Líquido 194 h.4 72 5.40 1.8 22 . y determinar el diámetro. Determinar el área de sección transversal requerida en la sección de separación de gas.7 70 150 17. 2.30 13 50 2. Determinar el área de sección transversal requerida para el tiempo de retención de líquido.5 33 1.EJEMPLO (Separador Horizontal) Un separador horizontal tiene una tasa de flujo de gas de 50 MMCFD a 800 . Agregar las dos áreas juntas para obtener el área de sección transversal total.9 290 230 41.3 18 .9 37 110 9.5 60 140 15.7 45 2.8 24 .0 45 120 11.9 30 .8 120 180 25.0 210 210 34.6 24 80 5.2 90 170 22.0 26 . 4. 3.2 96 9. esp . esp . líquido en el separador =(volumen/min)×(tiempo de estadía) ( ) ( ) 3 min 1 min / bbl 3 = × = bbl Diámetro del sep. esp . SOLUCIÓN: Área de separación de vapor requerida 5 = pies 2 (véase grafica) Vol. La tasa de flujo de crudo es de 3 Bbl/min. y su gravedad específica es de 40°API. UNA APROXIMACIÓN AL DIMENSIONAMIENTO DEL SEPARADOR (De C-E Natco) INFORMACIÓN REQUERIDA O ASUMIDA gas día / MMSCF Q G = crudo D / B Q O = agua D / B Q W = psig operación de presión P O = psig diseño de presión P D = F operación de a temperatur T G ° = gas . 34 = pulgadas (véase gráfico) Usar diámetro estándar 36 = pulgadas Longitud del separador pies 12 ó adas lg pu 144 36 4 diámetro 4 = × = × = El tamaño del separador requerido es – 36 pulgadas de diámetro y 12 pies de longitud. El tiempo de estadía es de 1 minuto.psi. grav G O = agua . grav G G = crudo . grav G w = líquido de retención de utos min N = permisible corrosión C A = de las Tablas B-W-R (o calcular de la ley de gas) Diseño de Separadores Gas Líquido 198 = Y pies 3 de gas existentes a condiciones de operación por 1000 pies . lbs/pies3 ó. = ρ L 62. lbs/pies3 a condiciones de operación De la Tabla de Densidad de Líquido = ρ L ¢en¤i¢a¢ de crudo.3 estándar de gas = ρ G ¢en¤i¢a¢ del gas. 86 Y Q Q 3 G GA . P f Z = == = = == = = == = (1)Calcular los pies 3 /seg de gas existentes @ condiciones de operación: ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) MSCF pies Y 1000 seg 86400 1 Q Q 3 G GA × ×× × × ×× × × ×× × = == = seg / pies 4 .4×G0 (despreciando la compresibilidad del gas) Leyes de los Gases ZnRT PV = == = te tan cons ZnRT PV = == = 2 condicion ZnRT PV 1 condición ZnRT PV = == = ( (( ( ) )) ) ' C ' R ' C ' R ' R ' R T T T P P P T . × ×× × = == = = GA Q pies 3 /seg existentes = G Q MMSCF/D = Y ACF/MSCF de las tablas BWR (2) Calcular los pies 3 de volumen del separador requeridos para el tiempo de retención de líquido: D / B Q Q D / B Q W Q L + = ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) min 1440 1 pies 615 . 256 N Q Q ) )) ) . 5 Q min / pies Q L L 3 LA = == = × ×× × = == = ( ) N pies Q pies Q 3 LA 3 LV × = Diseño de Separadores Gas Líquido 199 ( ) N Q pies Q LA 3 LV × = ( (( ( ) )) ) ( (( ( 3 W 0 LV pies 46 . 5 Q min / pies Q 3 L 3 LA × ×× × × ×× × = == = ( (( ( ) )) ) 46 . 256 Q 1440 615 . lbs/pies 3 = ρ G ¢en¤i¢a¢ del gas. C = 15’ 658 . C = 20’ 760 . 0 C = para separadores verticales con defelector extractor centrífugo 330 .Q × ×× × + ++ + = == = = LV Q pies 3 de volumen requeridos en el separador = O Q B/D crudo = W Q B/D agua = N min. pies Para: 5’ 380 . la fórmula es ( (( ( ) )) ) G G L A 538 . C = 7½’ 466 . C = 10’ 538 . lbs/pies 3 @ condiciones de operación 165 . V ρ ρρ ρ ρ ρρ ρ − −− − ρ ρρ ρ × ×× × = == = (4) Calcular el área de sección transversal (ST) del recipiente requerida para el gas: Diseño de Separadores Gas Líquido . de tiempo de retención (3) Calcular la velocidad permisible del gas en pies/seg: Fórmula Básica G G L A C V ρ ρρ ρ ρ ρρ ρ − −− − ρ ρρ ρ × ×× × = == = pies/seg = C constante de velocidad. C = 12½’ 601 . diferente para distintos separadores = ρ L ¢en¤i¢a¢ del líquido. 0 C × = = L Longitud. 0 C = para separadores verticales con extractor de malla de alambre PARA RECIPIENTES VERTICALES: L 17 . C = EJEMPLO Para un sep arador de 10’ . PARA RECIPIENTES HORIZONTALES (A) Calcular el área de ST para el gas VA Q A GA G = == = = == = (B) Calcular el área de ST para líquidos. L Q A LV L = == = = LV Q pies 3 de volumen requerido para líquido (C) = L pies de longitud del recipiente L G M A A A 2 + ++ + = == = pies Diseño de Separadores Gas Líquido .200 Básica V A Q × ×× × = == = V Q A = == = A GA V Q AG = == = pies 3 /Seg=pies 2 ×pies/seg = GA Q pies 3 /seg existentes = A V velocidad de gas permisible. pies/seg = G A área para el gas pies 2 (5) Decida si usa separador vertical u horizontal y si hay o no espuma Si para hay espuma. usar de ¼ a ½ de velocidad del gas permisible. cu. CAPACIDAD DEL SEPARADOR Diseño de Separadores Gas Líquido 202 Separador Vertical Volumen de crudo. bbl/día = v volumen de crudo. pies . razonablemente. t h d 5 . (E) Usando la tabla de área de ST apropiada. del separador. seleccionar el recipiente OD adecuado. t V 128 q . min. seleccione el área de ST mínima total. para tomar en consideración los flujos de dirección normal. puede ser tomada como ½ de la capacidad existente.D. = d I. h d 4 V 2 π ππ π = == = La capacidad evaluada de crudo q r . 100 q r 2 r = == = = == = donde: = r q capacidad de crudo evaluada.201 En recipientes más grandes. etc. es OK para 2 Ø si ' ' L 8 6 H − ≅ Para 3Ø si ' ' L 12 10 H − ≅ Porciones más grandes de área de sección transversal (ST) del recipiente para el gas El área para el líquido probablemente no debería exceder los 2/3 de área de ST del recipiente (D) Si el líquido es pequeño o muy grande con respecto al área del gas. pie = t tiempo de retención de líquido. Probar el recipiente más largo para reducir el área de líquido requerida. || \\ || ++ ++ || || . || ρ ρ − −− − ρ ρρ ρ | . pies h.. pies 5 2. pies Longitud del caparazón.5 10 3.= h altura de la columna de crudo encima del punto más bajo de la salida de crudo. || \\ || || || . | \ | + + | | . SCFD .. | \ | + + | | . | \ | | | . | \ | | | . | \ \\ \ | || | = == = q sc = = capacidad de gas. | ρρ ρρ || . 67 q ( (( ( ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ ρ ρ | .25 15 4.25 2 / 1 g g O sc sc 2 sc 460 T 460 T P P Z Cd 824 .. a g s V A Q A = pies 2 (o área del separador) diámetro del separador s s A 53 . pulgadas SEPARADOR HORIZONTAL DE TUBO SENCILLO L d 4 V 2 π = = L Longitud. ¡ R = P presión de operación. psia área del extractor de neblina.Velocidad permisible de gas. pies t V 128 q . pies/seg 2 / 1 g g O a V ( (( ( ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ ( (( ( ¸ ¸¸ ¸ ρ ρρ ρ ρ ρρ ρ − −− − ρ ρρ ρ = == = = == = Volumen de gas a condiciones de operación=Q gA P T ZQ 3273 . 13 d = = . 0 Q sc sc = == = Diseño de Separadores Gas Líquido 203 donde: = sc Q MMSCFD = Z factor de compresibilidad = T temperatura de operación. .MÉTODO DE RAZÓN DE PRESIÓN ( ) n / 1 . 33 q 3 r = Diseño de Separadores Gas Líquido 204 4. Manual 5.7. Método de razón de presión 4. 0 V 3 = t V 128 q r = ó 2 d t d 51 . 100 q 2 r = SEPARADOR ESFÉRICO 2 d d 2618 . Otros a.MÉTODOS PARA DETERMINAR PRESIÓN “ÓPTIMA” EN PROCESOS DE SEPARACION DE DOS (2) ETAPAS. Método de Whinery-Campbell 3.r = ó t L d 24 . “Flash” o cálculos de estabilidad 2. pies t V 128 q r = ó t L d 5 . 50 q 2 r = SEPARADOR HORIZONTAL DE TUBO DOBLE L d 4 V 2 π = = L Longitud. 1.. .s i P P R = = R razón de presión = i P presión de primera etapa del separador. psia = s P presión del tanque de almacenamiento = n número de etapas del separador (sin contar el tanque de almacenamiento) 2 1 RP P = 3 2 RP P = 4 3 RP P = . ETC. n 2 = ∑ Λ 0 . n 2 = ∑ V 1 X X X X 1 n + + + = Λ 1 1 + Λ Λ Y Y Y Y n + + = ...CÁLCULOS DE BALANCE DE FASE Relaciones básicas n n n X Y k = (1) ( ) V L Z V L n n n + = + L X L n n = Diseño de Separadores Gas Líquido 206 V Y n n = 0 . Diseño de Separadores Gas Líquido 205 b. Λ Λ Λ Λ 0 . 1 Z Z Z Z n 2 1 n = + + + = ∑ Λ Λ Λ Λ n 2 1 n L L L L L + + + = = ∑ Λ Λ Λ Λ n 2 1 n V V V V V + + + = = ∑ Λ Λ Λ Λ Nomenclatura = n Z fracción molecular de la componente “n” en la mezcla total = L moles totales de la fase líquida = V moles totales de la fase de vapor = n Y fracción molecular de la componente “n” en la fase de vapor = n X fracción molecular de la componente “n” en la fase líquida = n L moles de la componente “n” en la fase líquida = n V moles de la componente “n” en la fase de vapor = + n n V L moles de la componente “n” en la mezcla total (alimentación) = + V L moles de la mezcla total (alimentación) 1.Ecuaciones de Funcionamiento Para L/V>1 ( ) ( ) ∑ ∑ + = = V L K K Z 100 V V n n n n (2) V 100 L ( ) ( − = ) ( (2a) ) 2 a 2 V L = (2b) Diseño de Separadores Gas Líquido 207 .. ENTONCES. CONOCIENDO (L/V): ( ) ( ) V V V V L K K Z 100 Y n n n n n = ÷ ( ¸ ( ¸ + = ( ) n n n V Z 100 L (2c) − + (2d) ∑ = n n n L L X (por ecuación 2d) (2e) Para L/V<1 ( )( ) ( ) ∑ ∑ + = V L K V / L Z 100 L L n n n (3) L 100 V ( ) ( − = ) a 3 3 V L (3a) = (3b) ENTONCES. CONOCIENDO (L/V): ( )( ) ( ) L L V L K V L Z 100 X n n n n ÷ . Diseño de Separadores Gas Líquido 208 Si se dan las composiciones del separador de gas y líquido para una condición en particular. la razón L/V puede ser calculada por: n n n n Z X Y Z V L − − = Donde n es cualquier componente.( ¸ ( ¸ + = ( ) n n n L Z 100 V (3c) − = (3d) ∑ = n n n V V Y (por ecuación 3d) (3e) Primer tanteo de L/V Aproximadamente ( ) 1 H L L H K Z Z Z Z V L + − = Sub “L” se refiere a metano plus no hidrocarburos Sub “H” se refiere a hexanos y heptanos plus K 1 = valor de K para metano a T & P Para separación de tanques almacenadores de líquido separador. pero no se da L/V. se obtienen mejores resultados si Z L incluye también etano. pero puede resultar una mejor precisión si se usa metano o C . 7 +. 2.- Prueba para Dos Fases ∑ > 0 . 1 K Z n n Ambas deben ser >1.0 para que existan dos fases 0 . 1 K Z n n > ∑ ∑ n n K Z ∑ n n K Z Condición de una fase 1.0 1.0 --al punto crítico 1.0 >1.0 Líquido--al punto de burbujeo >1.0 1.0 Líquido--al punto de rocío <1.0 >1.0 Líquido--encima del punto de burbujeo >1.0 <1.0 Vapor--debajo del punto de rocío Diseño de Separadores Gas Líquido 209 Cálculo de Ejemplo de Separación = 1 N número de moles entrando en la = 2 N número de moles entrando en la = 3 N número de moles entrando en el = 1 L fracción de N = 2 L fracción de N = ST L fracción de N NST Diseño de Separadores Gas Líquido de Dos Etapas primera etapa segunda etapa tanque de almacenamiento 210 = 1 V fracción de N 1 = 2 V fracción de N 2 = 3 V fracción de N 3 = 1 g N número de moles de gas fuera del primer separador = 2 g N número de moles de gas fuera del segundo separador = gST N número de moles de gas fuera del tanque de almacenamiento N st = número de moles de líquido fuera del tanque de almacenamiento 1 1 2 N L N = N L L N L N 2 1 2 2 3 = = 1 2 1 ST 3 ST ST N L L L N L N = = entación lim a de mol . T . S líquido de moles L L L N N 2 1 ST 1 ST = = ∴ 1 1 1 g N V N = 1 2 1 3 3 3 . T . gS 1 1 2 2 2 2 g N L L V N V N N L V N V N = = = = Permitir que 2 1 3 1 2 1 1 gT gST 2 g 1 g gT L L V L v v feed mol libres gas de moles N N N N N fuera gas de totales moles N + + = = + + = = Para el caso general: [ ] ST 3 2 1 1 i 2 1 i 2 1 3 1 2 1 L L L L feed mol . T . S líquido de moles L L L V L L V L V V feed mol libres gas de moles Λ Λ Λ = + + + + = − Diseño de Separadores Gas Líquido 211 Problema de Clase #1 Un separador vertical tiene un diámetro interior de 24 pulgadas, una altura de 10 pies y opera a una presión de 400 psia (factor de compresibilidad=0.909) y 60¡ F. La gravedad del crudo es de 35¡ API; la gravedad del gas es de 0.70 y el coeficiente de separación es de 0.167. La capacidad del líquido es de 13 07 barriles por día, y el tiempo de retención del líquido es un minuto. Determinar la capacidad del gas del separador en MMSCFD. Problema de Clase #2 Determinar el diámetro interno mínimo, en pulgadas de un separador horizontal de tubo simple para manejar 70 MMSCFD de un gas de graved ad específica 0.64. La longitud del separador es de 10 pies. Las condiciones de operación son 775 psia y 90¡ F (factor de compresibilidad=0.881). La gravedad del líquido es de 10¡ API a 60¡ F. Asumir que el separador estará lleno d e líquido hasta la mitad. La espuma no es problema. También determinar la capacidad del crudo en barriles por día, si es estimada a la mitad de la capacidad de crudo existente. Asumir que el tiempo de retención de líquido es de un minuto. Solución de Problema de Clase #1 ( )( ) ( )( )( ) 3 L g g L A crudo 3 g PIES / LB 4 . 62 85 . 0 C V 85 . 0 35 5 . 131 5 . 141 API 5 . 131 5 . 141 . G . S pies / LB 599 . 1 520 73 . 10 909 . 0 97 . 28 70 . 0 400 ZRT PM × = ρ ρ ρ − ρ = = + = ° + = = × = = ρ ( ) 2 2 2 g A PIES 1416 . 6 2 4 D 4 A SEG / PIES 947 . 0 599 . 1 599 . 1 03 . 53 167 . 0 V = π = π = = − = Diseño de Separadores Gas Líquido 212 . OPER . COND ) 2 ( STD . COND ) 1 ( QUE PERMITIR RT Z Q P RT Z Q P existentes SEG / PIES 975 . 2 947 . 0 1416 . 6 V A Q 2 2 2 1 1 3 A = = = 2 1 1 G gA = × = × = ( )( )( )( ) ( )( )( ) MMSCFD 694 . 7 Q ó DÍ A / SCF 10 694 . 7 DÍ A SEG 400 , 86 SEG PIES 06 . 89 Q ó . std . cond a SEG / PIES 06 . 89 520 909 . 0 7 . 14 520 0 . 1 975 . 2 400 Q RT Z P RT Z Q P Q g 6 3 g 3 g 2 2 1 1 1 2 2 1 = × = × = = = = Solución Problema de Clase #2 ( )( )( ) ( )( )( ) ( ) dado MMSCFD 70 Q operación de s condicione a PIES / LB 764 . 2 90 460 73 . 10 881 . 0 97 . 28 64 . 0 775 ZRT PM PIES / LB 4 . 62 4 . 62 0 . 1 0 . 1 10 ¡ 5 . 131 5 . 141 delíquido . SG g 3 g g 3 L | \ | ( ) 1000 P T Z T Z P Y ó . 0 7 . STD = = | | . cond a SEG / PIES 32 . oper de . 14 Q P T Z T Z P Q . 14 Q . | \ | = | . entonces ZRT PQ ZRT PQ gA g A SC SC A A SC gA EXISTENTES . | \ | = | . 1 550 881 . 1 Q MMSCFD 70 775 520 0 . cond a MMCFD 2372 .= = ρ + = = ρ = × = ρ = + = ( ( )( )( )( )( ) ) ( ) operación de . 14 . | \ | × = Diseño de Separadores Gas Líquido 213 ( )( )( ( )( )( ( ) 538 . 14 . 1 550 881 . | \ | = = | | . 86 Y Q Q . 17 Y 1000 520 775 0 . 1 Q . 17 70 4 . 86 DÍA DÍA PIES 10 2372 . 86 675 . | \ | | | . Entonces 675 . 0 10 17 C V SEG / PIES 32 4 .SEG 400 . 0 7 ) ) . 0 C . ó A SC SC A A SC 3 gA 3 6 gA | | . 0 L 17 . 0 V = = = = | . 14 V Q A SEG / PIES 499 . | \ | ρ ρ − ρ = = × = × = = = 2 g 3 A gA g A 2 / 1 A PIES 73 . 2 764 . 5 A SEG / PIES 499 . | \ | = − Diseño de Separadores Gas Líquido . 62 538 .Y /" 1 g g L A 3 g gA = = = | | . 2 4 . 2 SEG / PIES 32 . 2 V 764 . 5 BBL min 0 . 57 PIES 10 PIES 46 . | . 45 pies adas lg pu 12 PIES 82 . D . 11 4 A 4 d : es .214 ( ) ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) DÍ A / BBL 7341 Q . 14 2 / 1 q 2 / 1 Q evaluada Capacidad existente Capacidad DÍ A / BBL 682 . mitad la hasta líquido de lleno está que Puesto r r 3 3 3 2 LV LV /" 1 2 / 1 M 2 g M = = = = = | . 11 2 / 1 Longitud Área de 2 1 Líquido de Volumen retención de Tiempo líquido de Volumen q N Q q ó N q Q Tasa Líquido de Capacidad q : que Permitir pies 10 adas lg pu 48 : es mínimo ESTÁNDAR tamaño El adas lg pu 84 . entonces BBL 682 . manera esta De PIES 46 . 11 73 . entonces PIES 3 . 57 q . 14 DÍ A min 1440 PIES 62 . 3 d ó 46 . 5 2 A 2 A . 1 PIES 3 . I mínimo el . ¿Cuál es la capacidad de crudo evaluada si el separador is to be operado lleno hasta la mitad y si la capacidad de crudo evaluada es la mitad de la capacidad existente? Asuma un tiempo de retención de 2 minutos. | \ | = ( ¸ ( ¸ π = | .70. . y la gravedad del gas es de 0. | \ | π = = = = Problemas de Clase #3 Un separador horizontal de tubo simple tiene un diámetro de 36 pulgadas y 15 pies de largo.\ | | | . Las condiciones de operación son 400 psia y 60¡ F (Z=0. | \ | = = = × = = = × = = = × = | | . No existe problema de espuma. La gravedad del crudo es de 0. Determine lo siguiente: 1.909). | \ | | | .825. ¿a qué presión. 50 t L d 24 .2. ó DÍ A / BBL 3398 DÍ A min 1440 min 0 . El tanque de almacenamiento opera a un bar. El gas del primer separador será incorporado dentro de un sistema de recolección de gas operando a 50 bars. 26 02 . 53 2 / 1 Existente . 50 q . ó PIES 51 . Sep del . en bars. 26 . Vol del 2 / 1 existente crudo de Volumen PIES 03 . ( ) ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) DÍ A / BBL 3391 2 15 3 24 . 2 BBL 72 . 106 2 / 1 . Conociendo solo esta información. 5 PIES 51 . No se dispone de ningún equipo de compresión. Vol del 2 / 1 evaluado crudo de Volumen PIES 02 . operaría usted cada uno de los tres separadores? Solución Problemas de Clase #3 Parte 1. 53 03 . 4 BBL PIES 62 . ¿Cuál es la capacidad de gas del separador en MMSCFD? Diseño de Separadores Gas Líquido 215 Problemas de Clase #4 El fluido del pozo de un grupo de pozos puestos en producción. 106 15 3 4 L d 4 separador del Volumen 2 2 r 3 3 3 3 3 2 2 = = = = × = = = = = = = = . será procesado a través de tres separadores y luego dentro de un tanque d e almacenamiento. 4 evaluada crudo de Capacidad BBL 72 . c . s 2 . Equiv PIES 121 . 3 3 4 2 / 1 A de 2 / 1 A 2 / 1 g 2 2 M g = ( ¸ ( ¸ π = = ( ¸ ( . 67 q ( ( ¸ ( ¸ ρ ρ − ρ × × × = a. c . s T T P P Z Cd 824 . 3 d PIES 534 . Encontrar d ( ) ( ) .= π = π = Parte 2 2 / 1 g g L . c . s . 2 4 534 . 0 400 ZRT PM = ρ × = = ρ De esta manera. Encontrar g ρ : ( )( ) ( )( )( ) 3 g g PIES / LB 6 . 0 C 2 / 1 = = = c. 33 q 6 . s 2 / 1 2 . 1 520 73 . 0 15 17 . 0 L 17 . 51 520 520 7 .¸ π = = Diseño de Separadores Gas Líquido 216 b. c . 51 4 . Encontrar C: ( ) 6584 . 2 6584 . c . 10 909 . 0 824 . 1 6 . Encontrar L ρ : ( ) 3 L PIES / LB 48 . 67 q . 0 = = ρ d. 14 400 909 . 62 825 . 1 84 . 28 70 . ( )( )( ) MMSCFD 58 . 0 121 . 0 97 . s = ( ¸ ( ¸ − × × × = . 3 RP P ó Bars 683 . 725 Bars 50 P . 13 684 . COMPONENTE Z i MOL (POR CIENTO) K i A 40 BARS & 144¡C CO 2 1.Solución Problema de Clase #4 ( ) ( ) ( )( ) PSIA 51 . 14 Bar 0 . 3 1 50 P P R 3 etapas de . 3 1 684 . T . 3 50 P RP P 684 .45 H 2 . 13 P PSIA 5 . 3 57 . 3 P PSIA 197 Bars 57 .25 4. S 3 2 1 1 . no N . 3 684 . manera esta De Bars 50 P y Bars 684 . T . 13 P RP P Bars 57 . S 3 3 3 2 2 2 1 3 / 1 N / 1 s i = = = = = = = = = = = = = = ∴ = = = ∴ = = = = = = Diseño de Separadores Gas Líquido 217 Problema de Clase #5 Determine el Estado de Fase del siguiente fluido a 40 bars y 144¡ C. 1 P PSIA 4 . 53 Bars 683 . 116 nC 6 0.58 C 1 21.53 C 6 3.05 0.50 2.78 2.38 1. Demuestre cómo obtuvo su respuesta.84 0.05 2.1 C 2 0.78 C 3 0.S 0. Determine si esto es factible.10 0.36 6.63 0.61 iC 4 6.21 1.69 C 2 36.61 nC 5 4. Se propone separar a 200 psia y 100¡ F.02 nC 4 9.30 C 7+ 3.25 0.01 0. COMPONENTE FRACCIÓN DE MOL K i A 200 PSIA & 100¡F C 1 0.46 nC 4 0.15 14.089 100.86 iC 5 2.15 0.97 iC 4 0.96 C 3 10.041 Diseño de Separadores Gas Líquido .00 Problema de Clase #6 Un sistema de hidrocarburo tiene la siguiente composición.25 0.35 nC 5 0.14 0.90 0. 0263 0.11442 iC 5 0.089 0.218 Solución Problema de Clase #5 COMPONENTE Z i K i Z i K i Z i K i CO 2 0.06255 nC 4 0.61 0.3678 2.58 0.43898 0.0314 0.0638 1.0000 ∑ > 0 .61 0.0050 2.0984 0.13000 C F+ 0.45 0.53 0.0125 4.86 0. 1 K Z i i .00281 H 2 S 0.35281 1.0390 0.30 0.96 0.06342 iC 4 0.12426 C 3 0.02 0.04311 nC 5 0.69 1.00194 C 1 0.2136 6.03193 C 2 0.05563 0. 1 1.01290 0.1021 1.00291 Para ∑ > 0 .07566 C 6 0.0401 0. 25 0.15 14.10 0.1 2. 1 ∑ > 0 .78 C 3 0. 1 K i i . la separación es factible.y ∑ = 0 .116 nC 6 0.25 0.35 nC 5 0. entonces PSIA y 100¡ Z / Z existen dos fases a 200 F.05 0. 1 Dado que ∑ > 0 .15 0.91 iC 4 0.115 C 2 0.46 nC 4 0. 1 K i i y ∑ > 0 . Solución Problemas de Clase #6 COMPONENTE Z i K i Z i K i Z i /K i C 1 0.439 1. De esta manera. es la fase de vapor al punto de rocío. Diseño de Separadores Gas Líquido .041 2.05 2.00 ∑ > 0 . 1 K / Z i i . de cada separador y de almacenamiento. 1 V 9468 . 0 L 156 .844 Tanque de almacenamiento (14. 0 0 . Volumen total de gas. 0 mol 0 .9468 La gravedad del crudo del tanque de almacenamiento fue de 36¡ API molecular del crudo fue 245. 1 N 0532 . en SCF.219 Problema de Clase #7 Un fluido de pozo es pasado a través de dos separadores un tanque de almacenamiento. 0 0 . 0 N V N moles 582 . 0 mol 0 . moles 418 . 0 582 . Volumen de gas producido. 3. y GOR total. 1 582 . 1 V 582 . 1 V 844 . 0 844 . 0 L 418 . Los resultados de cálculos flash siguientes resultados: 1era etapa (500 psia & 120¡ F): L 1 =0. GOR de cada separador y del tanque de almacenamiento. Determine lo siguiente: 1. y luego hacia dieron los y el peso del tanque NST Diseño de Separadores Gas Líquido 220 ( ) ( ) moles 4818 . 0 0 . 0 N L N ) asumido ( mol 0 .582 2da etapa (65 psia & 120¡ F): L 2 =0.) Asuma la base de un mol de alimentación. 158 mol LB / SCF 379 . 2. 0 L 1 1 1 g 1 1 2 1 3 3 2 2 1 1 = = = = = = = = − = ∴ = = − = ∴ = = − = ∴ = ( 1 )( ) mol / SCF 42 . 0 9468 . 0 SCF . en SCF. 1 418 . SOLUCIÓN PROBLEMAS DE CLASE #7 1.7 psia & 120¡ ): L ST =0. = 0. 34 42 . 0 9468 . 0 4912 . G . 158 SCF SCF SCF total SCF ) . 0 moles 582 . 0 N N de fracción 9468 . 0 582 .= − = del primer sep. 131 5 . sep. 0 L . 0 844 . 0 6 . = 2 N Alimentación hacia el 2do. 0 moles 4912 . do 2 del fuera mol LB / SCF 41 . 141 . Entonces N de fracción 844 . 0 N N N ento almacenami de que tan el por producido líquido de moles 4651 . 2 ento almacenami de que tan del fuera mol LB / SCF 9 . 0 SCF ST 3 3 g ST 3 ST 2 = − = − = = = = = − = − = Diseño de Separadores Gas Líquido 222 ( )( ) 842 . 141 API 5 . sep . 9 . 34 mol LB / SCF 379 moles 0908 . 0 N .582 moles ( ) ( )( ) gas moles 0908 . 36 5 . 0 4651 . S feed mol LB / SCF 73 . 202 90 . 0 L 2 2 3 2 2 g 3 2 2 = − = × = − = = = = = Diseño de Separadores Gas Líquido 221 ( )( ) ( )( ) ento almacenami de que tan del fuera gas molesde 0261 . 131 5 . 0 N V N N N moles 4912 . 0 4912 . 9 41 . Vol 3 3 = | | . S crudo de mol . T . T . 0 BBL PIES 62 . | \ | − = . T . 202 total GOR feed Mol . 0 crudo de densidad . | \ | | . 52 mol LB / LB 245 . T . S = + = ° + = − = + + = + + = − = − = ( ) 3 0 PIES LB 54 . 525 GOR feed Mol / O . 52 4 . 5 PIES LB 54 . T . 62 842 . S BBL 3858 .mol LB / SCF 379 moles 0261 . 0 SCF crudo . T . S crudo de Mol ento almacenami de que tan del . T . S crudo BBL SCF 5 . T . S 2 1 . S crudo BBL = = = ρ . 0 feed Mol / SCF 73 . S crudo de BBL 8297 . ) 3 . Longitud del separador = 15 pies. 525 TOTAL GOR 67 .10 pie2 Ag = 2. 9 GOR : ento almacenami de Tanque 19 . 158 GOR : .72 pie2 Ao = 4.8 pie2 Presión de separación = 40 psia Temperatura de separación = 80¡ F Presión base = 15. 0 . Vol T = = = = Diseño de Separadores Gas Líquido 223 5 . 0 feed Mol ento almacenami de que tan . 25 3858 . 89 3858 . S 2 1 = = = = = = = Ejemplo en clase de solución de separadores trifásicos: Un separador trifásico tiene dos funciones: separador el gas de la corr iente líquida y separar. T . barril simple. 0 41 . T . Sep .1403 lb/cu pie . Se desea calcular la c apacidad de un separador trifásico. de los siguientes datos. 34 GOR : . Sep . 410 3858 . Diámetro =5 pies Interface agua/petróleo 3 pies encima del centro del recipiente Interface gas/petróleo 1 pies encima de la interface agua/petróleo.3858 . 0 9 . S crudo de Mol BBL 8297 . 0 feed Mol Moles 4651 .70 lb/cu pie Densidad del gas a condiciones del separador = 0. 0 42 . a su vez. Aw = 12.025 psia Temperatura base = 60¡ F Densidad del crudo a condiciones del separador = 53. do 2 6 . las fases líquidas. er 1 . h) Calcular la capacidad de agua para el recipiente de 5x15 pies asumiendo una capa de agua de 3 pies.80 cp o ( ) ( ) 4 3 10 376 . 8436 bbl/día. 0 − − × = × lb/pie seg Aceleración debido a la gravedad =32. 0. 3 150 − − × = × pies Viscosidad del crudo a condiciones del separador = 2. 4. Resp. Resp.54 MM SCF/día. 7. b) ¿Cuál es la capacidad del gas? Resp. f) Calcular la velocidad terminal de una partícula de crudo en agua. 4140 bbl/día.382 a) ¿Cuál es la velocidad de vapor máxima permisible? Resp. 0 35 . 2 − − × = × lb/pie seg Viscosidad del agua a condiciones del separador = 0. 0.00423 pies/seg. e) Calcular la capacidad de crudo. h.87 min.46 pies/seg.82 min. d) La profundidad del nivel de crudo.Densidad del agua a condiciones del separador = 65. Diseño de Separadores Gas Líquido 225 CUADRO TECNICO COMPARATIVO DE LOS DIFERENTES TIPOS DE SEPARADORES TIPO DE SEPARADOR VENTAJAS DESVENTAJAS VERTICAL (Generalmente usado . 0 80 .35 cp o ( ) ( ) 3 3 10 578 . 3 100 − − × = × pies Diámetro de la esfera de agua = 150 micrones o ( ) ( ) 4 6 10 92 . 1. ¿Cuál es el tiempo de retención? Resp. c) ¿Cuál es la velocidad terminal para una partícula de agua en el crudo? Resp. Calcular el tiempo de retención. g) La altura de la capa de agua es de 3 pies. 1 10 672 .52 lb/cu pie Diseño de Separadores Gas Líquido 224 Diámetro de la esfera de crudo en agua = 100 micrones o ( ) ( ) 4 6 10 28 . 5 10 672 . 4 10 28 . 11. 3 10 28 .2 pie/seg 2 Coeficiente de separación = 0. es 1 pie.0089 pies/seg. Resp. Resp. desde la interfase agua-crudo a la interfase gas-crudo. Mas costoso. Dificulta la limpieza de lodos. El control de nivel de líquidos es Crítico. HORIZONTAL DE DOBLE BARRIL Gran capacidad de líquidos . Ensamblar y erigir en sitio. El líquido se mantiene mas caliente.para bajo GOR) Control de nivel de líquidos no crítico. Requiere un diametro mas Pequeño. Requiere un área menor para su instalación. Minimizando la posibilidad de Congelamiento y deposición de Parafinas Manejo de grandes volúmenes de líquidos. para transportar. HORIZONTAL DE BARRIL SIMPLE Costo inicial bajo. Tiene limitada capacidad para el Manejo de líquidos. Generalmente reduce la turbulencia. Fácil limpieza. Mayor dificultad para transportar. HORIZONTAL (Generalmente usado para alto GOR) Mas barato que el vertical. Requiere grandes diámetros Para una capacidad dada de gas. Grandes superficies líquidas estánDisponibles para espuma Requiere un área grande para su Instalación. Fácil. ensamblar y Erigir en sitio. ESFÉRICOS (Generalmente usado para GOR inter medios) Mas baratos que los separadores Verticales y horizontales. Para una capacidad de gas dada. Gran capacidad para manejo de Líquidos. Compacto. Fácil de aislar operando en climas Frios. Arena y parafinas. Maneja grandes cantidades de arena y lodo. Menor tendencia a la re-evaporación. El nivel de control de líquidos esCrítico. 4. DISEÑO DE PISCINAS API 5.Mejor separación de gas en Solución. sumidero y laguna de retención. para extraerle los condensados a corrientes de gas rica. se requiere un gas seco.PRESENTACION DEL PROGRAMA FEP B. Para propósitos prácticos. APENDICE LABORATORIO DE COMPUTACION A...DISEÑO DE DEPURADORES DE GAS (“SCRUBBER”) V. 3. Los servicios incluyen agua. Dos mecanismos combinados compuestos de desnatador de superficie y removedor de lodos. Rejilla de recolección de sólidos. 5. considerando el máximo contenido de líquidos presente en la corriente de gas.1. C. se considera un máximo de 15 BBLS/MMPC de gas. el depurador no es mas que un separador gas-líquido. D. 2. Se requieren los siguientes componentes o tareas: 1.DISEÑO DE SEPARADORES HORIZONTALES Y VERTICALES. Control mas estable del nivel de Líquidos. en el cual la cantidad de líquido es muy poca o es despreciable. Es importante mencionar que existen diferentes criterios para el diseño de estos equipos. Esta especificación incluye los requerimientos para el diseño y fabricación de los componentes internos de un separador de aceite API de doble canal. Diseño de Separadores Gas Líquido 226 c. Tanques de sedimentación API de concreto... Las bombas.ALCANCE a. en la cámara inferior Mejor separación de gases y Líquidos de similar densidad. ya que al igual que estos. Sus aplicaciones principales son aquellas condiciones operacionales en l as cuales por motivos técnicos o económicos. tal como en el caso de corrientes de gas para aliment ar a los sistemas de compresión o bién. .TIEMPOS DE RETENCION RECOMENDADOS SEGÚN LA GRAVEDAD API DEL CRUDO. 6.DISCUSIÓN SOBRE VENTAJAS/DESVENTAJAS DE LOS SEPARADORES VERTICALES Y/O HORIZONTALES. b. electricidad y aire para instrumentos.DISEÑO DE DEPURADORES (“SCRUBER”) El procedimiento de diseño de los depuradores o “scruber” es similar al diseño de los separadores gas-petróleo.. tanquilla de derivación. es decir sin partes líquidas... E. Tres desnatadores de aceite. con un gran valor comercial. se ubicará aguas abajo del vertedero. 9. La instalación del equipo en el sitio de trabajo. En caso de que uno de los canales requiera mantenimiento.31. y todas las conexiones de tubería. el caudal afluente pasará a través de un deflector a fin de reducir la turbulencia y lograr un flujo uniforme a lo largo de la sección transversal del estanque de sedimentación. Strip. Railways.3 – Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping B. La recepción. 10. accesorios. permiten la separación por gravedad del aceite y la decantación de los sólidos suspendidos. normas y especificaciones en su última edición. el agua Diseño de Piscinas API 3 . el vertedero correspondiente deberá elevarse hasta detener el caudal de entrada a ese canal. 4. proveniente de las áreas de proceso y servicio.2. separándose en dos corrientes iguales a lo largo de dos canales paralelos.NORMAS Y ESPECIFICACIONES DE REFERENCIA Todos los equipos. tuberías y válvulas deberán cumplir con los siguientes códigos. se ubicará un canal de separación aceite–agua–sólidos. A continuación. Fasteners Diseño de Piscinas API 2 AMERICAN GEAR MANUFACTURERS ASSOCIATION (AGMA) 420. b. Esta tubería descargará en un estanque de derivación. CONDICIONES DE DISEÑO 1. del drenaje de las bombas y de los tanques.36. Pressure Vessels. Tuberías externas. Helical. Tubing and Fittings Parte 3 – Steel Plate. El caudal efluente pasará sobre los vertederos. Construcción de dos tanques separadores. AMERICAN NATIONAL STANDARDS INSTITUTE (ANSI) B. bombas y partes eléctricas. 5.. conductores y cables. el cual permitirá el paso del caudal de diseño a través del separador API y desviará el exceso de caudal hacia la laguna de retención. Esta rejilla removerá los desechos sólidos que podrían interferir en el proceso de separación aceite-agua. descarga y almacenamiento de los equipos en el sitio de trabajo. Aguas abajo del mecanismo combinado (desnatador removedor) se colocará un desnatador–recolector de aceite.. 3.10 – Welded and Seamless Wrought Steel Pipe AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS (ASTM) Parte 1 – Steel Piping. Herringbone and Spiral Bevel Gears NATIONAL ELECTRICAL MANUFACTURERS ASSOCIATION (NEMA) Class 4 – Watertight and Dusttight – Indoors and Outdoors 5. Entonces.7. 8. ubicados en paralelo. donde las condiciones hidráulicas (aguas tranquilas). deberá recolectarse mediante una tubería para aguas aceitosas. Un dispositivo de movimiento mecánico recogerá el aceite flotante en la superficie del canal de separación y depositará los sólidos decantados en una tolva de lodos. Wire. los cuales se recolectan en las áreas de proceso y de servicios de la planta. incluyendo las correspondientes modificaciones y/o adiciones. válvulas. Structural. Metallic Coating Products Parte 4 – Steel. Deberá colocarse una rejilla de recolección de sólidos aguas arriba del estanque de derivación.REQUERIMIENTOS DE SERVICIO a.04 – Practice for Enclosed Speed Reducers or Increasers using Spur. DESCRIPCIÓN DEL SERVICIO El separador API procesará los líquidos provenientes del agua de lluvia. Reinforcing. El primer desnatador de aceite ajustable. Sheet.3. 2. A continuación del deflector. El agua aceitosa y de lavado. 5. El proveedor suministrará una unidad motriz para la rejilla de recolección. El proveedor suministrará un mínimo de tres chavetas de repuesto. Un rastrillo limpiador para remover los desechos sólidos retenidos en la rejilla y que puedan interferir con el funcionamiento de los equipos ubicados aguas abajo de la misma. 2. Dicha cantidad aumentará durante y después de lluvias abundantes. La cantidad de desechos sólidos presentes en las aguas aceitosas será mínima en condiciones normales. La unidad completa constará de una rejilla de barras. 2. deberá ubicarse en áreas externas (a la intemperie). El piñón de la unidad deberá estar equipado con chavetas diseñadas para esfuerzo cortante. El limpiador será diseñado de forma que evite el entrabado o enredo entre la malla y los rastrillos durante la limpieza. rastrillos de limpieza. La rejilla deberá estar provista de una luz que indique que el motor está en funcionamiento así como también una alarma de torque alto. incluyendo todos sus componentes mecánicos y controles. 7. debe ser localizada en la cámara de entrada del separador API. 3. El proveedor suministrará los pernos de anclaje y tuercas requeridas para el montaje del equipo. En el equipo para operación del limpiador mecánico se localizará un interruptor local de arranque. a fin de asegurar la limpieza del frente y laterales de las barras de la misma. dispositiv o para limpieza de los rastrillos. El proveedor deberá suministrar un limpiador de rastrillo automático con control de tiempo para la limpieza de la malla.REJILLA DE RECOLECCIÓN DE SÓLIDOS 1.DESNATADOR DE SUPERFICIE – REMOVEDOR DE LODOS 1. Este mecanismo deberá ser diseñado de manera que las paletas empujen el aceite hacia el desnatador ubicado en el extremo de descarga del canal de separación. placa fija.9 m/s para la condición de malla totalmente limpia.4. 4. La malla deberá colocarse inclinada y firmemente fijada al canal. a fin de protegerlo contra sobrecargas. desde donde será bombeada.efluente pasará a través de una serie de deflectores diseñados para retener aceite superficial. Seguidamente se debe sumergir y barrer el lodo a todo lo largo del fondo del canal hasta descargarlo al sumidero ubicado en la entrada del tanque de sedimentación. ambos se ubicarán en el panel de control. será entre 0.6 y 0. 3. luego el agua libre de aceite pasará hasta una tanquilla de efluentes. Los rastrill os dispondrán de dientes diseñados para engranar en forma precisa con la rejilla. 5. marcos laterales. Las partes integrantes de equipos similares deberán ser intercambiables.. Diseño de Piscinas API 4 8..REQUERIMIENTOS ESPECIFICOS a. b. El limpiador mecánico será operado manualmente durante los períodos de caudales altos. El separador API.. Las cadenas motoras deberán estar de acuerdo al número y . El proveedor suministrará un recipiente portátil para recolección y disposición de desechos sólidos. La rejilla deberá ser del tipo de malla de barras y dispondrá de limpieza mecánica. El proveedor suministrará un mecanismo combinado desnatador de superficie removedor de lodos. por canal. sección controladora y la unidad motora. 6. 5. El límite de la velocidad del caudal de diseño a través de la rejilla d e recolección de sólidos. Deberá limpiarse frontalmente mediante rastrillos que penetren a la rejilla de barras por el lado aguas arriba de la misma. La cadena motora deberá incluir un guardacadena protector. determinado mediante pruebas sobre barras y de acuerdo a la norma ASTM A220. Se requerirá un mínimo de tres pasadores cortables de repuesto. Dos paletas como mínimo deben estar provistas de barredoras laterales de caucho para limpieza de las paredes. abrazaderas y collarines. a través de toda la sección transversal del eslabón. para protección contra sobrecarga. un juego para deslizar sobre los rieles “T” colocados en el piso del canal y un segundo juego para deslizar sobre los angulares que forman el riel de retorno. Diseño de Piscinas API 5 7. 10. El proveedor suministrará dos juegos completos de cadenas de ida y regreso. El material para fundición de los eslabones deberá tener un factor de elongación del 4% en 50 mm como mínimo. La unidad motora constará de un montaje de embrague. para protección contra sobrecarga. No se aceptarán ejes fijos o cortos. Un radio maestro será suministrado por el suplidor para formar la . Las paletas dispondrán de zapatas de desgaste. La dureza mínima. Los ejes deberán ser rectos y continuos entre las rolineras montadas en las paredes del canal. El ancho del equipo deberá estar de acuerdo con el ancho del canal . fácilmente accesible. Los engranajes reductores dispondrán de un pasador cortable (shear pin). 12. 6. El proveedor suministrará una unidad motora y una unidad reductora totalmente selladas.04 y deberá diseñarse para servicio continuo (24 hr/día). incluyendo ruedas dentadas en guías de acero para protección contra daños y entrabamiento por debajo del nivel de agua. 5. Esta cadena une el eje de salida del reductor al recolector de lodos. los cuales incluirán abrazaderas de fijación a las paredes. La potencia del motor y transmisión será la requerida para operar el equipo bajo las condiciones de diseño de flujo. Asimismo. lubricadas con agua y con tapa protectora a fin de evitar la sedimentación de sólidos. Las barredoras constarán de una platina posterior de refuerzo. necesarias para arrastrar el aceite acumulado en las paredes del tanque.espaciamiento de los componentes del equipo. mediante un piñón. La cadena recolectora de lodos deberá ser del tipo de eslabones y pasadores. fijadas con cuatro pernos. El proveedor suministrará los pernos y abrazaderas requeridas. Los piñones incluirán un pasador cortable (shear pin). para permitir la operación independiente de cada colector. será de 200 Brinell. Cada eje constará de dos ruedas dentadas adaptadas con precisión a las cadenas de recolección. Deberán proveerse carriles para el recorrido del desnatado. 4. deberá asegurarse una buena lubricación de todas las ruedas y cojinetes. Todos los ejes deberán suministrarse totalmente ensamblados con engranajes. rolineras. La unidad reductora de velocidad deberá cumplir con los requerimientos de la norma AGMA 420. Las paletas incluirán zapatas de desgaste y deberán construirse para larga duración y efectiva limpieza del fondo del canal. 9.0 mts. Todos los piñones tendrán una dureza mínima de 360 Brinell y deberán disponer de las muescas y tornillos adecuados para asegurar la rotación de los ejes dentro de las rolineras. y tapas protectoras de partes móviles por encima del nivel de agua. 8. Cada cadena incluirá un dispositivo tensor completo con abrazaderas. 11. incluyendo las barredoras de caucho laterales. El espaciamiento máximo de las paletas será de 3. Todas las rolineras sumergidas deberán ser autoalineantes. Las paletas de recolección se conectarán a las cadenas mediante accesorios adecuados. Los desnatadores serán manufacturados de tuberías de acero al carbono con recubrimiento de brea epóxica.Materiales de Construcción Los materiales de construcción serán del tipo indicado en la Tabla 1 Materiales de Construcción. El proveedor suministrará las placas de soporte y los sellos impermeables a colocarse en el contacto desnatador – pared del canal. d. Un desnatador se ubicará en la cámara de entrada y uno en cada canal del separador API. TABLA 1. Los motores constarán de interruptores de encendido–apagado y con sus correspondientes luces indicadoras. 2. Eslabones de Cadena del Removedor de Lodo Cojinetes de hierro y bronce maleable 5.CONTROLES 1.. El proveedor suministrará el desnatador de aceite con un mecanismo de cremallera y piñón para una fácil rotación manual del tubo desnatador. El proveedor suministrará interruptores de torque alto y alarmas para el limpiador de la rejilla de recolección y para los motores de los mecanismos combinados desnatadores de superficie y removedor de lodos.VERTEDEROS DE COMPUERTA El proveedor suministrará vertederos de compuerta.DESNATADORES DE ACEITE 1. Accesorios de las Paletas Acero con recubrimiento de zinc 8. La alarma de torque alto se ubicará en el tablero de control local y dispondrá de un terminal de derivación para conexión de una alarma ubicada en el tablero de control principal. ajustables manualmente. ajustables manualmente. Diseño de Piscinas API 7 f. para el separador API a fin de controlar el caudal afluente al separador. El proveedor suministrará tres desnatadores de aceite del tipo de tu bo ranurado. 3. e.. 5. Los controles eléctricos se ubicarán en el tablero de control local. Diseño de Piscinas API 6 c. y/o aislar los canales para limpieza y mantenimiento independientemente. Acero Estructural ASTM A36 . 3. Paletas Recolectoras Madera de mangle 7. a través de las paredes del canal.sección curva del mortero de la parte más baja de la vuelta de los ejes y evitar los sedimentos. Cadena Motora Acero tratado en caliente 3. los pernos y las empacaduras. Pasadores de Cadena del Removedor de Lodo Acero tratado en caliente 6. y deberán interconectarse para formar una descarga común hacia la tanquilla de recolección. En caso de proveedores que utilicen usualmente materiales de construcción distintos a los indicados. Barredoras de Caucho Bronce de Uretano 9.. así como las abrazaderas de montaje. 2. Carrileras Acero 10. ubicados en el tablero de control local. Est e tablero deberá ser del tipo NEMA Clase 4 para instalación a la intemperie. Piñones Acero tratado en caliente 2. 4.. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN 1. Los desnatadores de tubo ranurado serán diseñados para permitir el paso del líquido captado. deberán ofrecerlos como alternativa. Ejes Acero laminado en frío 4. Ultima Edición. Aceitera y Eje de Tornillo sin fin Acero 17. “Ruido”..11.. 6.API Publicación 931.A.. presentado en el Primer Congreso Petrolero Brasileño.. Manual sobre la Disposición de Desechos de Refin ería. “Predicción de Calor Radiante del Mechurrio”. Aceitera y Engranaje de Tornillo sin fin Hierro fundido 16. Rolineras de Pared Hierro fundido 14.B. Rio de J aneiro. R.C. Malla Acero inoxidable 20. T. 1978). c. 1 VI.. Ultima Edición. Capítulo 15. DESIGN AND OPERATIONS OF OIL/WATER SEPARATORS. W. DISEÑO DE TEAS QUEMADOS (MECHURRIO) 6. Manual sobre la Disposición de Desechos de Refin ería. y Sommer.. Guía para Sistemas de Alivio de Presión y Despresurización . “Factores Ambientales Versus Aplicacion de Mechurrio”. d. Guardacadenas Acero galvanizado Diseño de Piscinas API 8 APENDICE. CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS. y Keller. PETROLEUM ENGINEER (Agosto. y Grimaldi.. Carlos A. presentado en una sesión de API sobre Sistemas de Alivio de Presión (Mayo 17.G.Vanderlinde.2. A. 209–212 (Noviembre 1970).ALCANCE Esta Guía de Ingeniería contiene los criterios para la selección del mechur rio y métodos para calcular el tamaño básico del equipo del mechurrio..OBSERVACIONES .DISEÑO DE SEPARADORES API SEGÚN MANUAL ON DISPOSAL OF REFINERY WASTES API. Capítulo 17.PUBLICATION 421.Bleakley. e..DISEÑO DE FOSAS DE DRENAJE. Pre–impresión número 64–73. III. Hierro Fundido ASTM A48 12. E. Ultima Edición.Straitz. Brazil (Noviembre 5–10. “Mechurrios Costafuera: Ingenie ría y Seguridad”. B.. M. “El Mechurrio de BP Gana Aceptación”. L.. Volumen sobre Emisiones Atmosféricas.API Publicación 931.. “Una Mirada Crítica al API RP 521”. g.. Volumen sobre Emisiones Atmosféricas.. J r. Registros de la Malla Acero inoxidable 21. Desnatador de Aceite ASTM A106 13. J ohn F... Piso de Plataforma Hierro fundido 19.Schwartz. 41–44 (Septiembre 1977). Irving.. 1978).3.Brzustowski.. “Mechurrios”. b. f. 1973). HYDROCARBON Diseño de Teas Quemados (Mechurrio) 2 6..1. “Mechurrios sin humo”.API RP 521.Volantes Aluminio 18.REFERENCIAS Las siguientes publicaciones se dan como referencias o son de interés general: a.Heitner.. Sellos Neopreno 15. h. LABORATORIO DE COMPUTACION.. HYDROCARBON PROCESSING. i... c.12. tanques separadores.. sistemas de ign ición. monóxido de carbono y/o metano) o cuando no haya el requerimiento de que la quema sea fumífuga. sellos. considerando la situación. 1.. se recomienda consultar con el Proveedor acerca del uso de un aro de retención de llama. También hay una discusión extensa sobre los cálculos de la radiación del mechurrio. sólo pueden usarse cuando los gases que se queman no habrán de emanar humo (gases tales como amoniaco. para–llamas..1 Trabajo Incluido.Boquillas con humo o de servicio. su uso puede aumentar los problemas de mantenimiento. 2 Trabajo No Incluido. d. y sistemas de soportes. capaces de permanecer encendidos y de ser encendidos durante condiciones de viento huracanado y lluvia. no tienen facilidades para inyectar un fluido en los gases encendidos a fin de controlar el humo.es decir. sistemas de control. 2. b. sección a). Sin embargo. d. así como el procedimiento para calcular el ruido. El número de pilotos requeridos aumenta según aumenta el diámetro de la boquilla.. Inyección de vapor. Inyección de gas de alta presión. la toma generalmente el cliente. Esto debe tomarse en Diseño de Teas Quemados (Mechurrio) 3 consideración al calcular el número de Mach y/o el diámetro de boquilla requerido (ver punto 6. Los tipos de boquilla disponibles son como sigue: 1.. Esta Guía de Ingeniería no discute válvulas de aliv io y/o seguridad o tamaño del cabezal del mechurrio 6. Esta Guía de Ingeniería discute la selección de mechurr ios y dimensionamiento de las boquillas. las boquillas no fumífugas pueden estar equipadas también con: .Además de las características típicas discutidas anteriormente (sección b del punto 6. sulfuro de hidrógeno. el producto a ser quemado.SELECCION DE LA BOQUILLA DEL MECHURRIO a. b. Los pilotos deben ser de un diseño probado.. Este aro se extiende dentro del lado interno de la boquilla. por lo tanto. Las boquillas varían en tamaño desde una pulgada de diámetro hasta cerca de nueve pies de diámetro. Ayuda de aire de baja presión. estos pilotos deben estar constantemente encendidos. Este es un aro perforado o ranurado diseñado especialmente. 2.La boquilla del mechurrio se usa para manejar con seguridad. ya que en algunas aplicaciones. el exceso de gases de desecho por medio de la combustión. evitando que la llama se levante. La mayoría de las boquillas ahora en servicio son no–fumífugas.Boquillas sin humo (fumífuga) que usan uno de los métodos siguientes: a.Cada uno de los tipos de boquilla nombrados arriba tiene varias característica s que son típicas.Cada boquilla tendrá instalado por lo menos un piloto. c. etc. esto asegurará la ignición de los gases que se van a quemar.La decisión acerca de si el mechurrio debe ser sin humo (por lo menos para alguna porción de la tasa de flujo) o no–fumífugo del todo. las regulaciones ambientales..Cada boquilla estará provista de un aro de retención de llama. y por lo tanto forma el diámetro mínimo de la boquilla.4). Siempre que el mechurrio esté en operación.. soldado al extremo de salida de la boquilla. Inyección de agua.4.. y crea un área de baja presión alrededor de la periferia de la boquilla que “sostiene” la llama dentro de la boquilla. puede hacerse basándose en las condiciones . 1.. e. o los hidrocarburos saturados de mayor peso molecular con la formación de carbón libre (humo).12.1. 4.La inyección de vapor a alta presión provee turbulencia y promueve l a mezcla..Como se indica en la sección a punto 64. 3. menor nivel de ruido... el costo también aumenta. Este forro refractario es para proteger la por ción superior del casco de acero inoxidable de la boquilla. puede ser de 272000 kg/hr (600.Se prefiere el vapor saturado. la capacidad de diseño total de un sistema de mechurrio de una refinería . es el método más comúnmente usado en la prevención del humo. Los tamaño s deboquilla más pequeños (hasta 6 pulgadas). un aro de retención de llama.. El mechurrio hará humo con cualquier tasa de flujo en exceso de 34000 kg/hr (75.La cantidad de vapor que debe inyectarse a fin de prevenir el h umo varía con la composición de los gases a quemar. etc.Un forro refractario interno. Generalmente.La boquilla fumífuga con inyección de vapor estará equipada con piloto(s). un distribuidor de vapor y un forro refractario interno opcional.. Este requerimien to fumífugo puede ser sólo para una porción de la tasa total de flujo.. Por ejemplo. porque el uso de vapor sobrecalent ado conlleva a un nivel de ruido más alto. 8. evitando así que la alta t emperatura fraccione los hidrocarburos no saturados.000 libras/hora).El vapor (H2O) sirve como un catalizador para promover la completación de las reacciones de combustión. 7. No se requiere un parabrisa porque el equipo de inyección de vapor provee protección adecuada contra el viento. creada en el lado a favor del viento.Inyección de Vapor de Agua La inyección de vapor de agua a alta presión. lo que mejora la combustión. Tal forro refractario se incluye generalmente sólo con los tamaños de boquilla más grandes (por encima de 24 pulgadas).Un parabrisa. ya que el diámetro pequeño elimina esencialmente la zona de baja presión..000 libras/hora).Hay muchos modelos diferentes de boquillas fumífugas con inyección de vapor disponibles en el mercado..El vapor sirve para absorber el calor. 2. 5. típicamente 7 Barias (100 psig). para un proyecto en particular. según crece el grado de sofisticación.. chorros de vapor.La inyección de vapor inspira aire dentro de la zona de combustión. Sírvase referirse a la tabla en el punto 6. pero la capacidad de diseño fumífugo puede ser sólo de 34000 kg/hr (75. mayor capacidad fumífuga. en los gases a quemar. La selección de la mejor boquilla... en la zona de baja presión.. 6. esto es. sección c para mayores detalles. El parabrisa es para minimizar la adhesión de la lla ma a la boquilla. La inyección de vapor tiene cuatro efectos principales sobre el mecanismo de combustión. de daño s debidos al calor interno y provee una vida de servicio más larga. Diseño de Teas Quemados (Mechurrio) 4 f. 2.000 libras/hora). hay varios tipos diferen tes de boquillas disponibles si se requiere operación sin humo. puede que no requieran de un parabrisa. En los siguientes párrafos se describen los métodos para la operación de mechurrios fumífugos. a un valor relativamente bajo.El aire a alta presión sería el gas más efectivo para inyectar. promueve la mezcla e inspira aire dentro de la zona de combustión. hay varias desventajas para el uso de agua.La inyección de agua dentro de los gases a quemar también puede ser efectiva en el control del humo. 5... b..La boquilla con inyección de agua estará equipada con piloto(s).... Diseño de Teas Quemados (Mechurrio) 6 7. del punto 6.Este tipo de boquilla – que usa gas natural o gas combustible – pu ede también usarse para quemar un gas de desecho que no tenga suficiente valor calorífico para sostener la combustión por sí mismo. para determinar la cantidad de gas a alta presión que debe inyectarse a fin de prevenir el humo. Como las gotas de agua son retenidas en las llamas sólo por una fracción de segundo. y opcional un forro refractario interno y un parabrisa. pero no hay disponible una información de diseño confiable. un aro de retención de llama.12.. g. Esto tiende a limitar la capacidad fumífuga máxima de la boquilla con inyección de agua. h. tales como gas natural y gas combustible a alta presión .Sírvase referirse a la sección d. 3. surtidores de gas. pero también son caros. punto 6.. Con cualquier viento es difícil mantener la llama dentro del área rociada por las boquillas de agua. Un valor calorífico bajo mínimo (VCM).Inyección de Gas a Alta Presión 1. c. El problema potencial de congelamiento limita esencialmente la aplicación a los lugares donde no ocurrirán temperaturas congelantes. es difícil vaporizar el agua por completo y evitar el problema de la caída de agua o “lluvia”. pero tie ne la desventaja de ser caro.Los gases.12. 3.Otros gases tales como nitrógeno y dióxido de carbono se están investigando y probando. Los mismos cuatro renglones descritos bajo inyección de vapor son también aplicables a la inyección de agua.Sírvase referirse a la sección e. d. La inyección de gas a alta presión provee turbulencia. sin embargo. 2. 2... Diseño de Teas Quemados (Mechurrio) 5 a. han tenido éxito al inyectarlos en gases encendidos para controlar el humo. un aro de retención de llama. Pero puede ser aplicada sólo para que ma en tierra. .La inyección de gas a alta presión en los gases quemados puede también usarse para controlar el humo.Inyección de Agua 1. para definir la cantidad de agua que debe inyectarse a fin de evitar el humo. 6. todo lo cual mejora la combustión. un distribuidor de agua..especificadas y los requerimientos de ese proyecto. 4. boquillas de rocío de agua. A bajas tasas de flujo de gas a quemar puede ser difícil inyectar suficiente agua para controlar el humo sin extinguir la llama.La boquilla con inyección de gas a alta presión estará equipada con piloto(s). aceptado normalmente como el requerido para sostener combustión autógena es 1330 kcal/m3 (150 Btu/pcn).. un distribuidor de gas y tal vez un forro refractario interno. . Los gases que se queman y aire a baja presión. El soplador se accionará con un motor de dos velocidades. Usando el efecto Coanda. Diseño de Teas Quemados (Mechurrio) 7 2.12 (f)). pero solamente de 4 a 1.Los pilotos se colocan en una posición tal que enciendan el gas d ..Inyección de Aire a Baja Presión 1. cuando el flujo de gas de quema alcance cierta tasa.. refinerías y otras instalaciones de procesamiento.Este tipo de mechurrio fue diseñado inicialmente para venteos de tanq ues pequeños e instalaciones de carga.. La comparación económica entre el mechurrio ayudado por aire y un mechurrio con inyección de vapor está entre el caballaje del soplador y la capacidad de reserva de vapor. 3.. este tipo de boquilla que mará sin humo un gas a baja presión (tal como vapores de tanques) usando u nas tres veces el gas de alta presión (tal como el de los separadores de gas– petróleo). está mucho más sujeta a daño s por alta temperatura resultando una corta vida útil.Debido a que la ignición de los gases ocurre como a mitad de camino hacia el exterior de la boquilla. 4. 4. venteos de tubería..Como el gas a alta presión se extiende completamente alrededor de la periferia de la boquilla. puede usarse en el cabezal del mechurrio para disparar el motor a una velocidad alta.Hay un tipo adicional de boquilla que no encaja en ninguna de l as categorías mencionadas arriba. Esta boquilla es buena. formando una película fina de gas a alta pre sión para mantener fría la envoltura. fluyen coaxialmente hacia la boquilla donde se mezclan a medida que son encendidos. pero no ha sido desarrollada suficientemente para una aplicación comercial confiable. Algunas de las desventajas incluyen: 1.Una innovación reciente en el diseño de mechurrios ha sido el desarrollo del mechurrio ayudado por aire. Con un orificio variable la variación de flujo es mejorada. la velocidad más baja del motor será suficient e para proveer operación fumífuga con un ahorro de energía significativo.El aire a lador (generalmente un requerimientos del aire estequiométrico) con los gases una operación sin humo (vea 6. Bajo condiciones de bajo flujo..Un rango de variación de flujo limitado. 3. No se requiere forro refractario interno ni parabrisa. baja presión (a unas pulgadas de agua) viene de un sop soplador axial) montado en el fondo o al lado de la chimenea.El mechurrio ayudado por aire comprenderá el(los) piloto(s) y una b oquilla diseñada especialmente..i.. j. la variación de flujo es de 2 a 1.. La mezcla excelente de este aire primario (sólo una fracción de los encendidos provee 2. Con un orificio fijo. Su uso ha sido extendido ahora a plantas de gas. Un conmutador de presión o flujo. el taponamiento del orificio y pérdida subsiguiente de la película de gas causa una disminución importante en la vida útil de la boquilla. b. el reemplaz o. se usa un sistema de control. utilizando un instrumento de medición de flujo en el cabezal del gas. la quema de gas a baja presión debe hacerse sin un suministro grande de gas a alta presión.. La mayor desventaja de este sistema es que los sensores están expuestos a la llama. . Este aire exterior no será impelido a través de un sello líquido. se necesita un gran volumen adicio nal de gas de purga por un corto período de tiempo. entonces la válvula de control se abre admitiendo gas de purga adicional dentro del cabezal..La operación apropiada de tal boquilla. requiere un suministro conti nuo de gas a alta presión para quemar el gas a baja presión sin humo. En esa posición. gas o aire). usando una cámara de TV.5. Este sistema es el mejor disponible actualmente.Puede presentarse una situación en la cual haya habido una liberación de gas a alta temperatura (mayor de 92_ C ó 200_ F). es imposible que los pilotos enciendan el gas de baja presión. 2. por lo tanto. pero si sería impelido a través de un sello molecular o un sello tipo velocidad.Supervisión de la llama usando sensores de temperatura alrededor de la boquilla.SISTEMAS DE CONTROL DEL MECHURRIO a.Supervisión de la llama usando un sensor óptico remoto para medir la radiación y controlar el supresor de humo. 3.. lo cual causaría una reducción de volumen del gas del cabezal. aunado a condiciones de baja temperatura ambiente (o tal vez sólo un aguacero).. agua.Sistemas de Control para Operación Fumífuga – Algunos de los métodos utilizados para controlar la inyección de un supresor de humo (tales co mo vapor.Sistema de relación de supresor de humo a gas de quema. p ero no puede compensar por los cambios en composición. conectado a una válvula de control en una línea de suministro de gas de purga. Aquí.. 1. Otra desventaja es que el instrumento de flujo se tapa fácilmente.. 6. En muchas instalaciones de producción. el mantenimiento y ajuste pueden hacerse fácilmente durante la operación de quema. el sensor es externo al sistema. se describen a continuación.Para evitar que el aire entre al sistema. Diseño de Teas Quemados (Mechurrio) 8 5. 4... Estos sensores miden la radiación y ajustan automáticamente la cantidad desupresor de humo requerida. Si existe en el cabezal una alta temperatura y baja presión. con corrección po r ajuste de una válvula manual.. con corrección por una válvula de control neumática.. por lo tanto. 5.Observación del mechurrio desde el cuarto de control.e alta presión.Observación visual del mechurrio por los operadores. ajuste o mantenimiento no puede hacerse mientras están en operación. Típicamente. Este sistema ajusta el flujo del supresor de humo con los cambios en la tasa de gas. c. Este encogimiento hala el air e exterior dentro de la chimenea. consistente de un sensor de temperatura (para detectar la temperatura alta del gas) y un sensor de presión (para detectar la baja presión del cabezal). f.En este tablero.. para distancias mayores de 610 m (2. Este sistema puede ser expandido para proveer iniciación automática del ciclo de ignición o re–encender el piloto que se haya apagado.. debido a niveles más altos de radiación y al peligro de arrast re de líquidos. Debe haber una línea de ignición separada para cada piloto. soplador o botellas de aire comprimido no es deseable. tales como el uso de rotámetros en el aire comprimido y gas combustible. pueden ser montados sobre los pilotos y pueden esta r conectados a interruptores de temperatura montados sobre el tablero de ignición. y hay criterios de diseño especial y limitacione . Diseño de Teas Quemados (Mechurrio) 9 Los controles de los pilotos y el encendedor deben estar situados a una distancia del mechurrio. el Proveedor del equipo deberá ser consultado por cualesquiera consideraciones especiales de diseño que deban ser incluidas. 220V. d. c. sin embargo..Como el tablero de ignición se utiliza sólo cuando deben encenderse los pilotos. h.La situación del tablero de ignición es extremadamente flexible. donde la intensidad térmica máxima no exceda 2700 kcal/m2–hr (1000 BTU/Hr–Pie2).. acero inoxidable y no debe haber cambio de tamaño a lo largo de la línea... la demanda de servicios es pequeña. a fin de proveer control del piloto y alarma en caso de pérdi da de la llama del piloto.. y el más confiable. b.. ó 440V) a ser provistos a un tablero de ignición.La tubería de ignición desde el tablero hasta el piloto del mechurrio debe ser d e 1 pulgada. Debe proveerse una válvula de drenaje en el punto más bajo de cada línea de ignición para remover condensado.6.Hay en el mercado sistemas de ignición que usan cristales piezoeléctricos para generar el voltaje o sistemas energizados por batería. g.6. el aire y el gas se mezclan y la mezcla se e nciende por una chispa para generar una bola de fuego o “frente de llama” que viaja a través de la tubería de ignición hasta el piloto.Los termopares (tipo K). e.El sistema de ignición para el piloto del mechurrio más comúnmente utilizado.Hay sistemas de ignición por aspiración de aire para casos donde el aire comprimido no es conveniente y el uso de un compresor de aire portátil . ya que va rios proveedores han demostrado la capacidad de encender el piloto con un sistema de ignición situado a una milla de distancia.000 pies). No se recomienda situar el tablero de ignición en la base de la chimenea. Baria (15 psig) de gas combustible y electricidad (110V. SELECCION DEL SISTEMA DE IGNICION a. schedule 80. Este tipo de sistema es un desarrollo reciente. requiere 1 Baria (15 psig) de aire comprimido. para cubrir casos de fallas eléctricas. l. el consumo de servicios ha caido a 5. Este consumo de servicios se requiere sólo durante la ignición de los pilotos y no es una demanda continua. tipo molecular. para una chimenea del mechurrio a fin de reducir la cantidad de gas de purga requerida. que se usa para prevenir la infiltración de aire atmosférico.7. aún cuando ha habido casos en los cuales el sello estaba situado cerca del nivel del suelo. Generalmente. es disminuir significativament e el volumen de gas de purga. el sello está situado justo debajo de la boquilla del mechurrio.El propósito del sello tipo molecular. SELECCION DEL SELLO PARA EL MECHURRIO En la figura 2. y tan bajo como 2.El consumo de servicios para el tablero de ignición es típicamente 4 2. confiable y con un respaldo independiente. k. Debido al interés por conservar energía en los últimos año s. tales como el uso de una pistola de señales luminosas.Se han utilizado muchos otros métodos para encender mechurrios. pero el uso de los demás métodos no está recomendado. pero hay sellos moleculares horizontales disponibles para fosas de quema y otras aplicaciones.s que deben ser considerados. 2. Generalmente.El consumo de servicios para un diseño de piloto es 10 m3/h (350 pcnh) de gas natural por piloto. i.. 6.84 m3/h (100 pcnh) de gas natural por piloto especial.. Puede haber situaciones (tales como un mechurrio sumergido costa fuera) donde la pistola de señales luminosas puede ser la mejor alternativa. durante . y el uso de flechas encendidas.5 m3/h (1500 pcnh) de aire comprimido y 4.-. de modo que es importante especificar el gas que se usará para el gas del piloto y para el gas de ignición.. el uso de un arreglo de cable y polea con un paño engrasado ardiendo..67 m3/h (200 pcnh) de gas natural por piloto estándar y 2. se muestran diferentes tipos de sellos. hay un juego estándar de orificios p ara usar con el gas natural y un juego estándar de orificios para el prop ano.El transformador de ignición consume 2–1/2 amperios durante el ciclo de ignición...25 m3/h (150 pcnh) de gas natural (o el Diseño de Teas Quemados (Mechurrio) 10 equivalente en poder calorífico de algún otro gas combustible tal como 1. m. Es m uy importante que el suministro de gas combustible a los pilotos y encendedores sea limpio.La mayoría de los Fabricantes de mechurrios pueden ofrecer un sello de gas... a. 84 m3/h (65 pcnh) de propano).SELLOS MOLECULARES 1. El consumo de servicios de gas del piloto es una demanda continua. en el sistema de quema a través de la boquilla.55 m3/h (ó 90 pcnh) de propano.Hay orificios de flujo en la tubería de aire y gas del sistema de ignición y en el mezclador del piloto. a 1 Baria (15 psig). j. La may oría de los sellos están instalados verticalmente. .9(a)) no contendrá un retroceso de llama de estos gases. es menos costoso.SELLO LÍQUIDO 1. es tres a cinco veces mayor que el requerido por el sello molecular.El sello molecular cambia la dirección de los gases de purga y qu ema. También. Para algunos gases como acetileno.. Este método se usaría en un sistema de quema en tierra–mechurrio elevado y en un sistema de recuperación de vapores. a fin de evitar restricciones de flujo. la carga estructural sobre la chimenea del mechurrio es menor. óxido de etileno e hidrógeno. en la mayoría de los casos. a través de dos codos de 180¡ . b. Para evitar que los gases al mechurrio vayan en una dirección (hasta la profundidad de sello) y luego en otra dirección. con un volumen importante de gas de purga. Un parallamas normal tipo rejilla (discutido en 6. aún Diseño de Teas Quemados (Mechurrio) 11 cuando exista interrupción o pérdida de flujo del gas de purga. El diseño de las partes internas del sello líquido es extremadamente importante en esta aplicación. de modo que la chimenea es mucho menos costosa. que un sello molecular para el mismo servicio y a menudo es fabricado como parte integral de la boquilla. el sello molecular es capaz de proveer protección continua durante un período de tiempo. la efectividad del sello de velocidad se pierde inmediatamente. el volumen de gas de purga que requiere el sello de velocidad para mantener a la chimenea libre de aire atmosférico. Para asegurar que el cabezal del mechurrio tenga una presión positiva. Este aire podría entonces mezclarse con los gases que se van a quemar y crear una mezcla explosiva. como es más pequeño. Como el sello de velocidad es más pequeño que el sello molecular. El tiemp o que el sello permanezca efectivo depende de las condiciones atmosféricas.Los sellos líquidos se usan por diferentes razones: a. el costo de este gas de purga es prohibitivo. Debid o al volumen de los gases contenidos dentro del sello.condiciones de flujo bajo. c.. d. En el sistema de quema del tipo tierra–mechurrio elevado. Sin embargo.SELLOS DE VELOCIDAD La alternativa para el sello de gas tipo molecular es el sello de velocidad o ti po Venturi. de modo que si hay una fuga o una abertura. de modo que debe hacerse una comparación económica. pero. 4. c. También.. para crear un sello usando el diferencial de densidad entre la mezcla de gas de purgagas de quema y el aire. el gas se escapará hacia afuera en lugar de que el aire sea traído dentro del cabezal. El mismo efecto puede lograrse purgando el sistema de quema.. El sello de velocidad es mucho más pequeño. Es debido a estas inversiones de flujo que el sello molecular es típicamente mayor en diámetro que la chimenea.El sello molecular es efectivo aún cuando se use gas de purga con un peso molecular tan cercano al aire como el del nitrógeno. debido a que el gas debe burbujear a través del líquido en burbujas discretas a fin de que el líquido detenga cualquier retroceso de llama. al haber interrupción del gas de purga. un sello líquido es la única forma segura de evitar el retroceso de la llama. un sello líquido será usado para dirigir los primeros gases al quemador en tierra . El propósito del sello es el mismo – evitar que el aire atmosférico entre a la chimenea del mechurrio. 3. b. Para proveer protección positiva contra retroceso de la llama. 6. la contrapresión en el sello líquido igualaría la profundidad del sello y el gas podría comenzar Diseño de Teas Quemados (Mechurrio) 12 a fluir a través del sello líquido hasta el mechurrio elevado así como continuar fluyendo hacia el quemador en tierra. tipo rejilla no es suficiente. la contrapresión en el sello líquido igualaría la profundidad del sello y el gas comenzaría a fluir a través del sello líquido hacia el mechurrio elevado. este parallamas. . para algunos gases tales como acetileno.. 6. En ese momento.Los parallamas se utilizan para detener el retroceso de la llama.7 (c).. el para–llamas debe ser instalado corriente abajo del tanque separador a fin de minimizar el líquido que fluye a través del parallamas. 2.Un sello líquido usado en un mechurrio elevado es normalmente la sección inferior o base de la chimenea. debidamente diseñado. el sello líquido se usaría para dirigirlos gases a quemar a un compresor hasta alcanzar la capacidad del compresor. (normalmente agua). Un paralla mas estándar tipo rejilla puede usarse para mezclas de la mayoría de los gases con aire u oxígeno. el sello líquido puede ser un recipiente individual separado. Diseño de Teas Quemados (Mechurrio) 13 b. Debe usa rse un sello líquido..PARALLAMAS a. Esto no pone en peligro la seguridad del sistema. debe hacerse todo esfuerzo para mantener el flujo de gas a través del parallamas tan seco y limpio como sea posible. El propósito del tanque es remover los líquidos d e los gases que se van a quemar..Debe darse consideraciones especiales a las posibles temperaturas b ajas que podría alcanzar el gas a quemar. Por esta razón su instalación es obligatoria. A menudo se diseña un tanque separador en combinación con el sello líquido. el agua en el sello será ba rrida con el gas. es que está sujeto a taponamiento debido a los muchos pequeños pasajes que posee.9. e. como se discute en la sección 6. en el sello se congele. En ese momento. óxido de etileno e hidrógeno..hasta alcanzar su capacidad. El tanque debe tener una entrada tangencial y suficientes partes internas para a segurar la remoción requerida de los líquidos. y el sistema de control de nivel no será capaz de manten er el nivel de líquido necesario.Un sello líquido sólo puede mantenerse con bajas tasas de flujo de gas. Para uso en otros sistemas o aplicaciones..8. (el tanque en el fondo y el sello líquido directamente encima de él).TANQUES SEPARADORES DE LIQUIDOS Es muy común incluir un tanque separador en la base o sección inferior de la chimenea del mechurrio. Por ejemplo. por lo tanto. a fin de prevenir que el líquido. 4. Con tasas de gas de quema de normal a alta. sin embargo.Otra desventaja del parallamas tipo rejilla. así como continuaría fluyendo hacia el compresor. En el sistema de recuperación de vapores. 3. debido a que a tales tasas de gas la velocidad en el cabezal sería m ucho mayor que la velocidad de retroceso de la llama.. Este sistema está formado por componentes de equipos tal como se discute en las secciones anteriores. entonces serían necesarias unidades múltiples.. octagonales. La forma del casco es variable: algunos son redondos.(c ) . la selección del equipo depende de los requerimientos de cada proyecto. es 45. a fin de obtener una quema fumífuga.SISTEMA DE QUEMADOR TIPO BUJÍA Este tipo de sistema es muy similar al sistema descrito arriba.. 6.Una caja de roca o caja de grava no es un tipo de parallamas recomendado. El primer sistema. sino que aprovecha la presión del gas que se está quemando y provee una operación totalmente fumífuga. . 2. a bajo nivel.. excep to que el quemador de bujía. de modo que no hay signos visibles de ignición. c. También los mecheros (tubos) son generalmente mayores en diámetro que los mecheros especiales de mechurrio (ver 12. el sistema de m echurrio elevado. A menudo para controlar el humo se usa vapor. sin embargo.10. Hay sistemas en operación donde la capacidad fumífuga total es mayor de un millón de libras por hora. Muchos quemadores pequeños se usan para distribuir el gas alrededor de la unidad. cuadrados. 2. es un sistema de mechurrio elevado. sencillo. no se usa forro interno en materia l refractario. es el más costoso para instalar y para mantener..El tipo más común de sistema de quema. para una discusión detallada de los cálculos de radiación. Un mechurrio en tierra así se usa frecuentemente junto con un sello líquido y mechurrio elevado como se discute en la sección 6. Una capacidad máxima razonable para una quema en tierra de este tipo. en lugar de las consideraciones de radiación.. 3.La altura del mechurrio depende generalmente de un nivel de intensidad de radiación especificado o recomendado. Puede haber situaciones... ya que el número de mecheros en operación es proporcional a la tasa de flujo. sino que las boquillas salen de cabezales cerca del suelo .SISTEMAS DE QUEMA a. típicamente utiliza tubos como mecheros y no los mecheros especiales usados en el sistema mencionado arriba. rectangulares.c.SISTEMAS DE QUEMA EN TIERRA 1.SISTEMAS DE MECHURRIO ELEVADO 1. se Diseño de Teas Quemados (Mechurrio) 14 utilizan muchos mecheros pequeños.7. De nuevo. Refiérase a la sección 15.Hay otro tipo de quemador en tierra..000 libras/ hora). Con este tipo de sistema. para los dos tipos de sistemas de quema en tierra es infinita. La disminución de flujo.El término “mechurrio en tierra” se usa para referirse a varios tipos diferentes de sistemas. Refiérase a la Guía de Ingeniería específica para una discusión detallada de los cálculos de dispersión. La presión del gas en el mechero del mechurrio debe ser 0. de modo que la llama tenga un perfil bajo... este sistema es el menos costoso de los tres sistemas de quema discutidos. determina la altura requerida de la chimenea.7). donde una concentración especificada de algunos componentes a nivel del suelo.Un tipo de sistema de quema en tierra. b. la llama está completamente encerrada dentro de un casco de acero inoxidable forrado con material refractario. etc.400 kg/hr (100. Ambos factores contribuyen a que el sistema tipo bujía no sea un sistema fumífugo. según sea necesario. que no requi ere vapor para controlar el humo. es uno en el cual. Si existe el requerimiento de una quema no–visible en exceso de esa capacidad. actualmente en uso.3–1 Baria (5–15 psig). e. Este mechurrio para prueba de pozo generalmente usa aire o gas para atomizar el líquido.. de modo que si hay cualquier cantidad de líquido. a fin de mejorar la combustión y un múltiple para rociar agua de mar a fin de formar un escudo contra la radiación. Otro problema relacionado con el sistema de cabezal sumergido es que las líneas de ignición también están sumergidas y sujetas a condensación. La longitud final del cabezal y la boquilla del mechurrio puede ser vertical o esquinada. es un mechurrio para prueba de pozo. o que ocurra cualquier otra situación en la cual el g as podría ser venteado. Hay un número de contingencias que deben considerarse antes de tomar tal decisión: 1. b.No debe haber venteo continuado de gases. llenando los requerimientos de seguridad por radiación. El cabezal puede estar soportado por encima del agua sobre un soporte en puente o puede ser un cabezal sumergido. Una ventaja más de pueden compartir un piloto común. la longitud de la viga y mechurrio estará determinada por los cálculos de radiación.d. por lo tanto. 3. que una válvula de venteo sea abierta inadvertidamente. aún cuando no está planificado el venteo continuo de gas y la única descarga de gas planificada sea por condiciones de emergencia o paro. sea físicamente máxima de servicio. este mechurrio se usa normalmente para disponer del petróleo crudo durante las pruebas de pozo. Diseño de Teas Quemados (Mechurrio) 15 2. la ignición de los pilotos no es confiable. 1. Un mechurrio montado sobre un soporte separado de la plataforma..Otro equipo común de quema en una Las boquillas deben colocarse posible para obtener vida ésto es que las dos boquillas plataforma.. con un tanque separador en la base para evitar el paso de líquidos... Una chimenea montada verticalmente sobre la plataforma. el mismo no caiga sobre la plataforma.Hay varios tipos de sistemas de quema usados en plataformas costa fuera. Si dichos gases venteados se acumulan cerca de una . sin embargo. c.Es común tener separados los cabezales de alta y baja presión y las boquillas en las plataformas costafuera. es muy común que las válvulas de alivio no cierren herméticamente. la altura de la chimenea de venteo debe ser la misma que se requeriría para un mechurrio. y con la altura total del mechurrio basada en las consideraciones de radiación.SISTEMAS DE VENTEO DE PLATAFORMAS COSTAFUERA Algunas veces se usa un sistema de venteo como una alternativa para el sistema de quema en las plataformas costafuera.. incluyendo: a.Como siempre existe la posibilidad de que el venteo se encienda por un rayo.La altura de una chimenea de venteo debe ser verificada usando l os procedimientos descritos en la guía para cálculos de dispersión. una de otra como. Como su nombre lo sugiere. descarga estática o de alguna otra forma. 2..Sistemas de Quema en Plataforma (Costafuera). Este condensado debe sacarse del cabezal para evitar restricciones al flujo de gas hacia el mechurrio. tan juntas. Un mechurrio montado sobre una viga a un ángulo fuera de la plataforma.. también puede usarse para quemar condensados de hidrocarburos. 3. Un problema con el sistema de cabezal sumergido es que puede haber acumulación de condensado. 3. El sistema de auto–soporte también tiene un límite de altura práctica de unos 76. donde los hidrocarburos líquidos y/o gases pueden ser desechados con seguridad. y el extremo de la boquilla debe estar a ras con el borde interno de este muro.. El mechurrio ayudado por aire a baja presión es el segundo e n popularidad. 2.SISTEMAS DE SOPORTE PARA LA BOQUILLA DEL MECHURRIO a.Con el sistema soportado por vientos de alambre y con el sistema soportado por torre.. 6. y soporte por torre.El sistema de auto–soporte sólo requiere el área de suelo necesario para la base.SISTEMAS DE QUEMA EN FOSA 1. situados a una distancia segura de las instalaciones de la planta.. para los puntos de anclaje de los vientos.. y se requiere también una gran cantidad de mano de obra para erigir la torre. en lugar de estos existe un miembro estructural o estructura de soporte de torre fabricada con tubos.DIMENSIONAMIENTO DE LA BOQUILLA DEL MECHURRIO a. 3..2 m (250 pies) (se han suministrado chimeneas soportadas por vientos de alambre de hasta 168 m ó 550 pies).fuente de ignición.11.El sistema de soporte por vientos de alambre es el menos costoso. sin embargo. 1.. de modo que el sistema de auto–soporte es más costoso. aún cuando sería fumífugo. doble el montante debido a diferencia s térmicas y genere más fuerza. de aquella para la cual fue diseñado el sistema de soporte... f... es necesario a menudo proveer una protección contra la lluvi a alrededor del montante del mechurrio.4. La boquilla usada. Debido a esta estructura. el resultado podría ser desastroso. b. siempre deben ser venteados en un sitio remoto o quemados.Las quemas en fosa son generalmente sistemas de quema baratos. sin embargo. no está diseñado para manejar líquidos. Diseño de Teas Quemados (Mechurrio) 17 6.Los gases con una densidad mayor que la del aire. 2.12. Sin embargo.El montante del mechurrio para el sistema soportado por torre es muy similar al montante del sistema soportado por vientos de alambre. Los sistemas de mechurrio soportados por t orre se han erigido hasta alturas de 125 m (420 pies). pero requiere un radio alrededor de la chimenea aproximadamente igual a la altura de la chimenea. y pronto se quemaría. el sistema de soporte por torre es también más costosa que el sistema soportado por vientos de alambre. a fin de evitar que un viento frío o la lluvia de un lado del montante.. 4. el dimensionamiento del diámetro de las boquillas de . Cualquier extensión de la boquilla dentro de la fosa estaría sujeta a llamas por debajo y alrededor de la boquilla. podría ser cualquiera de las cinco discutidas en la Sección Diseño de Teas Quemados (Mechurrio) 16 6. las secciones del soporte son más grandes que en el caso de soportado por vientos de alambre. auto–soporte... pero la más comúnmente usada es la boquilla tipo no–fumífuga o de servicio.Como una guía general.Generalmente no hay preocupación por prevención contra el humo.Hay tres métodos principales para soportar la boquilla de un mechur rio elevado: soporte por vientos de alambre.Generalmente se construye un muro de tierra para formar la fosa. manteniendo 0. 1. puede ser conveniente permitir una velocidad de hasta 0. Estas son condiciones especiales que deben consultarse al Proveedor y verificarse el procedimiento antes de proceder con tal diseño.625” y el diámetro externo de una boquilla de 20” es 20”. pero puede haber condiciones donde puede aceptarse y hasta preferirse una velocidad mayor (de hasta 0.5 cm) y debe tomarse en cuenta al calcular el número de Mach o tamaño del diámetro de la boquilla (ver 6. P = presión del gas justo dentro de la boquilla (corriente arriba del aro de . El aro de retención de llama se extiende dentro de la boquilla generalmente unas 1–3/4 pulgadas (4.0”. Diámetro Externo.El dimensionamiento de mechurrios ayudados por aire y de mecheros de quemadores en el suelo (excepto quemadores tipo bujía (ver 12.La relación entre el tamaño nominal de la boquilla y diámetro externo de la boquilla es como sigue: Tamaño Nominal de la Boquilla. en libras por hora (kilogramo/segundo).. y desde entonces ha habido desarrollos significativos en el equipo de quema.25”) y el diámetro interno del aro de retención de llama es 10.5” (la mayoría de las boquillas tienen un espesor de pared o plancha de 0.9 Mach). frecuencia y duración de esos flujos y de los criterios de diseño establecidos para el proyecto para estabilizar la qu ema.5 Mach para un flujo pico. aún cuando la caída de presión debe verificarse.. Por ejemplo.El número Mach puede calcularse de la siguiente ecuación: En unidades métricas esto se traduce: Donde: Mach no..La relación de flujo para estos tipos de boquillas es infinita. de corta duración. para una boquilla de 14” Diseño de Teas Quemados (Mechurrio) 18 el diámetro externo es de 14” y el diámetro interno es 13. Pulg.Las boquillas para disponer de sulfuro de hidrógeno o amoniaco deben usar números Mach de salida más bajos que los sugeridos arriba. b. 2.. 3. Caídas de presión tan altas como 2 psi (14 KPa) han sido usadas en la boquilla.servicios tales como inyección de vapor. b. a.7) deben ser hechos por los Proveedores. La s recomendaciones presentadas en API RP 521 fueron impresas en 1969. Pulg. < 12 Igual diámetro externo que el tubo de acero. La dimensión del aro de retención de llama debe ser restada del diámetro interno de la boquilla. el tiempo probable.4.. inyección de agua e inyección de gas pueden hacerse de acuerdo con las recomendaciones de API RP 521: “El diámetro de la chimenea del mechurrio se dimensiona generalmente sobre una base de velocidad. = relación de velocidad del gas a velocidad sónica en ese gas W = tasa de alivio del gas de quema. ya que los detalles de las boquillas son de su propiedad. infrecuente. Dependiendo de la relación de volumen del flujo de quema máximo concebible. Las guías anteriores sirven como una guía general. Por ejemplo.(b)). el diámetro externo de una boquilla de 8” es 8. c. > 12 Igual diámetro externo que el tamaño normal.2 Mach para las condiciones más normales y posiblemente más frecuentes”. El Proveedor debe ser consultado para una guía mejor. k = relación de calores específicos.1. Cp/Cv. M = peso molecular del gas.10 0. 2.1.40 0.45 Olefinas Etileno Propileno Buteno 0.Una relación muy general es que aproximadamente 1.0.40 .0.50 0..Los valores arriba mostrados son para proveer una guía general de la cantidad de vapor requerida.30 .70 0.0 ..30 0. Para valores de k.15 . debe consultarse al Proveedor y obtener una cantidad de vapor específica.25 0.80 .35 . en pies (metros) T = temperatura del gas justo dentro de la boquilla (corriente arriba del aro de retención de llama). d = diámetro interno del aro de retención de llama.90 1..2 1. en grados Rankine (Kelvin). Por ejemplo. una boquilla de 37 pulgadas puede inyectar unas 37. en psia (kilopascales absolutos). d.0.60 .000 libras por hora de vapor puede ser provista por cada pulgada de diámetro de la boquilla.0.1 . refiérase a la siguiente tabla: Diseño de Teas Quemados (Mechurrio) 19 Diseño de Teas Quemados (Mechurrio) 20 c.000 libras por hora de vapor.60 . para el gas que está siendo quemado..0.0.La cantidad de vapor que debe inyectarse dentro de los gases que se están quemando a fin de promover una quema fumífuga puede determinarse de la tabla siguiente: Vapor Requerido Gases a Quemar (Libras de vapor por libras de gas) Parafinas Etano Propano Butano Pentano-Plus 0. Para un diseño detallado.70 Diolefinas Propadieno Butadieno Pentadieno 0.retención de llama).Una guía general para la cantidad de agua que debe inyectarse dentro de los .0.0.50 . Los mecheros del quemador deben extenderse 2.. por ejemplo. 7.6). 4 pulgadas es bueno.Los quemadores tipo bujía deben dimensionarse como sigue: Diseño de Teas Quemados (Mechurrio) 21 1.. a fin de asegurar suficiente distancia para aspirar aire para la combustión. Debe prestarse atención especial a las áreas de flujo. para obtener una quema fumífuga. entonces deben usarse tres laterales. con los mecheros de mayor diámetro más separados. en un sistema ayuda do por aire. Si el número requerido de boquillas de menor diámetro es razonable..La cantidad de aire primario que provee el soplador.. para asegurar un flujo razonable de gas de quema a todos los mecheros (tubos). se esperara que la tasa de flujo variará de 30 a 100 por ciento de la tasa de diseño. dos laterales para un tercio a dos tercios la tasa y los tres laterales para tasa de dos tercios a tasa de diseño. la variación de flujo es de 10 a 1.gases a quemar es una libra de agua por libra de gas..Si se usan tubos quemadores. 6. es preferible usar el diámetro menor.Para los mecheros del quemador use un tubo de diámetro tan pequeño como sea razonable. Tres pulgadas es preferible.(a)1). son enterrados para evitar daños debido a la alta radiación y Diseño de Teas Quemados (Mechurrio) 22 . e. Estos pilotos podrían encenderse con un sistema de ignición de piloto (ver Sección 6. es 100 por ciento más de lo que sería el requerimiento de vapor para la misma composición. Si. g. 3. 5. Para líneas laterales largas (más de 30 metros o 100 pies) se recomienda usar un piloto en cada extremo del lateral.La relación de variación de flujo para un quemador tipo bujía de tubo del tipo extremo abierto es 4 a 1. es necesario usar boquillas especialmente diseñadas provistas por un Fabricante de quemadores. 6 pulgadas es aceptable y 8 pulgadas es el máximo. la cantidad de gas de alta presión que debe usarse. entonces puede usarse tubos de acero inoxidable (310) extremo abierto...24m (30 a 50 pies) de separación.En general.. entonces las boquillas deben ser dimensionadas usando un número Mach de salida de 0..Los laterales del quemador (tubo de acero al carbono) en estos sistemas tipo bujía.El número de mecheros laterales usados debe estar basado en la variación anticipada en la tasa de flujo del gas o en una capacidad deseada de reserva de diseño.. La tasa específica de agua requerida debe verificarse con el Proveedor. 4. es generalmente un 30 por ciento del aire este quiométrico requerido para gases de hidrocarburos saturados y 40 por ciento para gases no saturados.2 para operaciones normales y hasta un número Mach de salida de 0. Los quemadores laterales deben estar colocados con 9. se recomienda proveer un mínimo de un piloto para cada lateral.1–3 metros (7–10 pies) por encima del nivel del suelo. Para lograr operación fumífuga.12. Usando boquillas diseíadas especialmente.Para asegurar la ignición de los gases a quemar.14 a 15. Sin embargo. f. un lateral para el mínimo a un tercio la tasa de diseño. Es aceptable proveer sólo una línea de ignición (sin piloto) a la primera boquilla de mechero de cada lateral y dejar el resto de los mecheros encenderse uno al otro. 2. si no es necesaria la operación fumífuga.Los mecheros del quemador deben estar separados entre 24 y 36 pulgadas (centro a centro).5 (si hay presión disponible) para condiciones máximas o de emergencia (ver Sección 6. . b.6 cm/seg (0. de modo que el sello de 30 pulg es más económico.. Para las situaciones donde está indicado un tamaño más grande.1).15. en un sistema de quema sin sello.5 m/seg (7–8 pies por segundo) hasta un diámetro máximo de 3.Si un sello de velocidad está incluído en el diseño.02 pies/segundo)..13. pero no debe usarse vapor de agua. consulte con el Proveedor. 8. dependiendo de su disponibilidad y costo.1 – 2.5–2..5 m/seg.07 pies/segundo).6 metros (12 pies). gas combustible.. es considerablemente más grande en diámetro que 36 pulg (ver 7.14. el tamaño no es obvio por la apariencia del sistema de quema.DIMENSIONAMIENTO DE LOS TANQUES SEPARADORES El tanque separador debe tener una entrada tangencial y suficientes pa rtes internas para asegurar la remoción de todas las gotas de líquido mayores de 150 micrones..consiguientes niveles de alta temperatura.. un gas inerte o nitrógeno pueden usarse como gas de purga. (7–8 pies/segundo) hasta un diámetro máximo de 3.El diámetro del sello líquido está basado generalmente sobre una velocid ad del gas de 2.Debe haber por lo menos una válvula manual (generalmente una válvula de mariposa) en todos los laterales con la excepción de uno. pero como el sello de veloc idad está completamente dentro de la boquilla o chimenea. 6. 2.. Por ejemplo.Las tasas de gas de purga mostradas arriba deben ser verificadas por el Proveedor durante el diseño detallado..1 cm/seg. la velocidad del gas de purga puede ser 0. puede usar toda la caída de presión especificada disponible. Por ejemplo. consulte al Proveedor.Es común que el sello de gas tenga el mismo tamaño nominal que la boquilla. una boquilla de 36 pulg. con un sello de gas de 30 pulg.Gas natural.DIMENSIONAMIENTO DEL SELLO DEL MECHURRIO a. 3.. o aún un tamaño más pequeño. Un lateral no tendrá una válvula para asegurar que el sistema de quema tenga siempre algún área de alivio disponible.05– 0. Un pie de cubierta es un mínimo aceptable.CALCULOS DE RADIACION a.. Esto permite abrir y cerrar los laterales para igualar el número de mecheros en operación con la tasa de flujo del gas de quema. d. donde una boquilla y sello de 3 6 pulg. las dimensiones internas podrían ser para un sello de velocidad de 36 pulg..El tamaño de la boquilla y el tamaño del sello de gas se selecciona n generalmente para hacer el mejor uso de la presión disponible. 6. la tasa del gas de purga puede ser 1. 1.. Deben proveerse suficientes placas Diseño de Teas Quemados (Mechurrio) 23 perforadas para asegurar una adecuada distribución de gas y deben proveerse suficientes deflectores para minimizar la acción del oleaje.6 metros (12 pies).3–0. (0. Para situaciones donde un tamaño más grande está indicado.La velocidad de gas de purga recomendada. es de uno a tres pies por segundo en el cabezal de quema.Si un sello molecular está incluido en el diseño. 6.1– 2. para evitar que el aire entre al sistema bajo condiciones atmosféricas adversas. c..01– 0. El diámetro está basado generalmente en una velocidad de gas de 2. no la tendría. 4. sin embargo.La fórmula básica para el cálculo de radiación es: K 4 Q F . de 30 pulg. un sello molecular de 36 pulg. entonces el nivel de intensidad de radiación de diseño debe ser 1. Por lo tanto el gráfico en la página 36 de API RP 521 será la base com o lo representa la siguiente ecuación: Diseño de Teas Quemados (Mechurrio) 25 . Como una combustión eficiente sería esperada con muy poca frecuencia a tasas de ignición pico . en Btu por hora (kilovatios).Otros tiempos de escape y niveles de intensidad de radiación total correspondientes son como sigue (como se presentan en la página 35 de API RP 521): Nivel de Intensidad de radiación Kilovatios por Tiempo al Umbral (Btu p or hora por pie cuadrado) metro cuadrado de Dolor (Segundos). Diseño de Teas Quemados (Mechurrio) 24 b. Sin embargo. número Mach de salida.. sin dimensiones (ver tabla abajo)..Si se requiere un tiempo de escape infinito (un diseño de mechurri o conservativo). en el punto u objeto en consideración. 1.39 kilovatios/m2 (440 Btu por hora por pie cuadrado total) (300 para radiación solar y 140 radiación neta desde el mechurrio). Tipo de Gas F Hidrógeno 0. como lo indica Heitner. en pies (metros). c.Ciertamente. K = el nivel neto permisible de intensidad de radiación (excluyendo la radiación solar). “No hay.73 kilovatios/m2 (1500 Btu por hora por pie cuadrado t otal.El nivel de intensidad de radiación más común en el diseño de la altur a del mechurrio es 4. debe elegirse un método para determinar la longitud de la llama. Los datos adicionales sobre lon gitud de llama deben ser recogidos y analizados. y peso molecular del gas además de la emisión de calor”.15 Metano 0.30 Los valores F arriba son “los valores máximos de radiación térmica esperada con condiciones de combustión cercanas a lo ideal”. 300 para radiación solar y 1200 para radiación neta desde el mechurrio). F = la fracción del calor que es radiado hacia el punto u objeto en consideración. Los datos deben incluir el diámetro de ataque.20 Etano Plus 0.. en Btu por hora por pie cuadrado (kilovatios/metros cuadrados).. Q = el calor total emitido. Esto permite un tiempo de escape de 16 segundos. todavía. 1). una fórmula satisfactoria para estimar la longitud de la llama.D = == = Donde: D = La distancia mínima desde el punto medio de la llama hasta el punto u objeto en consideración. 2. el uso de valores de F aproximadamente dos tercios de los citados aqui son sugeridos como representación de un enfoque más práctico (Ref. el efecto del viento aumenta el nivel de intensidad de radiación. Como esto muev e el punto medio de la llama más cerca del nivel del suelo. A velocidades de viento mu y por encima de ésta. 0 7 . llama la de longitud L 5 Q log 0917 .1 P – Presión de flujo en la boquilla – 14. 1 ( d − −− − = ) )) ) ) 1 . porqu e los efectos enfriantes del viento (causados por la convección) no son tomado s en cuenta a fin de simplificar los cálculos. 1 ( ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) ( (( ( 760 2 . Según aumenta el viento lateral.La llama es afectada también por las condiciones del viento. 1 exp L 10 = == = = == = − −− − = == = d.1 T – Temperatura de flujo – 300 F = 760 R Calor de combustión – 21. Una velocidad de viento de r azonable para usarse es 32 km/h (20 MPH ó 30 pps).000 lb/hr M – Peso molecular promedio – 46.. Este es un enfoque conservativo. la duración es corta. la llama se dobla hacia la horizontal.. Por lo tanto.Usando la ecuación (1) el diámetro de la boquilla es: P ( ) 702 . el número de ocurrencias es poco.7 Lpca (1 baria) Velocidad del viento 20 MPH (32 km/h) DONDE Diseño de Teas Quemados (Mechurrio) 26 Paso KM T Mach W ) 10 5 2 = == 1. el efecto enfriante se vuelve apreciable y el aumento de la turbulencia aumenta también la calidad de la llama y reduce la radiación. La distorsión aproximada de la llama debido a viento lateral sobre la velocidad de chorro desde una chimenea puede determinarse del gráfico en la Figura 1. EJEMPLO Datos Básicos: Material fluyente – vapores de hidrocarburos W – Tasa de flujo – 100.500 Btu/lb k – Relación de calores específicos – 1.( (( ( ) )) ) [ [[ [ ] ]] ] hora por Btu en . calor de emisión Q pies en . 14 . las velocidades de viento por encima de 32 km/h (20 MPH) generalmente tienen el resultado de un nivel de intensidad de radiación más bajo. 46 ( ) 1 . 3 000 . 0 L Y 35 . 1 exp L 10 = == = − −− − = == = Paso 3.50 pies (mínimo) Paso 2. 1 Area 2 = == = π ππ π = == = s / pies 189 cuadrados pies 77 . 21 ( ) 000 . 1 ( d 5 2 − −− − = == = d = 1. 100 ) 10 ( ) 702 . 1 4 5 .Usando la ecuación (3) la longitud de la llama es: [ [[ [ ] ]] ] pies 179 5 )) 500 . 46 379 600 . 100 ( log 0917 .Usando el gráfico en la Figura 1 se determina la distorsión de la llama debido a la velocidad del viento: boquilla la en Velocidad viento del Velocidad o w = == = µ µµ µ µ µµ µ ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) 5 3 / pies 334 520 760 1 . 0 . 1 / pie 334 boquilla la en Velocidad 5 3 = == = = == = 16 . 0 189 30 o w = == = = == = µ µµ µ µ µµ µ 85 . 100 quema de gas del Flujo = == = = == = ( (( ( ) )) ) cuadrados pies 77 ...000 . composición del gas.6) = 138 pies Por lo tanto. 100 500 . un valor para el nivel de ruido. Y = 1/2 ∑ ∑∑ ∑ ∆ ∆∆ ∆ : Y ∑ ∑∑ ∑ ∆ ∆∆ ∆ = == = : X 2 / 1 X Paso 4. en dB . se requiere una altura mínima de 138 pies y el nivel de radiación máxima ocurrirá a ∆X (76 pies) desde la base de la chimenea. debe obtenerse del Proveedor. pero e stos procedimientos están más allá del alcance de este guía... en dB La = nivel de presión del sonido en el punto A. 0 D = == = − −− − π ππ π = == = Altura del Mechurrio = D – 1/2 (Σ ∆Y) = 169 – ½ (62. tipo y modelo de la boquilla utilizada en el quem ador etc. Usando la ecuación (2): ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) ( (( ( ) )) ) pies 169 300 1500 4 000 . sin embargo.L Y anterior gráfico Del ∆ ∆∆ ∆ = == = ∆ ∆∆ ∆ ∑ ∑∑ ∑ ∑ ∑∑ ∑ = == = ∑ ∑∑ ∑ = == = = == = ∆ ∆∆ ∆ pies 6 .16. una vez obtenido ese valor. 0 ( Y ∑ ∑∑ ∑ = == = = == = ∆ ∆∆ ∆ pies 152 ) 179 ( ) 85 . 6. el valor a otras distancias puede ser calculado por la siguien te ecuación: Donde: Lp = nivel de presión del sonido en el punto P.. Paso 5.Calcular la altura del mechurrio requerida. 0 ( Y Diseño de Teas Quemados (Mechurrio) 27 Como el punto de concentración de radiación de la llama supuesto es el punto medio de la llama. para llegar a una intensidad de radiación máxima permisible a nivel del suelo de 1500 Btu por hora por píe cuadrado (incluyendo un valor de radiación solar de 300 Btu por hora pie cuadrado). 62 ) 179 ( ) 35 .CALCULOS DE RUIDO a. a cierta distan cia del mechurrio.El ruido generado por los mechurrios varía con la tasa de flujo d el gas. tales como el uso de un ángulo de mira o el uso análisis segmental de la llama del mechurrio.Pueden usarse otros procedimientos de cálculo más sofisticados para determinar el nivel de intensidad de radiación. Por lo tanto. 21 3 / 2 3 . En general.De la Sección 17.2. Tome dos valores de decibeles a la vez. de acuerdo con la sensibilidad subjetiva de los humanos a los sonidos a varias frecuencias”.(c)): “Abajo se presenta un procedimiento sencillo para efectuar la suma de dos o más niveles de presión de sonido en decibeles. Aparee entonces estos valores y Diseño de Teas Quemados (Mechurrio) 29 sume usando la misma tabla. Para tomar cuenta de esta conducta.Rp = distancia del punto P desde el tope del mechurrio. en metros (pies) Diseño de Teas Quemados (Mechurrio) 28 b.9 de la Publicación AP I 931 (Párrafo de referencia 6. no serán considerados igualmente ruidosos por la mayoría de las personas. sume los valores apareados usando la siguiente tabla para obtener una nueva colección de resultados. en metros (pies) Ra = distancia del punto A desde el tope del mechurrio. EJEMPLO Calcular el nivel de presión de sonido peso–A dados niveles de presión de sonido al centro de la banda a una distancia de 30 metros (100 pies) desde la base de una chimenea de mechurrio de (90 pies) de alto: Diseño de Teas Quemados (Mechurrio) 30 PROCEDIMIENTO: Sume ahora los valores corregidos de NPS para obtener el nivel de pr esión de sonido peso–A. Esto es debido a las características del oido humano el cual es menos sensible al sonido a las más bajas frecuencias. Dentro del rango de audiofrecuencia. es el nivel de presión de sonido peso–A (dBA) – indicador de un número sencillo de nivel de intensidad de un sonido escuchado por el oído humano”. iguales en magnitud pero diferentes en frecuencia (por ejemplo.2. la lectura en la Escala–A de un medidor de nivel de sonido normal fue derivada. Dos sonidos.La siguiente es una copia de la Sección 17.. Diseño de Teas Quemados (Mechurrio) .. ( c) 3.2. como una medida de sonido de un número sencillo que ’ pesa’ el espectro de frecuencia del sonido. que correlaciona con la respuesta humana. “Los pesos usados para corregir los niveles de banda de octava de un espectro de ruido medido a una lectura escala–A son como sigue: c. la sensibilidad del oido humano varía dramáticamente. “Una medida de sonido ampliamente utilizada. “La base para la unidad peso–A es como sigue.3 de la Publicación API 931 (Párrafo de Referencia 6.2. este método de suma simplificada rendirá sumas exactas con una aproximación de _ 1 decibel”. Continúe este procedimiento hasta obtener un resultado sencillo. 250 y 1000 hertz). 1 7.5 Cálculo de Dispersión 3 Cálculo de Dispersión 4 Cálculo de Dispersión 5 . Ahora.3 Cálculo de Dispersión 2 7. use la ecuación (4): Diseño de Teas Quemados (Mechurrio) 32 Diseño de Teas Quemados (Mechurrio) 33 1 VII. esto es.4 7. para calcular el nivel dBA a 800 pies desde la base de la chimenea de 90 pies de altura. el nivel de presión de sonido peso–A es 76 dBA a una distancia de 135 pies desde el tope del mechurrio.31 Por lo tanto. 100 pies desde la base.2 7. CÁLCULO DE DISPERSIÓN 7. 6 a.Cálculo de Dispersión 7 Cálculo de Dispersión 8 7.Cálculo de Dispersión 13 Cálculo de Dispersión 14 Cálculo de Dispersión 15 Cálculo de Dispersión 16 Cálculo de Dispersión 17 . Cálculo de Dispersión 9 Cálculo de Dispersión 10 Cálculo de Dispersión 11 Cálculo de Dispersión 12 c.a.Cálculo de Dispersión 6 b. b. Cálculo de Dispersión 18 Cálculo de Dispersión 19 .