FUNCIONAMIENTO DE UN SEPARADOR

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. 

Figura 4.  Separador Bifásico Vertical con sus Componentes más Importantes ⁽⁹⁾.

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.

Figura 5.  Sistemas para Extracción de Niebla en un Separador.  a, b) 

Canales de Flujo con Obstáculo.  c) Filtro Elaborado con Alambre Enrollado.

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.

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

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.