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

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):

• 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 $F = 1.74$

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