Caracterización de muestra de aceite, curvas de viscosidades y FTIR de aceite sintético PR6800AP, como posible alternativa de aplicación en compresores reciprocantes de alta presión en campo KP

Objetivo

Identificar la naturaleza química de una muestra de aceite lubricante PR 6800AP para definir la posible justificación de realizar una prueba de campo de este producto que confirme su aplicación en compresores reciprocantes de alta presión, ubicados en el campo KP. La muestra fue caracterizada mediante la técnica de espectroscopia de absorción infrarrojo con transformada de Fourier (FTIR), aunado a una revisión teórica de su tendencia en el comportamiento termoquímico y de lubricación (tribología).

Antecedentes

En noviembre 2004, se completó un estudio de caracterización de una muestra de forma líquida que se transformó posteriormente en un compuesto tipo “gel”, la cual fue extraída del pozo KP1700. En esa oportunidad se concluyó que la fuente mas probable de la formación del “gel”, fue el tipo de aceite que se utiliza para lubricar los cilindros de los compresores reciprocantes de alta presión, el cual está constituido a base de poliglicol. Para ese entonces se recomendó evaluar otras alternativas de aceite con naturaleza distinta a los poli-glicoles de acuerdo a estudios anteriores. Actualmente, se somete el aceite PR 6800AP a una evaluación preliminar de caracterización a nivel de laboratorio, a fin de precisar su justificación a una prueba de campo.

Alcance

A fin de lograr los objetivos planteados, el estudio se basó en los siguientes análisis y evaluaciones:

  • Caracterización por técnica de espectroscopia de absorción infrarrojo (FTIR) de una muestra de PR 6800AP.
  • Comparación analítica del espectro (FTIR) del Aceite Royal Purple 680 con el espectro del aceite a base de poliglicol para definir si existen diferencias en su estructura química.
  • Basado en la caracterización química revisar la tendencia de éste producto respecto al comportamiento termoquímico y de lubricación.

Análisis realizados

  • Espectros Infrarrojo de muestras de aceite PR 6800AP.
  • Viscosidad cinemática de muestra de aceite PR 6800AP.
  • Análisis de data histórica de informes emitidos por EMS y comportamiento de viscosidad de diferentes aceites sintéticos aplicables.

Discusión de resultados:

Espectros Infrarrojo de muestras de aceite GM-4600 AP.

Los resultados de FTIR fueron obtenidos del estudio realizado en Noviembre-2005 (informe:EMS-GT-04-1000). La Figura A-1, ilustra el comportamiento del espectro de una muestra patrón y una muestra problema de aceite sintético marca GM 4600 AP, los cuales presentan bandas entre 3650 y 3400 cm-1, las cuales se atribuyen a estiramientos de grupos O-H (alcoholes), bandas entre 3050 y 2800 cm-1, que coinciden con estiramientos de enlaces alifáticos -CH2- y C-H. Bandas entre 1400 y 1100 cm-1, que coinciden con deformación asimétrica y simétrica –CH3 y estiramientos de los enlaces C-O que están presentes en los alcoholes, los grupos carbonilos (>C=O) de Ester, se con rman con la presencia de una banda de 1740 cm-1, todos estos grupos radicales perteneciente al polialquileno de glicol, compuesto base del aceite GM 4600 AP.

Figura A-1. Espectro FTIR aceite sintético marca GM 4600 AP.

Caracterización de la muestra de PR 6800AP.

En el espectro de la Figura A-2, se observan alrededor de 3000 cm-1 con frecuencias de elongación simétrica y asimétrica. Se aprecian bandas a 2952 y 2873 cm-1 que corresponden a la elongación asimétrica del CH3 y a su modo simétrico. A 2925 cm-1 se manifiestan cadenas alifaticas –CH2-. La pequeña banda a 2729 cm-1 es asignable a la elongación del hidrogeno en H-C=O. De esta porción del espectro se concluye que en la muestra existen hidrocarburos parafinicos y esteres de los mismos. La falta de bandas por encima de 3000 cm-1 descarta aromáticos, alcoholes y ácidos carboxilicos. La pequeña banda a 2339 cm-1 que es prominente en los fosfitos (fosfatos éster).

Figura A-2. Espectro FTIR aceite sintético marca PR 6800AP.

En la zona de vibración por doblado ilustrado en la Figura A-3, (1550 – 1100 cm-1) se nota la banda a 1461 cm-1 , representativa, de la vibración del -CH3, terminal que exhibe deformación en el plano; esto se confirma por la banda existente a 1386 cm-1. Esta última banda se desdobla a las dos bandas adyacentes en 1377 y 1365 cm-1 indicando que parte de los –CH3 en la mezcla están enlazados a grupos >C=O, lo cual corrobora la existencia de ésteres.

Figura A-3. Espectro FTIR aceite sintético marca PR 6800AP.

Las bandas a 1789 y 1714 cm-1, mostradas en la Figura A-4, probablemente son atribuibles a ésteres vinílicos, sin embargo la intensidad de estas bandas junto con una banda que debería aparecer a 1100 cm-1 son débiles en comparación con la intensidad que muestran en un compuesto puro. Lo mismo se concluye de las bandas a 1662 y 1641 cm-1, que corresponde a la frecuencia de elongación delenlace >C=C< característica de compuestos vinílicos y que debería estar acompañada por una banda a 990-895 cm-1. Al no saber la concentración de ésteres en el aceite, ambas asignaciones son dudosas.

Figura A-4. Espectro FTIR aceite sintético PR 6800AP.

De los resultados antes indicados se determina que el producto PR 6800AP, no está constituido por poliglicoles a diferencia del aceite GM 4600 AP, cuyo espectro FTIR muestra la banda espectral fuerte alrededor de los 3500 cm-1 perteneciente al grupo –OH de los glicoles y/o alcoholes.

Por otra parte, en la muestra analizada del producto PR 6800AP, se determinó con la técnica FTIR la presencia de olefinas, esteres y compuestos con funcionalidad que contienen fósforo y/o silicio, o una mezcla de ambos. Estos últimos mostraron una señal débil, lo cual permite inferir no son los componentes mayoritarios del producto, sino aditivos de los productos. Con estos resultados se concluye que el producto PR 6800AP esta constituido por poliesteres libre de glicoles.

La Figura A-5, ilustra el espectro FTIR completo de la muestra analizada de PR 6800AP, en el intervalo de frecuencia entre 500 y 4500 cm-1, el cual se evaluó en los sub- intervalos como se explicó anteriormente, con la finalidad de identificar las diferentes bandas

Figura A-5. Espectro FTIR en Intervalo completo Aceite Sintético Marca PR 6800AP.

Aspectos en el comportamiento termoquímico

Aun cuando los glicoles están tipificados como compuestos estables, ellos pueden experimentar degradación térmica y/o química de la molécula por descomposición y/o reacción química del grupo polar –OH, promoviendo la formación de polímeros de mayor peso molecular.

Por otra parte, los polímeros de ésteres dependiendo de su estructura molecular pueden brindar mayor estabilidad, sin embargo, es importante tener en cuenta las condiciones del servicio para definir una estructura que brinde una presión de vapor adecuada que evite las pérdidas y contaminación de las corrientes de proceso.

En el caso relacionado con este estudio, podemos decir que el producto PR 6800AP está libre de poliglicoles y podría ser una alternativa de aplicación en los compresores reciprocantes de alta presión si su desempeño como lubricante es bueno y la solubilidad de los hidrocarburos del gas es baja para que no afecten su calidad.

Aspectos en el comportamiento lubricante

Efectos de la temperatura sobre la viscosidad de aceites sintéticos.

La viscosidad es probablemente la propiedad física mas importante de un aceite lubricante.

Para el caso estudiado, se presenta una familia de curvas de aceites sintéticos de diferentes bases de formulación, donde se puede comparar la variación de la viscosidad con la temperatura a la cual se realizan las pruebas.

Las normas y los fabricantes reportan típicamente la viscosidad cinemática en Centistokes (cSt) a 40 ˚C y 100 ˚C. La Gráfica A-6, muestra los valores sobre la curva de la viscosidad cinemática y el efecto de la temperatura sobre la viscosidad.

Figura A-6

La curva de viscosidad color azul intenso del aceite PR 6800AP, graficada de acuerdo a los valores de puntos de temperaturas de 20, 40, 100 y 160 ˚C, ilustra el comportamiento de este aceite, similar al aceite GM 4600 AR. Esto indica que el aceite a base de Syner AP, fabricado por PR COMPANY, presenta buena estabilidad de la viscosidad hasta 100 grados centígrados. Esta correlación de puntos de temperaturas y viscosidades, son sustentadas con los registros de temperaturas de succión y descarga de los cilindros compresores y de los packing internos de la 4ta. y 5ta. etapa de compresión, los cuales, de acuerdo a la correlación de datos analizados en Documento Técnico EMS-GT-04-400., están en rangos inferiores a 100 ˚C (212 ˚F). Ver gráfica A-7, obtenida del Informe antes mencionado.

Figura A-7

Conclusiones:

• La banda espectral perteneciente al grupo OH presente en los poliglicoles, no fue identificada en la muestra de aceite PR 6800AP, por lo que se concluye que este producto no esta constituido por poliglicoles.

• En la muestra del producto PR 6800AP, se identificó bandas espectrales pertenecientes a olefinas, ésteres y compuestos con funcionalidad que contienen fósforo y/o silicio, propio de un aceite a base de ésteres.

Recomendaciones:

• Usar el aceite sintético PR 6800AP para la lubricación de los cilindros compresores y “packing” de los compresores HP de la Planta, siguiendo las recomendaciones emitidas en el Documento Técnico EMS-GT-04-1000.

• Asegurarse del buen desempeño de la planta deshidratadora en el campo KP a n de evitar el arrastre de glicol en el gas de proceso que pudiera generar la degradación del aceite lubricante.

Autores:
ING. Alexis Suárez
ING. Carlos Jiménez

 

 

 

 

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