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• Tomo XXIX • Vol. 4 • (2019)
541
Una práctica habitual es estrechar la corrien-
te de unos 10 cm en la superficie para uni-
ficar las gotas que flotan y separarlas con
un
skimmer
, que no es más que una correa
elástica que lame la superficie, elevando
las gotas, que se sacan con un rascador y
se juntan.
otro tipo de separadores, en especial para la
separación de los hidrocarburos en el agua,
donde la cantidad de hidrocarburos es gran-
de, situación común en pozos calientes de
sistemas de vacío para refinación de petró-
leo, es el que se muestra en la Figura 3.
Para achicar el tamaño del tanque, es común
instalar un coalescedor
(coalescer)
en el
ingreso de las piernas barométricas, cuyo
objetivo es aumentar el diámetro de las gotas
de hidrocarburo, para de este modo aumen-
tar la velocidad de decantación y el tiempo
de residencia necesario. Es parecido a un
demister
, pero colocado en posición vertical.
En algunos casos, el venteo se hace pasar
por un sello hidráulico, por razones de segu-
ridad, para evitar la fuga de hidrocarburos.
Cuando una partícula cae en una corriente
ascendente de gas, es porque la velocidad
de la corriente es inferior a la velocidad de
caída de la partícula. Cuando las velocidades
son iguales, la partícula se mantiene quieta
y llegamos a “la velocidad de flotación”; esto
ocurre cuando la velocidad de la partícula
respecto de la corriente es cero:
u -u = 0
p
la velocidad de flotación es un parámetro
importante en la dinámica de partículas.
En la cámara de vaporización de un evapora-
dor hay siempre cierto arrastre, el vapor no
es puro, y sube conjuntamente con pequeñas
gotas de líquido. El cociente entre el caudal
de vapor y de líquido, se denomina factor
de descontaminación (Fd). Habitualmente la
cámara se diseña para que Fd = 100. Cuan-
do disminuye la temperatura de evaporación
el arrastre aumenta, pues al disminuir la
densidad del vapor, aumenta la velocidad,
que es lo que lo provoca. Para un determina-
do factor de descontaminación, hay un flujo
másico de vapor, G [kg/h m ] admisible, que
2
es función de la temperatura, ºC, de acuerdo
a las siguientes ecuaciones:
Fd = 100 ln G = 6,339 + 0,01949 t (4)
Fd = 1000 ln G = 4,834 + 0,02235 t (5)
Si la temperatura de evaporación t fuera
de 70 ºC y se evaporaran 1000 kg/h, para
lograr un Fd= 100, debe ser ln G = 7,0733,
con lo que G = 1180 kg/h·m .
2
El área de la sección de vaporización sería
1000 kg/h/1180 kg/h·m = 0,857 m , y el
2
2
diámetro 1,039 m.
Si pretendiéramos un Fd = 1000, resultaría
ln G = 6,399 y G = 601 kg/h·m . El área
2
es 1000 kg/h/601 kg/h·m = 1,66 m , y el
2
2
diámetro 1,45 m.
Pero el mismo o mayor Fd se consigue con
un
demister
FD = 2000
, que es una solución
menos costosa y ocupa menos lugar.
Por eso, lo normal es diseñar la cámara para
un Fd = 100 y a la salida, poner un
demister
o un separador centrífugo. Con el Fd de la
cámara y la ley de Stokes, se puede calcular
el diámetro de las gotas separadas, antes de
llegar al
demister
o ciclón.
la ley de Stokes es la base del cálculo de
ciclones para separar polvo en una corriente
de gas, habitualmente aire (Figura 4). Son
eficientes para separar partículas de polvo
de hasta 20 μm en el aire, pero, en mode-
los de poco diámetro se llega a 5 μm. los
ciclones requieren velocidades de entrada
de15 m/s como mínimo, para ser eficientes.
Trabajan por efecto de la fuerza centrífuga
creada por la rotación:
F mr
c
=
ω 2
=
mu
c 2
r
m: masa de la partícula, kg
r: radio del ciclón, m
ω
: velocidad angular, 1/s
u : velocidad periférica, m/s
c
F : fuerza centrífuga, N
c
la velocidad periférica es igual a la velocidad
angular por el radio de giro
u = r
c
ω
la velocidad se toma para que F sea de 20
c
a 40 veces el valor de la fuerza de gravedad
(peso).
El cociente F /F es un número adimensio-
c
g
nal que expresa el número de veces que
el valor de la fuerza centrífuga supera al
valor de la fuerza de gravedad (o peso de la
partícula)
la relación F /F = Nºg, siendo
c
g
Nºg = Número de veces la gravedad
Nºg = =
F c
mr
ω 2
=
r
ω 2
=
u c 2
(6)
F g
mg
g gr
El número de veces la aceleración de la
gravedad g en el planeta es un término muy
utilizado en cohetería y tecnología espacial
para expresar aceleraciones, así, se habla
de 2g si la fuerza (debida a la aceleración)
experimentada por el cuerpo es el doble de
su peso.
Con la velocidad de entrada al ciclón, pode-
mos determinar el área de la boca de entrada
y a su vez las dimensiones del ciclón, ya que,
si la boca de entrada es circular, el ciclón
tiene un diámetro igual a 2 veces el de la
entrada. Si la boca de entrada es rectangular
el diámetro del ciclón es igual a 4 veces el
ancho B (ver Figura 4).
La ley de Stokes y sus aplicaciones
Figura 3 - Separador de agua e hidrocarburos (HC) para la industria petrolera o plantas de extracción
Piernas de descarga
de condensado
Venteo
Coalescedor
Agua
HC
• Tomo XXIX • Vol. 4 • (2019)
541
Una práctica habitual es estrechar la corrien-
te de unos 10 cm en la superficie para uni-
ficar las gotas que flotan y separarlas con
un
skimmer
, que no es más que una correa
elástica que lame la superficie, elevando
las gotas, que se sacan con un rascador y
se juntan.
otro tipo de separadores, en especial para la
separación de los hidrocarburos en el agua,
donde la cantidad de hidrocarburos es gran-
de, situación común en pozos calientes de
sistemas de vacío para refinación de petró-
leo, es el que se muestra en la Figura 3.
Para achicar el tamaño del tanque, es común
instalar un coalescedor
(coalescer)
en el
ingreso de las piernas barométricas, cuyo
objetivo es aumentar el diámetro de las gotas
de hidrocarburo, para de este modo aumen-
tar la velocidad de decantación y el tiempo
de residencia necesario. Es parecido a un
demister
, pero colocado en posición vertical.
En algunos casos, el venteo se hace pasar
por un sello hidráulico, por razones de segu-
ridad, para evitar la fuga de hidrocarburos.
Cuando una partícula cae en una corriente
ascendente de gas, es porque la velocidad
de la corriente es inferior a la velocidad de
caída de la partícula. Cuando las velocidades
son iguales, la partícula se mantiene quieta
y llegamos a “la velocidad de flotación”; esto
ocurre cuando la velocidad de la partícula
respecto de la corriente es cero:
u -u = 0
p
la velocidad de flotación es un parámetro
importante en la dinámica de partículas.
En la cámara de vaporización de un evapora-
dor hay siempre cierto arrastre, el vapor no
es puro, y sube conjuntamente con pequeñas
gotas de líquido. El cociente entre el caudal
de vapor y de líquido, se denomina factor
de descontaminación (Fd). Habitualmente la
cámara se diseña para que Fd = 100. Cuan-
do disminuye la temperatura de evaporación
el arrastre aumenta, pues al disminuir la
densidad del vapor, aumenta la velocidad,
que es lo que lo provoca. Para un determina-
do factor de descontaminación, hay un flujo
másico de vapor, G [kg/h m ] admisible, que
2
es función de la temperatura, ºC, de acuerdo
a las siguientes ecuaciones:
Fd = 100 ln G = 6,339 + 0,01949 t (4)
Fd = 1000 ln G = 4,834 + 0,02235 t (5)
Si la temperatura de evaporación t fuera
de 70 ºC y se evaporaran 1000 kg/h, para
lograr un Fd= 100, debe ser ln G = 7,0733,
con lo que G = 1180 kg/h·m .
2
El área de la sección de vaporización sería
1000 kg/h/1180 kg/h·m = 0,857 m , y el
2
2
diámetro 1,039 m.
Si pretendiéramos un Fd = 1000, resultaría
ln G = 6,399 y G = 601 kg/h·m . El área
2
es 1000 kg/h/601 kg/h·m = 1,66 m , y el
2
2
diámetro 1,45 m.
Pero el mismo o mayor Fd se consigue con
un
demister
FD = 2000
, que es una solución
menos costosa y ocupa menos lugar.
Por eso, lo normal es diseñar la cámara para
un Fd = 100 y a la salida, poner un
demister
o un separador centrífugo. Con el Fd de la
cámara y la ley de Stokes, se puede calcular
el diámetro de las gotas separadas, antes de
llegar al
demister
o ciclón.
la ley de Stokes es la base del cálculo de
ciclones para separar polvo en una corriente
de gas, habitualmente aire (Figura 4). Son
eficientes para separar partículas de polvo
de hasta 20 μm en el aire, pero, en mode-
los de poco diámetro se llega a 5 μm. los
ciclones requieren velocidades de entrada
de15 m/s como mínimo, para ser eficientes.
Trabajan por efecto de la fuerza centrífuga
creada por la rotación:
F mr
c
=
ω 2
=
mu
c 2
r
m: masa de la partícula, kg
r: radio del ciclón, m
ω
: velocidad angular, 1/s
u : velocidad periférica, m/s
c
F : fuerza centrífuga, N
c
la velocidad periférica es igual a la velocidad
angular por el radio de giro
u = r
c
ω
la velocidad se toma para que F sea de 20
c
a 40 veces el valor de la fuerza de gravedad
(peso).
El cociente F /F es un número adimensio-
c
g
nal que expresa el número de veces que
el valor de la fuerza centrífuga supera al
valor de la fuerza de gravedad (o peso de la
partícula)
la relación F /F = Nºg, siendo
c
g
Nºg = Número de veces la gravedad
Nºg = =
F c
mr
ω 2
=
r
ω 2
=
u c 2
(6)
F g
mg
g gr
El número de veces la aceleración de la
gravedad g en el planeta es un término muy
utilizado en cohetería y tecnología espacial
para expresar aceleraciones, así, se habla
de 2g si la fuerza (debida a la aceleración)
experimentada por el cuerpo es el doble de
su peso.
Con la velocidad de entrada al ciclón, pode-
mos determinar el área de la boca de entrada
y a su vez las dimensiones del ciclón, ya que,
si la boca de entrada es circular, el ciclón
tiene un diámetro igual a 2 veces el de la
entrada. Si la boca de entrada es rectangular
el diámetro del ciclón es igual a 4 veces el
ancho B (ver Figura 4).
La ley de Stokes y sus aplicaciones
Figura 3 - Separador de agua e hidrocarburos (HC) para la industria petrolera o plantas de extracción
Piernas de descarga
de condensado
Venteo
Coalescedor
Agua
HC
