esa forma facilitar la separaci6n del liquido y gas, la otra funcion es

esa forma facilitar la separaci6n del liquido y gas, la otra funcion es que las laminas sirven
para que parte de las gotas de liquido se adhieran a elias separandose asi del gas . En la
Figura 12a el gas debe pasar por seccion extractora de humedad y en la 12b no; una
expilcacion pod ria ser que el primero debe manejar mayor cantidad de gas y por tanto este
tiene mayor capacidad de arrastre de liquido
EI liquido que se separe en el recipiente va al fondo de este donde se encuentra la seccion
acumuladora de liquido, la cual esta normalmente separada de la fase gaseosa por un bafle
horizontal.
AI igual que en el separador vertical la salide del gas y liquido esta regulada por los controles
de presion y de nivel de liquido respectivamente.
Como la altura del colchOn de IIquido es baja se puede formar un vortice en el drenaje para el
liquido; por tal razon en este tipo de separadores se acostumbra una tuberia ranurada para
impedir que se formen los vortices, conocida como rompedor de vortices . Un separador
horizontal maneja mayor cantidad de gas que uno vertical por las siguientes razones el
recorrido del gas es mas largo en el horizontal y por 10 tanto mas posibilidad de que las gotas
de liquido caigan, el area de contacto gas-liquido es mayor en el separador horizontal y hay
mas posibilidad de separacion de las burbujas de gas atrapadas en el liquido y de que las
moleculas pesadas del gas caigan a la fase liquida.
Ventajas y Desventajas del Separador Horizontal .
Las siguientes se pueden considerar ventajas de este tipo de separadores
Manejo de relaciones gas-liquido altas
Facil mantenimiento
Facil transporte
•
Entre las desventajas se pueden mencionar:
Requerimientos de espacio
Dificultad para manejar problemas de produccion de arena
No es bueno para manejar producciones inestables
Control de nivel critico
Mayor posibilidad de reevaporacion
Existe otra varied ad de separador horizontal que consta de dos tubos conectados entre si
uno encima del otro, en el superior se maneja el gas y en el inferior el liquido; este tlPO de
separadores se usa cuando los volumenes de gas y liquido son apreciables .
-
Separadores esfericos.
Se han disenado para hacer un uso 6ptimo de los mecanismos de separacion gas-liquido por
gravedad, fuerza centrifuga y adsorcion. La Figura 13 muestra un esquema de dicho
separador Como se puede apreciar el chorro es dividido al entrar al recipiente en dos
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direcciones opuestas y tangencialmente a la pared interna del recipiente, de esta forma el
liquido se adhiere a las paredes y se va deslizando hacia el fondo del recipiente donde esta
la seccion de acumulacion de liquidos . Por su parte ei gas empieza a ascender y como su
velocidad disminuye, por tener una mayor area perpendicular al flujo muchas de las gotas de
liquido, las mas grandes, caen y las mas pequenas son removidas en la seccion extractora
de humedad de la cual al salir el gas busca la salida del recipiente , que al igual que en
cualquier otro separador es controlada por la valvula de contrapresion La salida del liquido
del recipiente es controlada por el control de nivel.
Las siguientes pueden ser las ventajas del separador esferico
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Menos costoso que los horizontales y verticales de la misma capacidad . Son muy compactos y ofrecen meJores facilidades de limpieza y drenaje que los verticales Se pueden usar en pozos con RGL bajas a intermedias. I
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Por su parte, las siguientes se pueden considerar como desventaJas
Control de nivel critico.
Debido a su poco espacio para acumulacion de liquidos no son recomendables para
separacion de tres fases .
Tienen poca capacidad para maneJar producciones inestables y para tiempos de
retencion de liquido altos .
3.3 Separadores Especiales
\JOMETRO.
Existen , especialmente para el manejo de gas, algunos tipos de separadores que presentan
diferencias marcadas con respecto a los descritos en las secciones anteriores entre los
cuales se pueden mencionar los separadores de filtros, despojadores (Scrubbers) y
separadores de baja temperatura.
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La Figura 14 muestra un esquema de un separador de filtros en el cual en su seccion inicial
posee en paralelo una serie de filtros a los cuales entra el gas en una direccion perpendicular
a su eje y luego por el centro del filtro el gas se desplaza hacia las secciones siguientes del
separador. AI pasar el gas a traves del filtro es despojado de todos los solidos que trae y
ademas todas las particulas de liquido de tamano r.1ayor de unas dos micras son obllgadas a
unirse para adquirir un tamano mayor y ser separadas en otras secciones del separador
Son utilizados generalmente en campos de gas cuando este trae muchos solidos 0 particulas
de liquido muy pequenas. Los filtros se van obstruyendo con el tiempo y se les debe hacer
mantenimiento periodicamente . Estos separadores pueden ser verticales u horizontales y
cuando hay alguna produccion de liquido posee a la entrada del recipiente una seccion de
acumulacion de liquido.
Un despoJador (Scrubber) se define como cualquier equipo que usa un liquido para ayudar a
la remocion de particulas de un gas . Es similar a un separador excepto que se disena para
separar solo volumenes pequenos de liquido y puede usar algun fluido tal como aceite para
ayudar a remover particulas del gas Generalmente se usan para realizar limpieza del gas.
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Los tres tipos de despojadores usados en la limpieza del gas son despojadores secos, con
bano de aceite y tipo cartucho.
Los despojadores secos son similares a una centrrfuga en donde al fluido se Ie aplica fuerza
centrrfuga para efectuar la separacion de los solidos y Ifquidos del gas .
Los despojadores de bano de aceite son bastante usados, en ellos se hace que las particulas
de material s61ido se adhiera sobre una superficie constantemente lavada con aceite , el cual
las recoge y las IIeva a una camara de asentamiento, don de los solidos se separan por
gravedad y el aceite limpio es recirculado. Es importante en este tipo de separadores
garantizar que el aceite este limpio y que se mantenga el nivel de aceite adecuado, pues si
este es bajo no hay una limpieza efectiva y si es alto puede haber arrastre de aceite por parte
del gas. Los despojadores secos y de bano de aceite son efectivos para remover partrculas
hasta de cuatro micras .
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Los despojadores tipo cartucho son los mas efectivos y son similares a los separadores de
filtros , pues poseen una serie de filtros (cartuchos) en paralelo organizados en diferentes
configuraciones que pueden remover particulas de material solido de hasta 0.3 micras A los
cartuchos hay que hacerles mantenimiento y reemplazarlos periodicamente. Este tipo de
despojadores son mas costosos que los secos 0 los de bano de aceite.
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Las unidades de separacion a baja temperatura (L TX) se basan en el principio de que al
bajar la temperatura de operaci6n de un separador aumenta la cantidad de liquido que se
puede recuperar . Ademas de aumentar la cantidad de liquido que se puede remover, la
separacion a baja temperatura tambien en algunos casos es suficiente para deshidratar el
gas a los Ifmites que exige el gasoducto .
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Una unidad de separacion a baja temperatura consta de un separador de alta presion uno 0
varios reductores de presi6n (valvulas de expansion, estranguladores, etc) y un sistema
intercambiador de calor. En terminos generales el sistema funciona aSI
EI gas a una presion alta proveniente , por ejemplo, del separador de alta se hace pasar
por el sistema de expansi6n en el cual se reduce la presion y la temperatura por el efecto de
Joule Thompson
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A raiz de la expansion y el enfriamiento se condensan Ifquidos y de esa forma la
mezcla entra al LTX, donde los Ifquidos y s61idos (hidratos) que hayan podido formarse se
van al fondo del recipiente en el cual, debido al sistema de intercambio de calor que posee el
recipiente en esta zona, los hidratos se funden nuevamente y se pueden separar los
hidrocarburos del agua La disminucion en temperatura depende de la carda de presion y se
puede determinar haciendo uso de la Figura 13 y conociendo la presion inicial y la carda de
presion . Este tipo de separaci6n se puede hacer cuando el gas esta a presi6n alta y esta se
puede bajar apreciablemente, En la seccion de deshidratacion del capitulo 4, se discutira
mas en detalle los sistemas de separacion a baJa temperatura pues es uno de los metodos
de deshidrataci6n.
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3.4 FACTO RES QUE AFECTAN LA SEPARACION
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La calidad de la separacion en un separador depende de factores como:
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EI ultimo de los factores depende fundamentalmente de los factores 3 y 4 Y la presion y
temperatura , especial mente la presion, depende de las caracteristicas del fluido y se deben
seleccionar de tal forma que se tenga como resultado final la mayor cantidad posible de
liquido y la menor cantidad de gas Para seleccionar la presion a la que debe trabajar el
separador se debe resolver un problema de calculo de fases haciendo uso de ecuaciones de
estado, y una vez encontrado el valor de la presion se debe garantizar que el separador
trabaje a esta presion, para ello se necesitan los controles del separador.
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garantiza que el separador trabaje a una presion dada y con ellos , el tipo, tamano y
configuracion del separador se debe garantizar una eficiente separacion
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La valvula de contra presion trabaja de la siguiente manera normalmente esta cerrada y por
tanto el gas al lIegar a ella no puede pasar, pero como sigue lIegando gas el recipiente se va
presurizando hasta que lIega un momenta en que se tiene presion suficiente para hacer abrir
la valvula de contrapresion, la cual esta calibrada para abrir a la presion de trabajo del
separador; cLiando esto ocurra la presion dentro del recipiente empieza a disminuir pues esta
saliendo gas y al estar la presion del recipiente nuevamente por debajo de la presion
requerida para hacer abrir la valvula, presion de operacion del separador, esta se cierra La
Figura 16 muestra una seccion longitudinal de una valvula de contrapresion la cual , como se
ve , tiene tres componentes fundamentales EI piloto que consta del tornillo de ajuste, el
dlafragma y la valvula ; el motor que es la seccion que finalmente bloquea 0 permite el paso
del gas a traves de la valvula , consta del diafragma y la valvula de bloqueo, y el orificio de
paso del fluido cuya direccion de fluJo es la indicada por las flechas en la parte inferior de la
figura. En condiciones normales la valvula esta cerrada y el gas no puede pasar a traves de
ella ; esta cerrada porque el resorte del piloto tiene cerrada la valvula de este y el gas que
esta encerado en la camara por encima del diafragma de la valvula del motor la cierra . EI
fluido que trata de buscar salida a traves de la valvula aplica presion por debajo del
diafragma de la valvula del piloto tratando de vencer la presion del resorte y abrir la valvula
del piloto, y tambien aplica presion por debajo del vastago de la valvula del motor tratando de
abrirla; debido a la diferencia de area del diafragma del motor y del vastago de la valvula del
motor, esta valvula no abre inicialmente. AI no encontrar salida el fluido la presion sobre el
diafragma del piloto y sobre el vastago de la valvula del motor aumenta y lIegara el momenta
en que la presion sobre el diafragma del piloto sea mayor que la eJercida por el resorte , esto
hara que el resorte se contraiga , la valvula del piloto se abra y se despresurice el deposito de
gas que ejerce presion sobre el diafragma del motor , 10 cual permitira que el vastago de la
valvula del motor se levante por la presion del fluido que trata de pasar la valvula y permita el
paso de este. AI empezar a pasar el fluido este se va despresurizando y lIegara el momento
en que ya no sea capaz de mantener abierta la valvula piloto permitiendo que se cierre y esto
traera como consecuencia que se cierre la valvula del motor porque ya no sale gas del
deposito por encima del diafragma de la valvula del motor.
Puede ocurrir que la valvula de contra presion del separador no abra cuando la presion del
recipiente lIegue al valor de presion establecido y en este caso el recipiente se seguira
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presurizando, como proteccion del recipiente para estos casos se tiene una valvula de alivio
la cual abre cuando la presion alcanza un cierto nivel por encima de la presion de operacion
permitiendo que el recipiente se despresurice. La figura 17 muestra una seccion longitudinal
de una valvula de alivio.
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EI control de nivel funciona con un detector de nivel de liquido y la valvula de descarga del
liquido ubicada en la linea de descarga del liquido; el sensor de nivel Ie envia senales a la
valvula de descarga para que abra 0 cierre dependiendo de si el nivel esta por encima 0 por
debajo de un valor establecido. Un sensor de nivel muy comun es un flotador cuyo brazo
esta conectado a una valvula que esta ubicada sobre la linea de presion que va a la valvula
de descarga , la presion de esta linea es la requerida para hacer abrir la valvula de descarga.
Cuando el nivel de liquido en el separador esta alto, el flotador sube y por tanto su brazo baja
y al hacerlo abre la valvula sobre la linea de presion y la presion de esta linea se transmite a
la valvula de descarga haciendo que abra y por tanto pueda salir el liquido del separador.
Cuando el nivel de liquido en el separador esta bajo, el flotador cae y su brazo sube haciendo
cerrar la valvula sobre la linea de presion y retirando la presion sobre la valvula de descarga
haciendo que esta se cierre y no permita la salida del liquido del recipiente. La Figura 18
presenta un esquema de la valvula de descarga (secci6n longitudinal) la cual funciona de la
siguiente manera : EI gas de suministro de presion
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3.5 Dimensionamiento de Separadores
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Dimensionar un separador es encontrar las dimensiones y caracteristicas que debe tener el
recipiente para poder realizar la separacion de fases que se busca .
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EI primer paso en el dimensionamiento de un separador es conocer las condiciones de
presion y temperatura a la que va a trabajar pues de elias depende el volumen de fluido que
va a manejar el separador y la determinacion de estos parametros implica un trabajo de
estudio de comportamiento de fases usando eeuaeiones de estado 0 pruebas PVT para
determinar la presion y temperatura optimas a las euales debe trabajar el separador con el fin
de que se tenga al final el mejor resultado en rendimiento de liquido En la refereneia 5 se
presenta con detalle el proeedimiento de ealeulo de fases que se debe realizar con el fin de
eneontrar los valores optimos de presion y temperatura a los que debe operar el separador,
en el presente trabajo se parte del supuesto de que ya se conoeen .
Aunque se puede haeer un desarrollo analitieo para obtener expresiones que permitan
ealeular las dimensiones del separador requeridas para manejar una determinada eantidad
de fluido (1), estas eeuaeiones involueran una serie de suposieiones que haeen que no se
pueda garantizar que el reeipiente seleeeionado sea efeetivo para manejar el volumen dado.
Lo importante a tener en euenta al seleeeionar un separador es que este pueda manejar
adeeuadamente los volumenes de gas y de liquido 0 sea que el gas salga del separador
eompletamente seeo, libre de Ifquido, para 10 eual se neeesita que su veloeidad a traves del
separador sea tal que mientras haee el reeorrido las partieulas de liquido puedan separarse
haeia la seeei6n de aeumulaeion de liquido; esto de todas maneras oeurrira con las partieulas
de liquido mas grandes, para remover las mas pequenas se requiere instalar meeanismos de
adsoreion para extraer la humedad al gas.
En euanto al volumen de liquido, la seeeion de acumulaeion de liquido debe tener un tamano
tal que este pueda permaneeer en el separador un determinado tiempo, del orden
91