aula1 Curso Total de operações unitárias 1 EMULSÃO FLOTAÇÃO HIDROCICLONE

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20/08/2018
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Departamento de 
Engenharia
Engenharia Química
Operações Unitárias I
Professor: Raul Santos
Salvador/BA
AGOSTO/ 2018
Separação líquido- Líquido
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Miscível ou Imiscível?
• A miscibilidade é a propriedade de duas ou 
mais substâncias se misturarem em quaisquer 
proporções, formando uma solução 
homogénea. O termo é usado com maior 
frequência para líquidos, mas também se 
aplica a sólidos e a gases.
• Em contraste, duas substâncias dizem-se imiscíveis se 
uma proporção significativa não forma uma solução 
homogénea, originando antes duas fases distintas. 
Dois líquidos imiscíveis tendem a formar duas fases 
distintas, separadas por um menisco. Por exemplo, a 
butanona é significativamente solúvel em água, no 
entanto não se tratam de dois solventes miscíveis, 
pois não originam solução homogénea em todas as 
proporções.
Substâncias Imissíveis 
X 
Substâncias Missíveis
• Relativamente aos compostos 
orgânicos, a percentagem 
mássica da cadeia 
hidrocarbonada determina a 
miscibilidade dos compostos 
com água. Quanto maior for a 
cadeia hidrocarbonada, menor 
será a polaridade do 
hidrocarboneto e menor será a 
tendência para ser miscível 
com a água. 
• Por exemplo, álcoois de cadeia 
hidrocarbonada curta, como o etanol e o 
metanol, são miscíveis com água, já os 
de cadeia longa, como o 1-octanol, são 
imiscíveis.
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• Metais imiscíveis não originam ligas metálicas entre 
si. Tipicamente é possível formar-se uma mistura 
com os metais no estado fundido, mas quando 
solidificam tendem a originar camadas distintas. Esta 
propriedade tem sido usada para a precipitação 
diferencial de metais. Por exemplo, o cobre e o 
cobalto são imiscíveis. Existem também metais que 
são imiscíveis aquando no seu estado líquido. É o 
caso do zinco e da prata, que são imiscíveis em 
chumbo líquido, mas são miscíveis entre si, sendo 
esta característica usada no processo de Parkes.
EQUILÍBRIO ENTRE FASES CONDENSADAS
EQUILÍBRIO ENTRE FASES LÍQUIDAS
Uma mistura entre dois líquidos pode ser:
- Totalmente miscível para qualquer composição;
- Totalmente imiscível para qualquer composição;
- Parcialmente miscível dependendo da composição (nosso caso 
de estudo);
EQUILÍBRIO ENTRE FASES CONDENSADAS
EQUILÍBRIO ENTRE FASES LÍQUIDAS
Considere uma mistura parcialmente miscível:
Para uma solução ideal:
µA-µAo = RT lnxA (2)
Graficamente:
xA
RT
o
AA µ−µ
x’A
solução ideal
solução real
x’A = solubilidade de A em B
EQUILÍBRIO ENTRE FASES CONDENSADAS
EQUILÍBRIO ENTRE FASES LÍQUIDAS - EXEMPLO
Considere a mistura água-fenol T1:
- adiciona-se uma pequena quantidade de fenol na água (composição a – 1 fase);
- adiciona-se mais uma pequena quantidade de fenol (composição b – 1 fase);
- adiciona-se mais uma pequena quantidade de fenol (composição c – 1 fase);
- adiciona-se mais fenol até surgirem os primeiros traços de uma fase orgânica
(composição l1 – 2 fases);
- vai adicionando mais fenol (composição global A – 2 fases de composição l1 e l2);
- ao se atingir composições superiores a l2 tem-se apenas uma única fase orgânica (f,
e, d – 1 fase) .
Água
Fenol
a b c l1
l2
l1
l2 d
...
A
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ASSOCIAÇÕES DAS FASES: 
• Durante as operações de produção, o óleo e a 
água podem se misturar intimamente, 
tornando-se difíceis de separar e assim 
provocando dificuldades operacionais: 
• Uma mistura missível é relativamente fácil de 
separar, por decantação enquanto que uma 
emulsão dissolvida normalmente não é 
removida da corrente de modo fácil. Neste 
caso a solução requer tratamentos especiais 
para sua remoção.
O que é emulsão ?
• Emulsão é quando se mistura de maneira 
homogênea duas substâncias que não são solúveis 
uma na outra.
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O que é emulsão ?
• Uma emulsão é a mistura de dois líquidos 
imiscíveis, sendo um dos quais disperso no 
outro, sob a forma de gotículas, que mantém-
se estabilizada pela ação de agentes 
emulsificantes. Há, de um modo geral 
emulsões do tipo óleo-em-água (O/A), onde a 
água é a fase externa; e emulsões do tipo 
água-em-óleo (A/O), onde o óleo é a fase 
externa. 
O que é emulsão ?
• A figura abaixo mostra a imagem de uma 
emulsão A/O formada por diminutas gotas de 
água dispersa no petróleo. 
O que é emulsão ?
• Emulsão é uma dispersão coloidal em que tanto a 
fase dispergente como a fase dispersa estão na fase 
líquida. Então, as emulsões consistem num colóide 
no qual pequenas partículas de um líquido são 
dispersas em outro líquido.
É uma mistura de dois líquidos imiscíveis (que não se 
misturam). O líquido que está em maior quantidade 
é o dispergente e o líquido que encontra-se em 
menor quantidade é o disperso, distribuindo-se em 
gotículas muito pequenas difundidas em suspensão
O que é emulsão ?
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O que é emulsão ?
• As emulsões são instáveis termodinamicamente
e, portanto não se formam espontaneamente, 
sendo necessário fornecer energia para formá-las 
através de agitação, de homogeneizadores, ou de 
processos de spray. Com o tempo, as emulsões 
tendem a retornar para o estado estável de óleo 
separado da água.
A.Dois líquidos imiscíveis separados 
em duas fases (I e II).
B. Emulsão da fase II dispersa na 
fase I.
C. A emulsão instável 
progressivamente retorna ao seu 
estado inicial de fases separadas.
D. O surfactante se posiciona na 
interface entre as fases I e II, 
estabilizando a emulsão
Introdução
Atualmente, os fluidos de perfuração são 
dispersões complexas de 
sólidos,
líquidos, produtos químicos e, por vezes 
até gases.
MISTURA
Soluto + 
Solvente 
(disperso) (dispergente)
SOLUÇÕES
SUSPENSÕES
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Desenvolvimento
As dispersões 
coloidais 
são classificadas de
acordo com as fases 
dispersas e de 
dispersão
Desenvolvimento 
A “mágica” da Emulsão
Direta
(natural)
Reversa
apolar
polar
Óleo
Água
Interface
Polar + Apolar 
não se misturam
Hidrofílica
Hidrofóbica
Micela
apolar
polar
Óleo
Água
Polar + Apolar 
não se misturam
Fluido Apolar: a atração entre as 
moléculas é mais fraca e isso facilita 
o movimento dessas moléculas, 
tendo normalmente pontos de fusão 
e de ebulição extremamente baixos.
Fluido Polar: devido à existência 
de regiões com diferentes 
densidades eletrônicas, as 
moléculas sofrem uma força de 
atração mais intensa, que 
dificulta o movimento dessas 
moléculas e impede-as de atingir 
o estado gasoso com tanta 
facilidade.
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Hidrofílica
Hidrofóbica
Micela
Micela é uma estrutura globular formada 
por um agregado de moléculas anfipáticas, 
ou seja, compostos que possuem 
características polares e apolares 
simultaneamente, dispersos em um líquido 
constituindo uma das fases de um coloide.
Moléculas anfipáticas, ou anfifílicas, são 
moléculas que apresentam a característica 
de possuírem uma região hidrofílica
(solúvel em meio aquoso), e uma região 
hidrofóbica (insolúvel em água, porém 
solúvel em lipídios e solventes orgânicos). Desenvolvimento 
A “mágica” da Emulsão
Direta
(natural) Reversa
Desemulsificantes
• Atualmente, a solução usada para separar óleo e água é o uso 
de desemulsificantes – aditivos químicos responsáveis pela 
quebra de emulsões (termo que os químicos usam para se 
referir à mistura de dois líquidos como o óleo e a água). No 
entanto, essa é uma estratégia de alcance limitado, pois 
resíduos dos desemulsificantes permanecem junto do 
petróleo após a separação e comprometem sua qualidade.
• Os pesquisadores mineiros desenvolveram um material em 
escala nanométrica para separar óleo e água
• Muitos produtos necessitam de cuidados especiais e não 
podem ser contaminados com desemulsificantes.Por isso é 
preciso um tratamento secundário para a retirada dessa 
substância e para encaminhamento para as refinarias.
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EMULSÕES
• A separação de uma emulsão é um processo 
lento. Por esta razão, são necessárias técnicas e 
equipamentos especiais para que esta separação 
possa ser feita nos tempos relativamente baixos 
disponíveis nas instalações de produção 
industriais. 
• Tipos mais comuns de emulsões: 
• Emulsão água em óleo (A/O) 
Fase contínua: óleo 
Fase dispersa: água 
Ex.: emulsões de petróleo 
• Óleo em água (O/A) 
• Fase contínua: água 
• Fase dispersa: óleo 
• Ex.: água oleosa, alguns fluidos de perfuração 
• Nas emulsões de petróleo o teor de água emulsionada pode 
atingir valores da ordem de 70 % v/v. 
• Nas águas oleosas o teor de óleo emulsionado dificilmente 
atingirá valores maiores do que 1 % v/v. 
EMULSÕES
• Tipos mais comuns de emulsões: 
EMULSÕES
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Formação das emulsões : As seguintes condições 
são necessárias para que tenhamos uma emulsão 
estável:
1. Líquidos imiscíveis em contato: o contato entre 
água e óleo é inevitável durante a maior parte da 
vida produtora de um campo, seja pela própria água 
do reservatório, seja pela água injetada.
2. Energia mecânica (turbulência) para misturá-los intimamente: 
Os métodos de elevação, o escoamento dos fluidos através da 
tubulação, manifolds e bombas e o diferencial de pressão em 
chokes e demais válvulas criam condições de cisalhamento e 
divisão das gotas de água.
→ Quanto maior a energia cisalhante envolvida, menor será o 
tamanho resultante das gotas. 
→ A presença de um tensoaLvo no meio, diminui a força 
necessária para romper a gota. Ou seja, para um mesmo 
cisalhamento, menor será o diâmetro de gota formada. 
→Quanto menor o tamanho da gota, mais lenta será sua 
separação da fase contínua. 
3. Presença de agentes emulsionantes: 
Os agentes emulsionantes atuam de duas formas diferentes: 
1°) alguns deles (aqueles que têm ação tensoativa) reduzem a 
tensão interfacial óleoágua facilitando a ruptura das gotículas e 
favorecendo a “convivência” das gotículas de água na fase óleo. 
2°) alguns agentes emulsificantes formam também uma repulsão 
elétrica e/ou barreira física (película) ao redor das gotículas de 
água, o que dificulta a coalescência (união e crescimento) das 
gotículas formadas. 
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Mecanismos de ação dos agentes emulsificantes: 
Repulsão elétrica 
Materiais particulados (argilas, produtos de corrosão, etc) e 
compostos polares podem interagir eletricamente com a água, 
induzindo a formação de uma dupla camada elétrica. 
Isso gera uma repulsão eletrostática entre as gotículas, dificultando a 
sua coalescência e, consequentemente, estabilizando a emulsão. 
Mecanismos de ação dos agentes emulsificantes: 
Repulsão elétrica 
Mecanismos de ação dos agentes emulsificantes: 
Impedimento estérico 
A presença de sólidos ou tensoativos com cadeias longas nas emulsões 
de A/O dificultam a aproximação das gotas promovendo a sua 
estabilização por repulsão estérica.
Mecanismos de ação dos agentes emulsificantes: 
Impedimento esférico 
A presença de sólidos ou tensoativos com cadeias longas nas emulsões 
de A/O dificultam a aproximação das gotas promovendo a sua 
estabilização por repulsão estérica.
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Estabilidade das emulsões:
A velocidade com que as gotículas de água emulsionada decantam (se 
separam do óleo) é proporcional ao quadrado do seu diâmetro, 
conforme a equação de Stokes:
Assim, gotas pequenas demoram muito para separar do óleo (é o 
que ocorre nas emulsões). 
Se os agentes emulsionantes não deixam as gotas crescerem em 
tamanho (coalescerem) então a sua velocidade de separação do óleo 
permanece muito baixa. 
→Portanto, o tratamento do óleo consiste em buscar formas de 
aumentar o tamanho médio das gotas de água, de forma a aumentar 
a sua velocidade de separação do óleo.
Agentes emulsionantes : 
Os principais agentes emulsionantes naturais são: 
Ácidos naftênicos; 
Resinas e asfaltenos; 
Sólidos finamente divididos: 
Produtos de Corrosão; 
Finos (areia, argilas, produtos de incrustação, etc.); 
Agentes emulsionantes: 
Os principais agentes emulsionantes naturais são: 
Ácidos naftênicos: 
São ácidos carboxílicos de médio peso molecular com elevada 
afinidade pela interface óleo-água. São os principais responsáveis pela 
redução da tensão interfacial;
Agentes emulsionantes: 
Os principais agentes emulsionantes naturais 
são: 
Asfaltenos:
Asfaltenos são compostos de alto peso molecular 
formados por anéis aromáticos condensados e 
cadeias alifáticas. Podem conter metais e 
heteroátomos, como O, S e N. 
→Os asfaltenos apresentam baixa atuação sobre 
a tensão interfacial, entretanto uma vez na 
interface são capazes de blindar a superfície das 
gotas sendo em grande parte responsáveis pela 
elevada estabilidade das emulsões de petróleos 
pesados.
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Agentes emulsionantes: 
Os principais agentes emulsionantes naturais 
são: 
Atuação dos Asfaltenos:
Agentes emulsionantes: 
Os principais agentes emulsionantes naturais são: 
Sólidos finamente divididos:
Partículas sólidas com diâmetro pelo menos uma ordem de 
grandeza inferior às gotas (principalmente sólidos coloidais). 
Adsorvem-se na interface e tendem a estabilizar as emulsões, 
dando maior rigidez à película superficial. Devem ter molhabilidade 
mista (tanto pelo óleo quanto pela água). 
Agentes emulsionantes: 
Os principais agentes emulsionantes naturais são: 
Sólidos finamente divididos:
Agentes emulsionantes: 
FeS: produto da corrosão do aço pelo H2S. Pó muito fino com 
afinidade pela interface. Blinda a interface, dificultando a 
coalescência. 
→Aumenta a condutividade do meio, diminuindo a eficiência do 
tratamento eletrostático.
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RELEMBRANDO: 
Destino da água produzida: 
� O tamanho das gotas dispersas do emulsionado em uma fase 
contínua produzida depende das condições de cisalhamento pelas 
quais a fase contínua passa.
Efeito da 
intensidade de 
cisalhamento 
(queda de pressão 
em uma válvula) no 
diâmetro médio das 
gotículas geradas
Destino da água produzida: 
� Quanto menor o tamanho médio das gotículas de dispenso, mais 
difícil é a sua remoção. 
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• O processo é gradual, indo da menor para a 
maior concentração que favorece a 
coalescência.
Separação (quebra) das emulsões de petróleo: 
Ocorre através uma sequencia de etapas: 
Separação (quebra) das emulsões de petróleo: 
Ocorre através uma sequencia de etapas: 
OPERAÇÕES DE SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO
Objetivo...
Clarificação do líquido: tem-se inicialmente uma suspensão com 
baixa concentração de sólidos para obter um líquido com um 
mínimo de sólidos.
Espessamento da suspensão: inicialmente se tem uma 
suspensão concentrada para obter os sólidos com uma 
quantidade mínima possível de líquido. 
Lavagem dos sólidos: é a passagem da fase sólida de um líquido 
para outro, para lavá-la sem filtrar (operação mais 
dispendiosa). Esse processo pode ser realizado em colunas 
onde a suspensão alimentada pelo topo é tratada com um 
líquido de lavagem introduzido pela base. ..são operações 
instáveis, pois existem escoamentos preferenciais...
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OPERAÇÕES DE SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO
Tipos de Decantação...livre ou retardada
Na decantação livre... as partículas encontram-se bem 
afastadas das paredes do recipiente e a distância entre cada 
partícula é suficiente para garantir que uma não interfira na 
outra. 
A decantação retardada ou ainda decantação com interferência 
ocorre quando as partículas estão muito próximas umas das 
outras, sendo muito freqüenteo número de colisões
• Ao se estudar as separações gás-líquido e líquido-líquido há duas 
abordagens teóricas complementares a serem adotadas: 
• 1°) Abordagem Termodinâmica (estado de equilíbrio);
• 2°) Abordagem Fluidodinâmica (físico química): 
SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL BIFÁSICA
TEORIA DA SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL:
• Ao se estudar as separações gás-líquido e líquido-líquido há duas 
abordagens teóricas complementares a serem adotadas: 
• 1°) Abordagem Termodinâmica (estado de equilíbrio): 
• permite prever, para uma dada carga de processo bem caracterizada 
(Composição, T, P), quais serão volumes (massas) e composições das 
fases líquida e vapor obtidas nas condições de separação. É relevante 
principalmente na separação gás-líquido. 
• Limitações: 
• →admite-se o estabelecimento do equilíbrio (o que não é 
rigorosamente verdade);
• → não são levadas em consideração ineficiências inerentes ao contato 
entre as fases: 
• - físicas: hidrodinâmica 
• - físico-químicas: fenômenos interfaciais
SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL BIFÁSICA
TEORIA DA SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL:
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• Ao se estudar as separações gás-líquido e líquido-líquido há duas 
abordagens teóricas complementares a serem adotadas: 
• 2°) Abordagem Fluidodinâmica (físico química): 
• Leva em consideração as interações entre as partículas (gotícula ou 
bolha dispersa) com o fluido que a cerca (fase contínua) e os 
fenômenos interfaciais envolvidos. Baseia-se no estudo do escoamento 
de sistemas particulados. 
• Permite otimizar a separação das fases reduzindo a contaminação de 
uma fase com outra devido ao carreamento cruzado entre as fases. 
• É relevante tanto na separação gás-líquido (névoas) quanto na 
separação óleo-água (dispersões).
SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL BIFÁSICA
TEORIA DA SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL:
• Ao se estudar as separações gás-líquido e líquido-líquido há duas 
abordagens teóricas complementares a serem adotadas: 
• 1°) Abordagem Termodinâmica (estado de equilíbrio): 
• Dois casos diferentes podem ser estabelecidos para a separação gás-
líquido:
• Separação flash ( destilação):
• Separação diferencial:
SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL BIFÁSICA
TEORIA DA SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL:
• Ao se estudar as separações gás-líquido e líquido-líquido há duas 
abordagens teóricas complementares a serem adotadas: 
• 1°) Abordagem Termodinâmica (estado de equilíbrio): 
• Separação flash:
• o gás liberado do óleo à medida que a pressão é reduzida é mantido em 
contato com o óleo. 
→ a composição total do sistema permanece constante; 
→ assume-se que o equilíbrio termodinâmico é atingido 
→ todo o vapor dissolvido passa para a fase gasosa.
SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL BIFÁSICA
TEORIA DA SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL: FLASH
O caso mais simples de uma separação por destilação é a Destilação Flash. 
Normalmente, a corrente de alimentação (líquido) é aquecida num permutador de calor, 
passando depois por um “flash” adiabático (despressurização rápida) que dá origem a 
duas correntes saturadas, uma de líquido e outra de vapor, em equilíbrio. O tanque 
“flash” permite facilmente a separação e remoção das duas fases. 
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FLASH
Destilação flash (ou, também 
chamada, destilação de, ou em 
equilíbrio) é uma técnica de 
separação em um único estágio, 
sendo considerada uma expansão 
isoentálpica. Como exemplo, 
uma mistura líquida é bombeada 
através de um aquecedor para 
aumentar sua temperatura e entalpia. 
Esta mistura flui então através de 
uma válvula e a pressão é reduzida, 
causando a vaporização parcial do 
líquido. 
•Os principais elementos que os 
compõe são: 
– Tanques de lama 
– Bombas de lama 
– Manifold 
– Tubo bengala / mangueira de lama 
– Saída de lama 
–Sistema de tratamento de lama
Exmplo:
Perfuração de Poços 
Sistema de Circulação
Bomba
Tubo Bengala Mangueira
Swivel
Kelly
Interior da Coluna
Jatos da BrocaAnular
SISTEMA DE CIRCULAÇÃO
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DIQUE DE FLUIDO DE PERFURAÇÃO-LAMA PERFURAÇÃO DE POÇOS 
SISTEMAS DE PERFURAÇÃO
Componentes de um Tanque
Tanque de Lama Tratamento químico-físico do fluido de perfuração
1 PENEIRA VIBRATÓRIA1 PENEIRA VIBRATÓRIA1 PENEIRA VIBRATÓRIA1 PENEIRA VIBRATÓRIA
2 DESGASEIFICADOR2 DESGASEIFICADOR2 DESGASEIFICADOR2 DESGASEIFICADOR
3 DESAREIADOR3 DESAREIADOR3 DESAREIADOR3 DESAREIADOR
4 DESSILTADOR4 DESSILTADOR4 DESSILTADOR4 DESSILTADOR
5 CENTRÍFUGA5 CENTRÍFUGA5 CENTRÍFUGA5 CENTRÍFUGA
6 MISTURADORES6 MISTURADORES6 MISTURADORES6 MISTURADORES
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Tratamento da Lama
1 PENEIRA VIBRATÓRIA1 PENEIRA VIBRATÓRIA1 PENEIRA VIBRATÓRIA1 PENEIRA VIBRATÓRIA
2 DESGASEIFICADOR2 DESGASEIFICADOR2 DESGASEIFICADOR2 DESGASEIFICADOR
3 DESAREIADOR3 DESAREIADOR3 DESAREIADOR3 DESAREIADOR
4 DESSILTADOR4 DESSILTADOR4 DESSILTADOR4 DESSILTADOR
4.B MUD CLEANER4.B MUD CLEANER4.B MUD CLEANER4.B MUD CLEANER
5 CENTRÍFUGA5 CENTRÍFUGA5 CENTRÍFUGA5 CENTRÍFUGA
6 MISTURADORES6 MISTURADORES6 MISTURADORES6 MISTURADORES
7 FUNIL DE MISTURA7 FUNIL DE MISTURA7 FUNIL DE MISTURA7 FUNIL DE MISTURA
Tratamento da Lama
2- Desgaseificador
Desgaseificadores2- Desgaseificador
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Desgaseificador por princípios de choque de fluidos de diferentes 
densidades 
Bernardão PA-60
SEPARADOR ATMOSFÉRICO BIFÁSICO
degasseificador SC-94 (BERNARDÃO)
• Atmosférico •A vacuo
Desgaseificadores2- Desgaseificador
2- Desgaseificador
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Desgaseificadores
Serve para separar a parte 
gasosa da parte líquida 
quando necessário; como 
por exemplo durante a 
perfuração de uma 
formação portadora de gás.
Desgaseificador
Desgaseificador por princípios de 
descompressão 
Desgaseificador
Degaseificador por princípio de descompressão PA-60
• Ao se estudar as separações gás-líquido e líquido-líquido há duas 
abordagens teóricas complementares a serem adotadas: 
• 1°) Abordagem Termodinâmica (estado de equilíbrio): 
• Separação diferencial:
• o gás liberado do óleo à medida que a pressão é reduzida vai sendo 
retirado do contato com o óleo. 
→a composição da mistura sob separação vai se alterando; 
→ não se estabelece equilíbrio termodinâmico entre as fases; 
→ parte dos vapores permanecem dissolvidos. 
→ o processo pode ser levado até a pressão atmosférica.
SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL BIFÁSICA
TEORIA DA SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL:
• 1°) Abordagem Termodinâmica (estado de equilíbrio): 
• Separação flash X separação diferencial:
• → Os dois processos citados levam a resultados diferentes no que diz 
respeito à quantidade total de líquido e gás produzida. 
• Separação flash → maximiza a produção de gás. 
• Separação diferencial → maximiza a produção de líquido. 
→ Em um sistema de produção real, o processo situa-se em um ponto 
intermediário entre o caso puramente flash e puramente diferencial.
• Durante o processamento primário na planta de processo o sistema 
pode se aproximar mais ou menos de uma separação diferencial, a 
depender do número de estágios de separação empregados. 
• Etapa de remoção do vapor em contato com o líquido após uma etapa 
de redução da pressão. 
SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL BIFÁSICA
TEORIA DA SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL:
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1°) Abordagem Termodinâmica (estado de equilíbrio): 
• Condições ótimas de separação:
• Um estudo termodinâmico do sistema de produção permite a 
determinação das condições ótimas de separação. As condições de 
separação mais importantes a serem determinadas são: 
1. →Número de estágios de separação 
2. →Pressão óJma de separação 
3. → Temperatura de separação 
• IMPORTANTE: Tanto pressão, como temperatura, como número de 
estágios de separação normalmente não são variáveis operacionais. 
São características definidas no projeto da unidade, através de 
simuladores de processo e análiseeconômica. 
SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL BIFÁSICA
TEORIA DA SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL:
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Lista de características de liquidação sobre as quais o 
processo de sedimentação é dependente.
a - Temperatura da água
d - Liquidação gravitacional
k - Carga elétrica da partícula
b - tamanho de partícula
f - forma de partícula
l - condições ambientais
h - Relação de movimento descendente de partículas 
para velocidade de fluxo para a frente
1°) Abordagem Termodinâmica (estado de equilíbrio): 
1. Pressão ótima de separação:
2. Temperatura de separação:
SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL BIFÁSICA
TEORIA DA SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL:
1°) Abordagem Termodinâmica (estado de equilíbrio): 
1. Pressão ótima de separação: 
Em princípio, a pressão ótima de separação é aquela que fornece uma maior 
quantidade de hidrocarboneto líquido (maior volume de óleo no tanque). 
→ Durante o projeto de uma nova unidade, esta pressão óLma pode ser 
obtida a partir de simulações que utilizam dados PVT de um poço 
representativo do reservatório que se vai produzir.
SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL BIFÁSICA
TEORIA DA SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL:
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1°) Abordagem Termodinâmica (estado de equilíbrio): 
1. Pressão ótima de separação: 
→Apesar de haver uma pressão óJma de separação do ponto de vista 
termodinâmico, dependendo do dimensionamento do método de elevação 
necessário para atingir tal pressão, pode ser anti-econômico trabalhar na 
pressão ótima de separação.
SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL BIFÁSICA
TEORIA DA SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL:
1°) Abordagem Termodinâmica (estado de equilíbrio): 
2. Temperatura de separação : 
→ Apesar de afetar fortemente os equilíbrios de fase gás-líquido, a 
temperatura de separação é normalmente definida em função da viscosidade 
da fase óleo necessária para uma velocidade adequada de decantação das 
gotas de água dispersas no óleo. Portanto, é definida por um aspecto 
fluidodinâmico da separação. 
SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL BIFÁSICA
TEORIA DA SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL:
1°) Abordagem Termodinâmica (estado de equilíbrio): 
2. Temperatura de separação : 
→Equipamentos de separação que operam com baixos tempos de residência 
(separadores gravitacionais e tratadores eletrostáticos) exigem que a 
viscosidade do fluido seja baixa. Normalmente se empregam temperaturas 
de separação nas quais a viscosidade do óleo fique na faixa de 10 a 20 cSt
(centistoke [cSt]). Assim, quanto mais pesado e viscoso for o óleo, 
temperaturas de separação mais altas serão requeridas. 
→ Em campos maríLmos, normalmente é necessário o aquecimento do 
petróleo antes da separação das fases. Isso ocorre devido ao resfriamento do 
petróleo nas linhas submarinas e risers
SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL BIFÁSICA
TEORIA DA SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL:
1°) Abordagem Termodinâmica (estado de equilíbrio): 
2. Temperatura de separação : 
→ Com uma elevação da temperatura ocorre: 
• menor formação de espuma; 
• maior facilidade de desemulsificação; 
• maior eficiência na dispersão dos produtos químicos adicionados. 
SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL BIFÁSICA
TEORIA DA SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL:
20/08/2018
25
1°) Abordagem Termodinâmica (estado de equilíbrio): 
3. Temperatura de separação : 
→ Entretanto, temperaturas elevadas também causam: 
• maior consumo de energia (para aquecimento E resfriamento); 
• necessidade de permutadores de maior capacidade; 
• maiores taxas de corrosão; 
SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL BIFÁSICA
TEORIA DA SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL:
1°) Abordagem Termodinâmica (estado de equilíbrio): 
3. Temperatura de separação : 
→ Problemas associados ao aquecimento excessivo: Além dos problemas 
mencionados, o aquecimento aumenta a solubilidade, dificultando a sua 
separação. 
Por exemplo, a 140 °C 
apenas a quantidade de água 
dissolvida em alguns tipos de 
petróleo já fica próxima do 
limite de BS&W para 
comércio internacional.
SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL BIFÁSICA
TEORIA DA SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL:
2°) Abordagem Fluidodinâmica:
No Processamento geral de separação de fases é o gravitacional, baseado na 
segregação de fases por diferença de massa específica. 
Considerando-se um sistema de diferentes fases
SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL BIFÁSICA
TEORIA DA SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL:
2°) Abordagem Fluidodinâmica:
De um modo geral, tanto a decantação das gotas de água no óleo como a 
decantação de gotas de líquido no gás podem ser aproximadas pela 
decantação de uma partícula sólida em um fluido sob efeito da força 
gravitacional. Nessas condições, a partícula será acelerada pela força da 
gravidade, à qual se opõe uma força de arrasto devida ao fluido: 
A força de arrasto é dependente da velocidade relativa entre a partícula e o 
fluido. Assim, a partícula será acelerada até que a força de arrasto 
contrabalance a força gravitacional, após o que a partícula cairá com uma certa 
velocidade terminal constante. 
SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL BIFÁSICA
TEORIA DA SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL:
20/08/2018
26
As partículas ao cair no seio de um 
fluido, sob ação de uma força constante, 
por exemplo a força da gravidade, 
sofrem aceleração durante um período 
de tempo muito curto e depois disso se 
movem à uma velocidade constante. 
Velocidade Terminal: definição
aceleração
Velocidade 
constante 
(terminal)
Essa máxima velocidade que as 
partículas podem alcançar é 
chamada de velocidade terminal, 
e depende da densidade, tamanho e 
forma da partícula, além das 
propriedades do fluido e do campo.
2°) Abordagem Fluidodinâmica:
SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL BIFÁSICA
TEORIA DA SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL:
20/08/2018
27
W= F
Velocidade constante 
aceleração=0
Quem é CD?
• CCoeficiente de resistência aerodinâmica, também chamado 
coeficiente de arrasto e por vezes apelidado simplesmente 
coeficiente aerodinâmico, é um número adimensional que é usado para 
quantificar o arrasto ou resistência de um objeto em um meio fluido tal 
como o ar ou a água, ou, noutras palavras permite quantificar a força de 
resistência ao ar ou outro fluido por parte de uma dada superfície. É 
usado na equação do arrasto, onde um coeficiente de arraste mais baixo 
indica que o objeto terá menos arraste aerodinâmico ou hidrodinâmico. O 
coeficiente de arraste é sempre associado com uma área de superfície 
particular.[1]
20/08/2018
28
2°) Abordagem Fluidodinâmica:
Há uma forte dependência do coeficiente de arrasto CD (e, portanto, da força 
de arrasto) em função do número de Reynolds da partícula. Apenas para 
baixos valores de número de Reynolds (Rep <0,1), a curva do coeficiente de 
arrasto é linear: 
p
Cd
Re
10
=
2,0=DC
SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL BIFÁSICA
TEORIA DA SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL:
Escoamento Laminar
• Ocorre quando as partículas de um fluido movem-se ao longo de 
trajetórias bem definidas, apresentando lâminas ou camadas 
(daí o nome laminar) cada uma delas preservando sua 
característica no meio. No escoamento laminar a viscosidade 
age no fluido no sentido de amortecer a tendência de 
surgimento da turbulência. Este escoamento ocorre geralmente 
a baixas velocidades e em fluídos que apresentem grande 
viscosidade.
20/08/2018
29
• Ocorre quando as partículas de um fluido não movem-se ao 
longo de trajetórias bem definidas, ou seja as partículas 
descrevem trajetórias irregulares, com movimento aleatório, 
produzindo uma transferência de quantidade de movimento 
entre regiões de massa líquida. Este escoamento é comum na 
água, cuja a viscosidade e relativamente baixa.
Escoamento Turbulento Visualização de Escoamentos Laminar e
Turbulento em Tubos Fechados
• O número de Reynolds (abreviado como Re) é 
um número adimensional usado em mecânica 
dos fluídos para o cálculo do regime de 
escoamento de determinado fluido dentro de 
um tubo ou sobre uma superfície.É utilizado, 
por exemplo, em projetos de tubulações 
industriais e asas de aviões. O seu nome vem de 
Osborne Reynolds, um físico e engenheiro 
irlandês. O seu significado físico é um quociente 
entre as forças de inércia e as forças de 
viscosidade.
Número de Reynolds Re
• Número de Reynolds em Tubos
• Re<2000 – Escoamento Laminar.
• 2000<Re<2400 – Escoamento de Transição.
• Re>2400 – Escoamento Turbulento.
• ρ = massa específica do fluido
• μ = viscosidade dinâmica do fluido
• v = velocidade do escoamento
• D = diâmetro da tubulação
Forças de inercia
Força de viscosidade
20/08/2018
30
• A importância fundamental do número de Reynolds é a 
possibilidade de se avaliar a estabilidade do fluxo podendo obter 
uma indicação se o escoamento flui de forma laminar ou 
turbulenta. O número de Reynolds constitui a base do 
comportamento de sistemas reais, pelo uso de modelos 
reduzidos. Um exemplo comum é o túnel aerodinâmico onde se 
medem forças desta natureza em modelos de asas de aviões. 
Pode-se dizer que dois sistemas são dinamicamente semelhantes 
se o número de Reynolds, for o mesmo para ambos.
Importância do Número de Reynolds
4
Diagrama de Moody
• O diagrama de Moody é a representação gráfica em escala duplamente logarítmica 
do fator de atrito em função do número de Reynolds e a rugosidade relativa de 
uma tubulação.
• Na equação de Darcy-Weisbach aparece o termo que representa o fator de atrito 
de Darcy, conhecido também como coeficiente de atrito. O cálculo deste 
coeficiente não é imediato e não existe uma única fórmula para calculá-lo em todas 
as situações possíveis.
• Pode-se distinguir duas situações diferentes, o caso em que o fluxo seja laminar e o 
caso em que o fluxo seja turbulento. No caso de fluxo laminar se usa uma das 
expressões da equação de Poiseuille; no caso de fluxo turbulento se usa a equação 
de Colebrook-White.
20/08/2018
31
Diagrama de Moody
• No caso de fluxo laminar o fator de atrito depende unicamente do número de Reynolds. 
Para fluxo turbulento, o fator de atrito depende tanto do número de Reynolds como da 
rugosidade relativa da tubulação, por isso neste caso é representado mediante uma família 
de curvas, uma para cada valor do parâmetro , onde k é o valor da rugosidade absoluta, ou 
seja, o comprimento (habitualmente em milímetros) da rugosidade diretamente medível na 
tubulação.
5
p
Cd
Re
24
=
p
Cd
Re
10
=
44,0=Cd
1,0Re <p
500Re1,0 << p
510 x 2Re 500 << p
O coeficiente de arraste (Cd) é função do número de 
Reynolds da Partícula:
Regime Laminar
(Eq. de Stokes)
Regime 
Intermediário
Regime Turbulento
(Eq. Newton)
f
fRp
p
vd
µ
ρ
=Re(Re)fCd = , onde
Regime Alta
Turbulência 2,0=Cd
510 x 2Re >p
0.1
1
10
100
1000
0.1 1 10 102 103 104 105 106 107
2
)(2
Rfc
pfp
d
vA
gV
C
ρ
ρρ −
=
Região camada
quase laminar
Região camada 
turbulenta
Região alta 
turbulência
Re
10
=Cd 44,0=Cd 2,0=Cd
Regime laminar
Lei de Stokes
Gráfico do Coeficiente de Atrito
Reynolds da Partícula
p
dC Re
24
=
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32
2°) Abordagem Fluidodinâmica:
Assim, no caso específico de uma partícula rígida, esférica, sem interação com 
partículas vizinhas e em condições de baixo número de Reynolds para a 
partícula (Rep < 0,1) o fenômeno de decantação é regido pela Equação de 
Stokes:
SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL BIFÁSICA
TEORIA DA SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL:
20/08/2018
33
OPERAÇÕES DE SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO
Para aumentar a velocidade de decantação...
... aumento da temperatura...pois a viscosidade do 
fluido é influenciada pela temperatura...
... Porém, o diâmetro e as densidades são fatores mais 
importantes. 
...é possível, antes da decantação, realizar uma etapa 
visando o aumento das partículas.
De forma análoga para os outros regimes tem-se:
f
fpp
R
gd
v
µ
ρρ )(
.
18
1 2 −
=
p
ff
fp
R dgv
3
1
2
2)(
225
4








−
=
µρ
ρρ
2
1
3
)(
4








−
= p
fD
fp
R dgC
v
ρ
ρρ
1,0Re <p
500Re1,0 << p
5105,2Re500 xp <<
p
Cd
Re
24
=
p
Cd
Re
10
=
44,0=Cd
Regime laminar
Regime de transição
Regime turbulento 
sem oscilações
Mas como saber o regime se Rep depende de vr?
2°) Abordagem Fluidodinâmica:
Separação líquido-líquido : 
Os princípios básicos da separação de duas substâncias imissíveis são regidos 
pela Eq. de Stokes. Entretanto esta equação assume que não há interferência 
entre as partículas, o que normalmente não ocorre na prática. 
→ A Eq. de Stokes só fornece resultados válidos para sistemas em que a fase 
particulada está diluída (menos de 5 % em volume em relação à fase contínua). 
→ Quando as gocculas encontram-se muito próximas, a fluxo de fluido 
ascendente criados pelas gotículas em decantação aumenta o arrasto das 
demais. 
Assim, o dimensionamento de equipamentos de separação líquido-líquido 
deve ser feito a partir de dados experimentais (quando possível) ou a partir de 
correções do modelo teórico a partir de dados experimentais. 
SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL BIFÁSICA
TEORIA DA SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL:
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2°) Abordagem Fluidodinâmica:
Há uma forte dependência do coeficiente de arrasto CD (e, portanto, da força 
de arrasto) em função do número de Reynolds da partícula. Apenas para 
baixos valores de número de Reynolds (Rep <0,1), a curva do coeficiente de 
arrasto é linear: 
p
Cd
Re
10
=
2,0=DC
SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL BIFÁSICA
TEORIA DA SEPARAÇÃO GRAVITACIONAL:
Separação (quebra) das emulsões de petróleo: 
Ocorre através uma sequencia de etapas: 
→1) FLOCULAÇÃO - COAGULAÇÃO;
→ 2) COALESCÊNCIA;
→ 3) SEDIMENTAÇÃO - DECANTAÇÃO;
Separação (quebra) das emulsões: 
RESUMINDO TIPOS DE EMULSÕES
→1) Formação de polaridades na água;
→ 2) Isolamento esférico;
→ 3) Quebra do isolamento do fluído dominante;
→ 4) Formação de película aumentando a durabilidade da 
emulsão, assim blinda a interface, dificultando a 
coalescência;
→ 5) redução da tensão interfacial, propiciando a estabilidade 
das emulsões 
→ 6) Aumenta a condutividade do meio, diminuindo a eficiência 
do tratamento eletrostático.
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35
FLOCULAÇÃO
• Processo em que um soluto sai da solução sob 
a forma de flocos ou flocos.
• Partículas mais finas que 0,1 µm em água 
permanecem continuamente em movimento 
devido a eletrostática impedir a junção o que 
os leva a repelir um ao outro.
• Uma vez que sua carga eletrostática é 
neutralizada (uso de coagulante) as partículas 
mais finas começam a colidir se combinar .
• As partículas maiores e mais pesadas são 
chamadas flocos. 137
FLOCULAÇÃO
• Processo em que um soluto sai da solução sob 
a forma de flocos ou flocos.
• Partículas mais finas que 0,1 µm em água 
permanecem continuamente em movimento 
devido a eletrostática impedir a junção o que 
os leva a repelir um ao outro.
• Uma vez que sua carga eletrostática é 
neutralizada (uso de coagulante) as partículas 
mais finas começam a colidir se combinar .
• As partículas maiores e mais pesadas são 
chamadas flocos. 138
COAGULAÇÃO
• Fluido de processo + agente floculante
• (alto cisalhamento em um tanque agitado) -
coagulação, seguido de agitação suave – floco 
se formação e crescer em tamanho.
139
COAGULAÇÃO
• Agentes floculantes para bactérias, leveduras 
ealgas:
• Alumínio , sais de cálcio, sais férricos;
• Ácido tânico, tetracloreto de titânio;
• Agentes catiônicos, como quaternário
• Compostos de amónio,
• Alquilaminas e sais de alquilpiridio.
140
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36
Separação (quebra) das emulsões : 
Ocorre através uma sequencia de etapas:→1) floculação;
É a aglomeração das gotas devido a forças de Van der Walls. A 
floculação faz com que as gotas de água fiquem próximas, facilitando 
a etapa subsequente de coalescência. 
→ A floculação é reversível, podendo os aglomerados se dispersarem 
por agitação.
Separação (quebra) das emulsões: 
Ocorre através uma sequencia de etapas: 
→2) Coalescência:
É a etapa de quebra da emulsão propriamente dita. Ocorre com a 
ruptura do filme interfacial e a fusão das gotas em outra de maior 
tamanho. 
→ O uso de desemulsificante é fundamental para a etapa de 
coalescência.
Tratamento de água : 
As principais tecnologias empregadas no tratamento de água produzida 
em unidades marítimas são: 
� Hidrociclones e 
� Flotadores; 
Além desses equipamentos, o enquadramento da água para descarte é 
conseguido através de: 
� uso de produtos químicos de forma adequada (desemulsificante, 
polieletrólitos); e 
� otimização das condições de processo; 
Tratamento de água
As correntes de água oleosa, separadas nos vasos separadores e nos 
tratadores eletrostáticos são encaminhadas para seus respectivos 
conjuntos de hidrociclones e destes para os flotadores. 
• Saída dos equipamentos de separação: TOG máx típico de 1000 
mg/L 
• Saída dos hidrociclones: TOG máx típico de 100 a 200 mg/L Saída do 
flotador: TOG máx 29 mg/L (ou temporariamente 42 mg/L) 
EXEMPLO - TRATAMENTO DE ÁGUA PRODUZIDA 
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Tratamento de água produzida :
DESCRIÇÃO: 
1) Normalmente se faz uso de separadores água-óleo (SAO). 
2) grandes tempos de residência: possibilidade de tanques de mistura 
para dispersão do polieletrólito.
3) O Flotador pode ser aberto e com ar.
4) Frequentemente se faz uso de uma ou mais etapas de filtração 
TRATAMENTO DE ÁGUA PRODUZIDA 
Tratamento de água para descarte
TRATAMENTO DE ÁGUA PRODUZIDA 
Tratamento de água 
DESCRIÇÃO: 
1) As correntes de água contaminada são encaminhadas para seus 
respectivos conjuntos de hidrociclones. Nestes equipamentos, óleos e 
impurezas mais levas são separadas daa água , gerando uma corrente 
de água tratada e um rejeito no processo. 
TRATAMENTO DE ÁGUA PRODUZIDA 
Tratamento de água 
DESCRIÇÃO: 
2) A água tratada (ainda com TOG desenquadrado) pode ou não receber 
dosagem de um produto químico (polieletrólito) e, em seguida, é 
enviada para um flotador, que tem a função de enquadrar o TOG para 
descarte. 
TRATAMENTO DE ÁGUA PRODUZIDA 
20/08/2018
38
Tratamento de água
DESCRIÇÃO: 
4) No flotador, bolhas de ar ou gás aderem-se às gotas de óleo, 
acelerando seu movimento em direção à superfície da água. O resíduo 
oleoso acumulado na superfície é então removido.
TRATAMENTO DE ÁGUA PRODUZIDA TRATAMENTO DE ÁGUA 
Tratamento de água
DESCRIÇÃO- flotação é natural (não acelerada): 
1) Este sistema é mais simples e pode ser utilizado em plataformas em 
que se preveja produção de baixas vazões de água, por exemplo, 
unidades afretadas por períodos específicos no início da produção 
de um campo. 
2) A água separada é enviada para tanques específicos (tanques de 
slop) em que ocorre flotação natural do óleo, o qual é separado da 
água. 
3) Após a separação, o óleo é reciclado para o processo e a água tem 
seu TOG medido. Caso esteja enquadrado nas especificações, a água 
pode ser descartada. 
TRATAMENTO DE ÁGUA PRODUZIDA 
Tratamento de água para descarte em unidades marítimas: 
DESCRIÇÃO: 
OBS 1: neste caso não se recomenda a utilização de polieletrólito. 
OBS2: como neste sistema a flotação é natural (não acelerada), são 
necessários grandes tempos de residência da água nos tanques de slop, 
razão pela qual só é viável com baixas vazões de água produzida. 
TRATAMENTO DE ÁGUA 
20/08/2018
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Tratamento de água para descarte em unidades marítimas: 
TRATAMENTO DE ÁGUA 
Tratamento de água para descarte em unidades marítimas: 
Equipamentos que normalmente iniciam o tratamento da água 
produzida em unidades marítimas de produção. Usam o princípio 
ciclônico- centrífugo(hidrociclones) para separar o óleo de água a partir 
da diferença de densidade entre estes fluidos. Têm por objetivo reduzir 
o TOG de cerca de 1000 mg/L para cerca de 100-200 mg/L. 
(dependendo do projeto); 
Normalmente opera combinado com o uso de produtos químicos e 
flotadores a fim de enquadrar a água nos padrões de descarte exigidos 
pelo órgão ambiental. 
São constituídos por conjuntos (baterias) de liners que, individualmente, 
tratam pequenas vazões de água (cerca de 5 m3/h).
TRATAMENTO DE ÁGUA 
DESCRIÇÃO- flotação acelerada (não natural): 
Hidrociclones
(Esquema de fluxo de fluidos no hidrociclone)
TRATAMENTO DE ÁGUA 
20/08/2018
40
TRATAMENTO DE ÁGUA 
INTRODUÇÃO
Os hidrociclones são equipamentos compactos empregados nas separações
sólido/líquido, sólido/sólido, líquido/líquido e gás/líquido. Sua geometria é
basicamente constituída por uma parte cilíndrica, que define o diâmetro do
hidrociclone, acoplada a uma parte cônica, como mostra a Figura 1.
Figura 1 - Desenho esquemático de um hidrociclone.
HIDROCICLONES
• Embora a existência dos hidrociclones reporte a 1890, somente a partir de
1940 iniciou-se a fabricação desse equipamento com tecnologias avançadas.
• Hidrociclones são equipamentos separadores simples que separam as fases
envolvidas através da diferença de densidade.
• O fluido entra no hidrociclone tangencialmente girando com intensidade na
seção cônica.
Figura 2. Princípio de funcionamento de um 
hidrociclone (Husveg, 2007).
• A separação por hidrociclones apresenta o mesmo princípio utilizado pelas
centrífugas, isto é, a sedimentação centrífuga, em que as partículas em
suspensão são submetidas a um campo centrífugo que provoca a separação
do fluido (SOUZA et al., 2000)
Figura 3 - Trajetória da suspensão no interior do hidrociclone
20/08/2018
41
• Teoria de funcionamento: A água produzida entra no 
liner através de entradas tangenciais onde a energia 
potencial da água é transformada em energia 
centrífuga. Esta força centrífuga direciona o fluido 
mais denso (água) para as paredes do liner e o fluido 
menos denso (óleo) para o centro do corpo do liner. 
A manutenção da pressão da corrente de rejeito, por 
onde sai o óleo recuperado, sempre abaixo da 
pressão de saída de água garante o direcionamento 
do cone de óleo no sentido oposto ao da saída da 
água.
HIDROCICLONE
• É um equipamento projetado para separação de substâncias de diferentes 
densidade (líquido-líquido, ou sólido- líquido). Com uma alimentação 
tangencial, o equipamento gera um vórtex descendente o que faz com que 
as partículas de maior densidade relativa sejam projetados contra a parede 
e sejam arrastadas até a saída underflow (de menor diâmetro). Já as 
partículas de menor densidade são arrastadas para o centro do 
equipamento formando um vórtex ascendente saindo pelo overflow 
(orifício de maior diâmetro).
TRATAMENTO DE ÁGUA 
Arranjo dos hidrociclones: 
1) Liners com vaso de pressão
2) Liners sem vaso de pressão
TRATAMENTO DE ÁGUA 
hidrociclone com vaso de pressão hidrociclone sem vaso de pressão
20/08/2018
42
Arranjo dos hidrociclones: 
1) Liners em vaso de pressão: um único vaso contém vários liners em 
seu interior. O vaso onde estão instalados os liners é divido em três 
câmaras, separadas por placas horizontais: câmara de alimentação, 
câmara de rejeito e câmara de água tratada.
TRATAMENTO DE ÁGUA
Arranjo dos hidrociclones: 
1) Liners em vaso de pressão:
TRATAMENTO DE ÁGUA 
Arranjo dos hidrociclones: 
1) Liners em vaso de pressão:
TRATAMENTO DE ÁGUA
Arranjo dos hidrociclones: 
1) Liners em vaso de pressão:
TRATAMENTO DE ÁGUA
20/08/2018
43
Arranjo dos hidrociclones: 
1) Liners em vaso de pressão:TRATAMENTO DE ÁGUA 
Vantagens: ocupa menos espaço; redução de custos. 
Desvantagens: dificuldade de acesso para remoção, substituição, 
manutenção e limpeza. Em caso de falha, dificuldade para detectar 
qual liner está com problema
Arranjo dos hidrociclones: 
2) Liners abertos ou separados: os liners são conectados 
individualmente, através de flanges, a headers comuns. Há um 
header para entrada de água, um para saída da água e normalmente 
se usa “tubings” ou mangueiras para a saída do rejeito. Configuração 
“Petrobras”. 
TRATAMENTO DE ÁGUA 
Vantagens: facilidade de acesso para inspeção, manutenção, substituição e 
limpeza. Maior facilidade de diagnóstico de problemas operacionais. 
Desvantagens: ocupa mais espaço, maior peso, maior custo.
Hidrociclones – princípio de funcionamento: 
TRATAMENTO DE ÁGUA
� A água oleosa entra no liner tangencialmente à involuta, adquirindo movimento 
espiral. 
Ocorre a transformação da energia potencial (pressão) em energia cinética 
(aceleração centrífuga). Podem ser alcançadas acelerações de até 1000 G. 
A água oleosa é dirigida da involuta para a câmara cilíndrica de turbilhonamento, 
onde o fluxo é estabilizado e posteriormente acelerado através das seções cônicas 
seguintes. 
Hidrociclones – problemas de operação: 
5TRATAMENTO DE ÁGUA 
20/08/2018
44
Observações: 
Os hidrociclones são mais eficientes para remover gotas de óleo de 
maior tamanho. Por isso, deve-se evitar ao máximo o cisalhamento 
das gotículas de óleo presentes na água. 
� Por esta razão, os hidrociclones devem ser instalados 
preferencialmente a montante de válvulas de controle (ex. LV) de 
modo a minimizar o cisalhamento das gotículas de óleo e também 
a liberação de gás. 
� Também deve-se evitar, sempre que possível ,o uso de bombas 
para movimentar a água antes da sua passagem pelos 
hidrociclones, bem como curvas na tubulação, derivações e pontos 
de turbulência em geral.
TRATAMENTO DE ÁGUA 
Operação e controle dos hidrociclones: 
� Há uma faixa ótima de vazão por liner para uma boa operação do 
hidrociclone. Em vazões muito baixas, a aceleração radial no 
interior do liner é insuficiente para formar o ciclone com a 
intensidade necessária para a separação água-óleo. A partir de 
uma certa vazão, máxima a eficiência começa a cair.
TRATAMENTO DE ÁGUA 
Exercício: 
Determinar o número de liners a serem alinhados em uma bateria de 
hidrociclones de um fabricante X que opera com as eficiências 
mostradas na figura abaixo e deve tratar uma vazão de 15.000 bpd de 
água produzida. 
TRATAMENTO DE ÁGUA
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45
• 1 barril por día = 0.006624 metros cúbicos por hora
• 1 metro cúbico por hora = 150.955 barriles por día
• Logo 15000bpd= 99.3671 metros cúbicos por hora
• Q rej=2 metros cúbicos por hora
Operação e controle dos hidrociclones: 
� Uma vez permanecendo na faixa ótima de vazão – definida pelo 
fabricante de cada tipo de liner – pode-se otimizar o desempenho 
do hidrociclone minimizando-se o rejeito produzido. 
TRATAMENTO DE ÁGUA 
Operação e controle dos hidrociclones: 
� Assim, a fim de garantir a máxima eficiência de separação e 
minimizar o reprocessamento da água é necessário que o FS se 
mantenha constante e no menor valor possível acima do platô da 
figura anterior. 
� FS típicos costumam ficar entre 1 e 3 %. 
� O controle desta relação de vazões é feito através da chamada 
Relação de Pressão (RP) entre Entrada/Rejeito e Entrada/Saída: 
TRATAMENTO DE ÁGUA 
20/08/2018
46
O sistema de controle do hidrociclone deve: 
1) garantir que a vazão se mantenha entre Qmin e Qmax
Embora nos sistemas de produção normais a válvula que controla a 
vazão através do hidrociclone tenha como prioridade o controle de 
nível do vaso a montante, é importante que o esquema de controle 
leve em conta também a faixa de vazão adequada para o 
hidrociclone, de forma que este opere entre Qmin e Qmax. 
2) garantir que um Flow Split adequado seja estabelecido e mantido. 
� Isto é feito através de um controlador diferencial de pressão 
atuando na válvula de pressão da saída de rejeito. 
TRATAMENTO DE ÁGUA 
Eficiência do hidrociclone: 
TRATAMENTO DE ÁGUA 
� Fatores que influenciam no desempenho do hidrociclone: 
� Diâmetro das gotas de óleo; 
� Diferencial de densidade óleo-água; 
� Viscosidade da fase contínua (água) 
� temperatura 
� Outros: 
� Presença de sólidos; 
� Gás livre e dissolvido; 
� Produtos químicos.
Eficiência do hidrociclone: 
TRATAMENTO DE ÁGUA
� Exercício: Uma bateria de hidrociclones trata 160 m3 de água produzida por dia. 
O TOG na entrada é de 1000 mg/L e na saída é de 100 mg/L. A vazão de rejeito 
é de 2%. Calcule a concentração de óleo no rejeito. 
• No caso de partículas sólidas, as menores são arrastadas por um movimento
ascendente, saindo junto com um fluxo de líquido consideravelmente maior
pelo duto da suspensão diluída.
Figura 4 – Esquema com a disposição dos componentes de um hidrociclone
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47
APLICAÇÃO NA INDÚSTRIA DO 
PETRÓLEO
• Devido ao tamanho reduzido em relação aos tradicionais separadores e pelas
vantagens citadas anteriormente, sistemas compactos de hidrociclones já
estão sendo utilizadas em plataformas offshore.
Figura 5. Exemplo de um sistema compacto de hidrociclones em plataforma offshore
CLASSIFICAÇÃO DOS HIDROCICLONES
Segundo Castilho e Medronho (2000), existem três grupos bem conhecidos de
hidrocilones, são os de Kresbs, Rietema e de Bradley. Os de Rietema e de
Bradey são hidrociclones geometricamente semelhantes. A Tabela 1 apresenta as
principais relações geométricas de cada grupo.
Tabela 1 - Relações Geométricas para Hidrociclones das famílias Krebs, Rietema e Bradley
• Eficiência do Hidrociclone em Separação Líquido-Líquido
• Perfis de Velocidade
Figura 6. Componentes da velocidade global do hidrociclone.
• Variáveis relevantes no estudo de hidrociclones
Exemplo de aplicação de 
hidrociclones na indústria 
188
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48
•Os principais elementos que os 
compõe são: 
– Tanques de lama 
– Bombas de lama 
– Manifold 
– Tubo bengala / mangueira de lama 
– Saída de lama 
–Sistema de tratamento de lama
Sistema de Circulação em um poço
PERFURAÇÃO DE POÇOS 
DIQUE DE FLUIDO DE PERFURAÇÃO-LAMA
Bomba
Tubo Bengala Mangueira
Swivel
Kelly
Interior da Coluna
Jatos da BrocaAnular
SISTEMA DE CIRCULAÇÃO
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49
SISTEMAS DE PERFURAÇÃO
Componentes de um Tanque
Tanque de Lama
•Fase de injeção- O fluído é succionado do tanque... 
Tanques de lama
Tubo Bengala e Mangueirade lama
Tubo Bengala - PA-60
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50
197
(FLOWLINE)10 Saída de lama
Tratamento químico-físico do fluido de 
perfuração
1 PENEIRA VIBRATÓRIA1 PENEIRA VIBRATÓRIA1 PENEIRA VIBRATÓRIA1 PENEIRA VIBRATÓRIA
2 DESGASEIFICADOR2 DESGASEIFICADOR2 DESGASEIFICADOR2 DESGASEIFICADOR
3 DESAREIADOR3 DESAREIADOR3 DESAREIADOR3 DESAREIADOR
4 DESSILTADOR4 DESSILTADOR4 DESSILTADOR4 DESSILTADOR
5 CENTRÍFUGA5 CENTRÍFUGA5 CENTRÍFUGA5 CENTRÍFUGA
6 MISTURADORES6 MISTURADORES6 MISTURADORES6 MISTURADORES
Tratamento da Lama
4.4.11.1 PENEIRA VIBRATÓRIA4.4.11.1 PENEIRA VIBRATÓRIA4.4.11.1 PENEIRA VIBRATÓRIA4.4.11.1 PENEIRA VIBRATÓRIA
4.4.11.2 DESGASEIFICADOR4.4.11.2 DESGASEIFICADOR4.4.11.2 DESGASEIFICADOR4.4.11.2 DESGASEIFICADOR
4.4.11.3 DESAREIADOR4.4.11.3 DESAREIADOR4.4.11.3 DESAREIADOR4.4.11.3 DESAREIADOR
4.4.11.4 DESSILTADOR4.4.11.4 DESSILTADOR4.4.11.4 DESSILTADOR4.4.11.4 DESSILTADOR
4.4.11.4.B MUD CLEANER4.4.11.4.B MUD CLEANER4.4.11.4.B MUD CLEANER4.4.11.4.B MUD CLEANER
4.4.11.5 CENTRÍFUGA4.4.11.5 CENTRÍFUGA4.4.11.5 CENTRÍFUGA4.4.11.5 CENTRÍFUGA
4.4.11.6 MISTURADORES4.4.11.6 MISTURADORES4.4.11.6 MISTURADORES4.4.11.6 MISTURADORES
4.4.11.7 FUNIL DE MISTURA4.4.11.7 FUNIL DE MISTURA4.4.11.7FUNIL DE MISTURA4.4.11.7 FUNIL DE MISTURA
Tratamento da Lama
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51
201
É um conjunto de dois ou três hidrociclones de 8” ou
10”, é cônico e possui duas saídas:
• Inferior - para as partículas sólidas descartadas;
• Superior - para o fluxo de lama.
Desareiador Dessiltador 
Compõe-se de uma bateria de
8 a 12 hidrociclones de 4” ou
5”. Sua função é descartar
partículas menores que 74
microns que tenham passado
pelo desareiador ( partículas
de dimensões equivalestes ao
silte).
Mud Cleaner
Dessiltador com 
peneiras
o que permite 
recuperar fluido e 
baritina
Dessiltador