Dispositivo separador capacitivo.

Se describe un dispositivo para separar agua,

de hidrocarburos y gases, basado en las características eléctricas de los materiales, el dispositivo hace uso de la diferente capacitancia del agua y los hidrocarburos.

Dispositivo separador capacitivo.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un separador capacitivo de tres fases, gases, hidrocarburos y agua para sistemas de volumen muy reducido.

El objeto de la invención consiste en un dispositivo basado en una pareja de sensores capacitivos y ha sido diseñado para efectuar la separación en continuo de gases, hidrocarburos y agua obtenidos como producto de reacciones químicas en reactores y plantas de proceso a escala micro-piloto o laboratorio.

Antecedentes de la invención

A día de hoy existen sistemas industriales capaces de realizar la separación de hidrocarburos y agua. La aparición de estos dos compuestos en depósitos de combustible en vehículos marítimos, durante su almacenamiento en tierra, su transporte en viaductos o como resultado de procesos químicos es muy habitual y su detección ha sido objeto de estudio desde hace décadas. La necesidad de su separación por medio de dispositivos electromecánicos es menos común, pero a pesar de ello es un problema que ha motivado la implementación de diferentes sistemas y métodos apoyados en múltiples principios físicos. Todos suelen estar vinculados a su inmiscibilidad, flotabilidad y diferencia de densidad por lo que hacen uso de principios gravitatorios o centrífugos. En algunos casos, para conocer el nivel de cada componente se miden magnitudes asociadas a la capacidad y la permitividad eléctrica, etc.

El tamaño de los instrumentos, la precisión de los mismos y el rango de presiones de trabajo a los que trabajan suponen limitaciones críticas a la hora de utilizar estos sistemas en plantas de proceso a escala micro-piloto o laboratorio; donde se detectan grandes volúmenes muertos del sistema y se hace necesario trabajar a presiones elevadas.

En la patente de invención española ES2249139 se describe un dispositivo sensor de nivel capacitivo para separar dos fases, una fase líquida y una gaseosa; este dispositivo presenta el inconveniente de que sólo dispone de una sonda aislada y sólo separa una fase líquida de una gaseosa con una precisión de nivel de medida de hasta 100 μm.

Centrando la situación actual de la tecnología disponible en su aplicación al tipo de sistemas que nos ocupa, con un volumen total de unos pocos cm³, se puede afirmar que no existe en el mercado ningún sistema separador de gases, hidrocarburos y agua que pueda resolver con satisfacción esta problemática dadas la especificaciones de tamaño que requiere la misma en un equipo o reactor de laboratorio micro-escala operando en continuo.

Descripción de la invención

El dispositivo objeto de la invención está basado en la diferente capacitancia eléctrica de estas tres fases y en su inmiscibilidad para, a partir de estas diferencias, poder conocer el volumen existente de cada uno de ellos, discriminándolos y separándolos con precisión. El sistema separador objeto de la invención permite, además obtener una salida controlada de los gases, una reducción considerable de volúmenes muertos del sistema y trabajar a presiones elevadas (hasta 400 bar.), aspectos de gran relevancia para la óptima operación de los equipos menciona- dos.

Para ello se desarrolla un dispositivo separador que tiene un depósito que puede ser de metal, aleación metálica o de cualquier material conductor, con una capacidad de volumen total entre 3 y 20 cm³ y que cuenta, al menos con una entrada y tres salidas; en el cual se introducen dos sondas aisladas eléctricamente del resto del dispositivo, permitiendo el cierre hermético del depósito para presiones inferiores a 400 bar. Dichas sondas pueden tener un cierre con junta de material aislante.

Una de estas sondas está dedicada a medir el nivel de hidrocarburo mientras que la otra está dedicada a medir el nivel de agua; dichas sondas constituyen, junto con las paredes del depósito, dos condensadores eléctricos de forma que los fluidos contenidos en el depósito actúan como dieléctrico.

Tal y como se ha descrito anteriormente, el funcionamiento del dispositivo separador está basado en la capacitancia de los elementos a separar, para la medida de dicha capacitancia el dispositivo cuenta con dos circuitos osciladores RC que miden la variación de la capacidad eléctrica de los condensadores eléctricos formados por las sondas de medida y las paredes del depósito; por lo cual un primer circuito oscilador RC mide la capacidad eléctrica del condensador eléctrico formado por la sonda de medida de nivel de hidrocarburo y las paredes del depósito, que genera una señal en frecuencia proporcional a dicha capacidad eléctrica; mientras que un segundo circuito oscilador RC, análogo al anterior, mide la variación de la capacidad eléctrica del condensador eléctrico formado por la sonda de medida de nivel de agua y las paredes del depósito, que genera una señal en frecuencia proporcional a dicha capacidad eléctrica.

A diferencia del dispositivo sensor descrito en ES2249139, el dispositivo objeto de esta invención permite separar gases de líquidos y a su vez líquidos inmiscibles entre sí, como agua e hidrocarburos. Para ello dispone de dos sondas, siendo la de hidrocarburo de mayor longitud que la del agua para que la señal que proporcione tenga un mayor rango, dado que la capacitancia de los hidrocarburos es menor que la del agua.

Otras características diferenciadores sobre el dispositivo citado vienen dadas por el hecho de que en el dispositivo objeto de la invención la entrada de fluido a separar se realiza por la abertura ubicada por debajo del nivel que alcanzan en estado estacionario las dos fases líquidas a separar, lo cual favorece la condensación de los compuestos condensables; a su vez la sonda de agua se introduce por un lateral del depósito por lo que la señal de esta sonda no se ve afectada por la acumulación de posibles residuos sólidos, que en el caso del dispositivo objeto de la invención son evacuados por el fondo del depósito junto con el agua separada. Esta disposición de la sonda de agua evita que los líquidos, una vez condensados, caigan sobre la misma afectando a la señal que proporciona.

Asimismo el dispositivo dispone de dos circuitos osciladores RC de referencia que trabajan en paralelo y a la misma temperatura que los circuitos osciladores RC citados; por tanto tenemos un circuito oscilador RC de referencia, que trabaja en paralelo y a la misma temperatura que el circuito oscilador de la sonda de hidrocarburo y que permite compensar los errores debidos a variaciones de la temperatura del circuito RC de medida de nivel de hidrocarburo y un circuito oscilador RC de referencia análogo al anterior, que trabaja en paralelo y a la misma temperatura que el circuito oscilador de la sonda de agua y que permite compensar los errores debidos a variaciones de la temperatura del circuito RC de medida de nivel de agua.

Para que el dispositivo separador realice las medidas necesarias se dispone de dos dispositivos electrónicos de medida, uno dedicado a la medida del nivel de hidrocarburo y el otro a la medida del nivel de agua. Cada uno de ellos capaces de convertir dos señales en frecuencia (una de medida de nivel y otra de compensación térmica) en señales eléctricas capaces de ser leídas por dispositivos típicos de lectura (displays) o de control (controladores) que pueden actuar sobre los medios de salida correspondientes, los de salida de hidrocarburos y los de salida de agua.

Como disposición adicional, y si se hiciera necesario, el dispositivo puede incorporar un sistema de refrigeración, como por ejemplo un sistema basado en células Peltier.

El dispositivo descrito permite trabajar con un reducido volumen muerto en sistemas donde se trabaja a altas presiones.

Descripción de los dibujos

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1.- Muestra una representación esquemática de una sección del alzado correspondiente al dispositivo separador objeto de la invención.

Figura 2.- Muestra una representación esquemática de una sección del alzado del dispositivo separador objeto de la invención una vez montado.

Figura 3.- Muestra...

1. Dispositivo separador capacitivo caracterizado porque comprende:

- un cuerpo (1) que tiene practicados una apertura superior roscada (3), una apertura lateral roscada (4), una entrada de fluido (7) adaptada para permitir la introducción de un fluido a separar y al menos tres medios de salida (5, 6, 8) adaptados para dar salida respectivamente a gases, hidrocarburo y agua,

- un depósito (2) definido en el cuerpo (1),

- un primer circuito oscilador que comprende al menos un condensador de medida de hidrocarburos (34) que comprende las paredes del depósito (2) a modo de un conductor (19), hidrocarburo (18) a modo de dieléctrico, y una sonda de hidrocarburo (9) fijada en la apertura superior roscada (3) que llega al interior del depósito (2) a modo de conductor de medida de hidrocarburos (21), adaptado para generar una señal de nivel de hidrocarburos (25),

- un segundo circuito oscilador que comprende al menos un condensador de medida de nivel de agua (33) que comprende las paredes del depósito (2) a modo de conductor (19), agua (20) a modo de dieléctrico, y una sonda de agua (10) fijada en la apertura lateral roscada (4) que llega al interior del depósito (2) a modo de segundo conductor de medida de agua (22), adaptado para generar una señal de nivel de agua (28),

- un primer circuito oscilador de referencia en paralelo al segundo circuito oscilador y que a su vez comprende un condensador de referencia de hidrocarburos (23) adaptado para generar una señal de referencia del nivel de hidrocarburos (26),

- un segundo circuito oscilador de referencia en paralelo al primer circuito oscilador y que a su vez comprende un condensador de referencia de agua (24) adaptado para generar una señal de referencia del nivel de agua (27),

- un módulo de medida de nivel de agua (30) encargado de recibir las señales de agua (27, 28) conectado a un módulo de control de salida de agua (32) que actúa sobre los medios de salida de agua (8), y

- un módulo de medida de nivel de hidrocarburo (29) encargado de recibir las señales de hidrocarburos (25, 26) conectado a un módulo de control de salida de hidrocarburos (31) que actúa sobre los medios de salida de hidrocarburo (6).

2. Dispositivo según reivindicación 1 caracterizado porque adicionalmente comprende un sistema de refrigeración destinado a refrigerar la pieza maciza (1) y el depósito (2).

3. Dispositivo según reivindicación 2 caracterizado porque el sistema de refrigeración comprende al menos una célula Peltier cuya cara fría está en contacto con la pieza maciza (1).

4. Dispositivo según reivindicación 1 caracterizado por que la pieza maciza (1) y las sondas (9, 10) son de un material seleccionado entre: un metal, una aleación metálica y un material conductor.

5. Dispositivo según reivindicación 4 caracterizado porque las piezas de metal de las sondas (9, 10) son de acero inoxidable.

6. Dispositivo según reivindicación 5 caracterizado porque las sondas (9, 10) comprenden un cierre con una junta de material aislante.

7. Uso del dispositivo descrito en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores como dispositivo separador de hidrocarburos y agua en plantas a escala micropiloto o laboratorios operando en continuo.