Lubricantes para compresores de gas natural:
reciprocantes y centrífugos
Los compresores de gas natural en gasoductos, plantas de tratamiento y offshore operan a presiones de 50-350 bar y temperaturas de 40-200°C. La presencia de hidrocarburos pesados en el gas (C5+) diluye el aceite y reduce su viscosidad. La selección correcta del lubricante de cilindro y de cárter determina la fiabilidad en ciclos de millones de horas acumuladas.
La compresión de gas natural presenta desafíos únicos que no existen en la compresión de aire: el gas es soluble en el aceite a alta presión, los condensados líquidos (C5+, agua) pueden entrar al cilindro y diluir o desplazar el lubricante, y el gas puede contener componentes corrosivos (CO₂, H₂S) que atacan el lubricante y los metales del compresor.
La normativa API 618 (compresores reciprocantes de proceso) y API 617 (compresores centrífugos y axiales) establece los requisitos de diseño que condicionan la lubricación: tipos de aceite aceptados, sistemas de lubricación de cilindros (totalmente lubricados, semi-secos o secos), y características del aceite de cárter.
Contenido del artículo
- Compresores reciprocantes: cilindro y cárter — circuitos separados
- Dilución del aceite por hidrocarburos C5+
- Aceite de cilindro: selección y parámetros críticos
- Gas con CO₂ y H₂S: impacto en lubricación
- Compresores centrífugos API 617: lubricación de cojinetes y engranajes
- Análisis de aceite predictivo en compresores de gas
- Tabla comparativa por tipo de compresor y gas
1. Compresores reciprocantes API 618: cilindro y cárter
El compresor reciprocante de gas natural API 618 tiene dos sistemas de lubricación completamente separados: el aceite de cárter (que lubrica el cigüeñal, las bielas y los cojinetes del armazón) y el aceite de cilindro (inyectado en cantidades microgrammétricas directamente en el cilindro para lubricar el émbolo, los aros y la camisa). Estos dos aceites tienen requisitos distintos y no deben mezclarse.
Aceite de cárter (frame oil)
- → Lubrica cigüeñal, cojinetes, engranajes de distribución
- → Circulación por bomba de aceite integrada
- → Temperatura: 50-80°C en circuito de lubricación
- → ISO VG 68-150 según fabricante (Ariel, Dresser-Rand, Waukesha)
- → Aceite mineral Group II o PAO con aditivos EP moderados
- → Riesgo de dilución: vapor de gas desde el cilindro por vástago
- → Filtrado: 10-25 µm con análisis de metales cada 500-1.000 h
Aceite de cilindro (cylinder oil)
- → Inyectado por lubricador de precisión: 0,001-0,1 ml/minuto
- → Opera en contacto directo con el gas a alta presión y temperatura
- → ISO VG 150-460 para la viscosidad efectiva en condición diluida
- → Debe resistir la dilución: viscosidad final con gas disuelto
- → Sin aditivos de azufre activo: puede polimerizar en válvulas a alta T
- → Compatible con elastómeros de aros: NBR, PTFE, PEEK
- → Alta pureza: sin residuos de cenizas que obstruyan válvulas
2. Dilución del aceite por hidrocarburos C5+
El gas natural "húmedo" (sin procesar o parcialmente procesado) contiene hidrocarburos condensables (C5+: pentano, hexano, heptano) que se disuelven en el aceite bajo la presión de descarga del compresor. Al bajar la presión en el cárter, estos hidrocarburos se volatilizan parcialmente, pero una fracción permanece disuelta en el aceite, reduciendo su viscosidad.
El efecto de la dilución sobre la viscosidad
Un aceite de cárter ISO VG 150 con un 5% de pentano disuelto puede comportarse como un ISO VG 68 a temperatura de operación. Con 10% de dilución, puede caer a VG 32. La viscosidad operativa debe calcularse siempre considerando la dilución esperada con el gas de composición conocida. El método de Kendall-Monroe permite estimar la viscosidad de la mezcla aceite-hidrocarburo líquido.
Seleccionar VG más alto
Compensar la dilución esperada eligiendo un aceite de viscosidad nominal más alta. Si la dilución prevista es 5%, el VG nominal debe ser 1,5-2× el VG objetivo.
Aceite PAO (mejor resistencia a dilución)
Las PAO tienen mejor afinidad con el gas y mejor comportamiento reológico bajo dilución que los minerales. La pérdida de viscosidad por dilución es más lineal y predecible.
Análisis de viscosidad frecuente
Analizar la viscosidad cinemática del cárter cada 250-500 horas en compresores de gas húmedo. Alarma si la viscosidad baja más del 15% del valor inicial.
Separador y trampa de líquidos
Instalar separador de líquidos (KO drum) en la succión del compresor para minimizar la entrada de condensados líquidos al cilindro y al cárter.
3. Aceite de cilindro: selección y parámetros críticos
| Parámetro | Especificación | Justificación técnica |
|---|---|---|
| Viscosidad nominal | ISO VG 150-460 (sin dilución) | La viscosidad efectiva en cilindro con dilución debe ser ISO VG 68-150 |
| Punto de inflamación COC | Mínimo 220°C para presiones {'>'} 100 bar | Temperaturas de descarga 150-200°C + presión: riesgo de dieseling |
| Residuo de carbono (Conradson) | {'<'} 0,3% en masa | Residuos de carbono obstruyen válvulas de disco o de hoja de acero |
| Contenido en cenizas (sulfated ash) | {'<'} 0,05% | Las cenizas metálicas de aditivos forman depósitos en válvulas a alta T |
| Aditivos de azufre | Sin azufre activo (sin EP de sulfuro) | El azufre activo polimeriza en válvulas a 150-200°C: obstrucción |
| Base del aceite | PAO o mineral parafínico Group III altamente refinado | Baja tendencia a formar barniz o lacas; alta estabilidad oxidativa |
| Índice de saponificación | {'<'} 3 mg KOH/g | Alto índice indica ácidos grasos libres que pueden reaccionar con el gas |
| Compatibilidad con NBR/FKM/PTFE | Ensayo de inmersión 70h a temperatura de proceso | Los aros y sellos de vástago son de elastómeros específicos |
Dieseling: el fenómeno de la auto-inflamación en compresor reciprocante
El dieseling (o detonación de aceite) ocurre cuando el aceite de cilindro se mezcla con el gas caliente a alta presión y alcanza su punto de auto-inflamación. El resultado puede ser una explosión interna que destruye válvulas, pistones o la carcasa del cilindro. Los riesgos son: temperatura de descarga elevada (> 180°C), aceite incorrecto con punto de inflamación bajo, o exceso de lubricación de cilindro. La norma API 618 exige que el punto de inflamación del aceite de cilindro sea al menos 30°C superior a la temperatura máxima de descarga.
4. Gas con CO₂ y H₂S: impacto en lubricación
Dióxido de carbono (CO₂)
El CO₂ se disuelve en el aceite formando ácido carbónico (H₂CO₃) en presencia de agua. Este ácido reduce el TBN del aceite y causa corrosión de superficies de acero y cobre.
Solución:
- → Aceite con alto TBN (Total Base Number > 8 mg KOH/g)
- → Inhibidores de corrosión específicos para CO₂
- → Monitoreo mensual de TAN y TBN por análisis
- → Cambio de aceite cuando TAN > 1 mg KOH/g
Sulfuro de hidrógeno (H₂S)
El H₂S es extremadamente agresivo: reacciona con los aditivos ZnDTP (formando ZnS) y con los metales de cobre de los cojinetes (formando Cu₂S). Anula los aditivos antidesgaste.
Solución:
- → Aceite libre de metales (ashless): sin ZnDTP, sin Ca, sin Mg
- → Aditivos antidesgaste y anticorrosión orgánicos (fosfonatos, aminas)
- → Análisis de S (azufre total) en aceite usado para detectar contaminación
- → Cojinetes de Babbitt (Sn-Pb) en lugar de cobre si H₂S > 500 ppm
5. Compresores centrífugos API 617: cojinetes y engranajes
Los compresores centrífugos para gasoducto e industria (API 617) operan a velocidades de eje de 3.000-30.000 rpm en trenes de rotor montados sobre cojinetes hidrodinámicos de película de aceite (journal bearings) y cojinetes de empuje Kingsbury. El lubricante es el aceite de turbina o de compresor centrifugado en circulación.
| Componente | Lubricante | Temperatura operación | Filtración |
|---|---|---|---|
| Cojinetes radiales (journal) | Aceite turbina/compresor ISO VG 32-46 | 45-65°C en retorno | 10 µm absoluto |
| Cojinete de empuje (thrust bearing) | Mismo aceite que cojinetes radiales | 55-75°C (mayor carga) | 10 µm absoluto |
| Engranajes integrally geared | Aceite VG 46-68 con EP suave | 50-70°C en retorno | 6-10 µm absoluto |
| Sellos de gas seco (DGS) | Nitrógeno seco de purga (sin aceite) | Temperatura ambiente | Filtro coalescente 0,1 µm en N₂ |
| Cojinetes de magnético activo (AMB) | Sin lubricante (levitación magnética) | N/A | N/A |
5.1 Aceite de turbina/compresor para API 617: especificación
Viscosidad ISO VG
32 o 46
VG 32 para velocidades {'>'} 10.000 rpm; VG 46 para velocidades inferiores o climas cálidos
RBOT (oxidación)
{'>'} 1.000 minutos
Compresores centrífugos tienen intervalos de aceite de 2-5 años; la estabilidad oxidativa es crítica
Resistencia a la espuma (ASTM D892)
Secuencia I: 0/0 ml
El aceite en el sump burbujea con el gas; la antiespuma evita colapso de película en cojinetes
Demulsibilidad (ASTM D1401)
Separación {'<'} 20 min
Agua condensada o de sellado debe separarse rápidamente del aceite
TAN inicial
{'<'} 0,1 mg KOH/g
TAN bajo = alta reserva alcalina para mantener protección durante 3-5 años
Limpieza
ISO 4406 ≤ 16/14/11
Partículas en cojinetes de alta velocidad causan fatiga de metal blanco
6. Análisis de aceite predictivo en compresores de gas
| Parámetro | Frecuencia | Límite de alarma | Conclusión diagnóstica |
|---|---|---|---|
| Viscosidad a 40°C | Mensual | Variación {'>'} 15% | Dilución por hidrocarburo o degradación térmica |
| TAN (Total Acid Number) | Mensual | {'>'} 0,5 mg KOH/g (turbina) / {'>'} 1,0 (cilindro) | Oxidación del aceite o contaminación ácida (CO₂, H₂S) |
| TBN (Total Base Number) | Mensual | Caída {'>'} 50% del inicial | Agotamiento de reserva alcalina: cambio inminente |
| Hierro (Fe), Cobre (Cu), Plomo (Pb) ICP | Mensual | Fe {'>'} 50 ppm, Cu {'>'} 20 ppm, Pb {'>'} 10 ppm | Desgaste de cojinetes de Babbitt o pistas de acero |
| Contenido de agua | Semanal | {'>'} 0,1% | Fuga de sello de agua, condensación: riesgo de corrosión de cojinetes |
| Recuento de partículas | Mensual | ISO 4406 {'>'} 18/16/13 | Filtro deteriorado o fuente de contaminación nueva |
| Hidrocarburos condensados (por RV o GC) | Trimestral | Cambio de viscosidad corroborado | Dilución por C5+: requiere aceite de mayor VG o más frecuente cambio |
7. Tabla comparativa por tipo de compresor y gas
| Tipo de compresor / Gas | Aceite cilindro | Aceite cárter/cojinetes | Intervalo cambio |
|---|---|---|---|
| Reciprocante gas seco (metano 99%) | PAO o mineral VG 150-220 sin EP azufre | Mineral Group II VG 68-100 en baño | Cárter: anual; cilindro: continuo |
| Reciprocante gas húmedo (C5+ elevado) | PAO VG 220-460 (compensar dilución) | PAO VG 100-150 (mayor VG por dilución) | Cárter: cada 500-750 h; análisis mensual |
| Reciprocante gas ácido (CO₂ + H₂S) | Aceite ashless PAO VG 150, TBN {'>'} 8 | PAO ashless, sin Cu, inhibidor ácido-alcalino | Cada 500 h o TAN {'>'} 1 mg KOH/g |
| Centrífugo gasoducto (gas seco) | N/A (sin lubricación de proceso) | Aceite turbina ISO VG 32-46, RBOT {'>'} 1.000 | 3-5 años con análisis anual |
| Centrífugo integrally geared (proceso) | N/A | Aceite turbina/EP suave ISO VG 46-68 | 2-3 años con análisis semestral |
| Compresor CO₂ (supercrítico {'>'} 74 bar) | PAO VG 220 bajo en cenizas, compatible CO₂ | PAO VG 46 sin contaminación de CO₂ | Cada 1.000 h por alta solubilidad CO₂ |
Conclusión
La lubricación de compresores de gas natural es una disciplina de alta especialización: el gas disuelve el aceite, los contaminantes del gas (CO₂, H₂S, condensados) degradan el lubricante, y las consecuencias de una falla son críticas tanto para la operación como para la seguridad. La distinción entre aceite de cilindro y aceite de cárter, con requisitos completamente diferentes, es el punto de partida.
El análisis de aceite mensual, con seguimiento de viscosidad, TAN, TBN y metales de desgaste, es la herramienta fundamental para anticipar problemas antes de la parada no planificada de un compresor que puede paralizar un gasoducto o una planta de proceso.
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