Teoría De Separación

1.2 TEORÍA DE SEPARACIÓN
1.2.1 PRINCIPIOS DE SEPARACIÓN
1.2.1.1 Momentum o Cantidad de Movimiento
El flujo que entra al separador es de alta velocidad y con diferentes densidades de fases. Por ello, si una corriente de dos fases cambia bruscamente de dirección, el fuerte momentum y la gran velocidad adquirida por las fases, hace que las partículas de la fase pesada no se muevan tan rápidamentecomo las partículas de la fase más liviana, provocando una separación de las fases.
1.2.1.2 Fuerza de Gravedad
Considerando la separación gas-petróleo, las gotas de líquido con densidad mucho mayor que las de gas, tienden a caer verticalmente bajo el efecto de la fuerza de gravedad F_g, mientras que la fase gaseosa ejerce sobre estas gotas una fuerza de arrastre F_d, contraria a F_g.
La fuerzade arrastre que actúa sobre una gota de líquido está definida por:
*F_d=C_d π/4 d^2 (ρ_g 〖v_t〗^2)/2g (Ec.1.8)
La fuerza de gravedad se define por:
*F_g=π/6 d^3 (ρ_l-ρ_g ) (Ec 1.9)
Donde:
C_d: Coeficiente de arrastre
d: Diámetro de la gota de líquido
v_t: Velocidad terminal de la partícula de petróleo en [ft⁄s]
ρ_l y ρ_g: Densidad del líquido y gas respectivamente en[lb⁄〖ft〗^3 ]
g: Aceleración gravitacional en [ft⁄s^2 ]
Una gota de líquido acelerará hasta que la resistencia de la fuerza de arrastre F_d se aproxime y se equilibre con la fuerza gravitacional F_g, y entonces la partícula de petróleo caerá a una velocidad constate conocida como velocidad terminal.
Igualando F_g=F_d, expresando el diámetro en micrones d_m (1μm=3,2808×〖10〗^(-6) [ft]) yreemplazando g por 32,17 (aceleración gravitacional en ft⁄s^2 ), se llega a la expresión de velocidad terminal o de asentamiento, en [ft⁄s]:
*v_t=0,01186[((ρ_l-ρ_g)/ρ_g ) d_m/C_d ]^(1⁄2) (Ec.1.10)
La ecuación anterior muestra que la velocidad de asentamiento es inversamente proporcional a la viscosidad de la fase continua. La viscosidad del petróleo es considerablemente mayor que la viscosidad delagua, entonces, la velocidad de asentamiento de las gotas de agua es menor que la velocidad de asentamiento de las gotas de petróleo.
Para el caso de flujo laminar, la ley de Stokes gobierna el flujo y el coeficiente de arrastre se puede obtener mediante la siguiente expresión:
*C_D=24/Re (Ec.1.11a)
Sin embargo, la experiencia indica que el flujo que se tiene en los equipos que componenlas facilidades de producción, no está gobernado por la ley de Stokes, por lo que la fórmula completa para el coeficiente de arrastre es:
*C_D=24/Re+3/〖Re〗^(1⁄2) +0,34 (Ec.1.11b)
Donde:
Re=0,0049 (ρvd_m)/μ
ρ: Densidad de la fase continua en [lb⁄〖ft〗^3 ]
v: Velocidad de la partícula en [ft⁄s]
d_m: Diámetro de la partícula en [μm]
μ: Viscosidad de la fase continua en [cp]
1.2.1.3Coalescencia
Es el fenómeno por el cual las gotas pequeñas no separadas por efecto de la gravedad, se unen formando gotas de mayor tamaño que son separadas por gravedad. Experimentalmente se ha determinado que el tiempo necesario para que una gota de agua crezca producto de la coalescencia puede estimarse por:
t=π/6 ((d^j-(d_o )^j)/(ΦK_S ))
Donde: d_o, diámetro inicial de la gota; d, diámetrofinal de la gota; Φ, fracción en volumen de la fase dispersa; K_S, parámetro empírico; j, parámetro empírico mayor a 3 y dependiente de la probabilidad de que las gotas se separen antes de que ocurra la coalescencia.
1.2.2 MECANISMOS DE SEPARACIÓN
Choque: El choque de la mezcla a la entrada del separador propondrá la dispersión de los fluidos de diferente densidad.
Cambio de velocidad:Asociado al principio de inercia, los cambios de velocidad se manifestarán en una reducción de velocidad de cada una de las fases en forma diferente y consecuente con sus densidades.
Cambio de dirección: Cuando se modifica la dirección del fluido, existe la tendencia a la separación entre fases debido a la diferencia de densidad.
Superficie de interfase: Es importante tener la mayor superficie en...