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CAPÍTULO IIINORMA PARA EL DISEÑO DE SEPARADORES HORIZONTALES

VAPOR-LÍQUIDO-LÍQUIDO

1.- Generalidades

La norma que se utiliza en el diseño de separadores trifásicos horizontales con botadecantadora, es el Manual de Diseño de Proceso (MDP) de Petróleos de Venezuela (PDVSA),descrito en el documento “PDVSA-MDP-03-S-05”.

En vista que la industria petrolera nacional posee una amplia experiencia en el diseño derecipientes a presión, para todas las aplicaciones de proceso, se decidió utilizar esta norma porquela misma es consecuencia del grado de experiencia que poseen los diseñadores y a lascondiciones muy particulares que caracterizan los procesos de esta industria.

2.- Alcance

Se cubrirá el cálculo de proceso de tambores separadores vapor-líquido-líquidohorizontales, principalmente para operaciones de refinación y manejo de gas en la industria,incluyendo el diseño/especificación de boquillas de proceso e internos necesarios para unaoperación confiable del equipo con respecto a la instalación donde esta presente.

Los líquidos aquí considerados se suponen esencialmente inmiscibles, aproximaciónbastante buena para las operaciones que normalmente maneja la industria, como es la separaciónde gases-hidrocarburos líquidos-agua o glycol.

3.- Metodología de Diseño

En lo sucesivo, todos los cálculos que se presentan a continuación estarán referidos aldiseño de separadores trifásicos con bota decantadora.

Paso No.1.- Ubicar la información mínima requerida para el diseño del separador según lasiguiente tabla:

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Información Vapor/gas Líquidos(s) GeneralDensidad � �Viscosidad � �Tensión superficial �Flujo (másico ovolumétrico) � �

Presión de Operación �Temperatura de Operación �Material pegajoso? �Arrastre de Sólidos? �Variaciones fuertes en el flujo de vapor/gas? �Variaciones fuertes en el flujo de líquido(s) �

Paso No.2.- Definir los criterios de diseño para el servicio en cuestión, configuración deltambor, tiempos de residencia, relación F24 L/D, velocidad permisible de vapor.

Debido a que se va a dimensionar con bota decantadora, no se considera retención delíquido pesado dentro del cuerpo cilíndrico principal del recipiente.

Paso No.3.- Obtener la distancia mínima permisible entre NBBL y el fondo del tambor.Se supone que el tambor tendrá un interruptor y/o alarma de nivel bajo–bajo. Si no es el caso,estaríamos hablando de hNBBL. Esta distancia, hNBBL, desde el nivel bajo–bajo de líquido hasta laboquilla de salida del líquido es 230mm mínimo (9 pulg). Este criterio aplicará tanto paratambores verticales como horizontales.

Paso No.4.- Calcular la velocidad permisible del flujo de vapor con la siguiente ecuación:

g

glc FV

ρρρ −

= 21 (13)

64

Donde: Unidades (SI) Unidades (Inglesas)

Vc, velocidad crítica del gas m/s pie/sñl, densidad del líquido a condiciones de operación kg/m3 lbs/pie3ñg, densidad del gas a condiciones de operación kg/m3 lbs/pie3F21, factor que depende de las unidades utilizadas 0.048 0.157

Paso No.5.- Calcular el área vertical requerida (Av), para el flujo de vapor por encima deNAAL, mediante la siguiente ecuación:

VVV VQA = (14)

Donde: Unidades (SI) Unidades (Inglesas)AV, área de sección transversal para el flujo de vapor m2 pie2QV, flujo de descarga de vapor m3/s pie3/sVV, velocidad del vapor permisible en el recipiente m/s pie/s

La velocidad de vapor permisible en el recipiente (VV), será un porcentaje de la velocidadcrítica de acuerdo a lo indicado en el apartado 4.6.2 de esta norma, el cual indica lo siguiente:“Para servicios en los que se permite una cantidad moderada de arrastre (es decir, hasta 5 kg delíquido por 100 kg de gas (5 lb por cada 100 lb de gas), no se requieren malla y el espacio devapor en el tambor debería ser dimensionado para 100% de velocidad crítica, al caudal normalde flujo de gas. La(s) boquilla(s) de entrada debería(n) terminar en un codo de 90° o en undistribuidor con ranuras, orientado direccionalmente hacia la tapa del cabezal más cercano deltambor. Para servicios limpios y críticos, se debería instalar en el espacio de vapor una mallahorizontal de 150 mm de espesor (6 pulg), con 80 kg/m3 (5 lb/pie3) de densidad aparente, parareducir el arrastre líquido a menos de 1 kg de líquido por 100 kg de gas (1 lb por cada 100 lb degas). Además, para los tambores de diámetros mayores de 900 mm (3 pie), se debería tener unaboquilla de entrada en cada extremo y una sola boquilla de salida central. El área del tambor yde la malla para flujo de vapor se debería dimensionar usando el 100% de la velocidad crítica, aun caudal normal de flujo de gas.

Paso No.6.- Dimensionar el tambor separador horizontal.

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El estimado del tamaño óptimo del tambor es un procedimiento de tanteo para tamboreshorizontales. Primero, se supone un tamaño de tambor, luego se verifica si el tambor es adecuadopara el servicio. Este procedimiento se debería repetir hasta que se optimice el tamaño deltambor, ya que el objetivo es diseñar el tambor más pequeño adecuado para el servicio.

Paso 6.1.- Calcular el volumen de retención entre el NAL y el NBL (Vr1), con la siguienteecuación:

111 * rLr tQV = (15)

El volumen de operación de líquido liviano (Vr1), entre el NAL y el NBL, se obtienemultiplicando el flujo de alimentación de líquido liviano (QL1) por el tiempo de retención (tr1).

El volumen de retención de líquido liviano por tiempo de respuesta del operador alaccionarse una alarma (sea de alta o sea de baja), entre el NAAL y el NAL (o entre NBBL yNBL), se obtiene multiplicando el flujo de alimentación líquida por el tiempo de respuestasupuesto, el cual es 5 min (300 s), desde NAL hasta NAAL, y 5 min más (300 s), desde NBLhasta NBBL, entonces:

min12 10*Lr QV = (16)

En el caso que no se tengan Interruptores y/o alarmas de NBBL y NAAL, este volumenadicional es nulo.

Primer Tanteo

Paso 6.2.- Asumir un valor inicial de la relación F24 Leff/D, donde Leff es la longitudefectiva de operación, es decir, la requerida para que el proceso de separación se cumpla, la cualvaría según la presión de operación en los siguientes rangos. De acuerdo al criterio del diseñador,éste puede aproximar la longitud efectiva a la longitud tangente–tangente.ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

P < 250 psig 1.5 < F24Leff/D < 3.0250 < P< 500 3.0 < F24Leff/D <4.0P > 500 4.0 < F24Leff/D <6.0

66

Paso 6.3.- Asumir un diámetro y a partir de la relación F24 Leff/D calcular laLongitud (Leff).

Paso 6.4.- Calcular el área vertical entre el NBBL y el NAAL (ANBBL-NAAL) mediante lasiguiente ecuación:

( ) effrNAALNBBL LVA =− (17)

Paso 6.5.- Calcular el área fraccional (A1’) de la sección transversal localizada entre elfondo del tambor y el NBBL (Afon–NBBL), a la altura de NBBL (hNBBL).

El término “área fraccional” se usará genéricamente como la razón de un área transversalsobre el área transversal total del tambor horizontal.

Para calcular el área fraccional de la sección transversal (A1’), se utiliza la Tabla 1 delanexo 3, en donde con el valor de R1’ = hNBBL/D, se lee el valor correspondiente a A1’. Nota: LaTabla 1 se usará para todos los cálculos subsiguientes del diámetro de tambor y del área de lasección transversal.

El término “altura fraccional” se usará genéricamente como la razón de una altura sobre eldiámetro del tambor horizontal.

Paso 6.6.- Calcular el área vertical entre el NBBL y el fondo del tambor (Afon–NBBL). Estaárea se calcula multiplicando el área fraccional de la sección transversal A1’ por el área deltambor (ATAMB). Según la siguiente ecuación:

2

24*4

= FDATAMB π (18)

TAMBNBBLfond AAA *'1=− (19)

Paso 6.7.- Calcular el área transversal entre el fondo y el NAL (Afon-NAL), con la siguienteecuación:

22

effrNBLNALNBBLfonNALfon LVAAA ++= −−− (20)

67

LeffVrlA NBLNAL =− (21)

Paso 6.8.- Calcular el área entre NBBL y NAAL (ANBBL-NAAL), y la altura de la seccióntransversal correspondiente (hNBBL-NAAL):

Paso 6.8.1.- El área vertical entre NBBL y NAAl se calcula mediante:

effrNALNBLNAALNBBL LVAA 2+= −− (22)

Paso 6.8.2.- El área vertical entre el fondo y NAAL se obtiene mediante:

NBBLfonNAALNBBLNAALfon AAA −−− += (23)

Paso 6.8.3- Calcular el área fraccional de la sección transversal (A2’) con la siguienteecuación:

TAMBNAALfon A

AA −='2 (24)

Paso 6.8.4.- Utilizar el valor de A2’ para obtener el valor de R2’, en la tabla 1 del anexo 3.

Paso 6.8.5.- Calcular la altura entre el fondo del tambor y NAAL (hfon-NAAL):

DRh NAALfon *'2=− (25)

Paso 6.8.6.- Calcular la altura entre NAAL y NBBL (hNAAL-NBBL):

NBBLfonNAALfonNAALNBBL hhh −−− −= (26)

Paso 6.9.- Calcule el área vertical disponible para el flujo de vapor. El área de seccióntransversal vertical disponible para este flujo, AVD es:

( )NAALNBBLNBBLfonTAMBVD AAAA −− +−= (27)

68

Paso 6.10.- Comparar el valor obtenido del área requerida Av (Paso 5) con el áreadisponible para el flujo de vapor (AVD). Si Av es igual a AVD, el diámetro asumido en el paso 6.2 escorrecto. Si AVD es significantemente mayor que Av, el tamaño de tambor que se asumió esdemasiado grande para el servicio, y si AVD es significativamente menor que Av, el tamaño detambor que se asumió es demasiado pequeño.

Siguientes Tanteos

De acuerdo a lo expresado en el paso 6.10, se debe repetir el procedimiento desde el paso6.2, con un valor de diámetro mayor o menor según sea el caso, hasta encontrar el valor para eldiámetro óptimo. Cuando se obtenga tal diámetro, redondear al diámetro comercial, por arriba,más cercano. Al lograr esto, se obtendrá la longitud de operación o longitud efectiva del tambor(Leff). Esta longitud, se mide desde la boquilla de entrada de alimentación, hasta el extremohorizontal más alejado de la bota decantadora.

Hasta el paso 6.10, se tendrá un diseño preliminar del separador, el cual deberá verificarsepara saber si es apropiado para la separación líquido-líquido, tal como se indica en el siguientepaso.

Paso 7.- Evaluar la capacidad de separación líquido-líquido y estimar la dimensión finaldel recipiente.

Paso 7.1.- Calcular la velocidad de decantación de la fase líquida pesada (VdlP):

( )µ

ρρ LPdlP dFV −= ** 212 (28)

5.03

87

=eSL

pG

DHVFd

Fdρ

µ(29)

5.06

=

GS

FVρ

(30)

µρCt

eVdFR ***15= (31)

69

donde:Unidades SI Unidades Inglesas

Vt, velocidad terminal de decantación (flotación) m/s pie/sd, diámetro de la gota mm pulgRe, número de Reynolds de gota AdimensionalñC, densidad de la fase continua Kg/m3 lbs/pie3ñP, densidad de la fase pesada Kg/m3 lbs/pie3ñL, densidad de la fase liviana Kg/m3 lbs/pie3µ, viscosidad de la fase continua mPas CPF12, factor que depende de las unidades utilizadas 0.545x10-3 18.4663F15, factor que depende de las unidades utilizadas 1 123.871

Paso 7.2.- Calcular la velocidad de flujo de la fase líquida liviana (VlL):

NAALfonLlL AQV

−= , para el nivel NAAL (32)

NBBLfonLlL AQV

−= , para el nivel NBBL. (33)

Paso 7.3.- Calcular la longitud horizontal que las gotas de líquido pesado tienen querecorrer (XH):

dlplLH VhVX *= (34)

donde h, es el nivel al cual se esta evaluando la operación, es decir, hfon-NAAL o hNBBL(medido desde el fondo del recipiente), y VlP, es la velocidad de decantación de la fase líquidapesada.

Si XH (evaluado tanto para NAAL, como para NBBL), es menor que Leff, habrá separaciónde la fase pesada, y el diseño del separador es satisfactorio para la decantación de la fase pesada,por lo tanto, se continua con el Paso 8.

Si XH (evaluado tanto para NAAL, como para NBBL), es mayor que Leff, no habráseparación completa de la fase pesada, por lo tanto, el diseño del separador no es satisfactoriopara la decantación de la fase pesada. Entonces, es necesario continuar con el siguiente tanteo.

70

Paso 7.4.- Aumentar el diámetro (D), usando la relación F24*Leff/D, y obtener la longitudefectiva de separación (Leff). Este tanteo tendrá fijo los valores de las áreas transversales de flujode vapor y de flujo de la fase líquido liviana (área entre NAAL y NBBL). Esto se traduce en unaumento del área transversal por debajo de NBBL, lo cual significa que habrá un mayor tiempode residencia para la separación del líquido pesado del líquido liviano y, cuando se obtenga eltamaño apropiado del tambor, tal tiempo de residencia será superior al tiempo necesario paradecantar las gotas de la fase líquida pesada.

Paso 7.5.- Calcular el área transversal del tambor (ATAMB).

Paso 7.6.- Calcular el área transversal desde NAAL hasta el fondo (Afon-NAAL), con lasiguiente ecuación:

VTAMBNAALfon AAA −=− (35)

Paso 7.7.- Calcular el área entre el fondo y NBBL (Afon-NBBL):

NAALNBBLNAALfonNBBLfon AAA −−− −= (36)

Paso 7.8.- Calcular las áreas fraccionales A1’ y A2’:

TAMBNBBLfon A

AA −='1 (38)

TAMBNAALfon A

AA −='2 (39)

Paso 7.9.- Con los valores A1’ y A2’, leer los valores correspondientes R 1’ y R 2’, de latabla 1 del anexo 3.

Paso 7.10.- Calcular el nivel bajo-bajo de líquido (hNBBL) y el nivel alto-alto de líquido(hfon-NAAL):

DRh NBBLfon *'1=− (40)

71

DRh NAALfon *'2=− (41)

Nótese que el valor fijo de hNBBL en 230 mm (9 pulgadas), cambia aquí por necesidades dela decantación.

Paso 7.11.- Calcular la longitud horizontal que las gotas de líquido pesado tienen querecorrer (XH):

dlplLH VhVX *= (42)

Paso 8.- Calcular la bota decantadora.Paso 8.1.- Calcular la velocidad de flotación de la fase dispersa liviana (VFL) en la fase

continua pesada, utilizando la ecuación siguiente:

( )µ

ρρ LPFL dFV −= ** 212 , siendo µ de la fase continua pesada. (43)

Si el valor calculado excede los 4.2 mm/s (10 pulg/min), fijar dicha velocidad de flotaciónen 4.2 mm/s (10 pulg/min).

Paso 8.2.- Calcular el diámetro de la bota (DB):

( )lLLB VQA *85.02= (44)

242/1**4 FAD BB

= π (45)

donde:AB, área transversal de la bota.QL2, flujo volumétrico de líquido pesado.

Usando la siguiente tabla de diámetros de bota, comparar el diámetro de bota obtenidocon los valores de dicha tabla. Si el valor obtenido excede el máximo allí indicado, significa queel volumen de líquido pesado es muy grande para ser manejado por una bota, y que se debecambiar el tipo de separador por uno que tenga volumen de líquido pesado dentro del cuerpo del

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tambor. Si el diámetro es menor que el máximo indicado en la tabla, continuar con los cálculos deeste tipo de separador.

Dtambmm pulg Dbota (máximo)

d1000 d40 0.5*Dtamb>1000 y <1500 >40 y <60 500 mm (20 pulg)

e1500 e60 1/3*Dtamb

Paso 8.3.- Calcular la longitud de la bota (LB):La altura desde el fondo hasta NBL (hNBL), es 230 mm (9 pulg), tal como lo indica el

apartado 4.7.2, de la norma.La altura entre NAL y NBL (hNAL-NBL), se obtiene con la siguiente ecuación:

BrLNALNBL AtQh 60** 22=− (46)

donde QL2, es el flujo volumétrico de líquido pesado, y tr2, es el tiempo de residencia deoperación del líquido pesado.

Si hNBL-NAL, es menor que 360 mm (14 pulg), entonces:

mmh NALNBL 360=− ó (14 pulg), entonces:

NALNBLNBLB hhL −+= (47)

Paso 9.- Calcular otras áreas y distancias verticales dentro del separador.Paso 9.1.- Calcular área vertical entre NBBL y NBL (ANBBL-NBL), correspondiente al

volumen de líquido de cinco minutos (300s):

effLNBLNBBL LsQA 300*=− (48)

El área vertical entre NAAL y NAL (ANAAL-NAL) es igual al ANBBL-NBL, entonces:

73

NBLNBBLNALNAAL AA −− = (49)

Paso 9.2.- Calcular el área vertical entre el fondo y NBL (Afon-NBL):

NBLNBBLNBBLfonNBLfon AAA −−− += (50)

Paso 9.3.- Calcular el área vertical entre el fondo y NAL (Afon-NAL):

NALNAALNAALfonNALfon AAA −−− −= (51)

Paso 9.4.- Calcular la distancia vertical entre el fondo del tambor y NBL (hfon-NBL):

DRh NBLfon *'4=− (52)

donde Rä’, se obtiene de la tabla 1del anexo 3 con el valor de:

TAMBNBLfon A

AA −='4 (53)

Paso 9.5.- Calcular la distancia vertical entre el fondo del tambor y NAL (hfon-NAL):

DRh NALfon *'5=− (54)

donde Rä’, se obtiene de la tabla 1 del anexo 3 con el valor de:

TAMBNALfon A

AA −='5 (55)

Paso 10.- Verificar que el separador cumple con las limitaciones de distancia mínima:

Paso 10.1.- Verificar que hNBBL-NAAL sea mayor o igual a 360 mm (14 pulg):

Paso 10.1.1.- Calcular la altura entre NAAL y NBBL (hNAAL-NBBL):

NBBLfonNAALfonNBBLNAAL hhh −−− −= (56)

74

Si hNBBL-NAAL, es menor que 360 mm (14 pulg), entonces: hNAAL-NBBL = 360 mm (14 pulg).

Paso 10.1.2.-Modificar la distancia entre el fondo y NAAL (hfon-NAAL), manteniendo todaslas demás alturas que ya se han calculado:

NBBLfonNAALNBBLNAALfon hhh −−− −= (57)

Paso 10.1.3.- Aumentar el diámetro en una cantidad igual a hNBBL-NAAL y modificar Leff,acorde a la relación F24*Leff/D.

Paso 10.2.- Verificar que la altura de la zona de flujo de vapor sea mayor que 300 mm (12pulg), y el 12 % del diámetro del separador. En el caso que se cumplan estas condiciones, noalterar los cálculos realizados, de lo contrario proceder a:

Paso 10.2.1.- Aumentar la altura de la zona de vapor hasta cumplir con la condición delpaso anterior.

Paso 10.2.2.- Aumentar el diámetro en la misma proporción que aumentó la altura delflujo de vapor.

Paso 10.2.3.- No modificar las demás alturas que se calcularon.

Paso 11.- Dimensionar las boquillas de entrada y salidas de gas y líquidos

Paso 11.1.- Estimar el diámetro de la boquilla (dp): Si no se tiene el diámetro de la tuberíade entrada, y la aplicación exige tener flujo bifásico anular, seguir lo indicado en PDVSA–MDP–(Pendiente) (Consultar con MDP versión 1986, sección 14D), para obtener un diámetro queproduzca flujo anular a la entrada del recipiente. En la especificación de proceso del recipiente, sedeberá exigir que la tubería de entrada a este tambor tenga el diámetro aquí obtenido, en unadistancia de al menos cinco diámetros de boquilla medidos desde la brida de la boquilla deentrada. Si no se tiene el diámetro de la tubería de entrada, y la aplicación no exige tener flujobifásico anular, usar la siguiente tabla, para estimar el diámetro de la boquilla de entrada.

75

Descripción del Casco Unidades SI Unidades InglesasÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

Alimentación líquida: Velocidadmenor o igual que:ÁÁÁ

3.0 m/s 10 pie/s

Salida de líquido: Seguir los criteriosindicados en PDVSA–MDP(Pendiente) (Consultar MDP versión1986, secciones 10D – Cabezal Netode Succión Positiva –, y 14B – Flujoen fase líquida), para succión debombas, drenajes por gravedad, etcÁÁÁÁÁÁ

(Pendiente) (Pendiente)

Salida de vapor: Velocidad menorque: 73.2/(ñG)1/2 , m/s 60/(ñG)1/2 , Pie/segÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

Alimentación bifásica en tamboressin malla: Velocidad de la mezclamenor o igual que:

54.9/(ñL)1/2 , m/sÁÁÁÁ

45/(ñL)1/2 , Pie/seg

Alimentación bifásica en tamborescon malla: Velocidad de la mezclamenor o igual que:

73.2/(ñM)1/2, m/s 60/(ñM)1/2, pie/s

donde:

( )VLL QQQ

+=λ (58)

( ) LGM λρρλρ +−= *1 (59)

donde:

En Unidades SI En Unidades Inglesasë, fracción volumétrica de líquidoñG, densidad del gas en condiciones de operación Kg/m3 lbs/pie3ñL, densidad de líquido en condiciones de operación Kg/m3 lbs/pie3

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ñM, densidad de la mezcla en condiciones de operación Kg/m3 lbs/pie3

Paso 11.2.- Calcular la velocidad real de la mezcla a la entrada (Ve):

220**4*P

Me d

QFVπ

= (60)

Paso 11.3.- Calcular la máxima velocidad de la mezcla a la salida de la boquilla deentrada, para separadores horizontales considerando lo siguiente:

Paso 11.3.1.- Boquilla de Entrada con Codo de 90°, se usa la ecuación:

2/12

**

*

=

L

GG

es

f

FV

ρρµ

σ (61)

Sin embargo, para este caso, X (Figura 2 del anexo 2) es la distancia desde la boquillahasta la tapa más cercana del tambor. Con una combinación de malla vertical y horizontal, lavelocidad máxima permisible de la mezcla es cinco veces el valor calculado usando la ecuaciónanterior.

Sin malla vertical (con o sin malla horizontal), la velocidad de la mezcla máximapermisible es dos veces el valor calculado usando la ecuación anterior.

Paso 11.3.2.- Distribuidores con ranuras u orificios. Se usa la ecuación que aplica entrelas siguientes:

2/12/12

*

*

=

XS

FVran

L

GG

es

ρρµ

σ , para 5≤ranSX (62)

2/12/14

*

*

=

XS

FVran

L

GG

es

ρρµ

σ , pararanSX >5 (63)

77

2/12/15

*

*

=

Xd

FVh

L

GG

es

ρρµ

σ , parahdX >5 (64)

Sin embargo, en este caso, X es la distancia desde el distribuidor hasta la tapa más cercanadel tambor, ver figura 2 anexo 2. Con una combinación de malla vertical y horizontal, lavelocidad de la mezcla máxima permisible es cinco veces el valor calculado usando la ecuaciónapropiada. Sin malla vertical (con o sin malla horizontal), la velocidad de la mezcla máximapermisible es dos veces el valor calculado usando la ecuación apropiada:

donde:En Unidades SI En Unidades Inglesas

Ves, Velocidad máxima de la mezcla a la salidade la boquilla de entrada, tal que no ocurraarrastre en la superficie del líquido m/s pie/sf, Factor de disipación de la velocidad del chorro(jet). Como se muestra en la figura 44., f es unafunción de la distancia X (la cual es la distanciaentre la boquilla de entrada y la superficie dechoque), y del diámetro de la boquilla de entrada dp Adimensionalh, Distancia desde la parte inferior de la boquilla deentrada al nivel alto–alto de líquido (NAAL) mm pulgdP, diámetro de la boquilla de entrada mm pulgdh, diámetro del orificio mm pulgSran, altura de la ranura. Usualmente, las ranurasson estrechas y largas. La altura de la ranura es ladimensión más estrecha mm pulgX, distancia desde la boquilla de entrada, hastala superficie de choque (Ver Figura 44.). Paratambores verticales con boquillas de entradasimple, X es el diámetro del tambor. X es

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igual a h para tambores verticales condistribuidores ranurados (o con orificios),o codos de 90 °. mm pulgµG, viscosidad del gas a condiciones de operación mPas cpñG, densidad del gas a condiciones de operación Kg/m3 lbs/pie3ñL, densidad del líquido a condiciones de operación Kg/m3 lbs/pie3ó, tensión superficial del líquido a condiciones deoperación mN/m mN/mF2, factor que depende de las unidades usadas 1.62x10-4 5.3x10-4F4, factor que depende de las unidades usadas 7.0x10-5 2.3x10-4F5, factor que depende de las unidades usadas 3.05x10-5 1.0x10-4

Paso 12.- Calcular la longitud tangente a tangente del separador.

Conociendo el tamaño de la(s) boquilla(s) de entrada y de salida de gas, se tiene que lalongitud tangente a tangente del tambor (L) es la suma, en unidades consistentes, de Leff y todoslos tamaños nominales de las boquillas de entrada y de salida de gas, más tolerancias mecánicasde construcción.

Paso 13.- Diseñar la malla separadora de gotas considerando los siguientes criterios:

Paso 13.1.- Criterio para tambores separadores horizontales con y sin malla horizontal.Para servicios en los que se permite una cantidad moderada de arrastre (es decir, hasta 5

kg de líquido por 100 kg de gas (5 lb por cada 100 lb de gas), no se requieren malla y el espaciode vapor en el tambor debería ser dimensionado para 100% de velocidad crítica, al caudal normalde flujo de gas. La(s) boquilla(s) de entrada debería(n) terminar en un codo de 90° o en undistribuidor con ranuras, orientado direccionalmente hacia la tapa del cabezal más cercano deltambo. Para servicios limpios y críticos, se debería instalar en el espacio de vapor una mallahorizontal de 150 mm de espesor (6 pulg), con 80 kg/m3 (5 lb/pie3) de densidad aparente, parareducir el arrastre líquido a menos de 1 kg de líquido por 100 kg de gas (1 lb por cada 100 lb degas). Además, para los tambores de diámetros mayores de 900 mm (3 pie), se debería tener unaboquilla de entrada en cada extremo y una sola boquilla de salida central. El área del tambor y de

79

la malla para flujo de vapor se debería dimensionar usando el 100% de la velocidad crítica, a uncaudal normal de flujo de gas.

Paso 13.2.- Criterio para tambores separadores horizontales con mallas verticales yhorizontales.

Para servicios limpios en los que el arrastre de líquido debería ser reducido a menos de 1kg de líquido por 100 kg de gas (1 lb por cada 100 lb de gas), la velocidad del vapor en el espaciode vapor del tambor se puede incrementar en 25% (hasta 125% de Vc), si se instalan dos mallaverticales y uno horizontal en el espacio de vapor. El tambor debería tener una boquilla deentrada en cada extremo, terminando en un codo de 90° o un distribuidor ranurado, y una solaboquilla central de salida. Se debería colocar una malla vertical de 150 mm (6 pulg) de espesor y80 kg/m3 (5 lb/pie3), en la mitad del espacio existente entre cada boquilla de entrada y la mallahorizontal de 150 mm (6 pulg) de espesor y 80 kg/m3(5 lb/pie3). La malla vertical debería cubrirel área para el flujo de vapor y se debería extender por lo menos 150 mm (6 pulg) por debajo delnivel de líquido bajo. El área del flujo de vapor (en el tambor y a través de la malla) se deberíadimensionar para el 125% de la velocidad crítica, a un caudal normal flujo de gas. Los tamboreshorizontales con mallas verticales y horizontales son más pequeños que los tambores horizontalescon malla horizontales. Sin embargo, para tambores pequeños de baja presión, los ahorroslogrados al usar un diámetro menor podrían ser compensados por el costo adicional de usar unamalla vertical.

Paso 13.3.- Calcular el área de la malla (Amalla).Conociendo el criterio a emplear, según los dos pasos anteriores, calcular la velocidad

permisible de gas (Vv) como un porcentaje de la velocidad crítica. Luego, obtener el árearequerida de malla con la ecuación siguiente:

VVmalla VQA = (65)

Paso 13.4.- Seleccionar el espesor y densidad de la malla, según los criterios indicados enlos pasos 13.1.

Paso 13.5.- Calcular el ancho de la malla cuadrada (amalla):

80

( ) 2/125 mallamalla AFa = (66)

Paso 13.6.- Calcular la distancia mínima permisible (ho) entre el tope de la malla y laboquilla de salida del gas, usando la siguiente ecuación: la Ec.(5a), en el aparte 4.6.4

2*8 omalla

odDFh −

= (67)

donde:En Unidades SI En Unidades Inglesas

ho, distancia mínima del tope de la mallaa la boquilla de salida del gas mm pulgDmalla, lado más largo de una malla rectangular mm piedo, diámetro de boquilla de salida mm pulgF8, factor que depende de las unidades usadas 1 12

Si la distancia es impráctica, se debería usar un recolector de gas con ranuras. Con unrecolector de gas con ranuras, se debería usar una malla rectangular, ver Figura 1 del anexo 1.Las ranuras se dimensionarán usando la ecuación de caída de presión presentada en PDVSA–MDP (Pendiente: usar antigua sección 14 del MDP), con un coeficiente de descarga de 0.6, conuna caída de presión permisible de 1 a 7 pulg de agua (3.4 a 23.7 kPa). La distancia verticalmínima permisible entre el tope de la malla y la abertura de la ranura más cercana a la mallaviene dada por el valor mayor entre los dos calculados por las ecuaciones siguientes:

2

*8 ranSmalla

o

SNLF

h−

= (68)

( )2

8 rranmallao

NLSFh −= (69)

donde:En unidades SI En Unidades Inglesas

ho, distancia mínima desde el tope de lamalla hasta el borde más cercano de la

81

ranura en el recolector externo mm pulgLmalla, lado más largo de la malla rectangular mm pieNS, número de ranuras por fila mm pulgSmalla, lado más corto de la malla rectangular mm pieLran, lado más largo de la ranura rectangular mm pulgSran, lado más corto de la ranura rectangular mm pulgNr, número de filas de ranuras en recolector de gas

Paso 13.7.- Calcular la distancia vertical disponible entre la malla y NAAL (hmalla-NAAL):

( ) mallaoNAALfonNAALmalla ehhDh −−−= −− (70)

Nota: el hmalla–NAAL mínimo requerido es de 300 mm (12 pulg), para prevenir un salpicadoexcesivo en la malla.

Paso 13.8.- Verificar si el espacio de vapor es adecuado para montar una malla.Calcule la distancia de la cuerda (h) disponible para instalar la malla, usando la Tabla 1

del anexo 3 o directamente por medio de la siguiente ecuación:

( )

−−

−= −−

−NAALfonNAALmall hhDDsenDh *21cos* 1 (71)

Paso 14.- Seleccionar el tipo de rompe-vórtice de acuerdo a los siguientes estándares:Paso 14.1.- Los estándares PDVSA a seguir para la inclusión de rompe–vórtices en los

recipientes, son los siguientes: PDVSA–MID–10603.2.308 PLANCHA TÍPICA ROMPE–VÓRTICE y PDVSA–MID–10603.2.309 ROMPE–VóRTICES TIPO REJILLA.

Paso 14.1.1.- La plancha rompe-vórtice es una placa circular plana horizontal, que seinstala sobre la boquilla de salida de líquido. Es el rompe vórtice más económico de los usadospor PDVSA, y en la mayoría de los casos puede utilizarse. Deberá localizarse, al menos, mediodiámetro de boquilla de salida por debajo del mínimo nivel de líquido (NBL o NBBL, cuandoaplique), y la altura desde el fondo del recipiente deberá ser un tercio del diámetro de boquilla desalida. Cuando el diámetro de la boquilla de salida de líquido es más grande que un 15–20% deldiámetro del recipiente, o cuando se tienen salidas múltiples de líquido, la placa rompe vórticepuede no ser práctica, y se recomienda usar el rompe–vórtice tipo rejilla.

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Paso 14.1.2.- El rompe–vórtice tipo rejilla, consiste en tres láminas horizontalescuadradas de rejilla, del mismo tipo que se usa en plataformas de acceso en plantas, y es el másefectivo disponible: se recomienda cuando es difícil colocar una placa rompe–vórtice (boquillamuy grande de salida de líquido), o cuando se tienen salidas múltiples de líquido. Es más costosoque el rompe–vórtice tipo placa.