1278 FM 407 SUITE 109 LEWISVILLE, TX 75077 TEL: 918-299-9290 CELL: 918-269-8710 Funcionamiento y huso adecuado de un separador de oleo aceite-agua © ING. KIRBY S. MOHR, 2001-2013 INTRODUCTION Cuando se tiene la necesidad de separar y retirar el aceite del agua, una solución ideal es utilizar separadores de oleo aceite-agua con módulos coalescentes ya que estos remueven el aceite utilizando propiedades de gravedad, los módulos de plástico son permanentes y bajo requerimiento mantenimiento. No se requieren materiales absorbentes ni otros consumibles como filtros de cartucho, el aceite recuperado puede ser reciclado para el beneficio del usuario. Dependiendo de los requerimientos, no es necesario instalacion de systemas de bombeo ni servicios electricos a menos que sea un requesito por el diseño. Es posible el diseño con un amplio rango de systemas operacionales 100% aceite. Un systema de separador puede ser diseñado subterraneo eliminado el espacio necesario en la superficie. La gravedad es el systema operacional, su diseño es mas dificil requerido un diseño professional. Los bajos costos operacionales de nuestro systema de gravedad y el uso de aceite recyclable en comparasion de otros systemas de filtracion o systemas de bajo prescion, tienen un beneficio a nuestro fabor la recuperacion de la inversion del costo inicial de nuestro diseño. Se elimina los costos de absorbetes mas el costo del deshecho requeririendo unicamente el costo de la recuperacion del aceite. A continuacion la informacion detalla el funcionamiento general de nuestro separador de aceite y agua y provee informacion especifica de nuestros modulos de placas coalescentes asi como las limitaciones de diseños y sugerencias de nuestro departamento de ingenieria. Estamos a su dispocion al contactarnos para ofrecer apoyo, sugerencias o informacion adicional. TEMA GENERAL Y TEORIA DE SEPARADOR DE OLEO AGUA ACEITE Fue en el año 1845 cuando el matematico de origen Ingles George Stokes por vez primera observo y describio las propiedades fisicas que gobiernan el comportamiento de las particulas solidas dentro de un liquido. (Ley de Stokes, 1845). La misma relacion se aplica durante el levantamiento de las pequeñas gotas en un liquido distinto mas pesado. Esta función nos indica los siguiente DONDE: VP = velocidad de levantamiento o de establecimiento de la partícula, cm/sec G = constante gravitacional, 980 cm/sec2 = viscosidad absoluta del líquido continuo, poise DP = densidad de la partícula (o de la gotita), gm/cm2 DC = densidad del líquido continuo, gm/cm2 D = diámetro de la partícula, cm Un dato negativo se refiere a una particula (o gota) velocidad en subida. Asumiendo los siguientes datos en la ley de Stoke’s: 1) Las partículas son esféricas 2) Las partículas son del mismo tamaño 3) El flujo es continuo horizontalmente y verticalmente. El flujo laminado en este contexto significa fluido pacivo, y suave, y sin turbulencia. De lo ya mencionado, es evidente que las variables son la viscosidad de liquido, la diferencia entre la gravedad especifica del liquido y la particula, y el tamaño de la particula. La proporcion de la subida es igualmente governada por la Ley de Stoke’s. Es decir, si el tamano de la gota, gravedad especifica, y viscosidad del liquido continuo son conocidos, su proporcion de de subida puede ser calculada. Para determinar tamaño de un tanque de separador, primeramente es necesario calcular la velocidad de subida de las gotas utilizando la ley de Stoke’s. El tamano del tanque puede ser calculado considerando la trayectoria del la gota iniciando desde el fondo de los modulos separadores con salida del lado opuesto del separador. Un volumen suficiente ( tiempo de estancia) tiene que ser proporcionado el separador para calcular la entrada de la gota por el fondo del separador y el tiempo de subida hacia la superficie antes de que el flujo del agua que lleva consigo la gota de aceite salga por el lado opuesto del separador. El calculo de la proporcion de subida utiliznado este metodo es una simplificacion de lo que occurre realmente en las condiciones de campo, siendo que las gotas de aceite no son todas del mismo tamano y la tendencia en unirse unas a otras incrementado el tamano de la gota. Adicionalmente, turbolencias dentro del systema de separador hace dificil una subida sea ordenada de gotas pequenas. Las Gotas subiran siguiendo la ley de Stokes’s siempre y cuando las condiciones del flujo permanescan sin cambio. Cuando el tamano de la particular excede la cantidad de su maxima elevacion de subida a comparacion de la velocidad del flujo, existe la tendencia que el flujo durante su subida empieze hacer turbolento. Las particulas de este tamano o mas grandes no suben tan rapido de acuerdo a la ley de Stokes’s ocacionado por el efecto de hydrodynamic drag. Aun asi, su subida es rapida en relacion a las gotas pequenas y son removidas con un buen diseno del separador. Gotas pequenas de un tamano de 8microns o menos en su diamtero no suben de acuerdo a la ley de Stokes’s (o menos) ocacionada por el movimiento erratico de las moleculas en el agua es condicion para sobrellevar la fuerza de gravedad por lo cual su movimiento es erratico en todas dirececciones. A este movimiento erratico se le conoce como Brownian Motion. Afortunadamente, su volumen de las gotas disminuye de acuerdo al cubo de su diametro, por lo tanto su contenido de aceite es minimo en volumen a menos que existan demasidas gotas pequenas (como aquellas creadas cuando se utiliza un systema de bombeo centrifugo para bombear el agua) por lo tanto contienen una cantidad negligente de aceite. Durante el proceso coalescente de union, no se presentan grupos de gotas como se presentan en gotas grandes, lo que sucede es una union entre unas y otras para formar una gota mas grande. La tension superficial de los liquidos hace que su formacion sea esferica al ser la forma geometirca de menor superfice de una masa conocida. Este efecto es de beneficio para el disenador al ser un dato requerido en la formula de Stokes’s. Algunos disenos de separador que utilizan este principio an sido disenados, incluyendo separadores con espeficicaciones del Instituto Americano de Petroleo (API), al igual que separadores de placas corrugadas (CPI) por nombrar algunos. En resumen, el systema de mayor eficiencia de funcionamiento es nuestro systema de modulos de placas coalescentes. Informacion adicional sobre el tema de API y de otros sistemas de separación es proporcionada en un boletin técnico “ Nueva clase de separador del AceiteAgua para una mejor manejo de calidad del agua” está disponible a petición de las publicaciones en el portal de internet. Por razones de brevedad, solamente el tipo diseño del módulo de la placas esta anexada a esta discusion. DISENO DE SEPARADOR MODULOS COALESCENTES Se sobreentiende la dificultad para definir el flujo continuo de laminado. (dato requerido por la ley de Stokes’s) en un separador de un volumen considerado ocacionado por el efecto de turbolencia anteriormente mencionado. Por tal motivo, los modulos coalescentes son utilizados para asegurar el flujo laminado y sustentar el diseno del systema que se comporte de acuerdo a la Ley de Stokes’s. El calculo de la teoria de Stokes’s es preciso para determiner el ascenso de una gota de igual forma para el descenso de sus solidosunicamente si el tamano de la particular y el flujo continuo y su viscosidad son establecidos. Lo dificil de hacer el calculo es adquirir los siguientes datos: ¿Cuáles es la gravedades específicas respectivas de los líquidos? ¿Cuál es el tamaño de partícula? ¿Definir la viscosidad del agua? El diseno de un separador puede requerir un rango de temparaturas ( y viscosidad ) para simular condiciones de invierno y verano al igual que procesos irregulares, por lo tanto varias viscocidades tienen que ser consideradas durante el diseno. La gravedad especifica pueden adquiridas o pueden ser estimadas. La viscosidad del agua puede ser obtenida en textos. A cambio el tamano de una gota no es tan facil de determiner. Los tamanos de las particulas solidads puden ser determinadas en laboratorio, pero el tamano de una gota de aceite es mas complicado. Una forma detallada de hacerlo es tomando fotos microscopicas de las gotas en agua y determinar los tamanos distintos. Si el tamano de la gota es desconozida, o un grupo considerable de gotas es visible (situacion normal), es necesario hacer un estimado del tamano de la gota para determiner la proporcion de subida y de tal forma calcular el tamano del separador requerido. Estos calculus son basados por experiencia laboral y nuestro historial de disenos. Por consequente, en un separador se establece un flujo continuo que contiene una gama de varios tamanos de gotas de hidrocarbonos y agua para promediar las condiciones de tamano. La ley de Stokes’s no arrojara un cálculo exacto de la eficacia del retiro. Una manera razonable de tratar el problema del retiro para cumplir un requisito máximo específico de la concentración del aceite, es ataraves de metodos de estadística. Si podemos demostrar que pocas partículas pasarán a través de un separador que nos requerimos para causar 15 PPM en el efluente (o el otro requisito si se requiere un efluente más bajo), podemos predecir con confianza que el separador cumplirá los estándares efluentes necesarios bajo ley. Nuestra compania MSR utiliza un programa de computadora con derechos intelectuales de disenado por nuestra empresa para hacer la determinación estadística del retiro de la gotita del aceite y por lo tanto del contenido de aceite efluente. El uso adecuado de nuestro systema, permite que nuestra empresa MSR asegure esta condicion funcione bajo diversas condiciones del diseño que el efluente no exceda los limites regulados. Fabor de ver una copia de un hoja de cálculo ejemplar en el apéndice de este escrito. Como se conoce en plantas industriales o comerciales, no es aceptable la presencia de aceite flotando en cantidades grandes o pequenas de aceite en el agua. Estas son faciblmente detectables al causar mantos brillosas en el agua. En los E.E.U.U., existe una ley del medio ambiente en la cual detalla que el agua potable requiere que no haya “brillo” pero no define qué causa un brillo. En terminos especificos este requerimiento a menudo puede significar 15 mg/l (el PPM) o menos. Como ejemplo, la jurisdiccion distritial del contado de King County, Washington (Seattle) han decretado estándares en la cual se permitie niveles de aceite de descarga considerablemente menos que el límite de la comision de medio ambiente de aceite y de grasa de 15 PPM en el agua descargada (romano 1990). Algunas jurisdicciones, tales como departamento de las industrias pesqueras de Canadá (gobierno de Canadá 1978) permiten incluso menos aceite y grasa en agua efluente. Características múltiples del separador del módulo de la placa de ángulo del MSR Nuestros separadores de capas múltiples de modulos coalesentes, fueron desarrollados para remover el aceite de una manera eficaz y resistentes a prevenir obstrucciones y taparse por partículas sólidas durante el proceso. El diseno de los modulos coalesentes de nuestro separador son acanaladas en ambas direcciones, con un diseno similar a una tapa de carton de huevos. Disenamos espaciadores dentro de las placas coalesentes, construidas para poder hacer convenientemente dos medidas estandar de separacion (nominal 8 y 16 milímetros). Los espacios estrechos aumentan la eficiencia y espaciamientos más amplios son más resistentes a tapar por cualquier sólido que pudiera estar presente. Un dibujo de los módulos y una foto son anexados en este escrito. El fluido del flujo en un módulo es a lo largo del módulo. Las gotas de aceite se alzan haciendo contacto en la superficie inferior de los modulos lugar donde se separan y las partículas de los sólidos saliendo a la superficie superior de las placas y dirigiendose a la parte inferior del separador. Existe un maximo indice de flujo en proporcion al volumen de las placas coalesentes dentro de los requisitos del flujo laminar de la ley de Stokes. Para resolver este límite del flujo por cada módulo, los sistemas de diseños del MSR utilizamos los módulos múltiples con los módulos colocados lado a lado y colocados en columnas a la altura requerida para permitir el flujo y al mismo tiempo para mantener el flujo laminar. Durante el proceso diseno y similicasion, nuestro programa nos indica la cantidad de filas o columnas requeridas. Existen sistemas disenados por nuestra empresa con una capaciad de US20.000 galones por el minuto (4550 metros cúbicos por hora). Ver anexo de fotos demuestran una pila de concreto subterraneo y una estructura de acero en superficie con cuatro hileras de los medios coalescentes instalados actualmente en una fábrica del neumático de Illinois. CÁMARA ACORAZADA CONCRETA SEPARADOR DE ACERO FÁBRICA DEL NEUMÁTICO Las Ventajas del sistema del MSR son: a) Las placas instaladas en columnas, permiten un diseño del sistema dentro de un régimen del flujo laminar. unicamente bajo estas condiciones de un régimen del flujo laminar es posible el seguimiento y comportamiento esperados de las gotas de aceite que obedescan la ley de Stokes, predicir la captura de las gotas de aceite y la calidad del efluente. b) Las placas en los módulos se diseñan para dirigir los sólidos a la parte inferior del separador, evitando tapar al dirigir sólidos hacia el deposito de almacenamiento. En otros sistemas que utilizando placas inclinadas, los sólidos deben deslizarse sobre la longitud total de las placas , mientras que en los sistemas del MSR los sólidos tienen que deslizar solamente algunos milímetros antes de encontrar uno de una multiplicidad de agujeros para filtrar los solidos. Los sólidos caen directamente a la parte inferior del separador a través de los orificios. c) El doble acanalado proporcionan una superficie con inclinacion (a 45) grados o mayor dirigida en todas direcciones del cada modulo facilitando la fluidez del aceite hacia arriba. d) Las placas son colocadas en módulos para instalarse en columnas fácilmente en un tanque subterraneo o sobre tierra. La mayoría de los systemas de gran tamano, se diseñan para instalarse de forma subterrána. Las ventajas son menor costo unitario y mejor flujo. Las instalaciones subterraneas ayudan en systemas de flujo de gravedad y en la reduccion de area disponible de suelo disponible para el uso de una planta. CONSIDERACIONES DE SELECCION Y DISEÑO DE SISTEMAS DEL SEPARADOR DE aceite-AGUA Consideraciones generales del diseño: Los siguientes factores son necesarios en la selección y diseño de sistemas de la separación del aceite-agua. Entre éstos se encuentran: 1. Flujo y condiciones. 2. Grado de separación requerido - calidad efluente. 3. Cantidad de aceite en el agua de la entrada. 4. Equipo existente - tal tanques o systemas de bombeo 5. Emulsificación del aceite. 6. Instalaciones de agua tratadas. 7. Método recuperado de la disposición del aceite. En instalaciones industriales y en algunos casos municipales, es posible determinr fácilmente el flujo, la cantidad de aceite. En caso de systemas de lluvia torrenciales, es necesario estimar cantidades de la corriente de agua. El grado de separación requerido, es generalmente establecido en requicitos estandares por region geografica. En caso que el agua se descarge a una alcantarilla sanitaria o a una instalación de tratamiento industrial, su contenido de aceite efluente permisible puede ser calculado. La cantidad de aceite en el agua de entrada se puede establecer, especialmente en usos industriales, aun asi será necesario estimar la cantidad en usos de la precipitación excesiva. En la industria de fabricantes de equipo de bombeo pueden proporcionar recomendaciones sobre las cantidades que se pueden anticipar por region, al igual cierta información es publica sobre compocision de aguas torrenciales. Equipo en funcion tal como separadores certificados por API puede definir el diseño de equipo que se utilizará. Frecuentemente el equipo existente puede ser adaptado con modernos o más sofisticados systemas para obtener un nivel de separacion ideal que reuna los requicitos necesarios. El grado de emulsificación del aceite es difícil de determinar, aun asi, ciertas medidas se pueden tomar para disminuir o reducir la formación de emulsiones y aumentar su separacion que se formen durante su proceso. En algunas ocaciones, es necesario substituir el equipo existente tal como bombas centrífugas (que produzcan emulciones dificiles de separar) por un equipo más eficiente para el uso con los separadores del aceite-agua. En la mayoria de los casos, es necesario anadir detergentes para romper emulciones por aquellos detergentes que promuevan emulciones. El departamento de Ingenieria americano (US Corps of Engineers) a creado uno estudio sobre este tipo de detergentes que nuestra oficina de MSR puede proporcionar (cuerpo de ingenieros, 2007 del Ejército del EE. UU.). En todo caso posible, los detergentes y jabones deben ser evitados para la limpieza del systema usando solamente agua caliente o vapor deben ser utilizados. Es necesario un diseno de tubería con capacidad para un desague ideal asi evitar inundar el separador o quizás llenar el depósito de colección del aceite con agua residual. En este caso se disena un registro para verificar su desague. Es necesario disenar el tamano del deposito de aceite recuperado mas el cliente debe proporcionar el metodo para su extraccion deben ser incluidos en el diseno. Para cumplir con agencias ecologicas es necesario mantner una bitacora del aceite recuperado y reciclado para indicar el funcionamiento efectivo del separador. A continuacion tenemos el siguiente tema de discucsion de varios de los puntos clave para un diseño de sistemas de la separación de aceite-agua. Condiciones del flujo de la entrada (influente) Gran parte del funcionamiento de un separador del aceite-agua depende de las condiciones afluentes del agua, ya que el equipo o condiciones causan pequenas gotas, cambiando las condiciones de diseno para un separador de mayor capacidad para darle el tiempo necesario requerido para la union eventual de las gotas más pequeñas. en el ambiente se conoce que ciertos factores forman pequeñas gotas son aquellas que ocacionan turbolencia en la entrada de agua como: 1. Bombas, especialmente bombas centrífugas. 2. Válvulas, especialmente válvulas de paso. 3. Otras restricciones en flujo tal como codos, tes, coples, o el tamano de una línea de tuberia pequena. 4. Tubería vertical (direccion horizontal es preferible) 5. Agentes químicos de emulsión (jabones y detergentes) Los agentes emulsionandos tales como jabones y detergentes contribuyen a pequeños tamaños de la gota además contribuyen al desliz de los modulos y contribuyen a desarmarze disminuyendo el proceso de coalesion. Las condiciones ideales de la entrada para un separador del aceite-agua son: 1. Flujo gravedad (no bombeado) en la tubería de entrada. 2. Tubería de entrada clasificada para minima presion. 3. Tubería de entrada recta por lo menos diez diámetros de del grosor da la tuberia principal. (directamente en inyector) 4. Tubería de entrada que contenga un mínimo de codos, tes, válvulas, y de otras unionies. Nota: La mayoría de los separadores se disenan con un codo o una te de entrada dentro del separador dirigidas hacia abajo. Esto es un requecito para evitar turbolencias y mesclas aceite en la superficie, así evitando disturbios en el aceite separado. Mientras las condiciones de flujo de gravedad sean desconocidas excepto en sistemas de sanitarios de alcantarillado. La precipitación excesiva, o algunos otros usos de proceso del agua, una bomba de dislocación positiva tal como un bomba de tipo progresivo puede ser utilizada que proporcionan un disturbio mínimo del líquido. La mejor opción, si el flujo de gravedad no está disponible, es un ana bomba de cavidad-tipo progresivo. La tubería de entrada debe ser tan lisa como sea posible evitar la turbulencia causada por aspereza de la pipa. El PVC liso es preferible al concreto áspero. Los productos químicos de anti-emulsión son utilizados, ayuden a disminuir la emulcion no propagarla. Los encargados de la instalación tienen una tendencia a creer que si una pequeña cantidad de producto químico de la anti-emulsión es efectiva, una gran cantidad podria dar mejor resultados. Lo cual es incorrecto, por lo tanto Es necesario proporcionar suficiente información al operador para evitar este problema y darle el uso indicado a los quimicos o simplemente evitarlos. Si cantidades de separacion de particulas solidas sean de un tamano considerable, es ideal integrar en el diseno un compartimiento para el retiro de arena antes que la corriente entre en el separador. Estos compartimientos deben diseñarze utilizando parametros de alcantarillado ya establecidos para el retiro de la arenas según aquellos utilizados en el diseño de instalaciones de alcantarilla sanitaria. CONDICIONES DEL FLUJO DEL ENCHUFE (EFLUENTE): Los diseños efluentes son también importantes en la operación de los separadores del aceite-agua. Las instalaciones reducidas o otras rio abajo se deben clasificar adecuadamente para procesar la cantidad de agua (y de aceite) de cualquier acontecimiento probable. Los desagues de gran descarga durante una tempestad de la lluvia torrencial tendran que ser debidamente disenados para poder con la capcidad de fluidos en condiciones de tormenta. La tubería efluente se debe diseñar con las roturas del sifón de modo que no sea posible sacar con sifón el aceite y el agua fuera del separador durante condiciones del flujo bajo. El aceite se debe remover del separador sobre una base regular, con frequencia. al no ser removido, este aceite puede llenar el separador, obstruyendo los modulos causando alto contenido de aceite. Eventualmente el aceite podria regresar en el evento de la siguiente lluvia. En algunos casos, La extraccion del aceite no es suficiente para proteger el ambiente; es necesario su reciclado para asegurarse de que no procesarse como drenaje evitando contaminacion ambientales. Autoridades del medioambiente tienen la autoridad de arrestar al dueño del separador del aceiteagua si el aceite no se a dispuesto correctamente, incluso si el dueño había pagado la disposición apropiada. El retiro adecuado del aceite en el agua, especialmente en precipitación excesiva, continúa siendo un problema ambiental y ecologico. El uso del tipo separadores del modulos coalescentes tiene un número de ventajas de puntos de vista económicos y ambientales: • Operaciones económicas y confiables • Funcionamiento y costos de mantenimiento bajos • Funcionamiento por gravedad sin conecciones electricas • El aceite reciclable recuperable • Espacio reducido de uso • Eficacia alta y capaciad de reunir requsitos de regulaciones ambientales • Funcionamiento confiable • Capacidad de manejar oleadas del aceite o del agua Si es necesario remover el aceite del agua en una precipitación excesiva o de las corrientes industriales, el tipo separadores de placas coalesentes a menudo es la mejor opcion a largo plazo. Fabor de comunicarse a nuestra oficina para ofrecerle sugerencias e informacion adicional. Lista de referencia Stokes, George Gabriel. 1845. Transacciones, sociedad filosófica 8, No. 287 de Cambridge. Romano, Fred. 1990. “Aceite y agua don' mezcla de t: El uso de las tecnologías de la separación del aceite-agua en la gerencia de calidad de la precipitación excesiva”, oficina de la calidad del agua, el municipio de Seattle metropolitana, Seattle, WA. Gobierno de Canadá. 1978. " Industrias pesqueras canadienses Act." Web page, [alcanzado el 20 de marzo de 2000]. Instituto americano del petróleo. 1990. " Diseño y operación del AceiteAgua Separadores, publicación 421, instituto americano del petróleo. Instituto americano del petróleo, Washington, D.C. Cuerpo del Ejército del EE. UU. de ingenieros. 2007. “Dirección para seleccionar los detergentes para el uso en el ejército Washracks”, obras públicas Bulleting técnico 200-1-47.