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¿Qué es un separador?
En la industria del petróleo y del gas natural, un separador es un cilindro de acero que por lo general se utiliza para disgregar la mezcla de hidrocarburos en sus componentes compon entes básicos, petróleo y gas. Adicionalmente, el recipiente pe rmite aislar los hidrocarburos de otros componentes indeseables como la arena y el agua, citadas a título de ejemplo. Otras veces, cuando se utiliza en plantas de tratamiento este equipo se emplea para separar el glicol (que se usa como deshidratante del gas natural), de las naftas que se condensan dentro de las torres de absorción; o, cuando entran en contacto con las aminas, que circulan circulan en contracorriente con el gas natural para eliminar los componentes ácidos, como el sulfuro de hidrógeno y el dióxido de carbono.
¿Qué nombres reciben los separadores?
Gracias a que el operador los utiliza para un fin determinado, determinado, el nombre que se le asigna a estas unidades está muy determinado por la función que realiza en cada caso en particular. En primera instancia es conveniente aclarar que la primera clasificación está en función del número de fases que separa; se les llama llama separadores bifásicos (cuando separan dos fases, como petróleo y gas o agua y petróleo). Siempre se deberá especificar las las fases que entran en juego. Se conoce como separadores trifásicos a los que se diseñan para separar tres fases (agua, petróleo y gas) y tetrafásicos, aquellos en los los cuales se ha previsto, previsto, adicionalmente, una sección para la separación de la espuma que suele formarse en algunos tipos de fluidos.
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SEPARADOR BIFASICO
Si se toma en cuenta la posición del cilindro, habrá que reconocerlos como verticales u horizontales. Adicionalmente si al calificativo por la posición del recipiente se le agrega el trabajo que realiza se hablará de separadores horizontales bifásicos o trifásicos, según sea la posición del recipiente y el número de fases que separan. SEPARADOR TRIFASICO
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Al referirse a la ubicación relativa que ocupa el separador con respecto a los otros equipos, también aparece otra clasificación: Separador de entrada , cuando están ubicados a la entrada de la planta, para recibir los fluidos en su condición original, cruda; obviamente en este caso habrá que esperar la posibilidad de recibir impurezas de cualquier tipo. Separadores en serie , los que están colocados uno después del otro; o, en paralelo, uno al lado del otro. En el primer caso la depuración se realiza de manera progresiva y, en el segundo, las dos unidades hacen el mismo trabajo.
Cuando la actividad por desarrollar tiende a la especialidad, los nombres que toman las unidades de separación son muy específicos. Quizás sea necesario apelar a un glosario de términos para explicar estos conceptos: Separador tipo filtro (1) y (2). Los que promueven la separación eficiente de los líquidos que eventualmente pudieran permanecer en la fase gaseosa para evitar que, al condensarse aguas abajo, puedan dañar equipos muy costosos como los compresores y expansores. Otras veces, los líquidos que se depositan en el sistema ocasionan toda clase de inconvenientes. Por ello estas unidades están provistas de filtros, específicamente diseñados para retener el tamaño de las partículas que deban ser retiradas de la corriente. SEPARADOR TIPO FILTRO 1
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SEPARADOR TIPO FILTRO 2
Tanques de venteo o “Flash tanks” . Son recipientes utilizados para separar el gas que se produce cuando se expande un líquido. En esta profesión se conoce como “flash” al cambio súbito que sufre un fluido cuando la presión desciende violentamente. Así, al tumbar la presión del fluido se producirá una separación de fases, que le dará origen al gas y al petróleo. Y, en correspondencia con la acción que se realiza, el término“Flash tank” se le asigna al separador donde se lleva a cabo la expansión del fluido. Trampas o “Knockout drums” . Son recipientes diseñados para separar corrientes con una alta relación gas líquido. Estas unidades por lo general tienen poca capacidad para la retención de líquidos. Separador de baches “Slug Catcher” . Es un recipiente diseñado para atrapar grandes cantidades de líquido que ocasionalmente llegan en la corriente de gas. ¿Cómo funciona un separador?
Imaginemos lo que sucede cuando se vierte gasolina sobre un recipiente abierto. El gas tenderá a desprenderse dejando en el fondo los fluidos que permanecen en estado líquido. En este caso la separación se habrá producido a presión atmosférica (14,7 lpca) y a temperatura ambiente (90 F, por ejemplo). Cuando cambian las condiciones de presión y temperatura a la cual se produce la separación, también cambiará la cantidad de gas y/o de líquido que se separa de la corriente. La cantidad de líquido que permanece en el fondo del recipiente será tanto mayor cuando más alta sea la presión y más baja la temperatura (P y T).
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De la misma manera, para cada patrón de P y T, será diferente la composición del gas y del líquido que se separan en la unidad. Desde el punto de vista práctico estas composiciones se pueden calcular teóricamente. La actividad se conoce como “Separación instantánea” (“flash calculation”). Hasta hace algunos años estos cálculos eran sumamente fastidioso y se requerían de varias horas para conocer la cantidad de líquido y la composición resultante mediante cálculos manuales. En la actualidad, los cálculos se efectúan por medio de simuladores. No obstante, el ingeniero se debe mantener siempre alerta para interpretar la veracidad de la respuesta que eventualmente arroje un determinado simulador, porque es muy común que la persona se equivoque al introducir la información y, por lo tanto, sean erróneos los resultados. Así, cuando se desea diseñar un separador, lo primero que deberá hacerse es calcular la cantidad de líquido que permanecerá en el fondo del recipiente y las respectivas composiciones y características de las fases que se separan. Eso servirá de punto de apoyo para hacer el diseño conceptual. ¿Para qué se necesita el separador?
Antes de empezar el diseño es preciso estar muy claro en cuanto al uso que se le dará al recipiente. De ello dependerá la calidad de la respuesta. No es lo mismo un petróleo pesado, con arena , a altas velocidades que un fluido limpio volátil a la entrada de una planta de fraccionamiento. En efecto, el uso del recipiente determina en grado sumo las características del diseño y los componentes que interiormente lleva la unidad. SEPARADOR DE ARENA
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Para seleccionar un separador lo ideal sería que intervinieran en la decisión un operador de experiencia y un buen calculista. Con el tiempo las habilidades de ambos se mezclan y le dan origen a un buen diseñador. ¿Qué parámetros intervienen en el diseño? A título de ejemplo, empecemos el diseño con un separador vertical. Además de lo que se ha mencionado, anteriormente es necesario conocer lo siguiente:
Características y cantidad de gas que se producirá por el tope de la unidad. Características y cantidad de líquido que maneja el separador. Con estos parámetros se suelen calcular el diámetro del recipiente, con capacidad para manejar la cantidad de gas que habrá de producirse en las peores condiciones. Ello corresponde al fluido más liviano, a la presión más baja y a la más alta temperatura que eventualmente pueda producirse durante la vida útil de la unidad. Toca ahora verificar el tipo de fluido que permanecerá en el fondo del recipiente. Teóricamente 30 segundos deberían ser suficientes para que la espuma que se forma por agitación se reduzca al mínimo, de tal manera que ese lapso debería ser suficientes para considerar que el gas se ha separado de los líquidos. En la práctica las normativas vigentes aplican condiciones más seguras. Con la gravedad API o densidad de los fluidos, se seleccionará el tiempo de retención que deba tener el líquido, para garantizar la separación. Fluidos livianos (por encima de 40 °API) tendrán 1,5 minutos como tiempo de residencia; para aquellos por debajo de 25 °API o para los petróleos espumosos, indistintamente de su densidad, se reservan 5 minutos de tiempo de retención y, minuto y medio para los que están en el centro de la clasificación (entre 25 y 40 °API). De esa manera el interesado podrá calcular el espacio que debe reservar para que la unidad esté en capacidad de retener el líquido que se va a separar y se mantenga dentro del separador el tiempo necesario para que se produzca la separación. Al dividir el volumen retenido entre el área correspondiente al diámetro seleccionado se tendrá la altura teórica que se debe reservar para el almacenamiento de los líquidos.
Dimensionamiento de la unidad.
Una vez que se conoce él diámetro del recipiente y la cantidad de líquido que se ha de recibir se procede a dimensionar el equipo (1) Según GPSA y (2) Según PDVSA. Entonces, se debe seleccionar el diámetro comercial y calcular la longitud del equipo. Una serie de normas perfectamente establecidas le sirven de guía al diseñador para seleccionar la altura de cada una de las partes que configuran el recipiente: altura de la zona líquida, espacio entre el nivel de líquido y la boquilla de entrada, diámetro de la boquilla de entrada de los fluidos, altura entre el tope de la boquilla y el extractor de niebla, espacio libre requerido para instalar el extractor de niebla y la zona inmediata superior hasta la costura del separador. Al sumar estas longitudes se debe obtener una razón de esbeltez (altura / diámetro) que, de acuerdo con las diferentes normas puede oscilar entre 2 y 6. No
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pasaremos por alto que los constructores de equipos utilizan razones de esbeltez que, en ocasiones, se salen de las normas. GPSA
PDVSA
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Cuando el diseñador ha sido cuidadoso en seleccionar y calcular el recipiente que desea, el vendedor deberá ajustarse a los requerimientos del comprador. En ocasiones, unas veces por desconocimiento y otras por agresividad manifiesta de las partes, el equipo que se adquiere no se adapta a las necesidades del usuario y la inversión no cumple con los objetivos. Un ingeniero, consciente de su responsabilidad y bien entrenado, siempre tendrá la ocasión de adquirir lo que necesita e invertirá su dinero con mayores probabilidades de éxito. La empresa que respalda esta página dispone de un libro dedicado al “Diseño conceptual de separadores”, un hipertexto para el mismo fin y de los simuladores que se requieren para diseñar cualquier separador. A menudo esta información se entrega en los cursos intensivos que, se suelen dictar para ingenieros y técnicos. Si el lector está interesado en mayor información al respecto no vacile en hacérnoslo saber, que para nosotros será un honor responderle. Autor: Ing. Marcias J. Martínez Titulo: Diseño de Separadores
