DISEO Y CONSTRUCCION DE SEPARADORES

El trmino separador es aplicado a una gran variedad de equipos usados para separar mezclas de dos o ms fases.

Pueden estar formadas por: una fase vapor y una lquida; una fase vapor y una slida; dos fases lquidas inmiscibles (aceite/agua); una fase vapor y dos lquidas o alguna otra combinacin de las anteriores.

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DISEO Y CONSTRUCCION DE SEPARADORESPrincipios de la Separacin:Los principios fundamentalmente considerados para realizar la separacin fsica de vapor, lquidos o slidos son: el momentum cantidad de movimiento, la fuerza de gravedad y la coalescencia.

Toda separacin puede emplear uno o ms de estos principios, pero siempre las fases de los fluidos deben ser inmiscibles y de diferentes densidades para que ocurra la separacin.

DISEO Y CONSTRUCCION DE SEPARADORESMomentum (Cantidad de Movimiento)

Fluidos con diferentes densidades tienen diferentes momentum.

Si una corriente de dos fases se cambia bruscamente de direccin, el fuerte momentum o la gran velocidad adquirida por las fases, no permiten que la partculas de la fase pesada se muevan tan rpidamente como las de la fase liviana, este fenmeno provoca la separacin.

DISEO Y CONSTRUCCION DE SEPARADORESFuerza de Gravedad:Las gotas de lquido se separan de la fase gaseosa, cuando la fuerza gravitacional que acta sobre las gotas de lquido es mayor que la fuerza de arrastre del fluido de gas sobre la gota.

Estas fuerzas definen la velocidad terminal, la cual matemticamente se presenta usando la ecuacin siguiente:

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DISEO Y CONSTRUCCION DE SEPARADORESCoalescencia:

Las gotas muy pequeas no pueden ser separadas por gravedad. Estas gotas se unen, por medio del fenmeno de coalescencia, para formar gotas mayores, las cuales se acercan lo suficientemente como para superar las tensiones superficiales individuales y poder de esta forma separarse por gravedad.

DISEO Y CONSTRUCCION DE SEPARADORESProceso de separacin:En el caso de mezclas vaporlquido, la mezcla de fases entra al separador, choca contra un aditamento interno ubicado en la entrada, lo cual hace que cambie el momentum de la mezcla, provocando as una separacin gruesa de las fases. Seguidamente, en la seccin de decantacin (espacio libre) del separador, acta la fuerza de gravedad sobre el fluido permitiendo que el lquido abandone la fase vapor y caiga hacia el fondo del separador (seccin de acumulacin de lquido). Esta seccin provee del tiempo de retencin suficiente para que los equipos aguas abajo pueden operar satisfactoriamente y, si se ha tomado la previsin correspondiente, liberar el lquido de las burbujas de gas atrapadas.

DISEO Y CONSTRUCCION DE SEPARADORESNormalmente, pueden identificarse cuatro zonas principales en los separadores:

DISEO Y CONSTRUCCION DE SEPARADORESSeparacin primaria:El cambio en la cantidad de movimiento de las fases a la entrada del separador genera la separacin gruesa de las fases. Esta zona incluye las boquillas de entrada y los aditamentos de entrada, tales como deflectores distribuidores.Separacin secundaria:Durante la separacin secundaria se observan zonas de fase continua con gotas dispersas (fase discontinua), sobre la cual acta la fuerza de gravedad. Esta fuerza se encarga de decantar hasta cierto tamao de gotas de la fase pesada discontinua en la fase liviana continua.

DISEO Y CONSTRUCCION DE SEPARADORESSeparacin por coalescencia:

En ciertas situaciones, no es aceptable que gotas muy finas de la fase pesada discontinua sean arrastradas en la fase liviana: por ello es necesario que, por coalescencia, tales gotas finas alcancen un tamao lo suficientemente grande para separarse por gravedad: para lograrlo se hace necesario tener elementos como los eliminadores de niebla Mallas para el caso de separadores lquidovapor, o las esponjas o platos coalescedores, en el caso de la separacin lquidolquido.

DISEO Y CONSTRUCCION DE SEPARADORESRecoleccin de las fases lquidas:Las fases lquidas ya separadas requieren de un volumen de control y emergencia para una operacin confiable y segura de los equipos aguas abajo.

DISEO Y CONSTRUCCION DE SEPARADORESConsideraciones iniciales en el diseo de un separador vaporlquido:La energa que posee el fludo al entrar al recipiente debe ser controlada.Los flujos de las fases lquida y gaseosa deben estar comprendidos dentro de los lmites adecuados que permitan su separacin a travs de las fuerzas gravitacionales que actan sobre esos fluidos y que establezcan el equilibrio entre las fases lquidovapor.La turbulencia que ocurre en la seccin ocupada principalmente por el vapor debe ser minimizada.

DISEO Y CONSTRUCCION DE SEPARADORESLa acumulacin de espuma y partculas contaminantes deben ser controladas.Las fases lquidas y vapor no deben ponerse en contacto una vez separadas.Las regiones del separador donde se puedan acumular slidos deben, en lo posible, estar provistos de facilidades adecuadas para su remocin.El equipo ser provisto de la instrumentacin adecuada para su funcionamiento adecuado y seguro en el marco de la unidad/planta a la que pertenece.

DISEO Y CONSTRUCCION DE SEPARADORESClasificacin y descripcin de los separadores:Los separadores pueden clasificarse, segn su forma en:Separadores cilndricosSeparadores esfricosSeparadores de dos barriles

Tambin los separadores cilndricos pueden clasificarse segn su orientacin en:Separadores verticalesSeparadores horizontales

DISEO Y CONSTRUCCION DE SEPARADORESOtra clasificacin sera de acuerdo a la manera de inducir fsicamente la separacin:

Separadores por gravedad (tpico separador vertical gaslquido)Separadores por impacto (separadores de filtro)Separadores por fuerza centrfuga (separadores centrfugos)

DISEO Y CONSTRUCCION DE SEPARADORESSeparadores verticales:En estos equipos, la fase pesada decanta en direccin opuesta al flujo vertical de la fase liviana. Por consiguiente, si la velocidad de flujo de la fase liviana excede levemente la velocidad de decantacin de la fase pesada, no se producir la separacin de fases, a menos que esta fase pesada coalesca en una gota ms grande.

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DISEO Y CONSTRUCCION DE SEPARADORESVentajas:Normalmente empleados cuando la relacin gas o vaporlquido es alta y/o cuando se esperan grandes variaciones en el flujo de vapor/gas.Mayor facilidad, que un tambor horizontal, para el control del nivel del lquido, y para la instalacin fsica de la instrumentacin de control, alarmas e interruptores.Ocupa poco espacio horizontalLa capacidad de separacin de la fase liviana no se afecta por variaciones en el nivel de la fase pesada.Facilidad en remocin de slidos acumulados

DISEO Y CONSTRUCCION DE SEPARADORESDesventajas:El manejo de grandes cantidades de lquido, fuertes variaciones en la entrada de lquido, separacin lquidolquido, obliga a tener excesivos tamaos de recipientes, cuando se selecciona esta configuracin.Requieren mayor dimetro, que un tambor horizontal, para una capacidad dada de gas.Requieren de mucho espacio vertical para su instalacinFundaciones ms costosas cuando se comparan con tambores horizontales equivalentes.

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DISEO Y CONSTRUCCION DE SEPARADORESSeparador horizontal:En estos equipos, la fase pesada decanta perpendicularmente a la direccin horizontal de flujo de la fase liviana, permitiendo que la fase liviana continua pueda viajar a una velocidad superior a la velocidad de decantacin de la fase pesada discontinua (hasta un cierto lmite).Ventajas:Normalmente empleados cuando la relacin gas vaporlquido es baja.Requieren de poco espacio vertical para su instalacin.

DISEO Y CONSTRUCCION DE SEPARADORESFundaciones ms econmicas que las de un tambor vertical equivalente.Por lo general, son ms econmicos.Requieren menor dimetro, que un tambor vertical, para una capacidad dada de gas.Manejan grandes cantidades de lquido, fuertes variaciones en la entrada de lquido, separacin lquidolquido, optimizando el volumen de operacin requerido.Los volmenes de retencin facilitan la desgasificacin de lquido y el manejo de espuma, si se forma.

DISEO Y CONSTRUCCION DE SEPARADORESDesventajas:Variaciones de nivel de la fase pesada afectan la separacin de la fase liviana.Ocupan mucho espacio horizontal.Difcil remocin de slidos acumulados (Necesidad de inclinar el recipiente aadir internos como tuberas de lavado)

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DISEO Y CONSTRUCCION DE SEPARADORESSeparador Centrfugo:Ofrecen un espacio eficiente, pero son muy sensibles a la tasa de flujo y requieren una mayor cada de presin que la configuracin estndar de un separador.Separador de FiltroLos separadores de filtro usan el principio de aglomeramiento de goticas de lquido en un medio filtrante seguido por un elemento eliminador de niebla.

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DISEO Y CONSTRUCCION DE SEPARADORESDescripcin de los internos de un separador:Los internos de un separador prestan una gran variedad de funciones, todas con el objetivo de mejorar la separacin de las fases y/o garantizar una operacin confiable y segura de los equipos aguas abajo. Entre tales funciones estn:Separacin primaria de las fases: Reduccin del momentum de las fases o cambio en la direccin del flujo de las mismas (deflectores, distribuidoresde entrada).Reduccin en oleaje o salpicaduras: evita o reduce el rearrastre de gotas de lquido por la corriente de vapor o reduce la turbulencia en separaciones lquidolquido (planchas rompe olas).

DISEO Y CONSTRUCCION DE SEPARADORESCoalescencia de gotas muy pequeas: Para separaciones vaporlquido, los eliminadores de niebla (mallas de alambre, laberinto de aletas, etc). Para separacin lquidolquido, los platos o esponjas coalescedoras.Reduccin del arrastre de burbujas de vapor/gas en la salida de lquido: rompe vrtices.Reduccin mecnica de formacin de espuma: placas rompe espuma.Limpieza interna de recipientes: Cuando se espera una deposicin continua de slidos que no pueden ser fcilmente removibles.

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