Una planta metalúrgica descarga alrededor de 20 metros cúbicos por hora de agua de enjuague que transporta aproximadamente 400 mg/L de aceite residual y fluido de corte. El aceite libre flota hacia la superficie en cuestión de minutos si se le da al agua un lugar tranquilo para reposar. El aceite emulsionado puede permanecer en la misma agua durante horas y aún así no subir. Esa diferencia, no la forma del tanque, decide si un separador de agua y aceite funciona.
Aquí está la versión corta: un separador de agua y aceite no filtra el aceite del agua. Ralentiza el agua, la extiende lo suficiente y le da a la flotabilidad el tiempo suficiente para elevar las gotas de petróleo a una superficie donde un skimmer puede llevarlas. Existen placas, deflectores, burbujas de aire y productos químicos para facilitar ese trabajo.
Flotabilidad, superficie y tiempo: las tres palancas de separación
El petróleo flota porque es más ligero que el agua. La mayoría de los aceites minerales, fluidos hidráulicos y diésel tienen entre 0,85 y 0,92 g/cm³, mientras que el agua a 20 grados centígrados se acerca a 1,00 g/cm³. La brecha suele ser sólo del 8 al 15 por ciento, razón por la cual la separación es lenta y por qué la geometría del tanque es tan importante.
La velocidad de ascenso de una sola gota normalmente se estima mediante la ley de Stokes:
v = g (densidad del agua - densidad del petróleo) d 2 / 18 viscosidad
donde d es el diámetro de la gota y la viscosidad es la del agua. Destacan dos cosas. Como el diámetro es al cuadrado, duplicar el tamaño de la gota hace que ésta suba cuatro veces más rápido. Debido a que la viscosidad se encuentra en el denominador, calentar el agua tiene el mismo efecto que hacer que las gotas sean más grandes. Un separador que ignora cualquiera de los factores es un tanque de sedimentación con un nombre más impresionante.
De entrada a salida: qué hace cada etapa de la unidad
Casi todos los separadores por gravedad siguen la misma secuencia, ya sea una unidad API de concreto enterrada en una refinería o una unidad compacta de acero en el piso de un taller.
- Distribuidor de entrada o deflector. Elimina la carga de velocidad de la tubería entrante y distribuye el flujo uniformemente por todo el ancho de la unidad. La distribución desigual es la causa más común de cortocircuito.
- Se desprenden arena y sólidos. La arena, las incrustaciones y los sólidos pesados se depositan en una tolva en el fondo, generalmente un sumidero en forma de V con una válvula de drenaje o un sinfín.
- Paquete de placas o medios coalescentes. Las placas inclinadas reducen la distancia vertical que debe recorrer una gota de decenas de centímetros a unos pocos centímetros, y les dan a las pequeñas gotas una superficie en la que fusionarse.
- La capa de aceite se acumula. El aceite libre se acumula en forma de película que se espesa hasta alcanzar aproximadamente entre 25 y 50 mm antes de ser extraído por un tubo desnatador, un desnatador de cinta o un vertedero ajustable.
- Vertedero o deflector de salida. El agua se extrae de debajo de la capa de aceite y sale por un vertedero que fija el nivel del agua y, por lo tanto, la profundidad de la capa de aceite, dentro de la unidad.
El orden importa. Si el deflector de entrada está sucio o el paquete de placas está obstruido, cada etapa aguas abajo está trabajando con el agua equivocada y el vertedero de salida simplemente transmite el problema.
¿A qué velocidad suben realmente las gotas de petróleo?
Los números hacen obvia la lógica del diseño. Utilizando la ley de Stokes con una diferencia de densidad de 80 kg/m³ en agua a 20 grados Celsius, una gota de 150 micrones, la base de diseño clásica para un separador por gravedad, se eleva aproximadamente 1 mm por segundo. Se necesitan unos 17 minutosutos para recorrer un metro.
Esta es la razón por la que los separadores por gravedad son largos y poco profundos. Mantenga las gotas a 20 cm de la superficie y el tiempo de residencia necesario disminuirá de decenas de minutos a unos pocos. También es la razón por la que existen los paquetes de placas: si se acorta el recorrido de subida, se puede encoger el tanque o atrapar gotas más pequeñas en el mismo espacio.
La temperatura es la variable más barata de cambiar
La viscosidad del agua cae abruptamente a medida que se calienta. Es aproximadamente 1,79 mPa·s a 0 grados, 1,00 a 20 grados y aproximadamente 0,55 a 50 grados. Debido a que la viscosidad se encuentra en el denominador de la ley de Stokes, calentar una corriente de 20 a 50 grados casi duplica la velocidad de ascenso de cada gota que contiene, sin cambiar una sola placa.
Es por eso que los sistemas de agua aceitosa en climas fríos están aislados o calentados, y por eso la misma unidad a menudo funciona mejor en verano que en invierno. También es una advertencia. Si una planta cambia a otro detergente o agente de limpieza, la fracción emulsionada puede saltar bruscamente y el separador parecerá como si algo mecánico hubiera fallado cuando nada.
Las principales rutas de separación comparadas
La separación por gravedad es la columna vertebral del tratamiento de aguas oleosas, pero rara vez es la historia completa. Las rutas siguientes son las que se encuentran con mayor frecuencia antes de un punto de descarga o de un paso de reutilización.
| Ruta | como se separa | Gotitas que le convienen | Huella |
|---|---|---|---|
| Separador de gravedad API | Canal largo y silencioso con tiempo de residencia. | Aceite libre, principalmente por encima de 150 µm | Grande |
| Separador de placas CPI/PPI | Las placas inclinadas acortan el camino de ascenso. | Aceite libre y disperso, alrededor de 60 a 150 µm | Medio |
| Flotación por aire disuelto | Las microburbujas llevan el petróleo a la superficie | Aceite disperso y ligeramente emulsionado. | Medio |
| Hidrociclón o centrífuga | La alta fuerza g amplifica la diferencia de densidad | Gotas pequeñas, pero que consumen mucha energía. | pequeño |
| Coagulación química más flotación o pulido de membranas. | Los productos químicos agrandan las gotas y una barrera atrapa el resto | Aceite muy emulsionado y algo de aceite disuelto. | Compacto |
Máquina de flotación de aire horizontal La máquina de flotación por aire disuelto por advección es un equipo de separación sólido-líquido comúnmente utilizado en la industria de tratamiento de aguas residuales. Puede eliminar eficazmente la suspensión... Ver producto → La flotación por aire disuelto merece una mirada más cercana porque cambia el mecanismo en lugar de la geometría. En lugar de esperar a que el petróleo suba por sí solo, las microburbujas se adhieren a las gotas y las elevan a una velocidad que la gravedad por sí sola no puede producir. Elimina el aceite disperso y ligeramente emulsionado por el que pasa directamente una unidad de gravedad simple.
Dónde encaja la dosificación de productos químicos
Por debajo de aproximadamente 20 micrones, las gotas de petróleo se comportan más como materia disuelta que como aceite flotante. Una gota de 20 micrones necesita varias horas para ascender un metro, algo que ningún tanque práctico puede ofrecer. La respuesta es hacerlas crecer: un coagulante neutraliza la carga superficial de las gotas y un floculante convierte las gotas neutralizadas en flóculos lo suficientemente grandes como para que la gravedad o la flotación los eliminen.
La química sólo funciona si la dosificación es constante. Las tasas de dosis en agua aceitosa generalmente oscilan entre decenas y cientos de mg/L, y una bomba dosificadora que se desplaza en un 20 por ciento desperdicia polímero o deja que el aceite pase a la salida. Es por eso que los sistemas de dosificación empaquetados con una cámara de mezcla y bombas calibradas son estándar en tratamiento de aguas residuales industriales líneas donde el influente cambia turno tras turno.
Dispositivo de dosificación integrado Máquina deshidratadora de lodos con prensa de tornillo Ver producto → ¿Qué decide si la unidad alcanza sus números?
Dos separadores construidos según dibujos idénticos pueden funcionar de manera muy diferente. En la práctica, el rendimiento se decide mediante una breve lista de variables:
- Tasa de carga superficial, en metros cúbicos por metro cuadrado por hora. Empújelo hacia arriba y el tiempo de retención disminuye proporcionalmente.
- Temperatura y viscosidad de la corriente entrante.
- Distribución del tamaño de las gotas: libres, dispersas o emulsionadas.
- Turbulencia en la entrada, que vuelve a romper las gotas que ya se han fusionado.
- Profundidad y estabilidad de la capa de aceite. Una capa demasiado desnatada transporta agua, una capa insuficientemente desnatada arrastra aceite con el agua.
- Lodos y arena acumulados, que reducen silenciosamente el volumen de trabajo de la unidad.
Sólo un elemento de esa lista es una propiedad mecánica del separador. El resto son propiedades de la corriente y de cómo se opera la unidad.
Mantenimiento y lodos que nadie planea
Un separador de agua y aceite es un dispositivo pasivo, por lo que falla silenciosamente. Los síntomas habituales son predecibles:
- Aceite en la salida: capa de aceite demasiado espesa, intervalo de desnatado demasiado largo o el vertedero de salida está demasiado bajo.
- Mala separación en el flujo de diseño: cortocircuito causado por un deflector de entrada bloqueado o un paquete de placas sucio.
- Olor persistente y manto de lodo ascendente: los sólidos se acumulan en la tolva más rápido de lo que se extraen.
- Pérdida repentina de rendimiento sin cambio mecánico: un nuevo agente limpiador o un cambio de proceso ha emulsionado el aceite.
Tanto el petróleo recuperado de la superficie como el lodo extraído del fondo necesitan un destino. Los lodos oleosos normalmente se deshidratan antes de su eliminación o coprocesamiento, y aquí es donde muchas plantas pequeñas salen airosas, porque los lodos oleosos se comportan de manera muy diferente a los lodos municipales y ciegan los equipos de deshidratación convencionales.
Máquina deshidratadora de lodos con prensa de tornillo La máquina deshidratadora mezcladora de aguas residuales tipo espiral no solo puede tratar lodos de alta concentración sino también concentrar y deshidratar aguas residuales de baja concentración. Lo aplicable... Ver producto → Elegir un separador para su transmisión
Comience con el espectro de gotas, no con el caudal. Si el flujo es principalmente aceite libre del piso de un taller, un área de lavado de vehículos o un depósito de combustible, un separador por gravedad de paquete de placas con un tamaño de 60 a 100 micrones normalmente hará el trabajo. Si lleva aceite emulsionado, refrigerante de mecanizado o agua producida operaciones de petróleo y gas , la gravedad por sí sola no alcanzará el límite de descarga y se requiere una etapa de flotación o química.
Luego verifique los elementos prácticos: huella disponible, si hay calor disponible, cómo se manejarán el aceite y los lodos recuperados y quién limpiará la unidad. Esas cuatro preguntas predicen los costos operativos de manera mucho más confiable que cualquier cifra de folleto sobre la eficiencia de remoción.
Preguntas frecuentes
P1. ¿Cómo funciona un separador de agua y aceite en términos simples?
Ralentiza el flujo y lo esparce sobre una superficie amplia y tranquila para que la flotabilidad pueda elevar las gotas de petróleo a la superficie, donde un skimmer las elimina antes de que el agua salga por la salida.
P2. ¿Qué tamaño de gota de aceite puede eliminar un separador de agua y aceite por gravedad?
Las unidades de gravedad suelen tener un tamaño de gotas de alrededor de 150 micrones, mientras que los separadores de placas coalescentes tienen un tamaño de aproximadamente 60 micrones. Las gotas por debajo de aproximadamente 20 micrones se elevan demasiado lentamente solo por la gravedad.
P3. ¿Cuál es la diferencia entre un separador API y un separador de placas coalescentes?
Ambos dependen de la gravedad. Un separador API utiliza un canal largo y silencioso, mientras que una unidad de placa coalescente agrega placas inclinadas que acortan el recorrido de elevación, por lo que necesita mucho menos espacio para el mismo trabajo.
P4. ¿Un separador de agua y aceite elimina el aceite emulsionado?
No de manera confiable. Las gotas emulsionadas por debajo de aproximadamente 20 micrones necesitan coagulación química, flotación con aire disuelto o pulido de membrana aguas abajo de la etapa de gravedad.
P5. ¿Con qué frecuencia necesita mantenimiento un separador de agua y aceite?
El desnatado es continuo o diario, los deflectores y los paquetes de placas se inspeccionan mensualmente y el lodo se extrae de la tolva antes de que se acumule, a menudo semanalmente en los flujos industriales.
P6. ¿Qué tiempo de retención debe tener un separador de agua y aceite?
Las unidades de gravedad comúnmente proporcionan de 10 a 30 minutos de retención en el flujo de diseño, con la tasa de carga superficial mantenida lo suficientemente baja para que el tamaño de gota objetivo alcance la superficie.
