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DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA
Y MECÁNICA
CARRERA DE INGENIERÍA EN PETROQUÍMICA
TEMA: MODIFICACIÓN DE ALMIDÓN OBTENIDO DE
TUBÉRCULOS NO CONVENCIONALES PARA SU USO
COMO AGENTE CONTROLADOR DE FILTRADO EN
FLUIDOS DE PERFORACIÓN DE POZOS
AUTORA: CALVOPIÑA CASTELLANO, KATHERINE
VIVIANA
DIRECTOR: Msc. LUNA ORTIZ, EDUARDO DAVID
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ÍNDICE DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN
METODOLOGÍA
RESULTADOS
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
1
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OBJETIVOS
4
OBJETIVO GENERAL
• Modificar el almidón obtenido de tubérculos no convencionales para su uso como agente
controlador de filtrado en fluidos de perforación de pozos.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Extraer almidón de tres tubérculos: papa china (Colocasia esculenta), oca (Oxalys tuberosa) y mashua
(Tropaeolum tuberum).
• Modificar el almidón de forma química para obtener un almidón soluble en agua.
• Caracterizar el almidón nativo y modificado mediante análisis por espectroscopia infrarrojo (FTIR).
• Evaluar la funcionalidad del almidón como aditivo controlador de filtrado en fluidos de perforación base
agua siguiendo la norma API Specification 13A: Specification for drilling fluids materials.
• Comparar la cantidad de filtrado obtenido del almidón nativo y modificado con almidón comercial
modificado.
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INTRODUCCIÓN
METODOLOGÍA
RESULTADOS
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5
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6
EXTRACCIÓN DE ALMIDÓN
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MODIFICACIONES QUÍMICAS DEL
ALMIDÓN
7
CARBOXIMETILACIÓN
DOBLE MODIFICACIÓN
ENTRECRUZAMIENTO
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8
DISEÑO EXPERIMENTAL
FACTOR A (Tipo de tubérculo para la
extracción de almidón)
(-1)
Mashua
(0) Oca (1) Papa
chinaFA
CTO
R B
(Tip
o d
e m
od
ific
ació
n)
(-1) Sin
modificación
-1:-1 -1:0 -1:1
(-0,333)
Entrecruzamiento
-0,333:-1 -0,333:0 -0,333:1
(0,333) Doble
modificación
0,333:-1 0,333:0 0,333:1
(1)
Carboximetilación
1:-1 1:0 1:1
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PREPARACIÓN DEL FLUIDO DE PERFORACIÓN BASE AGUA CON
SOLUCIÓN SALINA A 40G/L
9
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MEDICIÓN Y CÁLCULO DEL VOLUMEN DE
FILTRADO
10
V= 2VC
Donde VC es el volumen de filtrado, expresado en mililitros, recolectado entre 7.5 min y 30 min.
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MEDICIÓN DE REOLOGÍA A 600RPM DEL FLUIDO
CON MENOR CANTIDAD DE FILTRACIÓN
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ESPECTROSCOPIA INFRARROJA
CON TRANSFORMADA DE FOURIER
(FTIR)
Temperatura ambiente aproximadamente 20 °C ± 5 °C.
Resolución Espectral 8 𝑐𝑚−1.
Longitud de onda de 4000-700 𝑐𝑚−1.
Accesorio de reflexión total atenuada ATR.
Tres barridos para obtención de espectro.
Se aplicaron cuatro procesos de tratamiento del espectro en
el siguiente orden: suavizado, corrección línea base,
normalización 20%.
12
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CALORIMETRÍA DIFERENCIAL DE BARRIDO
13
• Muestras con contenido de humedad del 80%
• Peso de la muestra entre 20 – 30 µg
• Calentamiento dinámico
• Temperatura de inicio: 25°C
• Temperatura de finalización: 200°C
• Velocidad de calentamiento: 5°C/min
• Atmósfera: Nitrógeno a 50mL/min
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INTRODUCCIÓN
DESARROLLO EXPERIMENTAL
RESULTADOS
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
14
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CARACTERIZACIÓN FT-IR ALMIDÓN SIN MODIFICACIÓN
15
ALMIDÓN MASHUA
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ALMIDÓN OCA
16
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ALMIDÓN PAPA CHINA
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ASIGNACIÓN DE BANDAS
Número de onda (cm-1)
AsignaciónAlmidón de
mashua
Almidón de
oca
Almidón de papa
china
3323 3315 3318 Estiramiento de O-H
2928 2927 2931 Estiramiento de C-H de los grupos metilo
2152 2148 2153 Agua presente en la molécula
1643 1643 1644 Banda de deformación por agua enlazada
1415 1418 1417 Deformación angular del enlace C-H
1360 1358 1343 Deformación angular del enlace C-O-H
1148 1148 1148 Estiramiento del enlace C-O y C-C
1078 1078 1078 Estiramiento de C-O en el anillo de anhidroglucosa
1002 1002 1004 Estiramiento de C-O en el anillo de anhidroglucosa
929 930 929 Vibración enlace glucosídico C-O-C
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CALORIMETRÍA DIFERENCIAL DE BARRIDO
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20
CALORIMETRÍA DIFERENCIAL DE BARRIDO
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CALORIMETRÍA DIFERENCIAL DE BARRIDO
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22
CALORIMETRÍA DIFERENCIAL DE BARRIDO
Pico endotérmico 1 (°C)
Almidón Sin modificación Entrecruzado Doble
modificación
Carboximetilación
Mashua 62,47 89,72 26,02 26,52
Oca 64,33 88,50 26,19 27,33
Papa china 76,90 90,44 26,51 27,12
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23
RENDIMIENTO EN LA EXTRACCIÓN DE ALMIDÓN
Tipo de
tubérculo
Cantidad de Tubérculo
(g)
Cantidad de almidón
(g)
Rendimiento (%)
Mashua 9066 406,32 4,48
Oca 3516 468,33 13,32
Papa China 2714 486,96 17,94
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24
ANALISIS DE VARIANZA ANOVA PARA LA FILTRACIÓN API
Fuente Suma de cuadrados Gl Cuadrado medio Razón-F Valor-P
A: Tipo de
tubérculo
3,01042 1 3,01042 0,34 0,5625
B:T Tipo de
modificación
6162,39 1 6162,39 703,16 0,0000
AA 7,41125 1 7,41125 0,85 0,3656
AB 66,4541 1 66,4541 7,58 0,0102
BB 179,56 1 179,56 20,49 0,0000
Bloques 0,0466667 2 0,0233333 0,00 0,9973
Error total 245,388 28 8,76386
Total (corr.) 6664,26 35
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25
EFECTOS PRINCIPALES PARA LA FILTRACIÓN
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26
VISCOSIDAD MEDIDA A 600 RPM
Almidón Viscosidad (cP) medida a 600 rpm
CMS Mashua 26
CMS Oca 23
CMS Papa china 38
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27
COMPARACIÓN DE PARAMETROS REOLÓGICOS Y CANTIDAD DE FILTRADO
Almidón Viscosidad (cP) a 600rpm Cantidad de filtrado (ml)
Maíz Comercial 16 14
CMS Mashua 26 11,2
CMS Oca 23 10,53
CMS Papa china 38 8,26
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28
MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE BARRIDO
ALMIDÓN MASHUA
a) Sin modificación
b) almidón entrecruzado
c) almidón con doble
modificación
d) carboximetilalmidón
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29
MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE BARRIDO
ALMIDÓN OCA
a) Sin modificación
b) almidón entrecruzado
c) almidón con doble
modificación
d) carboximetilalmidón
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30
MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE BARRIDO
ALMIDÓN PAPA CHINA
a) Sin modificación
b) almidón entrecruzado
c) almidón con doble
modificación
d) carboximetilalmidón
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INTRODUCCIÓN
DESARROLLO EXPERIMENTAL
RESULTADOS
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
31
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CONCLUSIONES
32
𝑐𝑚−1
• La extracción de almidón de tubérculos no convencionales extraídos con la metodología propuesta fue del 17,94% al
usar papa china como materia prima, seguida del 13,32% para la oca y 4,48% para la mashua que coincide con valores
similares reportados en literatura.
• Los tres tipos de almidón fueron modificados mediante entrecruzamiento con tripolifosfato de sodio, carboximetilación
con ácido monocloroacético y una combinación de las dos anteriores modificaciones, obteniendo un almidón soluble
en agua a temperatura ambiente con la carboximetilación.
• Mediante la caracterización del almidón nativo utilizando espectroscopia infrarrojo con transformada de Fourier (FTIR)
se pudo evidenciar los picos característicos del mismo y se afirmó la modificación de los almidones al presentarse el
pico característicos de la carboximetilación en un rango de 1400 a 1460 cm-1 que se le atribuye al grupo COO, lo cual
es indicativo de que los grupos hidroxilo de las moléculas de almidón se carboximetilaron.
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CONCLUSIONES
33
• El carboximetil almidón de papa china presentó una doble funcionalidad, puede desempeñarse como agente controlador de
filtrado y a la vez como agente viscosificante en fluidos de perforación de pozos petroleros, debido a que se obtuvo
cantidades de filtrado menores a 10ml y valores de viscosidad superiores a los 35cp.
• Al comparar los almidones extraídos de tubérculos no convencionales y modificados mediante carboximetilación con un
almidón de maíz comercial usado en la industria de la perforación de pozos petroleros, se puede concluir que los primeros,
en especial el carboximetil almidón de papa china, ofrecen un mejor control de filtrado y un mayor desempeño como
agente viscosificante, por lo que fácilmente se podría reemplazar al almidón comercial.
• Se concluye que el tipo de tubérculo no es un factor que afecte al desempeño del almidón como controlador de filtrado. Sin
embargo la combinación de ambos efectos, tipo de almidón y tipo de modificación, si presenta diferencias significativas,
siendo el carboximetilalmidón de papa china el mejor en desempeñar la función como aditivo controlador de filtrado en
fluidos de perforación de pozos.
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CONCLUSIONES
34
• La morfología de los gránulos de almidón de los tres tubérculos con los que se trabajó en esta investigación no cambia
por las modificaciones químicas planteadas, sin embargo presenta aglomeraciones de los gránulos de almidón,
principalmente al usar almidón de papa china
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RECOMENDACIONES
35
• Se recomienda variar las condiciones en la reacción de carboximetilación como: relación ácido monocloroacético/
almidón, temperatura y tiempo de reacción, para aspirar a la obtención de un almidón que desempeñe de manera más
eficiente el control de filtrado en fluidos de perforación de pozos.
• Se sugiere realizar un estudio económico para conocer la viabilidad económica de la pro8ducción de carboximetil almidón
de papa china para su uso como controlador de filtrado en comparación con los almidones comerciales de maíz.
• Se recomienda evaluar la descomposición del almidón modificado sometiéndolo a altas temperaturas durante periodos
prolongados de tiempo.
• Se plantea utilizar los desechos generados en el proceso de extracción del almidón para crear un tipo de abono orgánico
que sirva para el crecimiento de los mismos tubérculos con los que se trabajó en esta investigación..
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GRACIAS
36