INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY CAMPUS MONTERREY DIVISIÓN DE INGENIERÍA Y ARQUITECUTRA PROGRAMA DE GRADUADOS EN INGENIERÍA

ESTUDIO DE LAS PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS DE GASOLINA Y DIESEL MEXICANOS CON ETANOL AL 10% Y 15% EN VOLUMEN. TESIS PRESENTADA COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER EL GRADO ACADÉMICO DE: MAESTRO EN CIENCIAS ESPECIALIDAD EN SISTEMAS AMBIENTALES POR: PATRICIA CASTILLO HERNÁNDEZ

MONTERREY, N. L.

OCTUBRE 2008

INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY

CAMPUS MONTERREY DIVISIÓN DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA PROGRAMA DE GRADUADOS EN INGENIERÍA Los miembros del comité de tesis recomendamos que la presente tesis presentada por la Ing. Patricia Castillo Hernández sea aceptada como requisito parcial para obtener el grado académico de Maestro en Ciencias con especialidad en: Sistemas Ambientales.

Comité de tesis:

Alberto Mendoza Domínguez, Ph.D. Asesor

Porfirio Caballero Mata, Ph.D.

Armando Llamas Terrés, Ph.D

Sinodal

Asesor

APROBADO

Dr. Joaquín Acevedo Mascarúa, Ph.D. Director del Programa de Graduados en Ingeniería y Arquitectura

MONTERREY, N. L.

OCTUBRE 2008

Dedico esta tesis a mi esposo, mis padres y mis asesores. Ellos me ayudaron con su apoyo, tanto moral como profesional, a la realización de este proyecto y a estar más cerca de mis metas profesionales.

Quiero expresar mi agradecimiento:

Al Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, campus Monterrey, por la confianza otorgada en mi persona, al haberme brindado una beca de excelencia para cursar la maestría.

Al Director del Departamento de Ingeniería Química del ITESM, Dr. Alberto Mendoza Domínguez, por sus consejos y enseñanzas que fueron una guía indispensable durante mis estudios de posgrado. Agradezco también su confianza y apoyo al haberme dado la oportunidad de acceder a la beca de docencia y por el apoyo económico que ello conllevó.

A mis asesores, el Dr. Alberto Mendoza Domínguez y Dr. Porfirio Caballero Mata, por su generosidad al brindarme la oportunidad de recurrir a su capacidad y experiencia, fundamentales en el desarrollo y culminación de este proyecto.

A la Sra. Mary Covarrubias por su afectuoso apoyo en la realización de todos los trámites implicados en el proyecto.

A los asistentes de docencia del departamento de Ingeniería Química por su continuo y afectuoso aliento.

A mi esposo por su constante estimulo y comprensión.

RESUMEN La problemática ambiental, los altos precios de los energéticos y las importaciones de combustibles continuamente a la alza, han ocasionado que algunos países redirijan sus esfuerzos al desarrollo de biocombustibles con la finalidad de sustituir a los combustibles fósiles. El bioetanol es uno de los biocombustibles más comúnmente usados; Estados Unidos, Brasil y Australia comercializan gasolina con bioetanol a una concentración de hasta 85% en volumen. Algunos estudios han demostrado que el uso de gasolina con Etanol al 10% reduce las emisiones de gases de efecto invernadero entre un 1% y 5%. El presente trabajo muestra los resultados de la evaluación de mezclas de Gasolina Magna, Premium y Diesel con 10% y 15% de Etanol anhidro. Las principales pruebas que se realizaron son: Número de Octano de Investigación, Número de Octano del Motor, Presión de Vapor, Curva de Destilación y Poder calorífico. Las mezclas realizadas con gasolina se mostraron estables a diferencia de las mezclas con diesel, las cuales mostraron una separación de fases evidente incluso a temperatura ambiente. Por lo tanto en el caso de diesel se utilizo biodiesel como aditivo para mantener estable la mezcla. La gasolina presenta mejoras en algunas de sus propiedades al ser reformulada con Etanol, presenta un aumento en su Número de Octano y un buen Índice de destilación. En el caso del diesel el Número Cetano disminuye considerablemente y el Poder Calorífico, en ambos casos, se ve afectado negativamente con la adición de Etanol. Sin embargo, las emisiones teóricas de CO2 disminuyen hasta en un 11.77% en la gasolina reformulada con Etanol al 15% y en el caso del diesel decrecen en un 9%. Las ventajas de la reformulación de la gasolina mexicana se hacen evidentes con este estudio. Además el uso de gasolina con Etanol, en una concentración de 15% o menor, no requiere cambios en el motor de los vehículos. Este estudio marca la pauta para la realización de otros estudios relacionados con el uso del Etanol en gasolinas mexicanas.

Índice Capítulo I. Introducción I.1 Antecedentes ·········································································································· 2 I.2 Objetivos Generales ···························································································6 I.3 Objetivos Específicos··························································································7 I.4 Justificación ········································································································8 I.5 Alcance ················································································································10 I.6 Distribución de la Tesis ·····················································································11

Capítulo II. Antecedentes Técnicos II.1 Introducción·········································································································· 12 II.2 Reformulación de combustibles·······································································12 II.2.1 Estudios realizados en la ZMVM·····································································14 II.3 Gasolina ·············································································································19 II.3.1 Índice de octano ·······························································································19 II.3.2 Presión de vapor Reid ······················································································20 II.3.3 Estabilidad a la oxidación (Periodo de Inducción)···········································21 II.3.4 Relación Vapor- Líquido··················································································21 II.3.5 Uso de oxigenados en gasolina ········································································21 II.3.6 Beneficios ambientales derivados de la oxigenación de gasolinas ··················22 II.4 Gasohol ··············································································································23 II.4.1 Propiedades de las mezclas de Gasolina-Etanol ··············································23

i

II.4.2 Miscibilidad del Etanol en gasolina ·································································25 II.5 Diesel ··················································································································25 II.5.1 Índice cetano ····································································································26 II.5.2 Flash point y presión de vapor·········································································26 II.6 E-Diesel ··············································································································26 II.6.1 Propiedades de las mezclas Diesel-Etanol ·······················································26 II.6.2 Miscibilidad del Etanol en Diesel ····································································27 II.7 Aditivos para estabilizar las mezclas Etanol-Hidrocarburos ·······················28

Capítulo III. Metodología III.1 Evaluación de la estabilidad de las mezclas ··················································· 29 III.1.1 Preparación del aditivo ···················································································29 III.1.2 Preparación de las mezclas de hidrocarburos con Etanol ·······························29 III.2 Evaluación de las propiedades fisicoquímicas del combustible reformulado ····································································································································32 III.2.1 Preparación del combustible reformulado ······················································33 III.2.2 Número de octano de investigación (RON)····················································33 III.2.3 Número de octano del motor (MON)······························································34 III.2.4 Estabilidad a la oxidación (Método del periodo de inducción) ······················34 III.2.5 Presión de vapor Reid ·····················································································35 III.2.6 Número cetano ································································································35 III.2.7 Punto de Inflamabilidad··················································································36 III.2.8 Curva de destilación························································································36 III.2.9 Densidad ·········································································································37

ii

Capítulo IV. Resultados y discusiones IV.1 Mezclas Gasolina-Etanol ··················································································· 39 IV.1.1 Contenido de oxigenados················································································39 IV.1.2 Número de octano de investigación y Número de octano del motor (RON/MON) ····································································································································40 IV.1.3 Presión de vapor Reid·····················································································45 IV.1.4 Curva de destilación ·······················································································47 IV.1.5 Poder calorífico·······························································································54 IV.1.6 Peso específico································································································56 IV.1.7 Estabilidad a la oxidación o periodo de inducción ·········································58 IV.2 Mezclas Diesel-Etanol ·····················································································59 IV.2.1 Número cetano································································································59 IV.2.2 Punto de inflamabilidad··················································································61 IV.2.3 Curva de destilación ·······················································································62 IV.2.4 Poder calorífico·······························································································63 IV.2.5 Peso específico································································································64

Capítulo V. Conclusiones y recomendaciones. V.1 Conclusiones ······································································································66 V.1.1 Mezclas Gasolina-Etanol ·················································································66 V.1.2 Mezclas Diesel-Etanol ·····················································································67 V.2 Recomendaciones ······························································································67 Referencias·················································································································69

iii

Apéndices Apéndice 1·················································································································75 Apéndice 2·················································································································76 Apéndice 3·················································································································77 Apéndice 4·················································································································79 Apéndice 5·················································································································80 Apéndice 6·················································································································82

iv

Índice de tablas Tabla 1: Propiedades fisicoquímicas relevantes de las gasolinas ····································15 Tabla 2: Porcentaje en volumen de las corrientes de refinado utilizadas en la formulación de los combustibles ··········································································································18 Tabla 3: Efecto del Etanol en las características de la gasolina·······································24 Tabla 4: Poder calorífico inferior del Etanol, Diesel, y mezclas Diesel-Etanol ··············27 Tabla 5: Características de los grupos de gasolina para efectuar la destilación ··············36 Tabla 6: Condiciones durante el procedimiento de destilación ·······································37 Tabla 7: Contenido de Oxigenados en las muestras de Magna-Etanol····························39 Tabla 8: Contenido de Oxigenados en las muestras de Premium-Etanol ························40 Tabla 9: Valores de octanaje de las mezclas Magna-Etanol y Premium-Etanol ·············41 Tabla 10: Número de octano reportado de las mezclas Magna-Etanol y Premium-Etanol ··········································································································································44 Tabla 11: Presión de vapor de las mezclas Magna-Etanol y Premium-Etanol (Obtenida por el método ASTM D-5191)·························································································46 Tabla 12: Valores de las curvas de destilación de mezclas Magna-Etanol y PremiumEtanol ·······························································································································50 Tabla 13: Diferencia porcentual entre el índice cetano calculado y el número cetano obtenido en laboratorio ····································································································61 Tabla 14: Valores de las curvas de destilación de mezclas Diesel-Etanol ······················62

v

Índice de figuras Figura 1: Síntesis de los resultados obtenidos por diversos estudios para el Balance de Energía Neto del Bioetanol····································································································3 Figura 2: Demanda Energética Acumulada. Valores reportados por diferentes investigadores durante el periodo 1989-2005 ········································································5 Figura 3: Efecto de la concentración de Etanol y las tecnologías de control de emisiones de los vehículos en las emisiones de CO ···············································································16 Figura 4: Variación de las emisiones tóxicas en función de la tecnología de control de emisiones del vehículo y la concentración de Etanol ····························································17 Figura 5: Composición de las mezclas de Etanol-Gasolina-Aditivo evaluadas. (El porcentaje de aditivo es en base al volumen de combustible sin Etanol) ······························30 Figura 6: Composición de las mezclas de Etanol-Diesel-Aditivo evaluadas. (El porcentaje de aditivo es en base al volumen de combustible sin Etanol)················································31 Figura 7: Estructura del motor para determinar el Número de Octano de Investigación ······34 Figura 8: Intervalo de confianza para la media del Número de Octano de Investigación (Nivel de confianza del 95%) Mezclas Magna-Etanol ··························································41 Figura 9: Porcentaje en peso del contenido de Etanol contra NOI, líneas de tendencia de las ecuaciones obtenidas mediante regresión lineal·······························································42 Figura 10: Porcentaje en peso del contenido de Etanol contra NOM, líneas de tendencia de las ecuaciones obtenidas mediante regresión lineal ··························································43

vi

Figura 11: Intervalo de confianza para la media del Número de Octano del Motor (Nivel de confianza del 95%)············································································································44 Figura 12: Número de octano reportado para las mezclas Magna-Etanol y PremiumEtanol ·····································································································································45 Figura 13: Intervalos de confianza para la media de la Presión de Vapor de mezclas de gasolina Magna y Premium con Etanol (Nivel de confianza del 95%) ·································46 Figura 14: Intervalo de confianza para la media de las Curvas de Destilación de mezclas Magna-Etanol (Nivel de confianza del 95%)·········································································48 Figura 15: Intervalo de confianza para la media de las Curvas de Destilación de mezclas Premium-Etanol (Nivel de confianza del 95%) ·····································································51 Figura 16: Número de Octano reportado en función de la Temperatura Inicial de Ebullición (TIE, °F) y la Temperatura de recuperación del 90% del volumen (T90%, °F) ··52 Figura 17: Intervalo de confianza para la media del Índice de Destilación del combustible reformulado y la gasolina base (Nivel de confianza del 95%) ··············································53 Figura 18: Intervalo de confianza para la media del Poder Calorífico de las mezclas de gasolina Premium y Magna con Etanol (Nivel de confianza del 95%) ·································54 Figura 19: Concentración de Etanol (% volumen) contra poder calorífico de las mezclas de Etanol con gasolina Magna y Premium, líneas de tendencia de la regresión lineal·········55 Figura 20: Intervalo de confianza para la media del Peso Específico de las mezclas de gasolina Premium y Magna con Etanol (Nivel de confianza del 95%) ·································57 Figura 21: Número de Octano calculado a partir de la T90% (°F), TFE (°F) y Pe=0.71 ········58 Figura 22-a: Contenido de Etanol (%vol.) contra Número cetano y línea de tendencia de la regresión lineal···················································································································59

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Figura 22-b: Intervalo de confianza para la media del Numero Cetano de las mezclas Diesel-Etanol (Nivel de Confianza del 95%)·········································································60 Figura 23: Intervalo de confianza para la media del punto de inflamabilidad de las mezclas Diesel-Etanol (Nivel de Confianza del 95%)···························································61 Figura 24-a: Contenido de Etanol (%vol.) contra poder calorífico y línea de tendencia de la regresión lineal obtenida ····································································································63 Figura 24-b: Intervalo de confianza para la media del Poder Calorífico de las mezclas Diesel-Etanol (Nivel de Confianza del 95%)·········································································64 Figura 25: Intervalo de confianza para la media del Peso específico de las mezclas Diesel-Etanol (Nivel de Confianza del 95%)·········································································65

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Capítulo I. Introducción

I.1. Antecedentes El consumo global de energía y las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero, principalmente Bióxido de Carbono (CO2), han registrado una tendencia ascendente desde 1971 [1]. Los combustibles fósiles son la fuente dominante de energía. Su uso intensivo representa el agotamiento de un recurso natural no renovable, además de alterar negativamente la calidad del aire con las emisiones provenientes de su combustión. En México, las emisiones de gases de efecto invernadero por consumo de combustibles fósiles en el 2002, ascendieron a 350,414 Gg, equivalentes al 50% de las emisiones totales del país [2]. La problemática anterior, aunada a los altos precios de los energéticos y a las importaciones de combustibles continuamente a la alza, han traído como consecuencia que parte de la investigación, principalmente en países con reservas de petróleo insuficientes, se dirija hacia el reemplazo total o parcial de los combustibles derivados del petróleo por nuevos combustibles derivados de fuentes renovables. Estos reciben el nombre de biocombustibles, ya que pueden ser producidos a partir de biomasa incluyendo residuos agrícolas (principalmente de maíz), granos de maíz, paja, legumbres y semillas oleaginosas. Para ser considerado como una alternativa viable, el biocombustible propuesto debe cumplir los siguientes requisitos: proporcionar una ganancia de energía neta, ofrecer beneficios ambientales, ser económicamente competitivo y su producción a gran escala no debe comprometer el abasto de alimentos del país [3]. En la actualidad, el bioetanol y el biodiesel se han convertido en los principales biocombustibles. El biodiesel se obtiene principalmente del aceite extraído de la soya y el bioetanol de los azúcares de granos de maíz (Estados Unidos) o del jugo claro de la caña de azúcar (Brasil). El bioetanol es un oxigenado que se usa para enriquecer las gasolinas basándose en el argumento de que al introducir mayor cantidad de oxígeno a la mezcla combustible, la eficiencia de la combustión mejora [4]. Las gasolinas se pueden enriquecer con bioetanol en diferentes porcentajes: 10%, 15% y 85% (E-10, E-15 y E-85),

1

principalmente. Niveles bajos de bioetanol presentan la ventaja de no necesitar cambios en el motor del automóvil durante su uso; arriba del 15% en volumen se requieren aditivos para evitar la formación de lodos por combustión incompleta y por encima de este nivel es recomendable usar vehículos de combustible flexible (Flex-fuel vehicles). Estos vehículos están diseñados para operar utilizando como combustible un rango muy amplio de mezclas Gasolina-Etanol, incluso por encima de 85% Etanol [5]. En México, las gasolinas tanto Premium como Magna se oxigenan con MetilTerbutil-Éter (MTBE) y Ter-Amil-Éter (TAME), en una proporción que oscila entre 4%5% en volumen total de oxigenados. El uso de MTBE en la reformulación de gasolinas implica riesgo de infiltración y contaminación de los mantos freáticos. En Estados Unidos se prohibió el uso de este oxigenado en la reformulación de las gasolinas, debido a que pruebas en animales de laboratorio confirmaron que es cancerígeno [6]. El bioetanol se ha convertido en uno de los principales componentes para reformular los combustibles del futuro y así poder cumplir con las regulaciones ambientales cada vez más exigentes. Los partidarios por el reformulamiento de combustibles con bioetanol en Australia, Norteamérica y Europa fundamentan su posición principalmente en los siguientes argumentos ambientales: una aparente reducción de emisiones de contaminantes al aire durante la combustión, una aparente reducción en emisiones de gases de efecto invernadero y de la dependencia de combustibles fósiles y la “sustentabilidad” de la producción de bioetanol [4]. Por otra parte, existe un aspecto del bioetanol que regularmente se pasa por alto: el impacto potencial de las mezclas de gasolina enriquecida con bioetanol al subsuelo y aguas subterráneas en caso de lixiviación. También existe controversia con respecto a la eficiencia energética del bioetanol, tomando en cuenta la energía requerida en su proceso de producción [4]. Otro argumento que exponen los detractores es con respecto al abastecimiento de alimentos. Afirman que es poco ético utilizar granos comestibles para producir combustibles mientras millones de personas sufren de hambre; además, aseveran que el uso de biocombustibles a gran escala, pondría en peligro el abastecimiento mundial de alimentos.

2

El rendimiento energético o balance energético neto (NEB por sus siglas en inglés) de un biocombustible es la energía producida por el combustible menos la energía utilizada en su proceso de producción. Con respecto al NEB del Etanol podemos decir que existe gran controversia, desde 1970 se han realizado muchos estudios que han publicado resultados muy variados, algunos incluso han reportado rendimientos energéticos negativos. La figura 1 muestra resultados de algunos de estos estudios con respecto al tiempo, los estudios fueron realizados en Estados Unidos y toman como base el Etanol producido a partir de granos de maíz [4]. 0.6

0.2

2002

2001

1999

1995

1995

1994

1992

1992

1991

1991

1991

1991

1990

1990

1989

1983

-0.2

1980

0 1979

Balance de Energia Neto (NEB)

0.4

-0.4 -0.6 -0.8 -1 Año en que se realizo el estudio

Figura 1. Síntesis de los resultados obtenidos por diversos estudios para el Balance de Energía Neto del Bioetanol [4].

La figura 1 indica una tendencia ascendente del balance de energía neto con el tiempo. Esto se debe principalmente a la optimización de los procesos de producción de Etanol y a cambios en las suposiciones hechas por los modeladores que realizaron los estudios. Un estudio reciente (2006) realizado por Jason Hill et al. afirma que el bioetanol obtenido de granos de maíz proporciona 25% más energía de la invertida en su

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producción mientras que el biodiesel obtenido de soya tiene un balance de energía neto de 93% [3]. El bajo rendimiento energético del Etanol se debe a la gran cantidad de energía requerida para producir maíz y después convertirlo a Etanol. Sin embargo, esta comprobado que el uso de celulosa como materia prima implica una disminución del consumo energético durante el proceso de producción, lo cual mejora considerablemente el balance energético neto [7]. Aunque este último proceso no se encuentra a escala comercial aún, se esta desarrollando y evaluando a nivel piloto y se espera que pronto sea posible comercializarlo [8]. Otra forma de cuantificar el rendimiento energético de un combustible es mediante su razón energética, esta se define como la relación del poder calorífico del combustible (en MJ/Kg) y la energía primaria no renovable utilizada para producir un Kg del combustible. La razón energética también es conocida como Demanda Energética Acumulada (CED por sus siglas en inglés). En la figura 2 se muestran resultados de estudios realizados de 1989 al 2005 [9]. En la figura 2 se observa claramente que la demanda energética acumulada del bioetanol depende de los insumos utilizados en el proceso. La mayor parte de los estudios indican una razón energética mayor a uno, esto quiere decir que el Etanol provee más energía de la que demanda en su proceso de producción. También se puede notar que en promedio, el Etanol obtenido de celulosa provee 56% más energía que el obtenido con granos de maíz. La principal desventaja del proceso de obtención de Etanol a partir de celulosa es su costo, el cual asciende a casi $1.5 DLLS mientras que si se usa maíz este es de menos de $0.90 DLLS [10]. Con respecto a los beneficios ambientales, el reemplazo de combustibles fósiles por biocombustibles tiene el potencial de reducir significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero, debido a que el carbono contenido en los biocombustibles es biogénico y evita emisiones de carbono por quema de combustibles fósiles [8]. El uso de biocombustibles se caracteriza principalmente por una reducción de emisiones de bióxido de carbono y esto hace posible que jueguen un papel importante en el mercado de los bonos de carbono, más adelante se incluye un estimado de los beneficios económicos que esto representaría para México.

4

6

Biomasa lignocelulosica

Valor promedio reportado

4

3

Caña de azúcar

Maíz

Cereales

2

Ho, 1989 Pimentel, 1991 Marland & Turhollow, 1991 Keeney & DeLuca, 1992 Morris & Ahmed, 1992 Shapouri, 1995 Lorentz & Morris, 1995 Wang, 1999 Levelton Engineering, 2000 Graboski, 2002 Andrees, 2002 Shapouri, 2002 Patzek, 2003 Shapouri, 2004 Pimentel & Patzek, 2005

Ecobilan, 2002 Woods & Bauen, 2003 Elsayed, 2003 EUCAR/CONCAWE, 2003 (S&T)2 Consultants, 2003 LASEN, 2004

0

Lorentz & Morris, 1995 L-B Systemtechnik, 2002 LASEN, 2002 Woods & Bauen, 2003 Elsayed, 2003 EUCAR/CONCAWE,2003

1

Ecobilan, 1996 LASEN, 2000 L-B Systemtechnik, 2002 Ecobilan, 2002 Woods & Bauen, 2002 Elsayed, 2003 EUCAR/CONCAWE, 2003

Demanda Energética Acumulada

5

Figura 2. Demanda Energética Acumulada. Valores reportados por diferentes investigadores durante el periodo 1989-2005 [9].

El uso de bioetanol como combustible automotor se encuentra ampliamente arraigado en Brasil, Estados Unidos y Australia, el primero de ellos comercializa mezclas con un contenido de hasta 85% en volumen de bioetanol en sus gasolinas (E-85). De las experiencias de estos países sabemos que las principales barreras técnicas que presentan las mezclas diesel-bioetanol para comercializarse son: punto de flasheo bajo y los manufacturadores de equipo original (OEM por sus siglas en inglés) aun no aceptan dar garantía de sus equipos si estos utilizan e-diesel como combustible [11]. En el caso de la gasolina, actualmente todos los automóviles de transporte ligero (LDV’s por sus siglas en inglés) pueden usar mezclas gasolina-bioetanol que contengan menos del 10% de bioetanol en volumen y existen vehículos capaces de utilizar mezclas 5

con mas de 85% bioetanol [8]. Sin embargo, una de las principales preocupaciones que conlleva la reformulación de la gasolina con Etanol es: el efecto del alcohol en la volatilidad de la gasolina. La volatilidad de la gasolina se cuantifica con la Presión de Vapor Reid (PVR), un valor de PVR alto significa que el combustible es mas volátil, en otras palabras, entre más grande sea el valor de PVR mayor cantidad de combustible se evaporará a una temperatura dada. La gasolina reformulada con Etanol tiene una PVR mayor a la de la gasolina sin reformular. Es bien sabido que la adición de Etanol a gasolina, manteniendo una concentración baja de Etanol, provoca un incremento en la PVR de aproximadamente 1 psi [12]. Lo anterior indica que las emisiones evaporativas podrían aumentar al reformular el combustible con Etanol. Por otra parte el Etanol es inmiscible en hidrocarburos a cualquier proporción, por lo tanto es necesario utilizar aditivos para estabilizar las mezclas Diesel-Etanol y EtanolGasolina. El objetivo de utilizar este aditivo es mantener las mezclas homogéneas incluso a temperaturas bajas y por un periodo de tiempo considerable. En resumen, el rendimiento energético del bioetanol, el desarrollo de nuevos procesos más eficientes de producción del mismo, los beneficios ambientales de su uso y las experiencias de países como Brasil (pionero en la utilización de bioetanol como combustible) hacen posible que países como México se planteen y evalúen la posibilidad de reformular sus combustibles automotores con bioetanol.

I.2. Objetivos generales •

Evaluar las características fisicoquímicas de mezclas de gasolina Premium y Magna con Etanol al 10% y 15% en volumen.

•

Evaluar las características fisicoquímicas de mezclas de Diesel con Etanol al 10% y 15% en volumen.

•

Evaluar la factibilidad del uso de bioetanol para la reformulación de gasolina. Tomando como punto de referencia las características fisicoquímicas del combustible sin reformular y las del combustible reformulado.

6

•

Evaluar la factibilidad del uso de bioetanol para la reformulación del diesel. Tomando como punto de referencia las características fisicoquímicas del combustible sin reformular y las del combustible reformulado.

I.3. Objetivos específicos •

Obtener mezclas estables de gasolina con un contenido de bioetanol de 10% y 15% en volumen. Es necesario determinar la cantidad óptima de aditivo para mantener la estabilidad de las formulaciones.

•

Obtener mezclas estables de diesel con un contenido de bioetanol de 10% y 15% en volumen. Así como, determinar la cantidad óptima de aditivo (biodiesel o mezcla de alcoholes) necesaria para mantener estables las muestras

•

Evaluación de las propiedades fisicoquímicas de mezclas de gasolina PREMIUM y MAGNA con un 10% y 15% (volumen) de bioetanol anhidro. Las propiedades que se evaluaran son: a. Número de octano de investigación y Número de octano del motor (NOI/NOM) b. Contenido de oxigenados c. Presión de vapor Reid (PVR) d. Destilación e. Poder calorífico f. Estabilidad a la oxidación (Periodo de inducción) g. Peso específico

•

Evaluación de las propiedades fisicoquímicas del diesel reformulado con un 10% y 15% (volumen) de bioetanol anhidro, usando biodiesel como aditivo. Las propiedades que se evaluarán son: a. Número cetano b. Punto de inflamabilidad

7

c. Poder calorífico superior y poder calorífico inferior (HHV y LHV por sus siglas en inglés) d. Curva de destilación e. Densidad •

Evaluación de las propiedades fisicoquímicas mencionadas en el apartado anterior, para el caso de las mezclas de diesel y Etanol al 10% y 15% en volumen, usando como aditivo una mezcla de alcohol butílico, acetona, alcohol bencílico y fenol [13].

•

Estimar las emisiones teóricas de Bióxido de Carbono producidas por la combustión de estas mezclas y evaluar su eficiencia ambiental en base a las emisiones del combustible original y evaluar el impacto que se tendría en las importaciones nacionales de gasolina y diesel en el supuesto de que se enriquecieran estos combustibles con bioetanol al 10% y 15%.

I.4. Justificación El sector transporte destaca dentro de los principales consumidores de combustibles fósiles. Tan solo en la República Mexicana, en el año 2005, su consumo energético ascendió a 1,863.686 PJ, equivalentes a casi el 50% del consumo energético nacional total [14]. Dentro de este sector destaca el subsector autotransporte que en el mismo año consumió 1,690.028 PJ. Más del 95% de esta energía se obtuvo a partir de gasolina y diesel. La producción nacional de estos dos productos es rebasada por la demanda, por tanto se hace necesario importarlos. En el 2005 el 23.28% del consumo total energético derivado de estos dos combustibles fue cubierto con producto de importación [14]. Lo anterior aunado a la disminución de las reservas petroleras en México [15], justifica el desarrollo y uso de combustibles alternos en el país, tales como el biodiesel y el bioetanol. El gobierno mexicano conciente de ello, el 8 de febrero del 2006 aprobó la Ley para el Desarrollo y Promoción de los Bioenergéticos. Dicho ordenamiento pretende impulsar la agroindustria para la producción de bioetanol y otros biocombustibles como

8

elementos clave para contribuir a lograr la autosuficiencia energética del país a través del uso de energías renovables. La promulgación de esta ley hace posible promover como una alternativa la reformulación de la gasolina mexicana con Etanol. Esto con la finalidad de disminuir las importaciones de combustibles fósiles, reemplazándolos por combustibles provenientes de fuentes renovables, mejorar la calidad del aire y obtener beneficios económicos ante la posibilidad de entrar al mercado de los bonos de carbono. A continuación se exponen con detalle los beneficios que implicaría para México el reformular los combustibles nacionales con Etanol. Retomando los datos del Balance Nacional de Energía, reportados por la SENER para el año 2005, el consumo energético de gasolina por el sector autotransporte ascendió a 1,195.013 PJ y el de diesel a 490.373 PJ [14]. Este consumo energético equivale aproximadamente a 242.91 millones de barriles de gasolina y 82.78 millones de barriles de diesel respectivamente (considerando un poder calorífico igual a 44.2 MJ/Kg para la gasolina [16] y para el diesel 35.31 x 106 BTU/m3 [17]). El mismo año se importaron 69 millones de barriles de gasolina y 7.19 millones de barriles de diesel, equivalentes aproximadamente al 28.39% y 8.63% del consumo total, respectivamente. Por lo tanto, si el combustible mexicano se reformulara con bioetanol al 10% en volumen, las importaciones de gasolina disminuirían significativamente y el diesel de producción nacional seria suficiente para satisfacer la demanda del país. Por otra parte, entre los beneficios ambientales de usar mezclas de gasolina con bioetanol a bajos porcentajes, encontramos una disminución durante la combustión en las emisiones de Monóxido de Carbono (CO), Compuestos Orgánicos Volátiles y materia particulada con diámetro aerodinámico ≤10 µm (PM10) [3,4]. Tomando como base un análisis de ciclo de vida, el uso de bioetanol (obtenido a partir de celulosa) en vehículos de transporte ligero reduciría considerablemente las emisiones de gases de efecto invernadero. En comparación con la gasolina, se estima una reducción de entre el 45% al 85% [8]. En México, durante el año 2002 el sector transporte contribuyó con un 18% del total de las emisiones de gases de efecto invernadero. De los 114,385 Gg de Bióxido de

9

Carbono equivalente emitidos por el sector transporte, 104,090.35 Gg fueron emitidos por los escapes de automóviles y camiones, es decir, por el sector autotransporte [2]. El uso de gasolina E-10 (10% Etanol en volumen) en comparación con gasolina E-0 (0% Etanol en volumen), implica una disminución de las emisiones de gases de efecto invernadero entre 1-5% [4]. Por lo tanto, si en México se comercializara gasolina E-10 se dejarían de emitir 5.205 millones de toneladas anuales de bióxido de carbono equivalente, lo que implicaría una ganancia de 15.87 MMUSD en bonos de carbono1. Otro aspecto importante que se debe mencionar a favor de la alternativa de reformular la gasolina con Etanol es que el uso de gasolina E-10 no implica modificaciones a la infraestructura del vehiculo en el que se utilizara [4]. Por lo tanto mezclas de gasolina con hasta 10% en volumen de bioetanol pueden ser comercializadas en México sin que esto implique la adquisición de nueva tecnología por parte del consumidor final.

I.5. Alcance El presente trabajo consiste en un estudio de la factibilidad de reformular los combustibles mexicanos: Gasolina Magna y Premium con bioetanol al 10% y 15% en volumen, usando como aditivo una mezcla compuesta por: alcohol bencílico, alcohol butílico, acetona y fenol [13]. Este estudio también propone la reformulación del diesel con etanol al 10% y 15% (volumen), evaluando el desempeño del biodiesel como aditivo para mantener estables las mezclas en comparación con el aditivo mencionado anteriormente [13]. La evaluación de la factibilidad de reformular el diesel y la gasolina, se hará en base a las propiedades fisicoquímicas del combustible reformulado en comparación con las del combustible sin reformular. También tomara en cuenta la estabilidad de las mezclas de combustible reformulado obtenidas.

1

$3.05dls/TON CO2. Valor tomado del mercado de bonos de carbono: Chicago climate Exchange (27 agosto del 2007).

10

I.6. Distribución de la tesis En el siguiente capítulo se documentara ampliamente el estado de la ciencia y de la industria en cuanto a producción de bioetanol y comercialización de mezclas de gasolina-bioetanol. Asimismo se expondrán las barreras tecnológicas y legislativas que limitan la comercialización del e-diesel y e-gasolina en México. En el capítulo 3 se explicara la metodología a seguir en la preparación de las mezclas y en la evaluación de su estabilidad, para posteriormente presentar los resultados en el capítulo 4 y en base a ellos exponer las conclusiones y recomendaciones correspondientes.

11

Capítulo II. Antecedentes Técnicos.

II.1. Introducción. En México el sector transporte es el responsable de la emisión del 18% del total de las emisiones nacionales de gases de efecto invernadero [2]. Estas emisiones provienen de la quema de combustibles fósiles. Teniendo en consideración que el petróleo es un recurso finito, surge la necesidad imperante de buscar un bien sustituto que provenga de una fuente renovable y que reduzca las externalidades negativas, principalmente relacionadas con la contaminación atmosférica, provenientes del uso de combustibles fósiles. Los biocombustibles provienen de fuentes naturales renovables. Los principales biocombustibles son el bioetanol y el biodiesel. La ventaja ambiental que tiene el uso de biocombustibles es una reducción en las emisiones de bióxido de carbono, debido a que su quema simplemente devuelve a la atmósfera el bióxido de carbono que las plantas absorbieron mientras estaban creciendo en el campo. En el presente estudio, enfocaremos la atención al uso de Etanol como un sustituto parcial de los combustibles fósiles en México. La reformulación de la gasolina y del diesel con Etanol representa una opción técnica atractiva, por los beneficios ambientales, sociales y económicos que conlleva.

A continuación, se exponen los

resultados de algunos estudios que se han realizado, en Estados Unidos principalmente, sobre las propiedades del diesel oxigenado con Etanol (que de aquí en adelante llamaremos E-diesel)

y la gasolina oxigenada con Etanol (Gasohol). Además se

presentaran los principales problemas asociados al uso y producción de estos combustibles reformulados.

II.2. Reformulación de combustibles. El término gasolina reformulada tiene su origen en los Estados Unidos. Aún cuando no existe una definición única, se puede decir que es cualquier gasolina que ha sido desarrollada para reducir emisiones tanto evaporativas como del escape del automotor de compuestos reactivos y tóxicos, o bien para mejorar el desempeño de la misma [18]. 12

En la reformulación de gasolinas se reducen los constituyentes del combustible que tienen un impacto adverso en el medio ambiente o se adicionan componentes para mejorar algunas características, por ejemplo el octanaje. Los estudios han mostrado que existe una correlación manifiesta entre la composición química del combustible y los hidrocarburos evaporados, por lo que se reconoce que la reformulación de la gasolina es una estrategia efectiva para mejorar la calidad del aire [16]. En esencia, la reformulación implica la reducción de componentes que estén presentes en la gasolina y que provoquen un impacto adverso en el medio ambiente, ya sea por su evaporación o por los gases resultantes de su combustión. Entre estos componentes se encuentra el butano, que provoca que se incremente la volatilidad de la gasolina, lo que a su vez incide en la pérdida de hidrocarburos del tanque o el carburador; los aromáticos (en especial el benceno por su toxicidad y los xilenos, por su potencialidad para formar ozono) y las olefinas [19-21]. Reducir las olefinas resulta muy efectivo para aminorar la formación potencial de smog producto de las reacciones fotoquímicas de las emisiones evaporativas [21]. Para mantener el octano, estos componentes deben ser reemplazados por otros con cualidades equivalentes o mejores para combustión. Los alquilados y los oxigenados pueden servir para este propósito. El diesel también se reformula. Los principales cambios que ha sufrido el diesel en México son con respecto a su contenido de azufre. En enero del presente año se introdujo al mercado el diesel ultra bajo en azufre con un contenido de 15 ppm de azufre, lo cual equivale a una reducción del 97% con respecto al diesel que se comercializaba antes de esa fecha. Lo anterior se hizo con la finalidad de minimizar el impacto ambiental provocado por la combustión del diesel y para cumplir con la nueva normatividad mexicana. Por lo tanto, se deduce que la estrategia a seguir en el mejoramiento de la calidad de los combustibles por la industria de refinación, deberá atender los siguientes aspectos de manera paralela: 1.-Normatividad. 2.- Esquemas de refinación y tecnologías.

13

3.- Blending o procedimiento para la formación del mezclado final de gasolinas. 4.- Impacto ambiental. La conjunción de estos aspectos tendrá un importante efecto en el mejoramiento de la calidad del aire. II.2.1. Estudios realizados en la Zona Metropolitana del Valle de México (ZMVM). Los contaminantes atmosféricos más importantes en la ciudad de México son el ozono (O3), bióxidos de azufre (SO2), precursores del ozono como óxidos de nitrógeno (NOx) y partículas. El benceno (Bz), 1-3 butadieno (Bd), formaldehído (Fd) y acetaldehído (Ac) se incluyen en una lista publicada por la EPA (Environmental Protection Agency), que incluye 21 contaminantes del aire con mayor riesgo a la salud y al bienestar público. El benceno esta muy relacionado con el riesgo de contraer cáncer por exposición a los gases tóxicos emitidos por motores de vehículos [22]. El formaldehído es el aldehído más común en las emisiones del escape de vehículos automotores, su fotólisis es una fuente significativa de radicales libres en la troposféra, que eventualmente son precursores en la formación de peroxiacil nitrato (PAN), que a su vez influirá en la conversión de óxido de nitrógeno (NO) a dióxido de nitrógeno (NO2) y por tanto en la formación de ozono (O3) [21, 23]. El acetaldehído produce radicales orgánicos que contribuyen a la formación de PAN y formaldehído en la atmósfera [23]. Los niveles de PAN en la atmósfera de la ZMVM han sido medidos y se ha encontrado una concentración muy elevada. En 1977 se reportó que el valor más alto para una zona urbana en Norteamérica correspondía al medido en la ciudad de México. A continuación se muestran los resultados de dos estudios realizados en la ZMVM. En estos estudios se avaluaron las emisiones provenientes de los escapes de automóviles usando diferentes formulaciones de combustibles. El primer estudio fue publicado en el 2001, se comparan las emisiones de combustibles oxigenados con MTBE (5% vol.) y Etanol a diferentes porcentajes (3%, 6% y 10%) [24]. En el 2005 Schifter et al. publicó un estudio similar, pero con diferentes formulaciones de combustibles: MTBE al 5.5 % y 11% en volumen, y Etanol al 6% en volumen, entre otros[23]. 14

En la tabla 1 se resumen las principales características de los combustibles evaluados en el estudio publicado en el 2001. Tabla 1. Propiedades fisicoquímicas relevantes de las gasolinas [24].

Etanol (% vol)

MTBE Propiedad (% vol) 5

3

6

10

0.7444

0.7436

0.7475

0.7478

7.27

7.58

7.69

8.03

10%

64.8

62.7

58.1

57.1

50%

108.5

110.0

108.7

105.3

90%

172.0

171.1

168.5

169.3

212.2

213.3

210

209.7

Azufre (ppm)

690

640

640

580

Aromáticos (% vol)

25

25

24.8

27.1

Olefinas (% vol)

10.2

11.8

10.9

11.7

Benceno (% vol)

1.1

1.2

1.1

1.1

(RON+MON)/2

87.5

87.8

87.2

88.3

Oxígeno (% vol)

1

1

2

3.7

Densidad, 20/4 C Presión de vapor Reid, (lb/in2) Destilación ASTM, D-86 (C)

Temperatura final de ebullición

15

20 5% MTBE

18

3% Etanol

16

6% Etanol

CO (g/Km)

14

10% Etanol

12 10 8 6 4 2 0

Sin catalizador

Catalizador 2 vias

Catalizador 3 vias

Figura 3. Efecto de la concentración de Etanol y las tecnologías de control de emisiones de los vehículos en las emisiones de CO [24].

En la figura 3 se observa que de acuerdo a este estudio, si se usa un catalizador de 3 vías las emisiones de CO se mantienen casi constantes sin importar la formulación del combustible. Sin embargo, se estima que aproximadamente el 60% de la flota vehicular en la ZMVM no esta equipada con convertidores catalíticos de tres vías (esta tecnología de control de emisiones se introdujo en modelos posteriores a 1991) [23]. Tomando en cuenta ese escenario, la reformulación de la gasolina se convierte en una opción viable para solucionar o atenuar el problema de la contaminación atmosférica. Con respecto a las emisiones de óxidos de nitrógeno, las variaciones debidas a la formulación del combustible no son muy marcadas, sin embargo si hay variación si se toma en cuenta el tipo de control de emisiones del automóvil. Las emisiones de benceno (Bz), 1-3 butadieno (Bd), formaldehído (Fd) y acetaldehído (Ac), son de importancia, por el carácter toxico de algunas de estas sustancias y por su alta reactividad. La reactividad de un contaminante se mide en base a su capacidad para formar ozono al reaccionar con otros contaminantes presentes en la

16

troposféra [21]. En la figura 4 se muestran las emisiones reportadas por Schifter et al. en el 2001. 60 5% MTBE 3% EtOH

50

6% EtOH 10% EtOH

mg/Km

40

30

20

10

0 Bz

Bd

Fd

SIN CATALIZADOR

Ac

Bz

Bd

Fd

Ac

CATALIZADOR OXIDATIVO

Bz

Bd

Fd

Ac

CATALIZADOR DE TRES VIAS

Figura 4. Variación de las emisiones tóxicas en función de la tecnología de control de emisiones del vehículo y la concentración de Etanol [24].

En el 2005 Schifter et al. realizó un segundo estudio similar al publicado en el 2001. La diferencia radica en la amplia gama de formulaciones que evaluó. Las mezclas de combustibles se prepararon a partir de diferentes corrientes de refinado: gasolina catalítica, gasolina reformada, alquilado ligero, isómeros de pentano y hexano, MTBE, Etanol, gasolina hidrotratada, TAME rafinado y Premium (Ver tabla 2). Las pruebas se llevaron a cabo en tres grupos de vehículos diferentes: GT-1 que comprendía modelos de 1989-1992; el grupo GT-2 con modelos de 1993-1998 y el GT-3 con modelos 1999-2001.

17

Tabla 2. Porcentaje en volumen de las corrientes de refinado utilizadas en la formulación de los combustibles [23].

Corrientes de

Nombre asignado al combustible

refinado (%Volumen) Gasolina

L-MTBE

HMTBE

EtOH

HAROM

H-OLEF

L-SULF

M-SULF

H-SULF

METRO

16

16

13

16

12

1

5.5

16

12.5

24

21

14

57.5

31.54

8

26

24

37

38

37

43

8

5

32

43

38

19.5

5.5

11

0

5.5

5.5

5.5

5.5

5.5

7

9.5

8

2

9

22

0

4

9.5

8

0

0

6

0

0

0

0

0

0

4

7

8

3

0

9

6

4

5

3

0

0

1

24

8

10

3

11

Tolueno

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Premium

0

0

0

0

0

36.5

0

0

0

catalítica Gasolina reformada Alquilado ligero MTBE Isómero (iC5C6 ) Etanol Gasolina hidrotratada TAME Rafinado

Este estudio coincide con el anterior, los modelos más recientes de automóviles presentan emisiones de CO y NOx considerablemente menores a aquellos de modelo anterior a 1991. En cuanto a las formulaciones, es notorio que una gasolina con alto 18

contenido de aromáticos y de olefinas presenta un incremento en las emisiones de CO provenientes del escape. Las gasolinas H-MTBE y EtOH presentan emisiones de CO muy cercanas, en comparación con las otras formulaciones. Las emisiones de CO evaluadas para estas dos mezclas son menores [23]. Estos dos estudios demuestran que la reformulación de los combustibles es una estrategia efectiva en el control de la contaminación atmosférica. La composición de los combustibles esta relacionada directamente con las emisiones provenientes de los escapes de los vehículos. Otros estudios han demostrado que la reformulación de gasolina con oxigenados mejora el octanaje de la misma y reduce las emisiones de contaminantes. Para el caso del monóxido de carbono (CO), la eficiencia de los aditivos, en cuanto a la reducción de dicho contaminante, esta en el orden: alcoholes mayor que éteres; mientras que para los hidrocarburos: éteres mayor que alcoholes y en el caso de los óxidos de nitrógeno (NOx) éteres menor que alcoholes. En cuanto al comportamiento del motor, otros estudios han demostrado que el uso de gasolina reformulada, incrementa la potencia de frenado, la eficiencia térmica, la eficiencia volumétrica y el consumo de combustible en 8.3%, 9.0%, 7% y 5.7% en promedio, respectivamente [25-27].

II.3. Gasolina Existen varias propiedades importantes de la gasolina, sin embargo son tres las que tienen efectos muy marcados en el desempeño del motor de combustión interna y son: Presión de vapor Reid, el punto de ebullición y el índice octano. II.3.1. Índice de octano. El octanaje o índice de octano es una característica importante de las gasolinas. Es una medida de la capacidad antidetonante de un combustible al someterse a ignición, en una mezcla con aire en el cilindro de un motor de combustión interna [28]. Existen varios tipos de octanaje, los más comunes son dos y son determinados por pruebas de laboratorio: i) el octanaje probado en un motor estático o “Motor Octane Number” (MON, por sus siglas en inglés), y ii) el medido en el laboratorio o “Research Octane 19

Number” (RON, por sus siglas en inglés). Ambos métodos usan el mismo tipo de motor de prueba básico, pero operan bajo diferentes condiciones [19]. El NOI (Número de Octano de Investigación determinado por el método ASTM D-2699) es una representación del rendimiento que tendría el motor usando esa gasolina en la ciudad, cuando la aceleración es relativamente frecuente. El valor del NOI se determina comparando el golpeteo que produce la gasolina con respecto al golpeteo que produce una sustancia patrón. Como patrón se utiliza una mezcla de isooctano (2,2,4Trimetilpentano) y n-heptano [29]. De esta forma se determina el número de octanos del combustible, con respecto al porcentaje de isooctano en la mezcla estándar. El MON (Número de Octano del Motor determinado por el método ASTM D-2700) es una guía del rendimiento del motor en una autopista o bajo condiciones de carga severas [19]. El número de octano reportado es el promedio aritmético de los dos números anteriores. Por lo tanto, los aditivos llamados potenciadores de octanaje tienen la función de aumentar el número de octano de la gasolina, mejorando así el desempeño del motor tanto en la ciudad como en la carretera. El tetraetilo de plomo y tetrametilo de plomo se usaron en un principio como potenciadores de octanaje en las mezclas de gasolina. Sin embargo, se dejaron de usar por los problemas de contaminación atmosférica y de salud implicados. Fue entonces cuando las gasolinas incluyeron en su formulación compuestos oxigenados, con la finalidad de incrementar el octanaje y reducir los problemas de contaminación del aire originados por el uso de las gasolinas con plomo [30]. II.3.2. Presión de vapor Reid Una presión de vapor Reid indica la tendencia de un hidrocarburo líquido a volatizarse. Su determinación se basa en los métodos establecidos en las normas ASTM D 323 o D 5191. La presión de vapor Reid junto con el rango de ebullición de la gasolina están relacionados con: el encendido fácil del motor, la velocidad de aceleración, el sobrecalentamiento del motor y las pérdidas de combustible por evaporación [19].

20

II.3.3. Estabilidad a la oxidación (Periodo de inducción). El período de inducción puede ser usado como una predicción de la tendencia de la gasolina motor a formar gomas durante su almacenamiento. Es reconocido, sin embargo, que su correlación con la formación de gomas en almacenamiento puede variar dependiendo de las condiciones de almacenamiento y el tipo de gasolina [31]. II.3.4. Relación Vapor-Líquido. La tendencia de un combustible a vaporizar en un motor automotriz es indicada mediante la relación vapor-líquido del combustible. Es importante definir el significado de T

(V/L=20),

como la temperatura de

equilibrio a la cual la presión parcial de una muestra bajo condiciones de prueba es igual a 101.3 KPa y la relación vapor líquido es igual a 20. Las especificaciones para combustibles automotrices generalmente incluyen limites de T productos con una volatilidad apropiada.

(V/L=20)

para asegurar

Para temperaturas ambientales altas, un

combustible con un valor alto de es generalmente especificado, por ser un combustible con baja tendencia a la evaporación. Por el contrario, para temperaturas ambientales bajas se especifica un valor bajo de T (V/L=20) [32]. II.3.5. Uso de oxigenados en gasolina. Dos tipos de oxigenados son comúnmente añadidos a la gasolina: los éteres y los alcoholes. Los éteres más comúnmente usados para oxigenar la gasolina son: Metil Terbutil Éter (MTBE), Teramil Éter (TAME), Teramil Etil Éter (TAAE) y Diisopropil Éter (DIPE). Entre los alcoholes usados con el mismo propósito encontramos: Alcohol Metílico, Alcohol Etílico y Alcohol terbutílico [33]. El Etanol es usado en las mezclas de gasolina en proporciones que oscilan entre el 5%-85%. Sin embargo su uso no esta tan difundido como el del MTBE. El MTBE es el oxigenado más comúnmente usado debido a su alto número de octano (110 aproximadamente), su disponibilidad y sus características fisicoquímicas y térmicas que son compatibles con las de la gasolina, especialmente en el rango de evaporación donde las gasolinas típicamente muestran características antidetonantes bajas [30]. 21

A pesar de las óptimas características del MTBE como aditivo, el 20 de marzo del 2000 la EPA anunció el comienzo de una acción regulatoria con la finalidad de reducir o eliminar el uso del MTBE en las gasolinas. El motivo de esta decisión fue el impacto potencial de contaminación de los mantos freáticos con MTBE. La solubilidad del MTBE es de 25-300 veces mayor que la de los hidrocarburos, tienen una tendencia mínima a adsorberse en el suelo o volatilizarse y son resistentes a la biodegradación [33]. Lo más crítico del uso del MTBE son los impactos en la salud de los seres humanos, ya que existe la probabilidad de que la exposición a MTBE provoque cáncer [6]. Por otra parte, el Etanol es usualmente mezclado con gasolina para crear el gasohol. Comparado con la gasolina

y tomando en consideración la relación

aire/combustible típica de la misma (14.2-15.1), su poder calorífico inferior (18,900 BTU/lb), y su calor de vaporización (150 BTU/lb), el Etanol requiere el 60% del aire para su combustión, produce el 65% de la energía y requiere 2.6 veces mas calor para vaporización [30, 34]. En cuanto a octanaje, el MTBE mezclado al 10% en volumen con una gasolina que tenga un NOI=94.3 y NOM=84.3, alcanza un número de octano reportado de 110, mientras que el Etanol en las mismas condiciones alcanza un número de octano reportado de 109.5 [30]. II.3.6. Beneficios ambientales derivados de la oxigenación de gasolinas. Además de incrementar el número de octano, la adición de oxigenados en la gasolina reformulada reduce las emisiones de Monóxido de Carbono e Hidrocarburos. Un porcentaje de oxigenados en la mezcla de gasolina mejora la volatilidad del combustible, favorece la combustión completa, disminuye las emisiones de monóxido de carbono debido al oxigeno disponible y minimiza las emisiones exhaustivas de hidrocarburos de un motor de combustión interna. La reducción de formación de hidrocarburo en el cilindro y la mejor oxidación del hidrocarburo en la post-flama, se consideran factores que contribuyen a la reducción de las emisiones de hidrocarburos en motores de combustión interna que operan con combustibles oxigenados [16].

22

Un estudio demostró que las emisiones másicas de hidrocarburos, provenientes del escape del automotor, pueden reducirse en un 5.45% y las de monóxido de carbono en un 12.5 %, al adicionar 4.8% de oxigenados a la gasolina [34].

II.4. Gasohol. La gasolina oxigenada con Etanol recibe el nombre de gasohol. También es conocida como E-5, E-10, E-15 o E-85, dependiendo del porcentaje de Etanol en volumen que contenga, por ejemplo: la gasolina E-5 contiene 5% de Etanol en volumen y 95% de gasolina. Estas mezclas actualmente se comercializan en países como: Estados Unidos, Brasil y otros de la unión europea. La gasolina E-5 (5% Etanol) es la mezcla máxima autorizada en la actualidad por la regulación europea. Sin embargo, es previsible una modificación de la normativa europea que aumentará este limite al 10% (E10) ya que diferentes estudios constatan que los vehículos actuales toleran sin problemas mezclas hasta el 10% de bioetanol y los beneficios para el medioambiente son significativos. En Estados Unidos la gasolina E-10 es la más utilizada, ya que hasta esta proporción de mezcla los motores de los vehículos no requieren ninguna modificación y produce la elevación del octano en la gasolina mejorando su desempeño y obteniendo una notable reducción en la emisión de gases contaminantes. Las mezclas con altos porcentajes de alcohol como la E-85 y E-95, solo pueden ser usadas en Vehículos de Combustibles Flexibles (Flexible Fuel Vehicles) con motores adaptados que permiten una variedad de mezclas. Estas mezclas se comercializan en menor escala en Estados Unidos y Brasil. II.4.1. Propiedades de las mezclas de Gasolina-Etanol. El Etanol es un alcohol típicamente producido a partir de la fermentación de los azúcares contenidos en el maíz, caña de azúcar, sorgo dulce y otros. El Etanol tiene cerca de 35% en peso de oxígeno y como se mencionó anteriormente es un potenciador de octanaje. En una concentración del 10% en volumen, esta demostrado que incrementa el 23

número de octano en 2.5-3 puntos. El Etanol facilita el arranque de los motores en invierno, reduce los depósitos en el sistema de inducción y en la cámara de combustión, mejora la combustión. Además reduce las emisiones de monóxido de carbono e hidrocarburos provenientes del escape del automotor [30]. En la tabla 3 se muestran los cambios en las propiedades fisicoquímicas de la gasolina al añadirle 10% en volumen de Etanol. Se observa que el número de octano se incrementa siendo esta una característica favorable de la mezcla. Sin embargo, la presión de vapor Reid también aumenta, lo que implica que las emisiones evaporativas podrían aumentar también si no se tiene un control apropiado. Tabla 3. Efecto del Etanol en las características de la gasolina [30].

Propiedad

Gasolina sin Etanol

Gasolina con 10% Etanol

PVR (psia)

10.3

10.4

Parafinas (vol%)

62

-

Olefinas (vol%)

3

-

Aromáticos (vol%)

35

-

NOI

96

99

NOM

85

86.6

Gravedad Especifica

0.757

0.760

Retomando el asunto de la volatilidad de las mezclas Gasolina-Etanol, existen numerosos estudios al respecto que muestran un aumento significativo de la PVR incluso con la adición de Etanol a baja proporción. Lo anterior se debe a desviaciones positivas de la Ley de Raoult, es decir, los vapores de alcohol existen a concentraciones desproporcionadas a la concentración de alcohol en la mezcla. Estas observaciones son contrarias a lo esperado, porque la PVR del alcohol es menor que la de la gasolina. Por lo tanto, la PVR de la mezcla debería ser menor a la de la gasolina, sin embargo ocurre lo 24

contrario. Esto puede explicarse de la siguiente manera: debido a que las moléculas de alcohol son más polares que las moléculas de gasolina, el contenido de alcohol del vapor encima de la mezcla Gasolina-Etanol excede la concentración de Etanol en la mezcla [30]. II.4.2. Miscibilidad del Etanol en gasolina Las mezclas de Gasolina-Etanol son muy inestables, debido a diferencias de polaridad y a la alta afinidad del Etanol con el agua. Las mezclas de hasta 10% de Etanol en gasolina son estables a temperatura ambiente, sin embargo cantidades muy pequeñas de agua pueden hacer que las mezclas se separen. Esto se debe a que el Etanol atrae el agua y tiende a separarse de la gasolina formando dos fases o una emulsión muy inestable. A bajas temperaturas, la capacidad de la mezcla para tolerar la humedad disminuye considerablemente y la separación de fases ocurre irremediablemente. La separación de la mezcla en dos fases (Etanol-agua y gasolina) es indeseable ya que causa problemas de corrosión de los componentes mecánicos y una combustión errática [34]. La miscibilidad del bioetanol en mezclas de gasolina es limitada principalmente por diferencias de polaridad. La polaridad de una sustancia esta en función de su composición molecular y de sus propiedades electroquímicas. La composición molecular de la gasolina depende del tipo de corrientes de destilado que contenga, el proceso de refinación y en mayor grado del tipo de crudo del cual se obtuvo. Los componentes del hidrocarburo con mayor constante dieléctrica (por ej. Aromáticos)

pueden tener

fácilmente interacciones dipolo-dipolo, con el bioetanol que es polar. Esto resulta en una mejor solubilización del bioetanol con el hidrocarburo. Por lo tanto, un hidrocarburo con alto contenido de aromáticos puede solubilizar una mayor cantidad de bioetanol [35].

II.5. Diesel. Volatilidad, calidad de ignición (expresada como numero cetano o índice cetano), viscosidad, contenido de azufre, contenido de aromáticos, y cloud point son las propiedades mas importantes del diesel.

25

II.5.1. Índice cetano. Las propiedades de ignición del diesel son expresadas en términos del índice cetano. Este es muy similar al número de octano y expresa el porcentaje en volumen de cetano (C16H34, alta calidad de ignición) en una mezcla con α-metil-naftaleno (C11H10, baja calidad de ignición). Como el índice cetano es un indicador de la relación Hidrogeno-Carbono, es también un indicador indirecto del contenido de aromáticos en el combustible. Por lo tanto, frecuentemente una especificación de índice cetano mínimo es usada como una alternativa para el contenido máximo de aromáticos. Una baja concentración de azufre y de aromáticos equivale a una reducción de las emisiones de partículas durante la combustión [19]. II.5.2. Flash point y presión de vapor. El flash point o punto de inflamabilidad (así lo llamaremos de aquí en adelante) es la temperatura mas baja a la cual la presión de vapor de un líquido es suficiente para producir una mezcla flamable en el aire sobre la superficie liquida del tanque. La presión de vapor es una propiedad relacionada, que se define como la presión ejercida por el vapor sobre un líquido en un contenedor a una temperatura dada [19].

II.6. E-Diesel. El E-diesel es una mezcla Diesel-Etanol con un contenido de 15% en volumen de Etanol. Su uso no esta tan difundido con el del gasohol, sin embargo se comercializa en Estados Unidos y Brasil. II.6.1. Propiedades de las mezclas Diesel-Etanol. El número cetano de la mezcla de Etanol es 8 y el valor fijado por el estándar ASTM D975 es como mínimo 40. Hay evidencia de que números cetano por debajo de 40 causan una operación pobre por parte del motor y en tanto mas se incremente el numero cetano la operación mejora y se reducen las emisiones. Por lo tanto, es necesario adicionar un aditivo para mejorar el índice cetano. Sin embargo estos aditivos son caros, entonces para minimizar costos se sugiere que se adicione solo el cantidad necesaria para 26

tener un índice cetano mínimo, es decir, 40. Pero aquí surge otro problema. Si se usa un índice cetano mínimo, las emisiones de óxidos de nitrógeno aumentan. Entonces se debe determinar un índice cetano óptimo que no comprometa las ganancias tomando en cuenta la normatividad y el compromiso ambiental [11]. Otra característica importante del combustible es el poder calorífico. El poder calorífico en base volumétrica del Etanol es 42% menor que el del diesel. El bajo contenido energético del combustible se traduce directamente en unos cuantos kilómetros menos por galón de combustible. En la tabla 4 se muestra el déficit energético de algunas mezclas de Diesel-Etanol. II.6.2. Miscibilidad del Etanol en diesel. Al igual que con la gasolina, las mezclas Diesel-Etanol son muy inestables debido a diferencias en la polaridad. La presencia de agua hace aun mas inestable la mezcla y a bajas temperaturas el diesel y el Etanol son prácticamente inmiscibles en cualquier proporción [16,36]. Tabla 4. Poder calorífico inferior del Etanol, diesel, y mezclas Diesel-Etanol [11].

% Decremento con respecto

Combustible

LHV*, BTU/Gal (MJ/L)

Diesel típico

132,000 (36.6)

------

5% Etanol/Diesel

129,222 (35.8)

2.1

10% Etanol/Diesel

126,443 (35.1)

4.2

15% Etanol/Diesel

123,665 (34.3)

6.3

Etanol

76,431 (21.3)

42

*LHV: Lower Heating Value (Poder calorífico neto)

27

al diesel.

II.7. Aditivos para estabilizar las mezclas de Etanol-hidrocarburos. La capacidad global de un hidrocarburo para solubilizar bioetanol puede ser manipulada con la ayuda de aditivos externos llamados “couplers”. Estos se cree que pueden actuar en dos formas diferentes. Primeramente, estos puede que actúen como un surfactante para atraer a las moléculas de agua y bioetanol (polares) en la fase conformada por el hidrocarburo (no polar). Estos “couplers” están diseñados de tal manera que tienen una terminación moderadamente polar y otro extremo no polar, así que actúan como un puente que une los componentes polares con los no polares. La cabeza polar se disuelve en el agua o bioetanol mediante puentes de hidrogeno y la no polar se solubiliza en la fase conformada por el hidrocarburo. Los alcoholes etoxilados, polímeros funcionales y alcoholes de cadena larga son útiles y fueron los primeros en utilizarse. El otro método para solubilizar bioetanol en hidrocarburo es mediante el uso de co-solventes orgánicos. Estos son compuestos químicos que tienen una polaridad intermedia entre la baja polaridad del hidrocarburo y la alta polaridad del bioetanol. Estos son usados para incrementar la polaridad global del hidrocarburo y así este podrá solubilizar una mayor cantidad de bioetanol. Tales co-solventes pueden ser: alcoholes de 4 a 8 carbonos, esteres de 10 a 20 carbonos, etc [35].

28

Capítulo III. Metodología

III.1. Evaluación de la estabilidad de las mezclas. Como se mencionó en el capítulo anterior, las mezclas de Etanol con hidrocarburos son miscibles solo con muy pequeñas proporciones de Etanol y su estabilidad se ve influenciada por la temperatura. En general temperaturas bajas propician la separación de fases, por lo tanto para mantener estables las mezclas a bajas temperaturas, es necesario utilizar aditivos. En esta sección, se describen los procedimientos que se siguieron para la preparación del aditivo, la preparación de las mezclas y la evaluación de la estabilidad de las mismas. III.1.1. Preparación del aditivo. Para las mezclas de Gasolina-Etanol y Diesel-Etanol, se preparó un aditivo en común, con la siguiente composición: Alcohol bencílico

20 % vol.

Acetona

35 % vol.

Alcohol Butílico

40 % vol.

Fenol

5 % vol.

Se mezclaron los reactivos en las proporciones ya mencionadas, y se almacenó la solución resultante en un frasco reactivo color ámbar. La formulación de este aditivo fue consultada en la patente francesa con número 81-04112 [13]. En el caso de las mezclas de Diesel-Etanol, también se utilizo biodiesel como aditivo para estabilizar las mezclas. El biodiesel que se utilizó, provenía de la planta de biodiesel del ITESM.

29

III.1.2. Preparación de las mezclas de hidrocarburos con Etanol. Para determinar la cantidad aproximada de aditivo necesaria para mantener estable la mezcla a temperatura ambiente, se realizó un pequeño experimento. Se fijó un volumen de combustible, y se varió la relación de aditivo-combustible, a las mezclas así obtenidas se les añadió Etanol gradualmente con una bureta, sin dejar de agitar. La aparición de turbidez o una separación de fases, era evidencia clara de que se había llegado al límite, en cuanto a solubilidad de Etanol en el combustible. De esta manera, se evaluó la cantidad mínima de aditivo necesaria para mantener estables las mezclas a temperatura ambiente y el volumen máximo de Etanol anhidro que es soluble en gasolina y diesel a temperatura ambiente. Se prepararon mezclas de Gasolina-Etanol-aditivo y de Diesel-Etanol-aditivo. En las figuras 5 y 6 se especifican las composiciones de las mezclas de gasolina y diesel que se evaluaron.

Figura 5. Composición de las mezclas de Etanol-Gasolina-aditivo evaluadas. (El porcentaje de aditivo es en base al volumen de combustible sin Etanol).

30

Figura 6. Composición de las mezclas de Etanol-Diesel-aditivo evaluadas. (El porcentaje de aditivo es en base al volumen de combustible sin Etanol).

Para la preparación de las mezclas, se utilizó un volumen total de Etanolcombustible de 40 mL. El porcentaje de aditivo es en base al volumen de combustible utilizado, sin Etanol. Por ejemplo: para una mezcla con 15% de Etanol y 5% de aditivo, los volúmenes de Etanol y aditivo correspondientes son 6 mL de Etanol y 1.7 mL de aditivo, respectivamente. Conjuntamente a las mezclas ya mencionadas, se prepararon los blancos muestrales correspondientes, cuya composición guardaba la misma relación Etanolcombustible, pero sin aditivo. El procedimiento de preparación es el siguiente: a un volumen determinado de combustible (gasolina o diesel) se le añade el volumen exacto de aditivo, posteriormente se adiciona un volumen definido de Etanol anhidro con una bureta, se cubre inmediatamente el recipiente que contiene la mezcla y posteriormente se agita por 5

31

minutos a temperatura ambiente. Es importante que el material que se utilice se encuentre completamente seco, con la finalidad de no contaminar la mezcla con agua. Las mezclas así obtenidas fueron almacenadas durante 6 semanas, a diferentes temperaturas. El rango de temperatura al cual fueron almacenadas las mezclas fue de 20°C a -5°C, y la temperatura se fue variando en 5°C por semana. Lo anterior, con la finalidad de evaluar la cantidad de aditivo necesaria para mantener estables las mezclas a bajas temperaturas y en el caso de las mezclas de Diesel-Etanol, para comparar la eficiencia del aditivo FR8104112 y el biodiesel. Para evaluar la estabilidad de las mezclas, estuvieron bajo observación durante las 6 semanas que estuvieron almacenadas, con la finalidad de buscar indicios de una separación de fases tal como la aparición de turbidez, la formación de pequeñas gotitas inmiscibles o la formación de dos fases inmiscibles entre si.

III.2.

Evaluación de las propiedades fisicoquímicas del combustible reformulado. En el caso de las mezclas Gasolina-Etanol, las propiedades fisicoquímicas que se

evaluaron son: •

Contenido de oxigenados

•

Número de octano de investigación y Número de octano del motor (NOI/NOM).

•

Presión de vapor Reid (PVR).

•

Estabilidad a la oxidación (Periodo de inducción).

•

Densidad

•

Curva de Destilación

Para las mezclas Diesel-Etanol, se evaluaron las propiedades fisicoquímicas que se enlistan a continuación: •

Número cetano.

32

•

Punto de Inflamabilidad

•

Densidad

•

Curva de Destilación

Los procedimientos para la realización de las pruebas fisicoquímicas se basan en las normas ASTM correspondientes y se realizaran tres repeticiones por muestra. Los análisis mencionados anteriormente, a excepción de la determinación de la densidad de los combustibles, serán realizados en el Southwest Research Institute. Además de las pruebas anteriores se determinará el poder calorífico de los combustibles, esta prueba será realizada en el Centro de Calidad Ambiental del ITESM. III.2.1. Preparación del combustible reformulado. Una vez determinada la proporción de aditivo necesaria para mantener estables las mezclas en un rango amplio de temperatura, se procedió a preparar de manera continua el combustible reformulado para determinar sus características fisicoquímicas. El equipo en el que se preparó el combustible reformulado se mantuvo hermético, con la finalidad de mantener los componentes libres de humedad. III.2.2. Numero octano de investigación (NOI). El número octano de investigación de un combustible para motor de combustión interna, es determinado usando un motor estándar de prueba y operando a condiciones propicias para comparar las características detonantes de dicho combustible con las del combustible de referencia primario (PRF por sus siglas en inglés) de índice de octano conocido. La relación de compresión (CR por sus siglas en inglés) y la relación airecombustible son ajustadas para producir una intensidad detonante estándar (KI por sus siglas en inglés) para el combustible muestra, esta característica es medida con un sistema electrónico especifico. Una tabla de KI estándar sirve de guía para relacionar la CR con el nivel de número de octano para este método específico. La relación airecombustible, para el combustible muestra y las mezclas combustibles de referencia primarias, es ajustada para maximizar el KI de cada combustible.

33

La relación aire-combustible para un KI máximo puede ser obtenida i) haciendo cambios escalón incrementales en la estabilidad de la mezcla, observando el valor KI de equilibrio para cada escalón, y por último se selecciona la condición que maximiza la lectura o ii) seleccionando el valor KI máximo correspondiente, obtenido al ir variando la estabilidad de la mezcla de rica-pobre o pobre-rica a una velocidad constante [29].

A. Tubo humidificador del aire. B. Entrada del calentador del aire. C. Condensador enfriador. D. Cuatro carburadores E. Regulador de CR del motor. F. Cárter G. Filtro de aceite H. Medidor de la ignición-detonación. J. Medidor de detonaciones Figura 7. Estructura del motor para determinar el número de octano de investigación [26].

K. Display del CR

El motor debe operarse a 600 +/-6 RPM, cuando el motor esta encendido, con una variación máxima de 6 RPM durante el periodo de prueba. III.2.3. Número octano de motor (NOM). El método de prueba para determinar el NOM, es similar al descrito en la sección anterior. La diferencia radica en las condiciones de operación del motor, en este caso el motor se opera a una velocidad de giro de 900 +/- 9 RPM, cuando el motor esta encendido. La máxima variación permitida durante el período de prueba es de 9 RPM. III.2.4. Estabilidad a la oxidación (Método del período de inducción). La muestra es oxidada en un recipiente a presión, inicialmente se llena a 15-25 °C manteniendo una presión de oxígeno de 690-705 KPa, posteriormente la muestra es 34

calentada a una temperatura entre 98-102 °C. La presión es grabada continuamente o leída a intervalos establecidos hasta alcanzar el punto de quiebre. El tiempo requerido para que la muestra alcance este punto es el periodo de inducción observado a la temperatura de prueba, a partir de este se puede calcular el periodo de inducción a 100 °C [31]. III.2.5. Presión de vapor Reid (PVR). La cámara de líquidos del aparato de presión de vapor es llenada con la muestra fría y se conecta a la cámara de vapor que ha sido calentada a 37.8 °C en un baño de temperatura constante. El aparato ya ensamblado es sumergido en el baño a la temperatura ya mencionada, hasta que se observa una presión constante. La lectura, corregida apropiadamente, es reportada con la presión de vapor Reid [37]. III.2.6. Número cetano. El número cetano de un combustible diesel es determinado mediante la comparación de sus características de combustión en un motor de prueba con las de mezclas de combustibles de referencia con número cetano conocido bajo condiciones de operación estándar. Esto se obtiene variando la relación de compresión para la muestra y los combustibles de referencia. El motor consiste en un cilindro con inyección de diesel indirecta. El motor opera a una velocidad de 900 RPM y mientras el motor esta succionando, la temperatura del aire admitido alcanza los 65.5 °C. La prueba se basa en un cuidadoso ajuste de la relación aire-combustible y la relación de compresión para producir un retardo en la ignición estándar (el periodo entre el inicio de la inyección de combustible y el inicio de la combustión) [38]. III.2.7. Punto de inflamabilidad Un recipiente metálico de dimensiones específicas, es llenado hasta la marca correspondiente con la muestra y posteriormente se coloca una tapa, la muestra es calentada y agitada a velocidades especificadas en la norma, dependiendo del

35

procedimiento (A o B). El contenido del recipiente se expone a una fuente de ignición a intervalos regulares con una interrupción simultánea de la agitación, esto se realiza hasta detectar que la muestra flasheo. Se reporta la temperatura corregida a la cual flasheó la muestra (a una presión de 101.3 KPa) [39]. III.2.8. Curva de destilación. Basado en su composición, presión de vapor, punto inicial de ebullición (IBP, por sus siglas en inglés) esperado o punto final de ebullición esperado (EP, por sus siglas en inglés), o una combinación de ambos, la muestra es agrupada en uno de los cuatro grupos que se muestran en la tabla 5. El arreglo del aparato, la temperatura del condensador, y otras variables de operación están definidos de acuerdo al grupo al cual pertenezca la muestra [40, 41]. Tabla 5. Características de los grupos de gasolina para efectuar la destilación [41].

Grupo 1

Grupo 2

Grupo 3

Grupo 4

37.8 °C, KPa

≥65.5

482

Un volumen de muestra igual a 100 mL es destilado bajo las condiciones prescritas en la tabla 6, de acuerdo al grupo al que pertenezca. La destilación se lleva a cabo en una unidad de destilación batch a presión atmosférica y a condiciones propicias para aproximarse a un plato teórico.

Se realizan observaciones sistemáticas de la

temperatura y los volúmenes de condensado, dependiendo de los datos que se quieran recopilar. El volumen de residuo y las pérdidas también son registrados.

36

Al terminar la destilación, las temperaturas del vapor observado deben ser corregidas a la presión barométrica. La prueba se debe repetir si las condiciones especificadas no se obtienen. Los resultados de la prueba usualmente se reportan como el porcentaje evaporado o recolectado contra la temperatura correspondiente, ya sea en una tabla o en una grafica, la grafica correspondiente será la curva de destilación. Tabla 6. Condiciones durante el procedimiento de destilación [41].

Grupo 1 Temperatura del baño de enfriamiento Temperatura del baño alrededor del cilindro recolector de condensado

Grupo 2

Grupo 4

0-5

0-60

°C

0-1

°F

32-34

32-40

32-40

32-140

°C

13-18

13-18

13-18

±3

°F

55-65

55-65

55-65

±5

5-10

5-15

Tiempo desde la primera aplicación de calor al punto inicial de ebullición, min.

5-10

0-5

Grupo 3

5-10

Tiempo desde el punto inicial de ebullición al 5% de recuperación , s

60-100

60-100

4-5

4-5

4-5

4-5

5 máx.

5 máx.

5 máx.

5 máx.

al 10% de recuperación, min Velocidad promedio de condensación de 5% de recuperación a 5 mL en el matraz, mL/min Tiempo registrado de 5 mL a punto final de ebullición, min.

III.2.9. Densidad. La muestra se ambienta a una temperatura tal que la lleve a un estado suficientemente fluido, pero esta no debe ser tan alta para evitar la pérdida de los componentes ligeros de la misma. Una porción de la muestra se transfiere a un hidrómetro cilíndrico que se encuentra a una temperatura similar. Una vez que se ha llegado a la temperatura de equilibrio, se lee la escala del hidrómetro, y la temperatura de

37

la muestra. La lectura del densímetro se relaciona con su temperatura de referencia mediante una correlación incluida en el código ASTM correspondiente [42].

38

Capítulo IV Resultados y Discusiones

IV.1. Mezclas Gasolina-Etanol. IV.1.1. Contenido de Oxigenados. Se analizaron tres muestras con diferentes concentraciones de Etanol. Cabe considerar que la gasolina utilizada contenía previamente otros agentes oxigenantes. Por tanto, los análisis presentados de contenido de oxígeno incluyen los oxigenados presentes en la gasolina empleada mas la contribución del Etanol. En la tablas 7 y 8 se muestran los resultados de la prueba de oxigenados para las mezclas de gasolinas Magna y Premium, respectivamente. En las tablas se muestran los valores de oxígeno total y el contenido de los agentes oxigenantes de manera individual. Por los valores obtenidos, se observa que las muestras fueron preparadas correctamente. Tabla 7. Contenido de Oxigenados en las muestras de Magna-Etanol.

Tipo de oxigenado

% peso 0% EtOH

10%vol. EtOH

15% vol. EtOH

ETBE1