Un coalescedor es un dispositivo que induce la coalescencia en un medio. Se utilizan principalmente para separar emulsiones en sus componentes mediante diversos procesos que funcionan en sentido inverso a un emulsionante .
Los coalescedores son de dos tipos principales: mecánicos y electrostáticos. Los coalescedores mecánicos utilizan filtros o deflectores para hacer que las gotas se fusionen, mientras que los coalescedores electrostáticos utilizan campos eléctricos de corriente continua o alterna (o combinaciones).
Los coalescedores mecánicos, que son el tipo más común, funcionan alterando físicamente una gota por medios mecánicos . Se aplican comúnmente en las industrias globales de petróleo y gas para la eliminación de agua o condensado de hidrocarburos. Si bien los coalescedores, por definición, funcionan como una herramienta de separación de líquidos, también se los utiliza, y se los denomina erróneamente, filtros .
En el campo de la purificación del aire comprimido, los filtros coalescentes se utilizan para separar el agua líquida y el aceite del aire comprimido mediante un efecto coalescente. La coalescencia (física) muestra cómo los filtros coalescentes funcionan mejor cuando funcionan a temperaturas más bajas y presiones más altas. [1] Estos filtros eliminan además las partículas. El medio más utilizado en este caso es la microfibra de borosilicato .
En las industrias de petróleo y gas, petroquímica y refinación de petróleo, los coalescedores de líquido-gas se utilizan ampliamente para eliminar agua y líquidos de hidrocarburos de menos de 0,011 mW (más partículas de menos de 0,3 μm de tamaño) del gas natural para garantizar la calidad del gas natural y proteger equipos posteriores como compresores, turbinas de gas , absorbedores de amina o glicol, tamices moleculares , PSA, estaciones de medición, lechos de protección de mercurio, calentadores u hornos a gas, intercambiadores de calor o membranas de purificación gas-gas.
En la industria del gas natural, los coalescedores de gas/líquido se utilizan para recuperar el aceite lubricante aguas abajo de un compresor. Se eliminarán todos los líquidos, pero la recuperación del aceite lubricante es la razón principal para instalar un coalescedor en la salida de un compresor. Los líquidos que se encuentran aguas arriba del compresor, que pueden incluir partículas de aerosol, líquidos arrastrados o grandes volúmenes de líquidos llamados "slugs" y que pueden ser agua y/o una combinación de líquidos de hidrocarburos, deben eliminarse mediante un recipiente de filtro/coalescedor ubicado aguas arriba del compresor. Las eficiencias de los coalescedores de gas/líquido son típicamente partículas líquidas de 0,3 μm (0,3 micrones), con eficiencias de hasta el 99,98 %.
Los coalescedores líquido-líquido también se pueden utilizar para separar hidrocarburos de las fases acuosas, como la eliminación de petróleo del agua producida. También se han utilizado en la eliminación de gasolina de pirólisis (benceno) del agua de enfriamiento en plantas de etileno, aunque en esta aplicación, el cambio constante de cartuchos puede provocar la exposición del operador a BTX (benceno, tolueno y xileno), así como problemas de eliminación y altos costos operativos debido al reemplazo frecuente.
Los coalescedores electrostáticos utilizan campos eléctricos para inducir la coalescencia de las gotas en emulsiones de agua en petróleo crudo para aumentar el tamaño de las gotas. La dependencia al cuadrado del diámetro de las gotas en la ley de Stokes aumenta la velocidad de sedimentación y desestabiliza la emulsión. Los efectos sobre las gotas de agua surgen de las propiedades dieléctricas muy diferentes de las gotas de agua conductoras dispersas en el aceite aislante. Las gotas de agua tienen una permitividad mucho mayor que el petróleo circundante. Además, el agua con sal disuelta también es un muy buen conductor. Cuando una gota sin carga se somete a un campo eléctrico de CA, el campo polarizará la gota, creando un campo eléctrico alrededor de la gota para contrarrestar el campo externo. Como la gota de agua es muy conductora, las cargas inducidas residirán en la superficie. La gota no tiene carga neta, sino un lado positivo y uno negativo. Dentro de la gota, el campo eléctrico es cero. Cuando dos gotas con dipolos inducidos se acercan entre sí, experimentarán una fuerza que las acercará hasta que se fusionen.
En la producción de petróleo, el agua coproducida se mezcla con el petróleo en válvulas de estrangulamiento y equipos de proceso, lo que produce emulsiones de agua en petróleo. La cantidad de agua aumenta durante la vida útil de producción del yacimiento. Las emulsiones se desestabilizan utilizando separadores gravitacionales y las tasas de sedimentación se incrementan mediante la aplicación de calor, demulsionantes y campos eléctricos de CA. El campo eléctrico de CA da lugar a fuerzas de atracción entre las gotas de agua y aumenta la probabilidad de coalescencia en el contacto. Según la ley de Stokes, la tasa de sedimentación aumenta proporcionalmente al cuadrado del diámetro de la gota. Al promover la coalescencia de pequeñas gotas de agua, la tasa de sedimentación puede aumentar considerablemente. El contenido de agua normalmente se reduce a menos del 0,5 % en volumen si esta es la etapa de tratamiento final antes de que se exporte el petróleo crudo.
Los coalescedores electrostáticos típicos son grandes tanques de sedimentación que contienen electrodos y funcionan en condiciones de flujo laminar con electrodos desnudos que pueden ser vulnerables a cortocircuitos. Una alternativa a este tipo de coalescedor es un precoalescedor de flujo continuo que se instala aguas arriba en un tanque separador. En el coalescedor electrostático compacto [2] , la coalescencia de gotas se logra aplicando campos eléctricos de CA (50–60 Hz) a emulsiones de agua en aceite en condiciones de flujo turbulento. La turbulencia aumenta la frecuencia de colisión entre las gotas de agua. Los electrodos están aislados para evitar cortocircuitos y permiten contenidos de agua de hasta el 40%, así como bacheos de agua. El equipo es una sección de tratamiento electrostático de flujo continuo independiente instalada aguas arriba de un separador por gravedad para mejorar el rendimiento. Al mantener separadas las secciones de tratamiento y sedimentación, se puede obtener un coalescedor electrostático compacto que también se puede adaptar.
Los coalescedores líquido-líquido también se utilizan ampliamente en la industria de refinación de petróleo para eliminar los últimos rastros de contaminantes como aminas o cáusticos de productos intermedios en refinerías de petróleo, y también para la deshidratación de última etapa de productos finales como queroseno (combustible para aviones), GLP, gasolina y diésel a menos de 15 mW de agua libre en la fase de hidrocarburo. Estos coalescedores suelen ser de tipo electrostático, en el que un campo eléctrico de CC estimula la coalescencia de las gotas de agua, que se sedimentan por gravedad.