Comparison of differences in quantities of LULC types on the different thematic maps

El agregado de alcohol a las naftas origina un aumento de la presión de vapor del combustible, con la consiguiente preocupación por la emisión de vapores.

Pumphrey y col., (2000) midieron las presiones de vapor a 37.8°C de mezclas de naftas con cuatro alcoholes (metanol, etanol, iso-propanol y ter-butanol) a distintas composiciones. Considerando a las mezclas como sistemas pseudo-binarios y utilizando los datos experimentales de las composiciones extremas para calcular coeficientes de actividad a dilución infinita, obtuvieron los parámetros de la ecuación de Wilson con la que luego pudieron reproducir los datos experimentales. En todos los sistemas estudiados por estos autores, la presión de vapor de la nafta aumentó inicialmente con la adición del alcohol y luego disminuyó a medida que la proporción de alcohol destilado aumentó. El incremento total en la presión de vapor y la localización del pico máximo dependen del alcohol. La existencia y ubicación de este máximo resulta de interés para el diseño de blends con máxima eficiencia y mínimo impacto ambiental.

La Figura VIII.5 (French y Malone, 2005) muestra el aumento abrupto del valor de la presión de vapor Reid (PVR) que se produce por el agregado de etanol, alcanzando un máximo a una concentración del 4-5% v/v de etanol para luego descender gradualmente. El aumento de la PVR con el aumento de la cantidad de

VIII.18

etanol en la mezcla se suele expresar como una función lineal, dependiente de la PVR de la gasolina de base (French y Malone, 2005):

PVR mezcla (psi) = 1.446 + 0.961 PVR Base (2)

Los resultados mostrados en la Figura VIII.5 ponen de manifiesto el cuidado a tener en el mezclado de diferentes blends de combustible. Por ejemplo, si se mezclan volúmenes iguales de una nafta sin etanol con un blend al 10% v/v, se obtendrá un combustible con una PVR mayor que la de los combustibles originales.

FiguraVIII.5 Efecto de la concentración de etanol sobre la PVR (French y Malone, 2005)

Además de la PVR, la curva de destilación y las temperaturas T10, T50, T90 a las que destila el 10%, 50% y 90% en volumen, son otras de las propiedades que caracterizan la volatilidad de un combustible.

La Figura VIII.6 (French y Malone, 2005) muestra las curvas de destilación ASTM D86 de dos naftas base (identificadas como A y B) y de sus correspondientes mezclas con un 10% v/v de etanol. Como se observa en la Figura VIII.6, la curva de destilación de los blends muestra tres regiones distintas: la región azeotrópica o de meseta, la región de transición y la región de dilución. La primera corresponde a la porción de la curva en la que destilan los azeótropos del etanol con los distintos

componentes de la nafta. En la última región el etanol agregado a la nafta ya ha sido destilado y los hidrocarburos remanentes destilan a la misma temperatura que los de la nafta de base, pero lo hacen a diferentes fracciones volumétricas debido a la dilución original de los hidrocarburos con el etanol.

La T10 de los blends con etanol siempre se encuentra en la región de meseta. Por su parte, la T90 se ubica en la región de dilución. La estimación de la T50 presenta una dificultad mayor. Dependiendo de la nafta y de la cantidad de etanol agregado, la T50 puede encontrarse en cualquiera de las tres regiones. La Figura VIII.6 muestra que, mientras las gasolinas A y B de base poseen valores casi idénticos de T50, el agregado de un 10% v/v de etanol produce un cambio de 11 K en la T50 de la gasolina A, y un cambio menor a 3 K en la gasolina B.

Figura VIII.6 Curvas de destilación ASTM D-86 de dos gasolinas base (A y B) y de sus

respectivas mezclas con un 10% v/v de etanol (French y Malone, 2005).

En la Figura VIII.7 (Aleme y col., 2008) se muestra cómo se altera la curva de destilación de una nafta por el agregado de diferentes concentraciones de etanol. Esta

VIII.20

alteración se debe a la formación de diferentes azeótropos en la mezcla etanol- gasolina. El comportamiento de estos azeótropos depende de los componentes de la nafta. Esto es, el comportamiento de una gasolina con un mayor contenido de fracciones livianas diferirá de aquella con un mayor contenido de fracciones pesadas. Gráficamente, vemos que a medida que aumenta la cantidad de etanol a la mezcla la región azeotrópica se hace mayor.

Figura VIII.7 Curvas de destilación de naftas con diferentes concentraciones de etanol:

(a) 0%; (b) 10%; (c) 20% y (d) 30 % v/v (Aleme y col., 2008).

La Figura VIII.8 (Andersen y col., 2010), por su parte, muestra el efecto de diferentes alcoholes sobre la curva de destilación. Las curvas corresponden a blends de una misma nafta con 10% v/v de 5 alcoholes distintos (metanol, etanol, 1- propanol, 2-propanol y 1-butanol). Resulta evidente que el punto de ebullición de la mezcla azeotrópica aumenta con la longitud de la cadena alifática del alcohol. El butanol tiene una estructura molecular más cercana a la de los hidrocarburos que aquella del metanol. Por lo tanto el agregado de butanol a una nafta tendrá un impacto menor que el agregado de metanol, porque las mezclas gasolina-butanol se acercan más al comportamiento de solución ideal que las mezclas gasolina-metanol. En consecuencia, la reducción en el punto ebullición de los respectivos azeótropos

alcohol-hidrocarburo respecto del punto de ebullición del hidrocarburo puro es mucho mayor para el metanol que para el butanol. Por ejemplo, el punto de ebullición del tolueno es de 110 ºC y el azeótropo metanol-tolueno tiene un punto de ebullición mucho más bajo (64 ºC) que el del 1-butanol-tolueno (106 ºC). Por lo tanto, el efecto sobre la temperatura de destilación del primero será mucho mayor que la del segundo. Esta diferencia es mitigada por el hecho de que se requiere una proporción volumétrica mayor de metanol para formar una mezcla azeotrópica, comparada con 1- butanol.

Figura VIII.8 Curvas de destilación de blends conteniendo 90% de gasolina y 10% v/v de

diferentes alcoholes (Andersen y col., 2010).

Lanzer y col., (2005) aplicaron la ecuación de estado de Peng-Robinson, (1976) junto con la regla de mezclado de Fisher-Gmehling, (1995) y utilizaron el modelo UNIFAC (1975) de energía de Gibbs, para calcular la presión de vapor Reid y la curva de destilación de mezclas de naftas brasileras con un 25% en volumen de etanol. Estos autores tienen muy buenos resultados tanto en la predicción de la PVR como en la curva de destilación, con excepción de la porción final de esta última.

VIII.22

El cociente vapor/líquido es otro parámetro importante a tener en cuenta para evitar el sello o bloqueo de vapor de los combustibles. Para mezclas de combustibles con etanol no existe por el momento ninguna norma fijada por la ASTM. El agregado de etanol produce una disminución de la temperatura para V/L = 20 como es de esperar debido al aumento en la PVR producido por la adición de etanol (French y Malone, 2005).

Todas las propiedades discutidas indican la importancia de contar con una herramienta capaz de predecir el comportamiento de fases de mezclas multicomponentes que contengan nafta, alcohol y agua para realizar el diseño de alconaftas. En los Capítulos III a VII se mostró que el modelo desarrollado en esta tesis cuenta con dicha capacidad. A continuación se discute la performance del modelo en lo que respecta a predicción de propiedades de gasolinas reales y sintéticas así como sus mezclas con alcoholes para formar blends.