En general un separador para realizar sus funciones de
retirar todo el líquido del gas y todo el gas del líquido consta de las cuatro
secciones de las que ya se ha hablado, pero además posee una serie de
dispositivos en cada una de sus secciones que ayudan a un funcionamiento más
efectivo del separador. Veamos ahora un poco en detalle cómo trabajan
algunos de los diferentes tipos de separadores.
SEPARADOR VERTICAL BIFÁSICO
En la figura 4(9) se muestra un
separador vertical bifásico y en ella se identifican las cuatro
secciones. La mezcla de fluidos entra por un punto intermedio del
separador (sección de separación primaria) y al hacerlo pasa por el elemento
degasificador el cual se encarga de distribuir el chorro de fluido que está
entrando y facilitar así la separación del gas y el líquido que vienen libres
además de mejorar la posibilidad de escape del gas del líquido (gas que aún no
se ha liberado). Algunas veces al entrar el fluido al separador no pasa
por elemento degasificador, especialmente cuando hay poco gas, sino que más
bien el chorro de líquido al entrar choca contra una placa deflectora o contra
un elemento giratorio buscando con esto distribuir la dirección de flujo en el
primer caso o generar fuerza centrifuga en el segundo caso; en ambos casos se
mejora la oportunidad de separar el gas y el líquido; al chocar la corriente de
fluido contra la placa deflectora ésta se distribuye a través de toda el área
del separador y será mucho más fácil la separación de gas y líquido; cuando la
corriente choca contra un elemento giratorio éste al recibir el
impacto empieza a rotar y al hacerlo impulsa el fluido que choca contra él
hacia a las paredes del separador, pero como el líquido es más pesado que el
gas adquiere mayor fuerza centrífuga y trata de escaparse más rápido hacia las
paredes, de esta manera la fuerza centrífuga ayuda a separar gas y
líquido. En consecuencia, en esta sección primaria las fuerzas de
separación son gravedad y fuerza centrífuga.
Después de la sección de separación primaria, el gas
sigue hacia arriba y pasa por la sección de separación secundaria donde algunas
gotas de líquido que han sido arrastradas por el gas que se separó en la
sección primaria, se caen por gravedad. En esta sección generalmente no
hay medios mecánicos que ayuden a la separación, esta es por gravedad.
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Figura 5. Sistemas para Extracción de Niebla
en un Separador. a, b)
Canales de Flujo con Obstáculo. c) Filtro
Elaborado con Alambre Enrollado.
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Luego de la sección secundaria, el gas pasa por la
sección extractora de humedad en la cual todas las gotas del líquido que no
alcanzaron a separarse en la sección secundaria son extraídas mediante algún
método mecánico; esta sección hace las veces de un filtro por el cual pasa el
gas pero no alcanza a pasar el líquido. En el extractor de humedad el gas
va a encontrar una serie de obstáculos con los cuales choca y al hacerlo queda
adherida parte del líquido en forma de pequeñas gotas las cuales se van uniendo
y luego caen. La configuración del extractor de humedad puede ser como
aparece en la figura 4, y en la figura 5 aparecen otras configuraciones
comunes. Se debe aclarar que un extractor en forma de filtro a base
de alambre enrollado no es recomendable cuando se tiene producción de crudos
que presentan depositación de parafinas. En la sección extractora de
humedad el mecanismo de separación es una combinación de impacto, adsorción y
gravedad. Después de pasar el gas por la sección extractora de humedad
sale a la parte superior del separador en donde se encuentra la salida para el
gas.
El líquido que se separa en la sección de separación
primaria además de las gotas que caen de las secciones de separación secundaria
y extractora de humedad se cae hacia la sección de acumulación de líquido que,
como ya se dijo, cumple con dos funciones importantes, por una parte permitir
que el líquido permanezca un determinado tiempo en reposo y así el gas que haya
podido venirse atrapado en el líquido tenga oportunidad de escaparse, y por
otra parte el colchón de líquido impide que el gas se escape por la salida del
líquido. Muchas veces la sección de acumulación de líquido está separada
del resto del separador por un bafle o placa cuya función es tratar de mantener
la superficie del líquido lo menos turbulenta posible, lo cual también facilita
la liberación del gas; el líquido antes de pasar hacia la sección de
acumulación de líquido cae sobre el bafle o placa y pasa hacia abajo a través
de orificios o ranuras del bafle.
SEPARADORES HORIZONTALES
Se usan generalmente cuando la producción de gas
empieza a ser alta, la producción de líquido es más o menos uniforme y no se
presentan variaciones bruscas en el nivel de fluido dentro del separador.
Cuando hay producción alta tanto de líquido como de gas se usan los separadores
horizontales de dos tubos en el cual en el tubo superior se maneja el gas y en
el inferior el líquido.
En la figura 6a se muestra un separador
horizontal bifásico que funciona de la siguiente manera: la mezcla de
fluidos entra a este tipo de separadores por un extremo del cilindro y al
hacerlo choca contra un elemento giratorio el cual le imprime fuerza centrífuga
a las fases líquida y gaseosa ayudando a que se separen y al hacerlo, el
líquido cae por gravedad hacia la parte inferior del separador; la zona
donde se presenta esta separación inicial de fluidos se puede considerar como
la sección de separación primaria.
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Como en el separador
horizontal no hay un trayecto en dirección vertical apreciable por donde pueda
viajar el gas y permitir que parte de las gotas de líquido que ha arrastrado
caigan, se recurre a medios mecánicos para retirarle la humedad al gas; por este
motivo el gas se hace pasar por una serie de placas, llamadas placas de
rectificación con las cuales va establecer contacto con el gas y al hacerlo,
gran parte de las gotas de líquido que está arrastrando se adherirán a las
placas y luego caerán al fondo del separador; esta sección de rectificación
viene a desempeñar la función de la sección de separación secundaria.
Después de salir el gas de la sección de rectificación
pasa hacia la sección extractora de humedad cuya forma y funcionamiento es
similar a las descritas en el separador vertical; se debe aclarar sin embargo
que la sección extractora de humedad no es tan necesaria en los separadores
horizontales como en los verticales pues, por una parte la sección
rectificadora la mayoría de las veces es bastante efectiva y, por otra parte el
recorrido del gas es más largo que en el caso vertical, lo cual da más
oportunidad de que el líquido se separe del gas; en caso de usar sección
extractora de humedad se debe tener en cuenta el tipo de crudo que se vaya a
tratar para seleccionar el filtro, pues, por ejemplo, no se debe usar un filtro
de alambre enrollado si el crudo presenta depositación de parafinas; después de
pasar el gas por la sección extractora de humedad busca la salida para el
gas. El líquido que se ha separado en las secciones primarias, de
rectificación y extractora de humedad busca la sección de acumulación de
fluidos, la cual es la sección inferior del cilindro y está separada de las
demás secciones por una placa o bafle horizontal con orificios o ranuras a
través de las cuales pasa el líquido hacia abajo; esta sección posee la salida
del separador para la fase líquida pero como la altura de la columna de fluido
en esta sección es tan pequeña la mayoría de las veces, en esta salida se pueden
formar vórtices lo cual permitiría que se escapara gas con el líquido, para
evitar esto se usa el tubo ranurado, conocido como rompedor de vórtices.
La figura 6b muestra otro separador
horizontal bifásico de un solo tubo que presenta dos diferencias principales
con respecto al de la figura 6a: por una parte el chorro de fluido no choca al
entrar con un elemento giratorio sino con una placa deflectora y por otra parte
no posee el filtro o colchón extractor de humedad; generalmente cuando la
RGL es alta es común usar separadores como el de la figura 6a y
cuando la RGL es baja se puede usar un separador horizontal sin
colchón extractor de humedad.
Cuando se tiene un separador horizontal de dos tubos,
las secciones de separación primaria, de rectificación y extractora de humedad
se encuentran en el tubo superior, es decir el tubo superior es semejante a un
separador horizontal de un solo tubo con la excepción de que no posee sección
de acumulación de líquido, esta función la cumple el tubo inferior; el tubo superior
está comunicado, generalmente en sus dos extremos, con el tubo inferior para
permitir el paso del líquido.
SEPARADOR ESFÉRICO
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Este tipo de separador se usa principalmente cuando
hay una producción alta, y además a presión alta, de gas. La figura 7
muestra un esquema de un separador esférico. El chorro de fluido entra
por un punto dado y es llevado hacia el extremo opuesto en donde se divide en
dos chorros que hacen ángulo de 180°; con este método se busca distribuir la corriente a través de
toda la circunferencia del separador para mejorar la separación de fases; así
ocurre la separación inicial de líquido y de gas,
Figura 7. Separador Esférico.
el líquido se va al fondo y el gas se va hacia
arriba. En la parte superior del separador hay una sección
extractora de humedad por la cual tiene que pasar el gas antes de buscar la
línea de salida. En este separador el volumen ocupado por la sección de
acumulación de líquidos debe ser pequeño comparada con el volumen del separador
a fin de que pueda manejar una cantidad alta de gas y éste pueda salir bien
seco. El bafle horizontal con orificios se usa para separar las zonas de
gas y de líquido.
SEPARADORES TRIFASICOS
Son casi siempre verticales u horizontales y aunque no
son tan comunes como los bifásicos se usan en aquellos campos donde la
producción de agua es muy baja, casi nula, y además ésta no viene emulsionada
con el petróleo sino que en la sección de asentamiento de líquido el agua y el
aceite se separan por segregación. La diferencia entre el separador
bifásico y el trifásico está en la sección de acumulación de líquidos pues en
este último hay separación de agua y aceite y por tanto la sección de acumulación
de líquido tendrá una salida para el agua y una para el aceite y un sistema de
control para la interfase agua – aceite y otro para la interfase aceite -
gas. Como casi siempre el petróleo es más liviano que el agua la capa de
aceite estará por encima de la de agua.
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