Na indústria do petróleo, um dos grandes desafios é o condicionamento dos grandes volumes de água produzida, para posterior descarte, dentro dos limites da legislação ambiental. Em ambiente offshore, onde a questão do espaço é crítica, os sistemas de tratamento de água oleosa precisam ser cada vez mais compactos, além de necessariamente ter que manter o compromisso entre eficiência e capacidade de tratamento. Por esta tendência, neste trabalho, empregou-se Fluidodinâmica Computacional (CFD) para estudar a performance e otimizar a geometria de um hidrociclone cilíndrico, integrante de uma unidade piloto de flotação centrífuga para tratamento de águas oleosas. Foram estudadas as alturas do hidrociclone e do vortex finder, a forma do duto de alimentação, além da previsão de desempenho da unidade após extrapolação de escala. Com as simulações, a partir de malha validada por resultados experimentais, foi identificada: possível redução de volume global do hidrociclone original de 72, 2%, que a forma do tubo de alimentação tem pouca influência na eficiência de separação, e foi validada performance semelhante do hidrociclone otimizado com fator de extrapolação de escala igual a 3, 3.