Figura 16-. Corte Longitudinal de una Valvula de Contrapresion.

Transcripción

1 ke SOR fe PilOTO DW"RAGMA DEL P II~O TO DIAfRt.G';1 DE LA VAL UL A MOTOR.. '.... ' "..... " '..~..... Figura 16-. Corte Longitudinal de una Valvula de Contrapresion. 92

2 SE: LLO PALANCA r--- - TORNILLO DE AGARRE DEL CAP ULLOr-; TORN ILLO DE PR ESION - PLATO DE L RE S RTE DEL RES OA TE RNILLO DE CALlBRt.C10N S ALI DA GU IA DEL SI:.PARADOR Figura Corte Longitudinal Valvula de Alivio. 93

3 RAGMA - ENTRADA DE GAS RES?IRADOR - _ ASJENTO DE LA VtllVULA J~ Figura 18-. Corte Longitudinal de la Valvula de Oescarga de Uquido de un Separador. 94

4 9S de unos pocos minutos, para garantizar que el gas que se haya ida atrapando en el liquido a la seccien de acumulacien de liquido se pueda separar en esta seccien Procedimiento Analitico. Para el dimensionamiento de un separador se deben tener en cuenta los tres conceptos siguientes La velocidad de asentamiento de una particula suspend ida en una fase continua Este puede ser el caso de una particula de liquido suspendida en fase vapor a de una particula de liquido suspend ida en otra fase liquida, como puede ser el casa de una particula de agua suspend ida en fase petreleo a 10 contraria. En el caso de separadores bifasicos este concepto se requiere para determinar la velocidad permisible en el gas para que no se lieve las gotas de liquido, y en el casa de separadores trifasicos ademas de la razen anterior tambiem se requiere aplicar para definir el tiempo de retencien del petrelea en el recipiente para que no se lieve las particulas de agua. Tiempo de Retencien. Este concepto se debe aplicar para definir el tiempo que debe permanecer el petreleo a el liquido en el recipiente a fin de que se puedan liberar las burbujas de gas que se fueron atrapadas en el liquido a la seccien de acumulacien de liquidos. Relaci6n de Esbeltez. Mediante este concepto se define la relacien aprapiada entre la longitud y el diametro del recipiente can el.fin de que este sea estructuralmente estable y realice adecuadamente la separacien. Velocidad de Asentamiento de una Particula. En la separaci6n de fases en un separador se presenta el problema de una particula suspend ida en un fluido, par ejemplo particulas de liquido suspendidas en gas, particulas de agua suspendidas en petr61eo y viceversa. Es necesario conocer la velocidad can que tales particulas se asientan a traves del fluido para poder determinar el tiempo que el fluida debe permanecer en el recipiente can el fin de liberarse de las particulas suspendidas en ei Una particula sumergida (suspend ida) en un fluido esta sometida ados tipos de fuerzas, de un lado la fuerza de arrastre que Ie aplica el fluido y de otra el peso de la misma particula. La fuerza de arrastre que se aplica sabre la particula esta dada par la ecuacien nomenclatura) (ver (31 ) Dependiendo del tipo de flujo que se tenga, CD se puede calcular de las siguientes maneras Si el flujo es laminar

5 l:; (3.2) Generalmente, cuando se tienen particulas de IIquido suspendidas en fase liquida, el flujo es laminar Si el flujo es turbulento en = ~ + _ 3_ + 0,34 (3.3) 1 NR c N 2 Re (3.4) la maxima velocidad permisible en el fluido es aquella con la fuerza de arrastre es igual a la fuerza gravitacional, 0 sea que en el caso de particulas de IIquido suspendidas en liquido se tiene pd v y como NRc =--"_, si se reemplaza en la ecuaci6n anterior queda finalmente I' v d 2 ( ) J? I ' P" - p.c. v = - --' ' (3.5) la cual cuando se Ileva a unidades practicas se tiene v=287*1o- S d 2 P,, - P I, I' (3.6) cuando se tlene flujo turbulento, la maxima velocidad permisible para el fluido se obtiene de igualar las ecuaciones (3.1) Y (3.4) 0 sea 7rI d 2. -) 4 I C * ' * V d' ( - p,)* (7 up, r1 t> P I, (> de la clial, despejando y se tiene V= r~ *~ * K (p f' - PI )]2 3 Cf) P I la cual cuando se lieva a unidades practicas queda como: 1 96

6 97 v = 0,01 J9(Pp - P I (3.7) PI EI significado de las variables en las ecuaciones (3.1) - (3.7) Y sus respectivas unidades practicas se dan a continuacion CD Coeficiente de arrastre, adimensional Fa: Fuerza de arrastre P I Densidad del fluido en el que esta suspend ida la particula, Ibs/pie 3 d p Diametro de la particula, pies Fg Fuerza debida a la gravedad Pp Densidad de la particula, Ibs/pie 3 9 Aceleracion de la gravedad, 32,2 pies/s 2 d m Diametro de la particula, IJm ( 11Jm=1 / pies) N Re : Numero de Reynolds v Velocidad de la particula en el fluido en el cual esta suspend ida, pies/s IJ viscosidad del fluido en el que esta suspendida la particula, cp (1cP = *10-4 Lbm./pie.s) La ecuacion (3.6) se conoce como ecuacion de Stokes EI valor de CD, cuando se trata de flujo turbulento se puede calcular usando las ecuaciones (3.3) y (3 7) Y aplicando un procedimiento de ensayo y error de la siguiente manera Se supone CD = 1 Se calcula v de (3 7) Se calcula N Re Se calcula CD de (3.3) Se comparan valores supuesto y calculado de CD, si no son iguales se repite el procedimiento tomando como valor supuesto el calculado Dimensionamiento de Separadores Bifasicos. En el dimensionamiento de separadores bifasicos hay que tener en cuenta dos procesos el asentamiento de las particulas de liquido atrapadas en el gas y la retencion del liquido para que las burbujas de gas puedan escapar de este. Separadores Horizontales Asentamiento. La velocidad del gas en el separador se puede expresar como v g qg A EI tiempo que debe permanecer el gas en el recipiente es el requerido para recorrer la longitud efectiva del separador 0 sea

7 y tambien debe ser iguali tiempo requerido para que una particula de liquido suspendida en la fase gaseosa, caiga desde la parte superior del tubo hasta la interfase, 0 sea: - = - V I y usando para Vt la ecuacion (3.7) y unidades practicas queda d/ (2 *12) L,,// ---~--~--- = J 4,7 * ZT * * 10(' 0,0119 (Yr' - PI.~I/)_ 520 P q(n [ P / Cj) d ' 1 '" - * 4 * y de aqui despejando dleff queda donde ZT *. [[Pr>-PI]-I* S.:i PI III dl ~ =420 p q(n d I (38) d Diametro del separador, pulg. qcn Tasa volumetrica de gas, MPCNID Leff: Longitud efectiva del separador, pies P Presion de operacion del separador, Lpca. T Temperatura de operacion del separador, OR Retencion. ecuacion. La retencion del liquido en el recipiente esta gobernada por la siguiente I rj. Jrd sea que I 4 2 ell ' V = --* - * L = Jrd" *2.* L * _1_ I Ii 4 2 <'1/ q, y despejando d2leff Y usando unidades practicas se tiene finalmente 98

8 * 60 Jrd 2 * _1_ * L 1 1* /'1 /" *- * C I q I 5, L I rl q I. e - dt = 0,7 (3.9) donde ql Tasa volumetrica de liquido, BPD trl Tiempo de retencion del liquido, min La longitud real del separador difiere de Left, pues debe incluir el espacio requerido para instalar los accesorios internos del recipiente. La longitud total del recipiente se representa por Lss y es la longitud que hay entre las dos costuras en los extremos. Cuando Left se calcula de (3.8), Lss se calcula de d L = L + - (310) " el/ 12 Cuando Left se calcula de19), Lss se calcula de -~L L " - 3 ('11 (311 ) En general, se usa la ecuacion (310) cuando la relacion gas-liquido es alta y la ecuacion (3.11) se puede usar cuando es mas importante la cantidad de liquido. Los valore escogidos para d Y Left no solo deben cumplir con las ecuaciones (3.8) y (39) sino que ademas deben cumplir con un parametro conocido como relacion de esbeltez. (RE), este parametro exige que la diferencia entre diamet.ro y longitud no sea muy grande y ademas que el diametro no sea muy pequeno para reducir la posibilidad de que el gas al establecer contacto con el liquido arrastre gotas de este debido a la velocidad. La relacion de esbeltez se define por RE = 12 Lss(Pies) d (pu 19,) (3.12) y para el caso de separadores horizon tales debe estar entre 3 y 5. EI procedimiento para disenar un separador horizontal bifasico es el siguiente Se supone diametros y se calcula Left de (3.8) para cada diametro Para cada valor de Left calculado en el paso anterior se calcula Lss de (3.10) Se supone un trl Se supone varios diametro y para cada uno se calcula Left de q9). Para cada valor de Left calculado en los dos pasos anteriores se calcula Lss de (3.11) Para cad a tiempo de retencion, trl, se grafica Lss Vs 0 y en el mismo papel se grafican las lineas correspondientes a relaciones de esbeltez de 3 y 5. Estas lineas delimitan la 99

9 zona de cada curva en las cuales para un tiempo de retenci6n dado se cum pie con la relaci6n de esbeltez. EI paso final es entonces seccionar el tiempo de retenci6n apropiado y en la curva correspondiente buscar la combinaci6n de diametro y longitud Lss que este entre las lineas de RE de 3 y 5 Y cumpla con las ecuaciones (38) y (3.9) La grafica que se obtiene en esta caso tiene la forma que se muestra en la figura 14 y si sobre una linea de trl dado se escoge un punto entre las rectas de relaciones de esbeltez de 3 y 5, se esta cumpliendo con la ecuaci6n (3 9) Y la condici6n de esbeltez, luego se debe verificar que el producto dl eff sea mayor 0 igual que el lado derecho de la ecuaci6n (3.8). Separadores Verticales. Asentamiento =O.0119*[P /1 - P, P, y de aqu i se pude despejar d asi P I C ]2 ZT d " =5041 *[p I' - ' *_ /1 * - q(a' (3.13) P,. LifT! P el diametro que se muestra en la ecuaci6n (313) es el minimo que debe tener el separador y por tanto el separador a usar debe tener, por 10 menos, el diametro que calcule aplicando esta ecuaci6n. Retenci6n del Iiquido I r/. y usando unidades practicas: l * 60 = 7rd 2~ * _ 1_ *_1_ * * _1 r I q I 5, y despejando d 2 h (314) 100

10 101 La salida del liquido del recipiente debe estar por 10 menos 4" por encima de la costura inferior. La altura del nivel de liquido debe estar por 10 menos 24" debajo de la entrada de fluido al recipiente La entrada de fluido debe estar a un diametro mas 6" 0 por 10 menos 42" por debajo del extractor de humedad. La longitud del extractor de humedad debe ser por 10 menos 6". De acuerdo con las recomendaciones anteriores, la longitud costura-costura (Lss) del recipiente va a estar dada por: h (min irna) (3.15) 12 h + d +40 J2 (316) Se utiliza la ecuacion que de mayor valor para Lss. En cuanto a la relacion de esbeltez, esta debe estar entre 3 y 4 Procedimiento de diser'io Se calcula el diametro minimo que debe tener el separador (ecuacion (3.13)). Se toma un tiempo de retencion 1 Para varios diametros se calcula h de (3.14) Para cada h se calcula Lss de (3.15) 0 (3.16). Se toman otros tiempos de retencion y ser repiten para cada uno los pasos 3 y 4. Se grafica diametro vs Lss teniendo como parametro tiempo de retencion. Se traza en el mismo gratico la linea correspondiente a relaciones de esbeltez 3 y 4 Y se traza la horizontal correspondiente al diametro minimo calculado en el paso 1. Esto nos define la zona donde debe estar la combinacion de d y h que se vaya a escoger La seleccion que se haga debe ser tal que el tiempo de retencion no sea demasiado alto y que el diametro sea mayor 0 igual que el calculado en el paso 1 y el producto d 2 h debe ser mayor a igual que el obtenido de la ecuacion (3.13) Dimensionamiento de Separadores Trifilsicos. En el separador trifasico se deben tener en cuenta los siguientes aspectos. Asentamiento de las particulas de liquido (petroleo) en la fase gaseosa Asentamiento de las particulas de agua en la fase petroleo. Retencion de la fase liquida. En el separador trifasico es importante que la fase aceite salga tan limpia como sea posible, por ella se tiene en cuenta el asentamiento de las particulas de agua en la fase petroleo y no al contra rio Generalmente, el tiempo de retencion que se fija es el del petroleo y para el agua se considera que es el mismo.