Funcionamiento y huso adecuado de un separador de oleo aceite

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Funcionamiento y huso adecuado de un separador de
oleo aceite-agua
© ING. KIRBY S. MOHR, 2001-2013
INTRODUCTION
Cuando se tiene la necesidad de separar y retirar el aceite del agua, una
solución ideal es utilizar separadores de oleo aceite-agua con módulos
coalescentes ya que estos remueven el aceite utilizando propiedades de
gravedad, los módulos de plástico son permanentes y bajo requerimiento
mantenimiento. No se requieren materiales absorbentes ni otros consumibles
como filtros de cartucho, el aceite recuperado puede ser reciclado para el
beneficio del usuario.
Dependiendo de los requerimientos, no es necesario instalacion de systemas de
bombeo ni servicios electricos a menos que sea un requesito por el diseño. Es
posible el diseño con un amplio rango de systemas operacionales 100% aceite.
Un systema de separador puede ser diseñado subterraneo eliminado el espacio
necesario en la superficie.
La gravedad es el systema operacional, su diseño es mas dificil requerido un
diseño professional. Los bajos costos operacionales de nuestro systema de
gravedad y el uso de aceite recyclable en comparasion de otros systemas de
filtracion o systemas de bajo prescion, tienen un beneficio a nuestro fabor la
recuperacion de la inversion del costo inicial de nuestro diseño. Se elimina los
costos de absorbetes mas el costo del deshecho requeririendo unicamente el
costo de la recuperacion del aceite.
A continuacion la informacion detalla el funcionamiento general de nuestro
separador de aceite y agua y provee informacion especifica de nuestros modulos
de placas coalescentes asi como las limitaciones de diseños y sugerencias de
nuestro departamento de ingenieria. Estamos a su dispocion al contactarnos
para ofrecer apoyo, sugerencias o informacion adicional.
TEMA GENERAL Y TEORIA DE SEPARADOR DE OLEO AGUA ACEITE
Fue en el año 1845 cuando el matematico de origen Ingles George Stokes por
vez primera observo y describio las propiedades fisicas que gobiernan el
comportamiento de las particulas solidas dentro de un liquido. (Ley de Stokes,
1845). La misma relacion se aplica durante el levantamiento de las pequeñas
gotas en un liquido distinto mas pesado.
Esta función nos indica los siguiente
DONDE:
VP = velocidad de levantamiento o de establecimiento de la partícula, cm/sec
G = constante gravitacional, 980 cm/sec2
 = viscosidad absoluta del líquido continuo, poise
DP = densidad de la partícula (o de la gotita), gm/cm2
DC = densidad del líquido continuo, gm/cm2
D = diámetro de la partícula, cm
Un dato negativo se refiere a una particula (o gota) velocidad en subida.
Asumiendo los siguientes datos en la ley de Stoke’s:
1) Las partículas son esféricas
2) Las partículas son del mismo tamaño
3) El flujo es continuo horizontalmente y verticalmente. El flujo laminado en este
contexto significa fluido pacivo, y suave, y sin turbulencia.
De lo ya mencionado, es evidente que las variables son la viscosidad de liquido,
la diferencia entre la gravedad especifica del liquido y la particula, y el tamaño
de la particula.
La proporcion de la subida es igualmente governada por la Ley de Stoke’s. Es
decir, si el tamano de la gota, gravedad especifica, y viscosidad del liquido
continuo son conocidos, su proporcion de de subida puede ser calculada.
Para determinar tamaño de un tanque de separador,
primeramente es
necesario calcular la velocidad de subida de las gotas utilizando la ley de
Stoke’s. El tamano del tanque puede ser calculado considerando la trayectoria
del la gota iniciando desde el fondo de los modulos separadores con salida del
lado opuesto del separador. Un volumen suficiente ( tiempo de estancia) tiene
que ser proporcionado el separador para calcular la entrada de la gota por el
fondo del separador y el tiempo de subida hacia la superficie antes de que el
flujo del agua que lleva consigo la gota de aceite salga por el lado opuesto del
separador.
El calculo de la proporcion de subida utiliznado este metodo es una
simplificacion de lo que occurre realmente en las condiciones de campo, siendo
que las gotas de aceite no son todas del mismo tamano y la tendencia en unirse
unas a otras incrementado el tamano de la gota. Adicionalmente, turbolencias
dentro del systema de separador hace dificil una subida sea ordenada de gotas
pequenas. Las Gotas subiran siguiendo la ley de Stokes’s siempre y cuando las
condiciones del flujo permanescan sin cambio.
Cuando el tamano de la particular excede la cantidad de su maxima elevacion
de subida a comparacion de la velocidad del flujo, existe la tendencia que el
flujo durante su subida empieze hacer turbolento. Las particulas de este tamano
o mas grandes no suben tan rapido de acuerdo a la ley de Stokes’s ocacionado
por el efecto de hydrodynamic drag. Aun asi, su subida es rapida en relacion a
las gotas pequenas y son removidas con un buen diseno del separador.
Gotas pequenas de un tamano de 8microns o menos en su diamtero no suben
de acuerdo a la ley de Stokes’s (o menos) ocacionada por el movimiento erratico
de las moleculas en el agua es condicion para sobrellevar la fuerza de gravedad
por lo cual su movimiento es erratico en todas dirececciones. A este movimiento
erratico se le conoce como Brownian Motion. Afortunadamente, su volumen de
las gotas disminuye de acuerdo al cubo de su diametro, por lo tanto su contenido
de aceite es minimo en volumen a menos que existan demasidas gotas
pequenas (como aquellas creadas cuando se utiliza un systema de bombeo
centrifugo para bombear el agua) por lo tanto contienen una cantidad negligente
de aceite.
Durante el proceso coalescente de union, no se presentan grupos de gotas
como se presentan en gotas grandes, lo que sucede es una union entre unas y
otras para formar una gota mas grande. La tension superficial de los liquidos
hace que su formacion sea esferica al ser la forma geometirca de menor
superfice de una masa conocida. Este efecto es de beneficio para el disenador
al ser un dato requerido en la formula de Stokes’s. Algunos disenos de
separador que utilizan este principio an sido disenados, incluyendo separadores
con espeficicaciones del Instituto Americano de Petroleo (API), al igual que
separadores de placas corrugadas (CPI) por nombrar algunos. En resumen, el
systema de mayor eficiencia de funcionamiento es nuestro systema de modulos
de placas coalescentes.
Informacion adicional sobre el tema de API y de otros sistemas de separación
es proporcionada en un boletin técnico “ Nueva clase de separador del AceiteAgua para una mejor manejo de calidad del agua” está disponible a petición de
las publicaciones en el portal de internet. Por razones de brevedad, solamente el
tipo diseño del módulo de la placas esta anexada a esta discusion.
DISENO DE SEPARADOR MODULOS COALESCENTES
Se sobreentiende la dificultad para definir el flujo continuo de laminado. (dato
requerido por la ley de Stokes’s) en un separador de un volumen considerado
ocacionado por el efecto de turbolencia anteriormente mencionado. Por tal
motivo, los modulos coalescentes son utilizados para asegurar el flujo laminado
y sustentar el diseno del systema que se comporte de acuerdo a la Ley de
Stokes’s. El calculo de la teoria de Stokes’s es preciso para determiner el
ascenso de una gota de igual forma para el descenso de sus solidosunicamente si el tamano de la particular y el flujo continuo y su viscosidad son
establecidos.
Lo dificil de hacer el calculo es adquirir los siguientes datos:



¿Cuáles es la gravedades específicas respectivas de los líquidos?
¿Cuál es el tamaño de partícula?
¿Definir la viscosidad del agua?
El diseno de un separador puede requerir un rango de temparaturas ( y
viscosidad ) para simular condiciones de invierno y verano al igual que procesos
irregulares, por lo tanto varias viscocidades tienen que ser consideradas durante
el diseno. La gravedad especifica pueden adquiridas o pueden ser estimadas.
La viscosidad del agua puede ser obtenida en textos. A cambio el tamano de
una gota no es tan facil de determiner. Los tamanos de las particulas solidads
puden ser determinadas en laboratorio, pero el tamano de una gota de aceite es
mas complicado.
Una forma detallada de hacerlo es tomando fotos
microscopicas de las gotas en agua y determinar los tamanos distintos.
Si el tamano de la gota es desconozida, o un grupo considerable de gotas es
visible (situacion normal), es necesario hacer un estimado del tamano de la gota
para determiner la proporcion de subida y de tal forma calcular el tamano del
separador requerido. Estos calculus son basados por experiencia laboral y
nuestro historial de disenos.
Por consequente, en un separador se establece un flujo continuo que contiene
una gama de varios tamanos de gotas de hidrocarbonos y agua para promediar
las condiciones de tamano.
La ley de Stokes’s no arrojara un cálculo exacto de la eficacia del retiro. Una
manera razonable de tratar el problema del retiro para cumplir un requisito
máximo específico de la concentración del aceite, es ataraves de metodos de
estadística. Si podemos demostrar que pocas partículas pasarán a través de un
separador que nos requerimos para causar 15 PPM en el efluente (o el otro
requisito si se requiere un efluente más bajo), podemos predecir con confianza
que el separador cumplirá los estándares efluentes necesarios bajo ley.
Nuestra compania MSR utiliza un programa de computadora con derechos
intelectuales de disenado por nuestra empresa para hacer la determinación
estadística del retiro de la gotita del aceite y por lo tanto del contenido de aceite
efluente. El uso adecuado de nuestro systema, permite que nuestra empresa
MSR asegure esta condicion funcione bajo diversas condiciones del diseño que
el efluente no exceda los limites regulados. Fabor de ver una copia de un hoja
de cálculo ejemplar en el apéndice de este escrito.
Como se conoce en plantas industriales o comerciales, no es aceptable la
presencia de aceite flotando en cantidades grandes o pequenas de aceite en el
agua. Estas son faciblmente detectables al causar mantos brillosas en el agua.
En los E.E.U.U., existe una ley del medio ambiente en la cual detalla que el
agua potable requiere que no haya “brillo” pero no define qué causa un brillo. En
terminos especificos este requerimiento a menudo puede significar 15 mg/l (el
PPM) o menos. Como ejemplo, la jurisdiccion distritial del contado de King
County, Washington (Seattle) han decretado estándares en la cual se permitie
niveles de aceite de descarga considerablemente menos que el límite de la
comision de medio ambiente de aceite y de grasa de 15 PPM en el agua
descargada (romano 1990). Algunas jurisdicciones, tales como departamento de
las industrias pesqueras de Canadá (gobierno de Canadá 1978) permiten
incluso menos aceite y grasa en agua efluente.
Características múltiples del separador del módulo de la placa de ángulo del MSR
Nuestros separadores de capas múltiples de modulos coalesentes, fueron
desarrollados para remover el aceite de una manera eficaz y resistentes a
prevenir obstrucciones y taparse por partículas sólidas durante el proceso.
El diseno de los modulos coalesentes de nuestro separador son acanaladas en
ambas direcciones, con un diseno similar a una tapa de carton de huevos.
Disenamos espaciadores dentro de las placas coalesentes, construidas para
poder hacer convenientemente dos medidas estandar de separacion (nominal 8
y 16 milímetros). Los espacios estrechos
aumentan la
eficiencia y
espaciamientos más amplios son más resistentes a tapar por cualquier sólido
que pudiera estar presente. Un dibujo de los módulos y una foto son anexados
en este escrito.
El fluido del flujo en un módulo es a lo largo del módulo. Las gotas de aceite se
alzan haciendo contacto en la superficie inferior de los modulos lugar donde se
separan y las partículas de los sólidos saliendo a la superficie superior de las
placas y dirigiendose a la parte inferior del separador.
Existe un maximo indice de flujo en proporcion al volumen de las placas
coalesentes dentro de los requisitos del flujo laminar de la ley de Stokes. Para
resolver este límite del flujo por cada módulo, los sistemas de diseños del MSR
utilizamos los módulos múltiples con los módulos colocados lado a lado y
colocados en columnas a la altura requerida para permitir el flujo y al mismo
tiempo para mantener el flujo laminar. Durante el proceso diseno y similicasion,
nuestro programa nos indica la cantidad de filas o columnas requeridas.
Existen sistemas disenados por nuestra empresa con una capaciad de
US20.000 galones por el minuto (4550 metros cúbicos por hora). Ver anexo de
fotos demuestran una pila de concreto subterraneo y una estructura de acero en
superficie con cuatro hileras de los medios coalescentes instalados actualmente
en una fábrica del neumático de Illinois.
CÁMARA ACORAZADA CONCRETA
SEPARADOR DE ACERO
FÁBRICA DEL NEUMÁTICO
Las Ventajas del sistema del MSR son:
a) Las placas instaladas en columnas, permiten un diseño del sistema dentro de
un régimen del flujo laminar. unicamente bajo estas condiciones de un régimen
del flujo laminar es posible el seguimiento y comportamiento esperados de las
gotas de aceite que obedescan la ley de Stokes, predicir la captura de las gotas
de aceite y la calidad del efluente.
b) Las placas en los módulos se diseñan para dirigir los sólidos a la parte inferior
del separador, evitando tapar al dirigir sólidos hacia el deposito de
almacenamiento. En otros sistemas que utilizando placas inclinadas, los sólidos
deben deslizarse sobre la longitud total de las placas , mientras que en los
sistemas del MSR los sólidos tienen que deslizar solamente algunos milímetros
antes de encontrar uno de una multiplicidad de agujeros para filtrar los solidos.
Los sólidos caen directamente a la parte inferior del separador a través de los
orificios.
c) El doble acanalado proporcionan una superficie con inclinacion (a 45) grados
o mayor dirigida en todas direcciones del cada modulo facilitando la fluidez del
aceite hacia arriba.
d) Las placas son colocadas en módulos para instalarse en columnas fácilmente
en un tanque subterraneo o sobre tierra. La mayoría de los systemas de gran
tamano, se diseñan para instalarse de forma subterrána. Las ventajas son
menor costo unitario y mejor flujo.
Las instalaciones subterraneas ayudan en
systemas de flujo de gravedad y en la reduccion de area disponible de suelo
disponible para el uso de una planta.
CONSIDERACIONES DE SELECCION Y DISEÑO DE SISTEMAS DEL SEPARADOR
DE aceite-AGUA
Consideraciones generales del diseño:
Los siguientes factores son necesarios en la selección y diseño de sistemas de
la separación del aceite-agua. Entre éstos se encuentran:
1. Flujo y condiciones.
2. Grado de separación requerido - calidad efluente.
3. Cantidad de aceite en el agua de la entrada.
4. Equipo existente - tal tanques o systemas de bombeo
5. Emulsificación del aceite.
6. Instalaciones de agua tratadas.
7. Método recuperado de la disposición del aceite.
En instalaciones industriales y en algunos casos municipales, es posible
determinr fácilmente el flujo, la cantidad de aceite. En caso de systemas de lluvia
torrenciales, es necesario estimar cantidades de la corriente de agua.
El grado de separación requerido, es generalmente establecido en requicitos
estandares por region geografica. En caso que el agua se descarge a una
alcantarilla sanitaria o a una instalación de tratamiento industrial, su contenido
de aceite efluente permisible puede ser calculado.
La cantidad de aceite en el agua de entrada se puede establecer, especialmente
en usos industriales, aun asi será necesario estimar la cantidad en usos de la
precipitación excesiva. En la industria de fabricantes de equipo de bombeo
pueden proporcionar recomendaciones sobre las cantidades que se pueden
anticipar por region, al igual cierta información es publica sobre compocision de
aguas torrenciales. Equipo en funcion tal como separadores certificados por API
puede definir el diseño de equipo que se utilizará. Frecuentemente el equipo
existente puede ser adaptado con modernos o más sofisticados systemas para
obtener un nivel de separacion ideal que reuna los requicitos necesarios.
El grado de emulsificación del aceite es difícil de determinar, aun asi, ciertas
medidas se pueden tomar para disminuir o reducir la formación de emulsiones y
aumentar su separacion que se formen durante su proceso.
En algunas
ocaciones,
es necesario substituir el equipo existente tal como bombas
centrífugas (que produzcan emulciones dificiles de separar) por un equipo más
eficiente para el uso con los separadores del aceite-agua. En la mayoria de los
casos, es necesario anadir detergentes para romper emulciones por aquellos
detergentes que promuevan emulciones.
El departamento de Ingenieria
americano (US Corps of Engineers) a creado uno estudio sobre este tipo de
detergentes que nuestra oficina de MSR puede proporcionar (cuerpo de
ingenieros, 2007 del Ejército del EE. UU.). En todo caso posible, los detergentes
y jabones deben ser evitados para la limpieza del systema usando solamente
agua caliente o vapor deben ser utilizados.
Es necesario un diseno de tubería con capacidad para un desague ideal asi
evitar inundar el separador o quizás llenar el depósito de colección del aceite
con agua residual. En este caso se disena un registro para verificar su desague.
Es necesario disenar el tamano del deposito de aceite recuperado mas el cliente
debe proporcionar el metodo para su extraccion deben ser incluidos en el
diseno. Para cumplir con agencias ecologicas es necesario mantner una
bitacora del aceite recuperado y reciclado para indicar el funcionamiento
efectivo del separador.
A continuacion tenemos el siguiente tema de discucsion de varios de los puntos
clave para un diseño de sistemas de la separación de aceite-agua.
Condiciones del flujo de la entrada (influente)
Gran parte del funcionamiento de un separador del aceite-agua depende de las
condiciones afluentes del agua, ya que el equipo o condiciones causan
pequenas gotas, cambiando las condiciones de diseno para un separador de
mayor capacidad para darle el tiempo necesario requerido para la union
eventual de las gotas más pequeñas.
en el ambiente se conoce que ciertos factores forman pequeñas gotas son
aquellas que ocacionan turbolencia en la entrada de agua como:
1. Bombas, especialmente bombas centrífugas.
2. Válvulas, especialmente válvulas de paso.
3. Otras restricciones en flujo tal como codos, tes, coples, o el tamano de una
línea de tuberia pequena.
4. Tubería vertical (direccion horizontal es preferible)
5. Agentes químicos de emulsión (jabones y detergentes)
Los agentes emulsionandos tales como jabones y detergentes contribuyen a
pequeños tamaños de la gota además contribuyen al desliz de los modulos y
contribuyen a desarmarze disminuyendo el proceso de coalesion.
Las condiciones ideales de la entrada para un separador del aceite-agua son:
1. Flujo gravedad (no bombeado) en la tubería de entrada.
2. Tubería de entrada clasificada para minima presion.
3. Tubería de entrada recta por lo menos diez diámetros de del grosor da la
tuberia principal. (directamente en inyector)
4. Tubería de entrada que contenga un mínimo de codos, tes, válvulas, y de
otras unionies.
Nota: La mayoría de los separadores se disenan con un codo o una te de
entrada dentro del separador dirigidas hacia abajo. Esto es un requecito para
evitar turbolencias y mesclas aceite en la superficie, así evitando disturbios en
el aceite separado.
Mientras las condiciones de flujo de gravedad sean desconocidas excepto en
sistemas de sanitarios de alcantarillado. La precipitación excesiva, o algunos
otros usos de proceso del agua, una bomba de dislocación positiva tal como un
bomba de tipo progresivo puede ser utilizada que proporcionan un disturbio
mínimo del líquido. La mejor opción, si el flujo de gravedad no está disponible,
es un ana bomba de cavidad-tipo progresivo.
La tubería de entrada debe ser tan lisa como sea posible evitar la turbulencia
causada por aspereza de la pipa. El PVC liso es preferible al concreto áspero.
Los productos químicos de anti-emulsión son utilizados, ayuden a disminuir la
emulcion no propagarla. Los encargados de la instalación tienen una tendencia
a creer que si una pequeña cantidad de producto químico de la anti-emulsión es
efectiva, una gran cantidad podria dar mejor resultados. Lo cual es incorrecto,
por lo tanto Es necesario proporcionar suficiente información al operador para
evitar este problema y darle el uso indicado a los quimicos o simplemente
evitarlos.
Si cantidades de separacion de particulas solidas sean de un tamano
considerable, es ideal integrar en el diseno un compartimiento para el retiro de
arena antes que la corriente entre en el separador. Estos compartimientos deben
diseñarze utilizando parametros de alcantarillado ya establecidos para el retiro
de la arenas según aquellos utilizados en el diseño de instalaciones de
alcantarilla sanitaria.
CONDICIONES DEL FLUJO DEL ENCHUFE (EFLUENTE):
Los diseños efluentes son también importantes en la operación de los
separadores del aceite-agua. Las instalaciones reducidas o otras rio abajo se
deben clasificar adecuadamente para procesar la cantidad de agua (y de aceite)
de cualquier acontecimiento probable. Los desagues de gran descarga durante
una tempestad de la lluvia torrencial tendran que ser debidamente disenados
para poder con la capcidad de fluidos en condiciones de tormenta. La tubería
efluente se debe diseñar con las roturas del sifón de modo que no sea posible
sacar con sifón el aceite y el agua fuera del separador durante condiciones del
flujo bajo.
El aceite se debe remover del separador sobre una base regular, con frequencia.
al no ser removido, este aceite puede llenar el separador, obstruyendo los
modulos causando alto contenido de aceite. Eventualmente el aceite podria
regresar en el evento de la siguiente lluvia.
En algunos casos, La extraccion del aceite no es suficiente para proteger el
ambiente; es necesario su reciclado para asegurarse de que no procesarse
como drenaje evitando contaminacion ambientales. Autoridades del
medioambiente tienen la autoridad de arrestar al dueño del separador del aceiteagua si el aceite no se a dispuesto correctamente, incluso si el dueño había
pagado la disposición apropiada.
El retiro adecuado del aceite en el agua, especialmente en precipitación
excesiva, continúa siendo un problema ambiental y ecologico. El uso del tipo
separadores del modulos coalescentes tiene un número de ventajas de puntos
de vista económicos y ambientales:
• Operaciones económicas y confiables
• Funcionamiento y costos de mantenimiento bajos
• Funcionamiento por gravedad sin conecciones electricas
• El aceite reciclable recuperable
• Espacio reducido de uso
• Eficacia alta y capaciad de reunir requsitos de regulaciones ambientales
• Funcionamiento confiable
• Capacidad de manejar oleadas del aceite o del agua
Si es necesario remover el aceite del agua en una precipitación excesiva o de
las corrientes industriales, el tipo separadores de placas coalesentes a menudo
es la mejor opcion a largo plazo. Fabor de comunicarse a nuestra oficina para
ofrecerle sugerencias e informacion adicional.
Lista de referencia
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
Stokes, George Gabriel. 1845. Transacciones, sociedad filosófica 8, No.
287 de Cambridge.
Romano, Fred. 1990. “Aceite y agua don' mezcla de t: El uso de las
tecnologías de la separación del aceite-agua en la gerencia de calidad de
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Gobierno de Canadá. 1978. " Industrias pesqueras canadienses Act."
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Instituto americano del petróleo. 1990. " Diseño y operación del AceiteAgua Separadores, publicación 421, instituto americano del petróleo.
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Cuerpo del Ejército del EE. UU. de ingenieros. 2007. “Dirección para
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