A produção de petróleo geralmente é acompanhada pela produção conjunta de água e gás. Durante o percurso até a superfície, devido às severas condições de temperatura e pressão, acaba ocorrendo a mistura entre os componentes. Logo, a separação de óleo, gás e água deve ser uma das primeiras etapas a serem executadas após a extração do petróleo. Vários métodos podem ser utilizados para separação da água do óleo, sendo mais comuns a separação por flotação, hidrociclones, e pela utilização de separadores trifásicos. Assim, o presente trabalho visa estudar um sistema composto por um separador trifásico, avaliando a influência das variáveis: temperatura, pressão de operação e tipo de separador para dois tipos de óleo (leve e pesado), através da realização de dois planejamentos experimentais fatoriais 23, a fim de descobrir as melhores condições de operação. O objetivo é obter maior vazão de óleo na corrente de produto, bem como a menor quantidade de água na corrente de óleo. A simulação do separador trifásico foi realizada com o auxílio do software Hysys® da Aspen2006, em modo estacionário. No geral, após a execução dos experimentos e análise de dados, observou-se que o efeito tipo de separador não tem influência estatisticamente significativa em nenhum dos sistemas propostos e que a melhor condição de operação, obtida para o sistema proposto, dentro da faixa estudada, ocorre quando a temperatura encontra-se em seu nível mais baixo e a pressão em seu nível mais elevado.