CÁLCULOS DE DISEÑO PARA LOS SEPARADORES API
Dimensiones críticas y características de diseño –––––––––––––––––––––––––– –––––––––––– –––––––––––––––––––––––––– –––––––––––– Los siguientes parámetros son necesarios para el diseño de un separador de aceite-agua: Caudal de diseño Qm. El caudal máximo de aguas residuales. El caudal de diseño debe incluir subsidio para la ampliación de la planta y la escorrentía de aguas pluviales, en su caso. La temperatura de las aguas residuales. Las temperaturas más bajas se utilizan para el diseño conservador. Densidades del agua y aceite a las diferentes temperaturas. Tamaño del glóbulo de ser eliminados. El tamaño nominal es de 0.015 centímetros (150 micrómetros), aunque se pueden usar otros valores, así lo indican los datos específicos. El diseño de los separadores convencionales está sujeto a las siguientes restricciones: La velocidad horizontal VH A través del separador debe ser menor o igual a 1,5 cm / s (0,015 m/s) o igual a 15 veces la tasa de aumento de los glóbulos glóbulos de aceite Vt. Profundidad del separador, d, no debe ser inferior a 1 m, para minimizar minimizar la turbulencia causada por las barredoras de aceite / lodos y flujos altos. Debe ser necesaria una profundidad adicional para instalaciones. En general no es bueno superar una profundidad de 2,4 m. La relación de la profundidad y el ancho d / B por lo general varía desde 0,3 hasta 0,5 en los servicios de refinería. Ancho de separador B está típicamente entre 1,8 y 6 m en los servicios de refinería. Es útil tener dos canales para hacer intercambio de operación cuado uno debe salir de servicio para realizar las tareas de mantenimiento. Una relación entre longitud y anchura L / B debe ser de al menos 5 para proporcionar un flujo más uniforme y reducir al mínimo los efectos de la turbulencia debido a la entrada y salida de liquido.
Velocidad terminal de los glóbulos de aceite en agua V t –––––––––––––––––––––––––– –––––––––––– ––––––––––––––––––––––––––––––– –––––––––––––––––– –
Los principios básicos de la separación por diferencia de gravedad se puede expresar matemáticamente. matemáticamente. La ecuación general para esta resistencia, propuesta por Newton, es el siguiente:
Donde: D F = Resistencia de la partícula al movimiento en un medio líquido, en Newton. C = Coeficiente de arrastre (adimensional). A = Área proyectada de la gota oleosa en m2 3 ρw = Densidad del agua, en Kg / m V = Velocidad terminal del glóbulo de aceite en agua, en m/s. La ecuación para el peso efectivo de la partícula es la siguiente:
( )
Donde: W = Peso efectivo del glóbulo de aceite en agua, en Newton. D = Diámetro de la gota oleosa, en m. 3 ρo = Densidad de la gota de aceite, en Kg / m . g = aceleración causada por la fuerza de gravedad (9,81 m / s2). Igualando las ecuaciones anteriores y considerando que las partículas son esféricas, tenemos:
() √ ( ) Despejaos que V:
Ley de Stokes que se refiere a la fuerza de fricción experimentada por objetos esféricos
moviéndose en el seno de un fluido viscoso en un régimen laminar de bajos números de Reynolds puede escribirse como:
La ecuación para la resistencia al movimiento de una partícula esférica pequeña en su velocidad máxima es de la siguiente manera:
Donde: μ= Viscosidad absoluta de las aguas residuales a la temperatura de diseño, en poise.
Si igualamos esta ecuación a la ecuación para el peso efectivo W, obtenemos una nueva expresión para V, que llamaremos Vt velocidad terminal para partículas en un medio liquido, nos muestra la tasa de aumento de las gotas de aceite en el medio líquido, agua.
( ) La ecuación se usa cuando el diámetro de las gotas de aceite es menor a 0.015m y debería incluir un coeficiente de deformación que depende de viscosidades relativas del aceite y el agua, sin embargo, en la práctica, el coeficiente se puede omitir al ser cercano a la unidad. Cuando el diámetro de gotas de aceite es igual o mayor a 0,015 m sabemos usar como fórmula:
( ) En estas: V t = Velocidad vertical, o la tasa de aumento, de la gota oleosa de diseño, en cm / s. g = Aceleración de la gravedad (981 cm/s2). μ=
Viscosidad absoluta de las aguas residuales a la temperatura de diseño, en equilibrio. Nota: 1 = P 1 g / cm.s, 10 P = 1 Pa.s. 3 3 ρw = Densidad del agua a la temperatura de diseño, en g / cm . Nota: 1 g / cm = 1 kg / litro. 3 ρo = Densidad del aceite a la temperatura de diseño, en g / cm . D = Diámetro de la gota oleosa que se quitará, en cm. S w = Peso específico de las aguas residuales a la temperatura de diseño (dimensiones). S o = Peso específico del aceite presente en las aguas residuales (API dimensiones, no en grados).
Velocidad horizontal VH ––––––––––––––––––––
La velocidad media de diseño horizontal es definida por el menor de los valores de VH en cm/s obtenidos a partir de las dos siguientes limitaciones: V H = 15 V t <1,5
Estas restricciones se han establecido sobre la base de la experiencia operacional con un separador aceite-agua. Aunque algunos separadores puede ser capaz de operar a velocidades más altas, de 1,5 cm/s ha sido seleccionado como un límite superior recomendado para la refinería de petróleo convencional de agua separadores. La mayoría de las refinerías operar a velocidades horizontales mucho másmenores de 1,5 cm/s. Todos los separadores de encuestados por la API en 1985 había medio velocidad horizontal de menos de 1 cm/s, y más de la mitad tenía menos de velocidades medias de 0,5 cm/s, con base en las tasas de flujo típico o promedio.
Sección transversal mínima AC –––––––––––––––––––––––––
Utilizando el caudal de diseño en el separador Q m Y el valor seleccionado para la velocidad horizontal VH, El mínimo total de la sección transversal del separador Ac Se puede determinar a partir de la siguiente ecuación:
Donde: A c = Vertical mínima sección transversal, en m2. Q m = Flujo de diseño en el separador, en m3/s. V H = Velocidad horizontal, en cm/s. Nota: El factor 100 es convertir cm/s de m /s
Ancho y profundidad del canal –––––––––––––––––––––––––
Teniendo en cuenta la sección transversal de los canales Ac y el número de canales que desee n, la anchura y la profundidad de cada canal se puede determinar. El ancho del canal B, generalmente se establece entre 1,8 a 6 m, y debe ser sustituido en la siguiente ecuación, para obtener la profundidad d:
Donde: d = Profundidad del canal, en m. Ac = Sección transversal minima, en m2. B = Ancho del canal, en m n = Número de canales (adimensional) = 1. La profundidad del canal obtenida debe ser conforme a los rangos aceptados por la profundidad (1-2,4 m) y de la profundidad a la relación de ancho (0,3-0,5).
Donde: L = Longitud del canal, en m. F = Factor de turbulencia (sin dimensión), ver Figura 1. VH = Velocidad horizontal, en cm/s. V t = Velocidad vertical del glóbulo de aceite de diseño, en cm / s. d = Profundidad del canal, en m. Si es necesario, el separador de longitud debe ajustarse para tener por lo menos cinco veces su anchura, minimizar los efectos perturbadores de la entrada y salida de las zonas. El factor de turbulencia F es un compuesto de una forma experimental determinar los factores de corto corte de 1,21 y un factor de turbulencia, cuyo valor depende de la relación entre la velocidad horizontal media VH A la tasa de aumento de los glóbulos de aceite V t. Tabla 1
Relación velocidades VH/Vt 3 6 10 15 20
Factor de Turbulencia
Factor de Turbulencia
Ft 1,07 1,14 1,27 1,37 1,45
F = 1,2 Ft 1,28 1,37 1,52 1,64 1,74
Figura 1 Valores recomendados de F para diversos valores de VH/Vt 1.90 1.80 1.70 1.60 1.50 1.40 1.30 1.20 1.10 F1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
VH/Vt
Área horizontal mínima AH ––––––––––––––––––––––––– En un separador ideal, un en el que no hay turbulencia o remolinos, la extracción de una suspensión dada es una función de la tasa de desbordamiento V0, es decir, el caudal dividido por la superficie, la tasa de desbordamiento tiene las dimensiones de la velocidad. En un separador ideal, cualquier gota de aceite, cuya tasa de aumento es mayor o igual a la tasa de desbordamiento es removida, esto significa que cualquier partícula cuya alza en la tasa es mayor o igual a la la profundidad del agua, dividido por el tiempo de retención se llega a la superficie, incluso si se parte de la fondo de la cámara. Cuando la tasa de aumento es igual a la tasa de desbordamiento, esta relación es expresada de la siguiente manera:
Donde: d yo = Profundidad de las aguas residuales en un separador de ideal, en cm. t yo = Tiempo de retención en un separador de ideal, en el s. L yo = Longitud de un separador ideal, en cm. B yo = Ancho de un separador ideal, en cm. Q m = Flujo de diseño en el separador, en m3/s. Vo = Tasa de desbordamiento, en cm/s. Nota: El factor 100 es convertir cm/s de m/s
La ecuación establece que la superficie necesaria para un separador ideal es igual a la el flujo de las aguas residuales, dividido por la tasa de aumento de los glóbulos de aceite, independientemente de cualquier dado o asignado profundidad. Teniendo en cuenta el factor de diseño (F), el área mínima horizontal (AH ), Se obtiene de la siguiente manera:
Donde: A H = Área mínima horizontal, en m2 F = Factor de turbulencia y cortocircuitos (sin dimensión), véase la figura. Q m = Flujo de aguas residuales, en m3 / s. V t = Velocidad vertical del glóbulo de aceite de diseño, en cm / s
MEMORIA DE CALCULOS PILETA API PLANTA LLANERAS
C LCULO DE PILETA API Conforme a API Publicación 421, 1º Ed., 1990 Las Llaneras, La Paz E. Ríos 1) CAUDALES A PILETA API Precipitación
Recinto de Tanques 1 TK 01 TK 02 TK 03 Recinto de Tanques 2 TK 05 TK 06 Recinto de Tanques 3 TK 07 Recinto de Tanques 4 TK 08 Total Caudal a Pileta API
0,10
m/h
Área (m2) 1.538,26
Aporte (m3/h) 153,83
1.933,38
193,34
1.482,33
148,23
1.442,35 Suma
144,24 639,63
639,63 m3/h
Nota: Las áreas fueron calculadas con los d atos Plano: Cañerías de desagüe a pileta API
2) DIMENSIONES DE PILETA API Temperatura Viscosidad del Agua Densidad del Agua Densidad del Gasoil Velocidad Vertical de la Dispersión Vt Velocidad Horizontal para Diseño vH Velocidad Horizontal Limitante Sección Transversal Mínima Cantidad de Piletas en Paralelo Sección Transversal Mínima por Pileta Dimensiones de las Piletas Adoptadas Sección Transversal (Ancho x Profundidad) Valor de VH/Vt Factor de Turbulencia F Longitud Mínima Requerida Longitud Mínima a adoptar
0,0 1,734 1000 850,0
20,0 1,024 997,9 835,0
40,0 0,67 992 820
0,106
0,195
0,317 cm/s
1,592
2,924
1,592
cm/s =
4,756 cm/s m/h 57,31 (Menor de las tres)
11,16
m2
°C cp kg/m3 kg/m3
1 11,16 m2 Ancho rea (m) Profundidad(m) (m2) 5,000
2,232
Satisface 12,00 Requerimiento
15,00
8,17
5,02
1,640
1,740
Grafico 1,620 F vs VH/Vt
20,42
10,48
6,92
21,00
m (Mayor de las tres)
Ancho Profundidad Dimensiones de la Pileta API 5,00 m
2,23 m
Longitud 21,00 m
Ver plano adjunto: CAÑERIAS DESAGUE A PILETA API.dwg
Pág.
