Separador Ciclónico: es el que emplea la aceleración centrífuga para separar la mezcla en sus diferentes fases: gas, agua, petróleo. Un concepto importante en la tecnología ciclónica es el número relativo de fuerzas gravitacionales desarrolladas por las fuerzas centrífugas, comparado con un valor de “g” del separador gravitacional. Esto es una medida importante del comportamiento que se obtiene con los separadores ciclónicos por encima de los separadores gravitacionales. Cuando el fluido ingresa al separador empieza a rotar (Figura 4). La velocidad de entrada se multiplica varias veces a medida que aumentan las fuerzas centrífugas que producen la separación. Así el fluido se separa en sus diferentes fases, dando una respuesta más efectiva, que lo que de ordinario se obtiene con los separadores gravitacionales.

El dimensionamiento de estos separadores deberá realizarse dentro de una Ingeniería de Detalle de todo el Sistema de Separación.

Aspectos básicos del diseño. FIGURA 4

Podemos citar los siguientes aspectos básicos o generales para el diseño de un Separador Ciclónico:

a) Entre los diferentes parámetro que intervienen en el diseño, es importante el tiempo de retencion. Para Separadores Convencionales Trifásicos, el tiempo recomendado por la Norma PDVSA es de 1.5 minutos, para el caso de los Separadores Ciclónicos, el valor es mucho menor, este valor se puede obtener por el análisis de varias pruebas y observaciones en campo y otras experiencias de Separadores Ciclónicos instalados en el mundo. Cabe mencionar que la Universidad de Tulsa tiene un program de investigación excluiva de Separadores GLCC y que las firmas CDS Engineering y NATCO Group han desarrollado tecnicas para el diseno de estos equipos. Es común que en los separadores convencionales, se diseñe con tiempos de retención que varían entre 1,5 min. y 5,0 min., dependiendo del tipo de fluido que se esté separando. En los separadores ciclónicos el tiempo de retención es más bajo, por lo tanto, las unidades resultan más pequeñas.

El diseño se lo realiza para un determinado caudal de gas, lo cual se apoya en la teoría de coalescencia de las partículas que pudiera arrastrar el fluido, y el cálculo de la velocidad máxima que se puede utilizar dentro del separador ciclónico. Ello obliga al diseñador a verificar previamente las velocidades más altas que se pueden emplear en estas unidades.

c) La separación gravitacional se basa en las leyes de Stokes, pero también toma en cuenta los aspectos no ideales y los efectos de la turbulencia. Se calcula la máxima velocidad horizontal y se compara con la velocidad terminal de la partícula de petróleo que asciende. Así se calcula el factor de diseño real.

Esta filosofía, hasta ahora aplicada en los separadores convencionales trifásicos, pareciera ser la principal fortaleza de las herramientas ciclónicas, gracias a que, de su aplicación resultan unidades de separación

convencionales muy grandes y, por lo tanto, más costosas. De donde se percibe y se recomienda la utilización de Separadores Ciclónicos en lugar de Separadores Convencionales Trifásicos, que además de tener una mayor eficiencia, son más económicos por su tamaño.

d) El asentamiento de las partículas de agua se calcula con las leyes de Stokes.

La ley de Stokes 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. Fue desarrollada en 1851 por Jorge Gabriel Stokes tras resolver un caso particular de las ecuaciones de Navier-Stokes. En general la ley de Stokes es válida en el movimiento de partículas esféricas pequeñas moviéndose a velocidades bajas.

La ley de Stokes puede escribirse como:

Donde R es el radio de la esfera, ν su velocidad y η la viscosidad del fluido.

e) Se debe analizar el flujo en exceso, lo cual establece una limitante para los separadores ciclónicos de pequeño diámetro, porque, indistintamente de las ventajas que tengan disponen de poco volumen para manejar los líquidos, de tal manera que no están en condiciones de trabajar con baches de líquido que eventualmente caigan al separador. Esta limitante puede ser solucionada con la instalación de dos Separadores en Serie o en Paralelo.

GLCC como Pre-Separador Externo

Para el caso de la Planta de San Alberto, el GLCC puede instalarse como un equipo adicional aguas arriba del sistema de separación existente.

El GLCC puede mejorar notablemente el rendimiento de los separadores e incrementar su capacidad de producción.