LA VELOCIDAD DE LOS FLUIDOS EN EL SEPARADOR

Marcías J. Martínez. 

         La velocidad de los fluidos dentro del separador es un aspecto que atiende a una serie de características y posibilidades tan variadas que vale la pena discutirlas.  Con el fin de ilustrar al lector se hará mención a los aspectos más resaltantes relacionado con el tema:

         ¿Qué tipos de velocidades se analizan en el separador?

         Velocidad dentro del recipiente, la cual atiende entre otras cosas,  a la normativa que se aplique en el diseño que, a su vez, conduce a la obtención de determinados parámetros de velocidad.

         La velocidad interna, también llamada velocidad crítica del sistema, intenta ser aquella en la cual,  de sobrepasarse, sacaría los líquidos del recipiente, en forma de arrastre. Es decir, es la velocidad máxima que se debe utilizar para que la separación se produzca en forma satisfactoria.  Este parámetro no toma en cuenta la existencia de un extractor de niebla.

         La velocidad del gas en el extractor de niebla.  Con el fin de disminuir el diámetro de los recipientes,  los fabricantes han optado por producir extractores de niebla capaces de trabajar con altas velocidades, comparadas con los diseños gravitacionales o convencionales.  Esto ha dado origen al empleo de recipientes de menor diámetro referidos a los separadores compactos, con lo cual, los fabricantes no se refieren al diámetro del separador, cuando venden el equipo, sino a la cantidad de gas que puede manejar el separador. El ingeniero u operador debe tener en cuenta que cuanto menor sea el diámetro, menos líquido puede manejar.

         Se analizan luego las velocidades en las boquillas del separador y, dentro de este rubro, se deberá atender al comportamiento de los fluidos en la boquilla de alimentación o de entrada al recipiente,  el de la boquilla de gas, instalada en la parte superior y en la boquilla para la salida de los líquidos.

         Para calcular la velocidad en las entradas y salidas del recipiente, se toma en cuenta la densidad de los fluidos en cada una de las boquillas, un aspecto en el cual intervienen los siguientes hechos o parámetros.

·   La presión y la temperatura a la cual trabaja la unidad.

·   La composición de la alimentación.

·   Análisis del “flash” o separación instantánea de los fluidos.

·   Cantidad de gas y de líquido, a las  condiciones de operación,

·   La tasa másica del gas y del líquido, a las condiciones de operación.

         A partir de estos parámetros se podrá calcular la velocidad en cada una de las boquillas y, considerando conjuntamente la velocidad y el caudal de los fluidos,  se puede obtener el diámetro de cada tubo.

         Un aspecto que debe tomarse muy en cuenta es la máxima velocidad que se puede emplear al diseñar las  boquillas de entrada, la cual se acepta igual al 80% de la velocidad de erosión.  La normativa de PDVSA sugiere el empleo de velocidades mucho más bajas que la máxima utilizable, por ejemplo:

·   En la boquilla de entrada: 30 pies/seg.

·   En la boquilla del tope: 60 pies/seg.

·   En la boquilla de líquidos, en el fondo del recipiente: 3,0     pies/seg.  Estos parámetros han sido considerados al momento de diseñar el simulador respectivo.

         Obviamente, los fabricantes no están obligados a ceñirse a las limitaciones impuestas por PDVSA. Al rediseñar las unidades instaladas en el campo se podrán apreciar esta característica.

         Otro aspecto que deberá tener en cuenta el estudioso de esta materia es que, al diseñar la unidad, se termina trabajando con caudales mayores que el especificado en el diseño original o condición en la cual se inician los cálculos. Es común que el separador esté en condiciones de manejar cantidades mayores de gas, de líquidos o ambos, mientras que las boquillas siguen diseñadas para el caudal original  con la cual se inició el diseño.

         Parámetros que se emplean al calcular las velocidades:

2.      Velocidad.    

2.1    En las boquillas con respecto a la tubería:        

         Velocidad en la tubería. Es importante conocer el

procedimiento de cálculo para determinar la  velocidad del gas en la tubería, la velocidad de erosión y la máxima permitida,  con respecto a la velocidad de entrada en la boquilla de un separador, la de salida del gas en el tope del separador y la de salida del líquido, por el fondo.                         

También se debe considerar la densidad de la mezcla y su impacto sobre la velocidad del gas.                       

1.2    Efecto del “flash” sobre las velocidades.                

Impacto del cambio de las condiciones de la presión y la temperatura. Al cambiar estos valores se altera la capacidad del recipiente.      

1.3    Velocidad crítica dentro del separador, parámetros requeridos: Los siguientes parámetros se deben considerar.

                   Constante de  Souders y Brown.

                            Pág. 62 del libro de separadores

         Valor de la constante K para calcular la velocidad interna del gas en el recipiente.

                            Según PDVSA.

                            Según la GPSA.

                            Valor de K en separadores horizontales, teórica y

                            según los fabricantes.

                   Velocidad en separadores compactos.

                   Velocidad en separadores ciclónicos.

Con lo cual se advierte sobre la variedad de los parámetros que intervienen en el diseño del separador.               

1.4    Velocidad de erosión, aspectos necesarios:                

Se sugiere aplicar la fórmula para calcular la velocidad de erosión, utilizando el 80% de este parámetro, como máximo.

         La velocidad en el absorbedor también se debe evaluar, por comparación, para lo cual se requiere:

                   El valor de K en función de la distancia entre platos.

                   Velocidad según el GPSA (60-80% del valor calculado)

1.5    Impacto de la velocidad. Aspectos importantes.

         Velocidad demasiado alta

                   En el tope del separador produce arrastre.

                   Se debe verificar ¿cómo detectar el arrastre?

Y el impacto del arrastre con la salida de líquido por la boquilla superior del separador.

         Salida de gas por el fondo del recipiente.

Vorticismo. Se puede producir la por formación de vórtices por descenso de la presión del fluido, en la descarga, por la rotación de los fluidos dentro de la unidad o por la falta del rompevórtices que debe llevar el recipiente.

         La formación de espuma mecánica en el separador. Es un aspecto que se debe considerar,  así como su efecto por las velocidades excesivas y/o el tipo de fluido dentro del recipiente.

Se debe establecer la diferencia entre espuma mecánica y química. La espuma mecánica se reconoce porque el espumaje desaparece muy rápido, no así la espuma química.

Hay métodos sencillos para determinar el tipo de espumaje.

Eficiencia de trabajo del separador. Cuando se desea verificar cómo está trabajando un separador se deben emplear las composiciones de entrada, tope y fondo y los valores de la presión y la temperatura en el momento en que se toman las muestras. Cuando un recipiente produce arrastre de líquidos por el tope no es extraño que se rompa el compresor que se intenta proteger,  o que se contamine la amina o el glicol de las plantas ubicadas agua abajo el sistema.  Una inspección oportuna puede evitar que se generen problemas de alto costo.

Predicciones que se pueden hacer:

1.   Verificar si el separador es apropiado para el trabajo que se está haciendo.

2.   Comprobar que los fluidos reportados, realmente, vienen de ese recipiente.

3.   Comprobar si hay arrastre, con el fin de proteger a los compresores  y  las plantas.

4.   Determinar la calidad del gas y del líquido que se está produciendo.

5.   Cantidad de líquido (GPM) que lleva el gas que sale del equipo y el impacto por su acumulación en las tuberías.

NOTA.- Para el estudio de este tema se recomienda utilizar los siguientes textos: Diseño conceptual de separadores y el de Ingeniería de gas, principios y aplicaciones, de Marcías Martínez.