Separador Água-Óleo API

Descrição

Dimensionar um separador água-óleo API 421 (separador gravitacional retangular) estimando a velocidade de subida das gotículas de óleo (lei de Stokes), definindo uma velocidade horizontal conservadora e calculando área de escoamento, número de canais, profundidade e comprimento do separador, conforme recomendações da API 421.

Separador água-óleo API 421 Separador água-óleo API 421

Base de cálculo

Velocidade terminal de subida das gotículas:

v_t = \frac{g}{18\mu}(\rho_w - \rho_o)D^2

Onde:

$g$ é a aceleração da gravidade
$\mu$ é a viscosidade dinâmica da água
$\rho_w$ é a densidade da água
$\rho_o$ é a densidade do óleo
$D$ é o diâmetro da gotícula de óleo

Diâmetro adotado no projeto:

D = 150\mu\text{m} = 0,015 \times 10^{-2}\text{m}

Definição da velocidade horizontal

Velocidade horizontal preliminar:

v_h^* = 15 v_t

O valor final é limitado a 3 ft/min, sendo então utilizado como velocidade horizontal média $v_h$ .

Dimensionamento geométrico

Área de seção transversal:

A_c = \frac{Q}{v_h}

Número de canais:

n = \left\lceil \frac{A_c(\text{ft}^2)}{160} \right\rceil

Profundidade do canal:

d = \frac{A_c}{Bn}

Comprimento do separador:

Razão de velocidades:
$R = \frac{v_h}{v_t}$
Fator de turbulência $F$ (API 421):

$R$	3	6	10	15	20
$F$	1.28	1.37	1.52	1.64	1.74

Comprimento final: $L = F \cdot R \cdot d$

Verificações segundo API 421

$6 \le B \le 20$ ft
$3 \le d \le 8$ ft
$0.3 \le d/B \le 0.5$
$L/B > 5$
Para $R \notin [3,20]$ , adota-se $F = 1.28$ ou $F = 1.74$

Entradas

Parâmetro	Unidades padrão	Descrição
Vazão ( $Q$ )	m³/s	Vazão do efluente a ser tratado.
Viscosidade da água ( $\mu$ )	Pa·s	Viscosidade dinâmica da água.
Densidade da água ( $\rho_w$ )	kg/m³	Densidade da água.
Densidade do óleo ( $\rho_o$ )	kg/m³	Densidade do óleo.
Largura do canal ( $B$ )	ft	Largura de cada canal do separador.

Saídas

Parâmetro	Unidades padrão	Descrição
Taxa de subida das gotículas ( $v_t$ )	ft/s	Velocidade terminal de subida do óleo.
Velocidade horizontal ( $v_h$ )	ft/s	Velocidade média horizontal adotada.
Área da seção transversal ( $A_c$ )	ft²	Área total requerida.
Profundidade do canal ( $d$ )	ft	Profundidade de cada canal.
Comprimento do separador ( $L$ )	ft	Comprimento necessário do separador.
Número de canais ( $n$ )	–	Quantidade de canais em paralelo.

Cálculos

Separador Água-Óleo API

Dados de entrada

Vazão (Q)

Viscosidade da água

Densidade da água

Densidade do óleo

Largura do canal (B)

Dados de saída

Taxa de subida das gotículas de óleo

Velocidade horizontal

Área da seção transversal

Profundindade do canal (d)

Comprimento do separador (L)

Número de canais de separação