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CARACTERIZACION DEL PUNTO DE FLASH, PRESION DE VAPOR, CURVA DE DESTILACION Y CALOR ESPECÍFICO PARA LA GASOLINA Y DIESEL

EN COLOMBIA

SERGIO REYES SOTOMAYOR

Asesor: RAFAEL BELTRÁN M SC.

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA BOGOTÁ

2007

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Índice

Introducción

Objetivos

1. Presión de Vapor

1.1. Introducción 1.2. Diseño y Construcción 1.3. Preparación para la realización de la medición 1.4. medición 1.5. Resultados 1.6. Conceptualizacion

2. Curva de Destilación 2.1. Introducción 2.2. Diseño y Construcción 2.3. Preparación para la realización de la medición 2.4. medición 2.5. Resultados 2.6. Conceptualizacion

3. Calor Especifico

3.1 Introducción 3.2 Procedimiento 3.3 Resultados 3.4 Conceptualizacion

4. Combustibles en Colombia y comparación con el estándar mundial

5. Conclusiones

6. Bibliografía.

7. Apéndice A

8. Apéndice B

ii

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Índice de Figuras Inversiones de Ecopetrol por Actividad…………………………………...Pág. 58 Producción de Ecopetrol en Petróleo Equivalente…………………........Pág. 58 World Oil Prices in Three Cases 1980-2030……………………………. Pág 62 World Liquids Consumption by Sector 2004-2030………………………Pág 63 World Oil Reserves: Ten Largest Gains and Losses, 2000-2007……...Pág 63 Estructura del Consumo Energético Colombiano………………….…….Pág. 65 Red Nacional de Oleoductos………………………………………………Pág. 67 Posibles Complejos Alcoholeros………………………………….……….Pág. 69 Precios Alcohol…………………………………………………….………..Pág. 70 Asian Development Bank………………………………………………….Pág. 76 Índice de Gráficos Presión de Vapor Reid Medición 1……………………………………… Pág. 15 Presión de Vapor Reid Medición 2………………………………….……Pág. 15 Presión de Vapor Reid Medición 3...………………………………..……Pág. 16 Presión de Vapor Reid Medición 4……………………………………….Pág. 16 Presión de Vapor Reid Medición 5………………………………….……Pág. 16 Presión de Vapor Reid Todas Las Medidas……………………….……Pág. 17 Presión de Vapor Promedio………………………………………………Pág. 19 Curva Obtenida Destilación 1…………………………………………….Pág. 34 Curva Obtenida Destilación 2…………………………………………….Pág. 34 Destilación de Diesel………………………………………………………Pág. 38 Calor Específico Gasolina……………………………………………...…Pág. 51 Calor Específico (Btu/lb °F)……………………………………………….Pág. 53

iii

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Índice de Tablas Presión de Vapor Reid Medición 1………………………………………..... Pág. 14 Presión de Vapor Reid Medición 2..……………….……………………..… Pág. 14 Presión de Vapor Reid Medición 3..……………..….…………………….....Pág. 14 Presión de Vapor Reid Medición 4…………………………………………. Pág. 14 Presión de Vapor Reid Medición 5………………….……………………… Pág. 15 Promedio de las lecturas presión de vapor…………………………………Pág. 18 Promedio Total Presión de Vapor………………………………………...….Pág. 18 Temperatura vs. ml. destilados en gasolina………..……………………….Pág. 33 ml. destilados vs. Temperatura en gasolina………………………………...Pág. 33 Resumen datos Destilación de gasolina………………………………....….Pág. 34 Tabla 1 de Datos Ministerio de Minas y Energía…………………….…..…Pág. 35 Tabla 2 de Datos Ministerio de Minas y Energía…………………..…….…Pág. 36 ml. destilados vs. Temperatura en Celsius y Kelvin del Diesel……..…….Pág. 38 Resumen datos Destilación de diesel………………………….…….……...Pág. 39 Datos Destilación combustible Discoramo………………...……….…….…Pág. 40 Clase de Volatilidad vs. DI………………………………………….…….…..Pág. 45 ml destilados vs. Temperatura en Fahrenheit gasolina………….…..…….Pág. 49 Temperatura vs. Calor Específico gasolina……………………….….….….Pág. 50 ml destilados vs. Temperatura en Fahrenheit diesel…………….….……..Pág. 51 Temperatura vs. Calor Específico diesel……………………………..……..Pág. 52 Petrol Standards (Depto. Medio Ambiente Australia)……………….……..Pág. 73 Diesel Standards (Depto. Medio Ambiente Australia)………………..…....Pág. 74

iv

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Resumen El trabajo presentado a continuación pretende mostrar varios puntos importantes. El primero de ellos, es el proceso de diseño, construcción y prueba de equipos para la medición de la presión de vapor de Reid y de la curva de destilación tanto de la gasolina como del diesel. Adicional a ello, se muestra el proceso de medición de otras propiedades importantes como el índice de cetano, o el calor especifico de los combustibles a tratar. Una vez obtenidos estos datos, se realiza entonces un análisis de los resultados, que incluye, entre otras cosas, un marco comparativo basado en entidades de renombre a nivel nacional. Además de este trabajo, se realizó un análisis general de la industria petrolífera en Colombia, teniendo en cuenta para ello, no solo los cambios que están aconteciendo actualmente en el país, sino los proyecto que hacia el futuro, pueden tener un impacto para esta y otras industrias que directa o indirectamente dependen de esta (tal como la industria automotriz). Adicionalmente, se procedió a realizar un análisis de la situación actual de los hidrocarburos en el mundo, y de los posibles escenarios que se pueden presentar hacia el futuro, teniendo en cuenta para ello, los riesgos mas latentes que se están presentando, y las posibles soluciones a los mismos. Finalmente, se realizaron algunas comparaciones entre el desarrollo en materia de calidad de los hidrocarburos en Colombia y el resto del mundo, así como una comparación entre los resultados de las propiedades medidas en este trabajo de grado, y esos mismos datos en distintas partes del mundo para que de esta manera se tuviera una idea aun mas clara sobre los parámetros que actualmente rigen a estas propiedades y a las características que en parte definen la calidad de los combustibles.

v

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Introducción

El sector de los hidrocarburos, es actualmente, uno de los mas poderosos de la

industria tanto a nivel nacional como internacional. En Colombia, este sector,

no es solo una de las mayores fuentes de riqueza del país, sino también uno de

los grandes fuentes con las que el gobierno controla su déficit, así como

inversión social en amplias zonas del país.

Por ello, no se puede desconocer, que además de gozar de yacimientos

petrolíferos (algo que no muchos países del mundo tienen), Colombia, debe

buscar mantener y mejorar la calidad de los mismos para acercarse cada vez

mas a los estándares internacionales, y con ello poder gozar de los grandes

beneficios económicos que traen el hecho de ser exportador del crudo.

Con todo, es importante anotar, que los estándares mundiales, son cada vez

mas exigentes, no solo debido a los nuevos desarrollos logrados en la industria

automotriz, que demandan cada vez mas, un combustible acorde a sus

necesidades, sino también debido a las nuevas normativas en materia de

protección ambiental, lo que tiene como meta principal, reducir la cantidad de

emisiones nocivas para evitar que fenómenos, como el calentamiento global

vayan a destruir los pocos bosques que nos quedan, y afecten la naturaleza en

modo tal que el hombre no se pueda beneficiar mas de ella.

Al analizar el mercado de combustibles en Colombia, se harán evidentes para

el lector, no solo las ventajas en las que se encuentra el país en materia de

hidrocarburos, principalmente en lo que respecta a la producción del crudo,

sino también se darán a conocer las desventajas, y los puntos donde se

requiere atención inmediata si el país no busca quedarse rezagado en lo que

respecta a la calidad de sus combustibles, afectando consigo el desarrollo del

mercado automotriz colombiano, la exportación del combustibles, la calidad del

ambiente, y todos aquellos problemas que se derivan de tener combustibles de

baja calidad.

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Con este trabajo de investigación, busco mostrar principalmente el proceso de

diseño, construcción y medición de equipos con lo que se busca caracterizar un

poco mas el combustible colombiano, y de esta manera, no solo realizar un

trabajo practico en el Laboratorio de Ingeniería Mecánica de la Universidad útil

para este trabajo, sino para los demás estudiantes y profesores, que en un

futuro estén interesados en la medición de estas propiedades lo puedan

realizar mediante el uso de dispositivos que como se vera a continuación

cumplen con las especificaciones pertinentes de la norma ASTM, y arrojan

resultados que van acorde con aquellos logrados por entidades importantes

como el Ministerio de Minas y Energía de Colombia, o Ecopetrol entre otros.

Adicionalmente, se busca realizar no solo un análisis sobre el estado del sector

petrolífero colombiano, y sus proyecciones a futuro, sino una comparación

entre el estado de esta industria y sus similares alrededor del mundo. Con ello,

se llevara el lector, una mejor idea sobre las ventajas y desventajas del

combustible colombiano, así como de sus grandes falencias en materia de

calidad, y las oportunidades de mejoramiento que de ello se derivan.

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Objetivos

Los objetivos de el proyecto de grado, se vieron cambiados a lo largo del

semestre debido a que la universidad, contrario a la información que se tenia

en un principio, no contaba con ninguno de los equipos pertinentes para

realizar la medición de las propiedades propuestas, lo que tuvo como

consecuencia, que se tuvieran que primero diseñar, construir, probar, y finalizar

la fabricación de estos equipos (algo con lo que no se contaba), para después

poder realizar las mediciones pertinentes. Todo ello, buscando adherirse a los

lineamientos de la ASTM, y buscando un estándar de calidad alto que arrojara

resultados satisfactorios. Con esto en mente, presento entonces a

continuación, los objetivos del proyecto de grado:

Objetivos Principales

1. Diseñar, construir y probar los equipos necesarios para la medición de la

presión de vapor de reid de la gasolina y la curva de destilación del

diesel y la gasolina. Adicionalmente realizar la medición del calor

especifico en la gasolina y el diesel, y de propiedades como el índice de

cetano en el diesel.

2. Analizar los resultados, para poder ver las bondades que ofrecen estas

características para estos combustibles, teniendo en cuenta la relación

que existe entre ellos.

3. Relacionar un análisis del contexto actual que se vive en Colombia en

materia de desarrollo y economía en el sector de hidrocarburos.

4. Comparar los resultados de las variables medidas para el combustible y

del estado de esta industria en Colombia, con algunos mercados

internacionales, para tener una mejor idea de la situación actual en la

que se encuentra el país con respecto al resto del mundo.

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5. Clasificar y ordenar los equipos utilizados en este proyecto de grado y

que van a hacer parte del laboratorio de conversión de energía

(laboratorio de combustión y combustibles).

Objetivos Específicos

Para el objetivo principal 1.

a. Documentación teórica de los dos combustibles, así como de las

características a ser medidas en cada uno de ellos.

b. Consulta de las normativas pertinentes para la medición de las

propiedades a ser medidas.

c. Diseño y construcción de equipos para la medición de la presión de

vapor de reid y la curva de destilación. medición de estas dos

propiedades así como del calor especifico y el índice de cetano del

diesel.

Para el objetivo principal 2.

a. Realizar un análisis concreto sobre las diferencias que se presentaron

en los resultados obtenidos y buscar identificar las ventajas y

desventajas que cada uno de estos presentan.

Para el objetivo principal 3.

a. Teniendo en cuenta el contexto actual que se vive en Colombia

relacionar el análisis previamente hecho, con los beneficios que

podría traer al país, el mejoramiento de estas características.

b. Realizar un análisis concreto del sector de hidrocarburos en

Colombia, teniendo en cuenta su desarrollo actual, y sus planes de

mejoramiento a futuro.

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Para el objetivo principal 4.

a. Realizar la documentación pertinente en lo que respecta al área de

combustibles tanto en un ámbito nacional como internacional, y

desarrollar una comparación sobre algunas propiedades que definan

la calidad del combustible en Colombia.

Para el objetivo principal 5.

a. Organizar los equipos en el laboratorio de Ingeniería Mecánica de la

universidad, para la posterior creación del laboratorio de combustión

y combustibles.

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1. Presión de Vapor

1.1. Introducción

Para la medición de la presión de vapor, se tuvo en cuenta (al igual que para

otros elementos, como se verá mas adelante), los lineamientos fijados por la

American Society for Testing and Materials ASTM.

Específicamente para el caso de esta variable, la norma a tener en cuenta fue

la D-323, que es la norma especifica de la medición de la presión de vapor,

para productos derivados del petróleo como la gasolina, el “crude oil” volátil, y

otros productos volátiles derivados del petróleo, con la excepción de gas

natural licuado. Cabe notar, que existen otros métodos, y normas para lograr la

medición de la presión de vapor. Así, podemos encontrar en los manuales la

ASTM, normas referentes a la medición de la “presión de vapor real” por

ejemplo, así como diferentes métodos utilizados en los sistemas DIN que son

aplicables en mayor medida en Europa, y en consecuencia utilizan unidades

distintas.

Como se explica en dicha norma, la presión de vapor de Reid, difiere de la

presión de vapor real debido únicamente a una pequeña vaporización de la

muestra, así como en la presencia de vapor de agua y aire en un volumen

determinado1. La razón para haber entonces elegido la medición de esta

variable, con el método de Reid, es fundamentada en 2 argumentos

principalmente. El primero, porque el método de Reid, es el método de

referencia que utiliza el Ministerio de Minas en Colombia, y como se ha visto

ya, parte de los objetivos de esta tesis, consisten en analizar el caso

colombiano. Y el segundo, porque, debido a que el equipo no existe en el

laboratorio de Ingeniería Mecánica de la Universidad, la fabricación de este

elemento, presenta en principio, problemas y retos que permitirán ampliar los

alcances de la tesis, sin dedicar únicamente este trabajo de investigación a la

medición de esta única variable.

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1.2. Diseño y Construcción

El elemento principal utilizado en este procedimiento, se conoce como la

Bomba de Presión de Vapor de Reid, que consiste en 2 cámaras. Una cámara

superior, que en principio no estaría mas que llena de aire a la misma presión

atmosférica, y una cámara inferior, que debe ser llenada con la muestra del

producto a tratar (en este caso, gasolina corriente, disponible en las estaciones

de servicio del país).

Para la cámara superior, se tuvieron entonces en cuenta, los lineamientos

dictaminados en la norma D-323, que especifica, principalmente las medidas

exteriores (ver planos), así como su geometría con respecto a otros elementos

de la bomba. Además se especifican distintas características, como el que las

paredes internas de las partes superior e inferior del cilindro, tenga cierta

pendiente para que al final de la prueba se logre que el liquido confinado en la

cámara pueda drenarse, evitándose así residuos, que podrían llegar a afectar

posteriores medidas. Se tiene entonces, como se puede ver en el plano, un

cilindro que se encuentra “cerrado”, por dos “tapas” en la parte superior e

inferior. A su vez, estas tapas presentan entonces dos tipos de acoples. El

primero, en la parte superior de la cámara, que corresponde a un “bushing” en

cuya rosca se une un manómetro con rosca de ¼ de pulgada. El segundo

corresponde a un acople de ½ pulgada en la parte inferior del cilindro, y en

cuya rosca se une la cámara inferior, de la cual se hablará mas adelante.

Para la cámara inferior, que en principio para este trabajo de investigación seria

llenado con gasolina, se tiene un cilindro con el mismo diámetro que aquel

utilizado en la cámara superior, pero con un longitud mas corta. De hecho, se

busca una relación de volúmenes entre la cámara superior e inferior de 4:1. La

cámara inferior, debe entonces contener una sola “salida”, que se debe acoplar

con precisión, a la salida de la cámara de gasolina, de manera que ambas

cámaras queden unidas de manera estable y compacta.

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En cuanto al acople se refiere, como se especifican en las normas, se puede

utilizar cualquier método disponible, que asegure, que durante la medición de la

variable no existan escapes, en las uniones entre las cámaras, ni entre la

cámara superior y el manómetro. Esto se logro, no solo mediante uniones,

precisas y robustas entre las dos cámaras, sino mediante el empleo de cinta de

teflón, mas específicamente, cinta de teflón para gas, que logra sellar

perfectamente las uniones, previniendo no solo escapes, sino un eventual

desgaste excesivo de la cinta (en caso de haberse usado de la cinta de teflón

corriente, que tiene un calibre y resistencia menores). A su vez, se busco que

el “macho” de la rosca en el acople de las dos cámaras, quedara, como se nos

pide en la norma ASTM en la cámara de gasolina. De la misma manera, ya

explicada, se busco la unión entre la cámara superior y el manómetro (del cual

se hablará mas adelante).

La unión entre las tapas y los cilindros, se realizo por medio de soldadura MIG

en el laboratorio de Ingeniería Mecánica, y para garantizar la estanqueidad por

completo, se utilizo también, masilla epoxica, que no solo “tapona” cualquier

escape, sino que debido a la dureza que esta logra tras unas horas de

aplicación, logra una gran resistencia a las presiones. Además, la

especificación de la masilla utilizada, soporta no solo altas temperaturas, sino

también presiones, y ataques corrosivos fuertes, aunque ninguna de estas tres

variables se esperaba para la prueba que tuvieran un valor critico, si se

esperaba, tener un factor de seguridad en la prueba para garantizar de esta

manera, buenos resultados.

A su vez, las uniones roscadas de las tapas, se acoplaron de manera sólida, y

buscando estanqueidad. Así, el “bushing” utilizado en la parte superior de la

cámara de aire, el cual se acopla al manómetro, se encuentra solidamente

roscado a la tapa, una vez utilizado un macho en la misma, para buscar un

ajuste preciso. Adicionalmente se dio el uso de cinta de teflón para gas. El

“bushing” de la parte superior de la cámara de gasolina, fue soldado a lo largo

de la totalidad de su perímetro, y sellado mediante el uso de masilla epoxica.

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Y el acople de ½ pulgada utilizado en la parte inferior de la cámara de aire, fue

también soldado en la totalidad de su perímetro, así como sellado mediante el

uso de masilla epoxica. Gracias a estas uniones, fue en parte que se lograron

garantizar la calidad de los resultados obtenidos durante la prueba. .

Como método de comprobación de estanqueidad en las uniones, y dado que

esta prueba no se caracteriza por ser a grandes presiones, se comprobó la

ausencia de escapes llenando ambas cámaras con agua caliente, y realizando

una inspección de escapes. Así como introduciendo la bomba vacía en un

balde, y realizando una inspección de burbujas en las uniones. Una vez

realizado esto varias veces, y una vez comprobado que los acoples estaban

funcionando de manera satisfactoria, se pudo proseguir con otros elementos a

usarse durante la prueba.

El manómetro, es un manómetro de glicerina (mas preciso que uno “al vació”),

que cumple con la norma ISO 9001, con una rosca de ¼ NPT y una escala en

psi de 0 a 15, así como una escala equivalente en bares de 0-1 bar. de presión.

La resolución mínima del manómetro es de 0.2 psi y de 0.02 bar., la cual se

ajusta perfectamente a la presión a la que se espera mas o menos llegar, dado

el orden de magnitud previamente investigado.

El material utilizado para ambas cámaras, consistió en acero inoxidable, tanto

para la ambos cilindros como para las tapas que los recubrían, de esta manera,

evitando una posible corrosión excesiva, dado que los elementos a utilizar

(gasolina, aire), podrían llegar a haber afectado drásticamente el material y con

ello la medida en caso de haberse usado otros materiales.

El baño de enfriamiento para las muestras, se logro con la compra de un platón

grande, en el que se introdujeron las muestras a medir, y cuya temperatura

sugerida por la norma (de entre 0 y 4.5°C), fue logrado, gracias a que la

totalidad del platón fue llenado de hielo.

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La principal restricción para este baño de enfriamiento consiste en que las

muestras pudieran caber de forma satisfactoria, para lograr así la meta de

temperatura. A su vez, el uso de dióxido de carbono solido, para el enfriamiento

de las muestras es prohibido, puesto que el uso de este, ha llevado a

resultados erróneos, como se nos explica en la norma ASTM.

Para el baño de agua, se busca principalmente, que las dimensiones del mismo

puedan soportar la introducción completa de la bomba, permitiendo que el nivel

de agua se encuentre incluso una pulgada por encima del punto superior de la

cámara de aire, con esta completamente sumergida. también, se pide que el

agua utilizada para este baño, se encuentre a una temperatura aproximada de

38°C, y que para esto se utilice cualquier método, y que como método de

verificación de esta temperatura, se utilice un termómetro que mide alrededor

de esta temperatura durante la elaboración de esta prueba. En el caso de esta

medición, se utilizo entonces, una termocupla, por dos razones fundamentales,

la primera por la fácil lectura que de esta se puede obtener en cualquier

momento, ya que es mas visible que el nivel de mercurio de los termómetros

convencionales, y la segunda, porque debido a que es digital y maneja una

resolución muy precisa de 0.1 grados centígrados, se logran medidas mas

precisas (con el consecuente efecto en el resultado final) de la temperatura del

agua.

Por ultimo, para evitar cualquier entrada de cualquier objeto extraño a la

cámara de gasolina o de aire en los momentos en los que la bomba no se

encontraba en uso, se utilizo un tapón metálico, que iba acoplado a las uniones

en todo momento con cinta de teflón, para garantizar que ningún objeto extraño

se fuera a entrar en algunas de las cámaras, y afectara así la medición de la

prueba.

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En resumen, se puede ver entonces, que debido a los materiales de alta

calidad utilizados, los acoples sólidos que se utilizaron, la calidad de la

soldadura aplicada, y los elementos utilizados para reforzar aun mas la

estanqueidad, tales como la cinta de teflón de mejor calibre y mas resistente, y

la masilla epoxica, se logra una bomba de Reid, que no solo garantizó la buena

calidad de los resultados, sino que también, resistirá el uso de estas y muchas

mas pruebas a utilizarse en un futuro.

1.3. Preparación para la realización de la medición

Antes de iniciar con la medición de la prueba, fue preciso asegurarse cumplir

con algunos puntos, para evitar así no solo imprecisiones en los resultados,

sino también peligros dada la naturaleza de la prueba y los elementos en ella

utilizados. Así, se cumplió el requisito de que el “container” con la muestra del

combustible no fuera a estar llena en mas de un 70 u 80%. La muestras deben

estar protegidas en todo momento a temperaturas altamente extremas, y los

tarros en los que las muestras se encuentran, se deben encontrar en buen

estado, y sin fugas. (para garantizar este punto se introdujeron las muestras en

tarros completamente nuevos y sellados, no solo por tapa roscada, sino por

tapón plástico).

Adicionalmente, previo a la iniciación de la prueba, las muestras fueron

enfriadas en un “baño” de hielo, en el que los container, fueron completamente

cubiertos. Una vez que las muestras se encontraran allí el tiempo suficiente

para bajar su temperatura, se destaparon momentáneamente, y se volvieron a

tapar por un tiempo no menor a dos minutos, tal y como lo especifica la norma

ASTM. Este procedimiento se realizo, cumpliendo con la norma, al menos dos

veces mas.

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Posteriormente, se procedió a sumergir la cámara de gasolina, en un posición

vertical, en el baño helado por un tiempo no menor a diez minutos, para que de

esta manera, tanto esta como la muestra estuvieran a una temperatura

adecuada. En cuanto a la cámara de aire, se procedió a conectar esta con el

manómetro, y a sumergir este conjunto en el baño de agua caliente, mantenido

a aprox. 38°C, a una profundidad tal que la parte superior de el conjunto

quedara al menos una pulgada por debajo del nivel de agua, todo esto por un

tiempo no menor a diez minutos. Así, mientras esto sucedía, la cámara de

gasolina, fue llenada con la muestra, y la prueba da entonces comienzo.

1.4. Medición

Una vez cumplidos todos los pasos anteriores, se procedió entonces a llenar la

cámara de gasolina en su totalidad, hasta que esta rebosara, tal y como se

especifica en la norma. Seguidamente, pero sin pausas, se procedió, a realizar

el ensamble entre la cámara superior (recién separada del baño de agua) y la

cámara inferior, teniendo en cuenta que no se tomaran mas de diez segundos

para esta operación. Para todo esto cabe notar, que puesto que la cámara de

aire se encontraba sumergida en su totalidad en al agua, al remover esta

cámara, se sugiere entonces, sacudir levemente la cámara, para eliminar algo

de agua de los que pueda quedar, pero sin buscar un secado perfecto o una

sacudida muy fuerte, pues esto cambiaria la temperatura interna del aire en el

interior de la cámara.

Una vez que el acople entre ambas cámaras estaba realizado, se procedió a

girar media vuelta (180°) todo el aparato (cámaras superior, inferior, y

manómetro), permitiendo así, que la muestra que se encontraba en la cámara

de gasolina, fluyera hacia la cámara de aire, que se encontraba a una

temperatura aproximada de 38°C. Una vez hecho esto, se sacude el aparato

ocho veces en dirección paralela a la longitud del mismo, y se sumerge en el

baño mantenido a una temperatura de 38°C aproximadamente en dos

“estaciones”.

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La primera tan solo un poco, examinando que no existieran fugas de ningún

tipo, tras comprobar esto, se sumergió por completo hasta un profundidad tal

que la parte superior del aparato estuviera una pulgada por debajo del nivel de

agua.

Allí, se mantiene el aparato por al menos cinco minutos (en mi caso, me fui por

cinco minutos treinta segundos a seis minutos), y se saca un poco el aparato,

para observar con precisión la medida del manómetro, tras lo cual el aparato se

extrae por completo del baño, y se sacude en la manera ya explicada. Este

procedimiento se ha de repetir al menos 5 veces, o hasta que, como lo explica

la norma, las ultimas dos medidas leídas tengan un valor constante, indicando

así, que se llego al equilibrio.

En el caso de la toma de datos para el experimento, se sugiere entonces en la

norma, que para el tipo de manómetro que yo utilicé, (con una resolución de

0.2 psi), redondee los valores 0.1psi, y anote estos valores. Debido a que no se

asume que el manómetro es nuevo ni calibrado, se sugiere en la norma, que se

anote este valor como el valor “uncorrected”, y que se desacople el manómetro

de la cámara de aire, y se compare con un medidor de presión, para sumar o

restar la diferencia entre ambos valores, si es que, en algún caso, se llega a

presentar alguna. Estos valores medidos son entonces conocidos como la

presión de vapor de Reid, y como se nos explica en la norma, no son

relacionados a ninguna temperatura en particular.

Una vez terminada la prueba, debe prepararse el aparato para el próximo test,

o al menos limpiarlo, para que la precisión de las siguientes pruebas no se

vean afectadas. Para ello, se separan ambas cámaras, y se elimina la muestra

del combustible, se llena la cámara de aire con agua caliente (en este caso, la

misma agua usada para llenar el baño de agua ), y se drena la cámara,

repitiendo este procedimiento para tratar de eliminar los residuos que puedan

quedar.

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Para ayudar a limpiar mejor la cámara de aire, me valí también de la línea de

aire presurizado dispuestas en el laboratorio de Ingeniería Mecánica, que

ayudan a remover los residuos que quedan en las paredes internas del cilindro.

1.5. Resultados

A continuación, muestro entonces los resultados de las mediciones. En total se

realizaron 5 mediciones, cada una de ellas compuestas de 6 lecturas en el

manómetro (en algunos casos de 7 medidas, ya que no se alcanzaron las 2

ultimas lecturas constantes al termino de 6 observaciones en el manómetro), a

medida que se daba la prueba, y cuyo valor final, conocido como la presión de

vapor de Reid, se identifica como el ultimo dato obtenido.

Medición 1 Lecturas Presión psi (Kpa)

1 6,6 (45.5 Kpa)

2 7 (48,26 Kpa)

3 7,4 (51,02 Kpa)

4 7,6 (52,40 Kpa) 5 7,8 (53,77 Kpa)

6 7,8 (53,77 Kpa)

Medición 2

Lecturas Presión psi (Kpa) 1 6,4 (44,12 Kpa)

2 7 (48,26 Kpa)

3 7,2 (49,64 Kpa)

4 7,4 (51,02 Kpa)

5 7,6 (52,40 Kpa)

6 7,6 (52,40 Kpa)

Medición 3

Lecturas Presión psi (Kpa)

1 7 (48,26 Kpa)

2 7,2 (49,64 Kpa)

3 7,2 (49,64 Kpa)

4 7,2 (49,64 Kpa)

5 7,4 (51,02 Kpa)

6 7,4 (51,02 Kpa)

7 7,4 (51,02 Kpa)

Medición 4

Lecturas Presión psi (Kpa)

1 6,6 (45.5 Kpa)

2 7,4 (51,02 Kpa)

3 7,8 (53,77 Kpa)

4 7,8 (53,77 Kpa)

5 8 (55,15 Kpa)

6 8 (55,15 Kpa)

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Presion de vapor Reid Medicion # 1

4042444648505254565860

1 2 3 4 5 6

Lecturas

Pres

ion

en K

Pa

A continuación se muestran los gráficos correspondientes, a las tablas

anteriormente expuestas.

Presion de vapor Reid Medicion # 2

4042444648505254565860

1 2 3 4 5 6

Lecturas

Pres

ion

en K

Pa

Medición 5

Lecturas Presión psi (Kpa)

1 7 (48,26 Kpa)

2 7,4 (51,02 Kpa)

3 7,4 (51,02 Kpa)

4 7,6 (52,40 Kpa)

5 7,8 (53,77 Kpa)

6 7,8 (53,77 Kpa)

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Presion de vapor Reid Medicion #4

4042444648505254565860

1 2 3 4 5 6

Lecturas

Pres

ion

en K

pa

Presion de Vapor Reid Medicion #5

4042444648505254565860

1 2 3 4 5 6

Lecturas

Pres

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en K

Pa

Presion de vapor Reid Medicion #3

40

42

44

46

48

50

52

54

1 2 3 4 5 6 7

Lect uras

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Página 17 de 84

Presion de vapor Reid Todas las medidas

40

45

50

55

60

1 2 3 4 5 6lecturas

Pres

ion en

KPa

M1 M2 M3 M4 M5

Como se puede ver en las graficas, el menor valor de la escala en el eje Y es

de 40 KPa, ya que fue esta, la menor medida tomada durante la prueba, y el

mayor valor de la escala en el eje Y es de 60 KPa, ya que ninguna de las

medidas sobrepaso este valor.

A su vez, se puede ver que se muestran las barras de error en las graficas.

Estas barras de error, las he tomado por un valor de 0.7KPa, que equivale

aproximadamente a 0.1Psi, ya que, como ya se comentó, la resolución mínima

de el manómetro utilizado en la prueba es de 0.2 psi. En las graficas, se

pueden ver dos comportamientos que vale la pena notar. El primero es que los

últimos dos valores de todas las graficas es el mismo, puesto que como ya se

explico, es un requisito para la validez de la prueba que las ultimas dos

medidas sean las mismas, para de esta manera asumir que se llego a un

“valor de equilibrio” y con ello la presión de vapor Reid. Lo segundo es, que

para el caso de la medición #3, como se puede evidenciar en la grafica, se

requirieron de 7 medidas para llegar al valor constante observado.

Finalmente en la ultima grafica, se pueden ver las cinco mediciones

superpuestas una con otra, para de esta manera observar mas claramente que

los valores finales no difieren mucho, pero con todo, tienden a diferir mas, que

los valores iniciales.

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Ya que es al final donde solo dos mediciones coincidieron, mientras que, al

principio, fueron dos parejas (cada una con su valor respectivo), las que

coincidieron. En cuanto a los valores de la presión de vapor, se puede ver

como estos varían entre un valor máximo de 8 psi (55.15Kpa), y un mínimo de

7.4 psi (51.02 KPa).

La razón para estas diferencias, se puede deber a varios factores a tener en

cuenta.

1. Temperatura inicial de la cámara de aire, y la cámara de combustible.

2. Cantidad de humedad dentro de cada una de las cámaras.

3. Temperatura lograda para cada una de las muestras.

4. Lecturas tomadas no exactamente en los mismos intervalos de tiempo

para cada una de las seis o siete observaciones del manómetro para las

5 presiones halladas.

5. Temperatura del baño de agua que pudo diferir para cada una de las

pruebas.

6. Diferencias en la temperatura ambiente durante la prueba.

En general, se tiene para la anterior medición, los siguientes datos importantes.

Promedio de las lecturas

Lecturas Presión (Kpa)

1 46,33

2 49,64

3 51,57

4 53,22

5 54,60

6 54,87

Promedio Total Presión de vapor Reid 53,22

Desviación Est. 1,57

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Presion de vapor Promedio

46,0047,0048,0049,0050,0051,0052,0053,0054,0055,0056,00

1 2 3 4 5 6

Lecturas

Pres

ion

en K

Pa

Como se puede ver, es al principio entre las medidas 1 y 2, donde es mas

notable la pendiente, posiblemente a lo ya explicado anteriormente. A su vez, la

pendiente entre las medidas 2 y 5, es básicamente la misma, indicando que los

aumentos en la presión para estas lecturas, “avanzo”, en general igual para

estas observaciones, y finalmente, para las observaciones 5 y 6, se puede ver,

al contrario del comportamiento presentado entre la lectura 1 y 2, la menor

pendiente, lo cual es claramente justificable, debido a que como ya se explico,

no solo se esperaba que las dos ultimas observaciones fueran constantes para

cada una de las mediciones, (y así poder anotar ese valor como el valor de

presión de Reid), sino que como ya se comentó, se puede ver que el valor

promedio final es relativamente constante para cada una de las medidas.

Del ultimo recuadro, se puede apreciar, un valor promedio de 53.22 KPa con

una desviación estándar de 1.57 KPa, lo cual corresponde a un 2.95%

(1.57/53.22).

Una vez realizadas estas mediciones, se procedió entonces a comparar los

valores obtenidos en la investigación con valores de una fuente confiable, y que

aplicaran para el caso colombiano.

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Para este caso, fue de gran utilidad el documento del Ministerio de Minas,

escrito por Jaime Torres, Daniel Molina, Carlos Pinto, y Fernando Rueda (Ver

Bibliografía), del cual se obtuvieron los siguientes valores para la presión de

vapor Reid (Norma D-323) 1 .

Gasolina Reg. (con 10% Etanol) (Kpa) 54,38

1. TORRES Jaime, MOLINA Daniel, PINTO Carlos y RUEDA Fernando. Estudio de la mezcla de gasolina con 10% de

etanol anhidro. Evaluación de propiedades Fisicoquímicas;Dic.2002. Consultado 25 mayo de 2007. Disponible en

<http://www.minminas.gov.co/minminas/sectores.nsf/2a84e89f4d73f130052567be0052c75a/8d566806de23cd5805257

05f00432e6d/$FILE/Mezcla%20Gasolina.pdf>

Al comparar este resultado, obtenido del documento del Ministerio de Minas,

con el valor obtenido en esta investigación, podemos ver que el resultado

promedio se encuentra 1160 pascales por debajo, lo que equivale a una

desviación de 2.13% (54.38/53.22)*100. Valor que sustenta no solo el hecho de

que las mediciones fueron hechas con precisión, sino que la fabricación de la

bomba de Reid, fue concluida de manera adecuada.

1.6. Conceptualización

La enciclopedia Encarta, define la presión de vapor como “presión que ejerce

el vapor en equilibrio con el líquido o el sólido que lo origina a determinada

temperatura”2. La presión de vapor además, aumenta con la temperatura, y

caracteriza de alguna manera la composición del liquido que se este

analizando.

A su vez, se puede también entender la presión de vapor del combustible,

como la presión en la cual, los vapores que emana el combustible, se

encuentran en equilibrio con las demás fases no gaseosas. Así se busca en el

gas, aquella presión que tenga como resultado un equilibrio con su estado

liquido. A mayor presión de vapor, mayor la tasa a la cual el liquido emana

vapores.

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La presión de vapor, se relaciona positivamente con la volatilidad de la

sustancia, y por lo dicho, se puede concluir que a mayor presión de vapor,

menor punto de ebullición. Pues como ya se sabe, el punto de ebullición, no es

mas que la temperatura a la cual la presión de vapor, es la misma que la

presión atmosférica ambiente, lográndose formar, en consecuencia, burbujas

La presión de vapor, aumenta además, como ya se ha mostrado con la

temperatura, y lo hace de manera no lineal, de acuerdo con la relación de

Clausius-Capeyron.

Donde L es el calor latente, T es la temperatura, y ∆V es el cambio de volumen

en el cambio de fase. ∆P/∆T es la pendiente de la curva. 5

En general, se puede notar que combustibles, como por ejemplo, la gasolina,

emiten vapores debido a su estructura y a sus características físicas y

químicas. Esto se puede notar fácilmente, cuando por accidente se riega una

pequeña cantidad de gasolina en el suelo, pues tras unos minutos, podemos

evidenciar que la cantidad de liquido sobre el suelo ha disminuido

drásticamente, y el olor de la gasolina, empieza a dispersarse alrededor. En un

espacio lo bastante amplio, no habría ninguna limitante para que este proceso

se diera sin grandes cambios, pero en la bomba de Reid, el combustible que se

encuentra en la cámara inferior empieza a evaporarse, y en vez de encontrar

un espacio “ilimitadamente grande” arriba, lo que encuentra es una columna de

aire, a mayor temperatura, y en un espacio confinado. Es por ello, entonces,

que empieza a crearse una presión interna que se puede medir en el

manómetro.

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Así, entre mayor sea esa presión de vapor medida por el manómetro, mayor

será la cantidad de vapores emanados por la gasolina.

Surge entonces la pregunta, acerca de cual será el valor ideal de la presión de

vapor para un combustible. En realidad, no se busca ni que el valor sea lo

menor ni lo mayor posible. Pues ambos extremos presentan tanto ventajas

como desventajas. Así, puesto que uno de los elementos en los que el

combustible es mas comúnmente usado es el automóvil, podemos anotar que

se busca una baja presión de vapor, para evitar la vaporización en exceso del

combustible dentro de las tuberías (múltiple de admisión) y el deposito, pues

esto, podría incluso llegar a obstaculizar un adecuado paso del combustible

hacia el cilindro, y generar averías en el motor. Pero a su vez, se busca

también una presión de vapor no muy baja, para que de esta manera, el

arranque del motor en frío se realice de manera optima, vaporizándose el

combustible y haciendo ignición con relativa facilidad.

En general, la presión de vapor de un combustible variara para dependiendo de

las características no solo del crudo extraído en el yacimiento, sino de los

procesos a los que estos se vea sometido. Así, la presión de vapor variara con

los combustibles de cada país, e incluso con los de cada estación de servicio,

pues dependiendo del estado de los estanques donde se almacene el

combustible, se tendrá un mayor o menor grado de humedad y suciedad de

este.

Existen entonces dos procesos que se pueden utilizar, para llevar al

combustible a una presión de vapor deseada, que se encuentre en un rango tal

que sea útil para los motores de combustión interna, y a su vez seguro en su

transporte. Encontramos entonces, en estos procesos, la alquilacion, cuyo

efecto sobre el combustible, es reducir la presión de vapor, y consiste como se

explica en el libro “motores de combustión interna” en “hacer reaccionar gases

ligeros de oleofinas con gases de parafina, para producir parafinas de cadena

ramificada, con un numero octano alto”.3

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Por otro lado, la presión de vapor de la gasolina, aumenta (en la mayoría de los

casos) cuando el etanol es mezclado con esta, esto se puede evidenciar en

documentos como el del Ministerio de Minas 1 donde la gasolina extra aumento

su presión de vapor Reid de 55.14KPa a 56.24KPa con la adición de 10% de

etanol.

Como se puede ver, es importante controlar este proceso para obtener un

funcionamiento adecuado del vehiculo, y en caso tal que por razones

económicas, sociales o políticas, se tenga un combustible muy enriquecido con

etanol (tal es el caso de Brasil donde el combustible es E85 o incluso E100

(85% y 100% de etanol) y por tanto los motores deben ser rediseñados en lo

que se conoce como motores “FlexFuel”.

Pero, como se nombro anteriormente, no solo se busca una presión de vapor

adecuada para el buen funcionamiento del combustible en motores como los

usados por los automóviles. también ha de buscarse, una presión de vapor,

que no vuelva al combustible muy peligroso de transportar y manipular. A

mayor presión de vapor, mayor cantidad de vapores, y estos en el caso de los

combustibles, son altamente peligrosos e inflamables.

En general, como ya se ha explicado, la gasolina, tendrá distintas presiones de

vapor dependiendo, entre otras cosas, de la calidad con que se trate y se

almacene. De la misma manera, la presión de vapor dependerá con el tipo de

combustible. Es el caso del gasoil por ejemplo, que tiene una presión de vapor

mucho menor que el de la gasolina, así mientras que, en general, la gasolina

presenta una presión de vapor de aproximadamente 7.9psi a una temperatura

de mas o menos 38°C, el gasoil presenta una presión de vapor de tan solo

0.05psi a 50°C.4 Es por ello que al momento de caracterizar el gasoil, la presión

de vapor, no es una variable a tener en cuenta.

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En el caso colombiano, debido no solo a la creciente escasez del crudo, sino a

los altos precios por los que el combustible esta atravesando, se ha ido

pensando en aumentar a futuro cada vez mas la adición de etanol en los

combustibles, lo que como veremos mas adelante, requerirá no solo de un gran

esfuerzo económico para inversiones de alta tecnología, sino un cambio de

mentalidad respecto a las ventajas adicionales que se pueden obtener de la

agricultura.

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2. Curva de Destilación

2.1 Introducción

Para la medición de esta variable, al igual que en el caso de la presión de

vapor, se utilizaron los lineamientos dados por las normas ASTM, y para este

caso en particular, se tuvieron en cuenta 2 normas, ya que una especifica

algunos parámetros para el diseño del equipo de destilación a utilizarse,

mientras que la segunda norma, indica la manera en la que se busca utilizar

este equipo y así obtener resultados satisfactorios.

Para el caso de la norma que especifica el equipo a fabricarse, se uso

entonces la norma E133, que lleva como titulo “Especificación Estándar para

Equipo de Destilación”. Aquí, se nos muestra entonces que el equipo a

fabricarse, es el que debe usarse para la medición de la curva de destilación,

que se encuentra en la norma D86.

Al igual que en el caso de la medición de la presión de vapor, existen no solo

diferentes elementos sino métodos alternativos que podrían llegar a ser de

utilidad para la medición de la curva de destilación. La razón para haber

entonces elegido estas dos normas en particular se fundamenta en dos

argumentos principalmente. El primero es que la norma E133 especifica el

equipo de destilación a usarse específicamente para productos derivados del

petróleo, y la segunda, es que la norma utilizada tanto por el Ministerio de

Minas en Colombia, como por entidades por fuera del país (detalles de esto

mas adelante), es exactamente esta, la norma D86. De esta manera, la

comparación que se pueda hacer sobre los valores obtenidos de esta variable,

es no solo mas objetiva sino mejor fundamentada.

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2.2 Diseño y Construcción

Para el diseño y construcción de esta variable es necesario remitirse primero a

la norma E133 donde se nos especifican, no solo los elementos a utilizarse,

sino algunos aspectos importantes de diseño para la fabricación de los mismos.

El equipo de destilación consiste entonces de los siguientes elementos, que

debieron diseñarse y fabricarse:

• Una armadura (“shield”) dentro de la cual va ubicada la fuente de calor, el

asbesto, y el balón de desprendimiento lateral.

• Un baño de enfriamiento.

• Un intercambiador de calor.

• Dos soportes, tanto para el baño de enfriamiento como para la armadura,

con las especificaciones de altura dadas, y que garantizaran que la prueba

se realizara sobre soportes sin inclinación.

• métodos para sellar el “circuito”, a través del cual, el combustible circulaba,

y del cual se esperaban la menor cantidad de perdidas posibles.

Para los elementos anteriormente nombrados, se tuvieron entonces en cuenta,

métodos de fabricación que estuvieran en concordancia con la calidad del

equipo que se esperaba fabricar.

La armadura fabricada, esta compuesta, por dos platinas de acero de 1/16” de

espesor, con longitudes de 450 mm x 210mm, acogiéndose de esta manera a

los lineamientos dictados por la norma. A su vez, también se tuvo en cuenta,

que ni en la parte superior, ni en la parte inferior de la misma, debería ésta, de

estar sellada. De hecho, fue también necesario, la fabricación de un soporte

(que se detallara mas adelante), sobre el que la armadura se asentaría,

garantizando así, un espacio de aproximadamente 5 cm. del piso, tal y como

estaba indicado en la norma. Para la fabricación de la armadura, fue entonces

necesario, mandar a soldar las distintas platinas, de manera que formaran una

especie de “cajón destapado” en ambos lados.

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Y para ello, se mandaron a soldar en un sitio especializado en soldadura, para

que de esta manera se garantizara que la unión (hecha por un cordón de

soldadura), quedara de la mejor calidad posible, evitando de esta manera

afectar dos funciones de gran importancia de la armadura. La primera, era

evitar que las corrientes de aire, hicieran fluctuar la temperatura de manera

drástica, debido a por ejemplo, corrientes de aire. Y la segunda, era la de

buscar cierto aislamiento térmico, con respecto al baño de enfriamiento que

como se observa en el montaje realizado, se encontraba justo al lado de la

misma.

Posteriormente a esto, fue necesario entonces, taladrar esta armadura con dos

hoyos de ¼” de diámetro, para poder pasar dos tornillos sinfín, a través de

esta, y de esta manera, que se tuviera un soporte tanto para la fuente de calor,

como para el balón de desprendimiento lateral. Una vez taladrada esta

armadura, los tornillos podían entonces atravesar la armadura, y mediante

tuercas “mariposa”, fijarlos a ambos lados.

Adicionalmente fue necesario también, taladrar la armadura con un hoyo de 1”

de diámetro, para que, de esta manera, el intercambiador de calor, sobre el que

se hablara mas adelante, tuviera una entrada dentro de la armadura, y así, se

pudiera acoplar al brazo lateral del balón en donde se encontraba el

combustible.

Finalmente, se realizo un hoyo con geometría rectangular en la parte “trasera”

de la armadura (ver montaje), para que así, la estufa eléctrica, pudiera

asentarse de mejor manera, y evitar en la mejor manera posible una inclinación

del balón, lo que podría ser no solo inexacto para medición de la variable, sino

peligroso, dada la naturaleza de la medición.

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Para el caso, del diseño y fabricación del baño de enfriamiento, fue necesario

tener en cuenta, no solo las especificación sobre el volumen que este debía

tener, sino también que estuviera en concordancia con las dimensiones del

intercambiador de calor (sobre el que se hablara mas adelante). La capacidad

del baño de enfriamiento fue la primera limitante a tener en cuenta, ya que

según la norma la capacidad mínima de este, debía ser de 340in3, así, se

fabricó un baño con capacidad máxima de 768.89 pulgadas cúbicas, lo cual

representaba, un volumen bastante mayor al mínimo especificado. Las

razones, principales, para haber fabricado un baño mas del doble de grande de

lo mínimo especificado en la norma, fue que, para el diseño de este se tuvo en

cuenta, como ya se dijo, no solo los parámetros buscados en este, sino

aquellos dados para el intercambiador de calor con su consiguientes

limitaciones, y buscando también mayor facilidad de acople entre las partes.

Se utilizaron así, dos placas cuadradas de 200mm en las zona laterales del

baño, y 4 placas de 200mm x 315mm para crear el “cajón” que se buscaba

utilizar, teniendo en cuenta, que una de las placas rectangulares, no iría

soldada al resto del cajón, sino que serviría de “tapa”. Las laminas aquí

utilizadas, fueron de un calibre mayor (3/32”) que el de aquellas utilizadas en la

armadura, ya que el baño de enfriamiento, debía soportar el peso, no solo del

intercambiador de calor, sino el hielo con el que este se pensaba rellenar.

De la misma manera que para la fabricación de la armadura, el baño de

enfriamiento, se mando soldar en un sitio especializado, para garantizar no solo

que el cordón quedara con buena calidad sino que presentara una buena

estanqueidad. Estanqueidad que fue reforzada, además, mediante el uso de

masilla epoxica, en todos los bordes internos del cajón, para si evitar el escape

de agua dentro del mismo.

Como se ve en el montaje realizado, tanto el baño de enfriamiento, como la

armadura, estaban unidos uno al otro, mediante el acople del intercambiador

de calor con el desprendimiento lateral.

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Por ello, en el baño de enfriamiento, se taladraron dos huecos, tanto en la

pared conjunta a la armadura como en la pared opuesta a esta (ver montaje).

De esta manera, el montaje del intercambiador de calor dentro de la armadura,

tenia tanto una entrada, a través de la cual el combustible pasaba a altas

temperaturas, y una salida, en la parte inferior, a través de la cual, el

combustible saldría hacia la probeta.

Otras de las limitaciones que presentaba el baño de enfriamiento, era que el

centro del tubo a utilizarse como intercambiador de calor, no fuera a quedar a

una distancia menor de 318 mm por debajo del limite superior del baño, y a una

distancia no menor de 191mm de la parte inferior del baño.

De la misma manera, se tenían limitaciones, sobre la distancia mínima, a la que

el tubo debería estar de las paredes del intercambiador. así, con excepción de

los puntos de entrada y salida del tubo, el despeje mínimo entre el tubo y el

intercambiador de calor debería ser de 127mm.

Fue debido a estas limitaciones, que se buscó en la fabricación del baño de

enfriamiento, una capacidad muy por encima de la mínima especificada (340

pulgadas cúbicas), para que de esta manera, se pudieran ahorrar costos al

momento de diseñar el intercambiador de calor, y se dispusiera a su vez de un

espacio cómodo dentro del cual se pudieran realizar los acoples.

Finalmente, cabe notar, que para la fabricación tanto de la armadura, como del

baño de enfriamiento, fue necesario después de la soldadura, lijar y limpiar las

superficies, para poder aplicar anticorrosivo sobre toda la superficie, tanto

interna como externa, para así evitar posibles daños a futuro del equipo.

Para el caso del intercambiador de calor, se tuvieron entonces en cuenta

también, las especificaciones mostradas en la norma. así, se utilizo cobre para

la tubería, con diámetro externo de 5/8” y espesor de pared de 1mm.

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Adicionalmente, debido al diseño del baño de enfriamiento, se busco que el

tuvo tuviera una gran superficie de contacto con el medio de enfriamiento (en

este caso, hielo), para que de esta manera, el intercambio de calor, se diera de

manera eficiente. La norma, además, muestra que aproximadamente 5cm del

tubo en la parte superior del baño, estuvieran por fuera del baño de

enfriamiento, y cerca de 11cm del mismo, se encontraran por fuera en la parte

inferior. En cuanto a la geometría utilizada y a las uniones, se busco que el tuvo

no fuera a retener en grandes cantidades el combustible, sino que permitiera

en lo posible el flujo libre de este. así, en este caso, se utilizo un tubo de cobre

unido por codos. Y sellado mediante dos elementos para garantizar

estanqueidad. así, se uso una especie de soldadura liquida, especial no solo

para unir tuberías, sino para soportar en el rango de trabajo, las temperaturas

dadas. A su vez, cada una de las uniones, fue recubierta con soldadura de

teflón para gas, que a diferencia de la regular, tiene un calibre mayor por lo que

la temperatura de trabajo es superior.

Como ya se ha dicho, fue necesario, también el diseño de dos soportes, tanto

para el baño de enfriamiento como para la armadura. El del caso de la

armadura, debía proveer un despeje al suelo de aproximadamente 5cm,

mientras que el soporte para el baño debía proveer un despeje de

aproximadamente 30cm. Los soportes fueron fabricados buscando

principalmente economía, ya que no tenían ninguna especificación de

exigencia, y salvo la altura, el diseño se encontraba libre de restricciones.

Como se vera en los soportes, se utilizaron tornillos en cada una de sus

esquinas, esto para que al girarlos, se garantizara que la mesa se encontrara

estable y no se ladeara hacia ninguno de los lados.

Adicionalmente a esto, fue necesario el uso de distintas fuentes de calor. En

este caso, se utilizaron tanto una estufa eléctrica como un mechero de gas.

Ambas fuentes de calor, proveían de calor al balón de desprendimiento lateral,

a través de una lamina de asbesto de 1/8”.

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En el caso del calentador eléctrico, el asbesto tenia, como se decía en la

norma, un hueco interno a través del cual el calor fluiría.

El balón de desprendimiento lateral, es de capacidad de 125ml, como lo

requiere la norma D86, y que como se comprobó al momento de la compra,

estaba desarrollado para cumplir con las exigencias a las que seria sometido. (

Esto, debido a que el balón, con su correspondiente catalogo, especificaban

que estaba diseñado para la norma ASTM D86). De igual manera se utilizo una

probeta de 100ml.

2.3. Preparación para la realización de la medición

Antes de empezar la prueba, fue necesario realizar el montaje del equipo

fabricado. Para ello, se vertió dentro del balón de desprendimiento lateral,

100ml, y posteriormente se coloco una termocupla dentro de este, de tal

manera que la punta de la misma, quedara en donde empezaba el

desprendimiento lateral. A su vez, fue colocado un tapón de caucho, para evitar

las fugas del combustible a ser calentado, y se reforzó esta unión, mediante el

uso de cinta de teflón para gas. además, para la unión entre la tubería de

cobre, y el desprendimiento lateral del balón, se utilizo masilla epoxica, para

disminuir la diferencia de áreas que presentaban ambos elementos, y se sello

nuevamente con cinta de teflón. Las mesas se gradúan para que queden a

alturas iguales y se sellan cada una de las uniones de la tubería. Se llena de

hielo el baño de enfriamiento, y dependiendo del combustible se escoge la

fuente de calor. Para el caso de la gasolina, basto con el uso de un reverbero,

soportado sobre los tornillos pasantes. Mientras que para el caso del diesel, fue

necesario, una estufa eléctrica de mayor capacidad, y finalmente la repetición

completa de la medición utilizando un mechero de gas.

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2.4. Medición.

Una vez que el montaje ya estaba realizado, se conectan o se encienden las

fuentes de calor, teniendo en cuenta para el caso de la gasolina, que el tiempo

para el punto de ebullición no fuera superior a los 10min. Una vez que la

primera gota empieza a caer en la probeta, se empezaron a tomar las medidas

que se consideraron pertinentes. En el caso del Ministerio de Minas y Energía,

se nos muestran simplemente las temperaturas a las que se logro la destilación

del 10%, 50% y 90% de combustible, así como, los porcentajes que se

lograron destilar a 70°C, 100°C y 190°C, todo esto para el caso de la gasolina.

Para el caso del diesel, la situación es totalmente, distinta, ya que los

documentos buscados, no muestran una medición completa de la curva de

destilación.

A diferencia del caso de la presión de vapor, el procedimiento para la obtención

de resultados en este caso no es tan complejo, sino que consta básicamente

de tomar la relación del porcentaje de combustible destilado y relacionarlo con

la temperatura observada en la termocupla, todo esto manteniendo especial

cuidado del estado del montaje, y sobre todo del balón con combustible, ya que

si este no se encuentra limpio en su parte exterior, y presentase fugaz de

combustible, podría llegar a darse una ignición del mismo, con graves

consecuencias.

2.5 Resultados

A continuación muestro entonces los resultados obtenidos para el caso de la

destilación de gasolina.

Punto inicial de ebullición

312,65 K (39,5°C)

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Temp.

(°C)

Temp.

(K) ml destilados

50 323,15 14

60 333,15 38

70 343,15 42

80 353,15 46

90 363,15 52

100 373,15 56

110 383,15 62

120 393,15 68

130 403,15 74

140 413,15 78

150 423,15 82

160 433,15 84

170 443,15 86

180 453,15 88

190 463,15 92

ml destilados Temp. (°C)

Temp. (K)

10 47,9 321,05

20 53,2 326,35

30 57 330,15

40 68,3 341,45

50 89,6 362,75

60 104,9 378,05

70 124,3 397,45

80 147,4 420,55

90 185,1 458,25

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curva obtenida

0102030405060708090

100

50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

Temp (°C)

ml D

estil

ados

Curva obtenida

020406080

100120140160180200

10 20 30 40 50 60 70 80 90

ml Destilados

Tem

p (°C

)

% Destilado Temp. (°C) Temp. (K)

10% 47,9 321,05

50% 89,6 362,75

90% 185,1 458,25

Temp. (°C) Temp. (K) % Destilado

70 343,15 42

100 373,15 56

190 463,15 92

Temperatura Máxima

468,35 K (195,2°C)

A continuación, presento las graficas obtenidas de los datos anteriores:

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Como se puede ver de los datos, la medición de los valores de temperatura, así

como de mililitros destilados, no se hizo únicamente en los valores mostrados

por el Ministerio de Minas sino que se buscaron tomar la mayor cantidad de

datos posibles, para obtener curvas bien detalladas.

En el caso de las tablas, se midió, además del punto inicial de ebullición, una

relación directa entre la temperatura observada en la termocupla y el

porcentaje de combustible destilado, partiendo de datos fijos de temperatura (a

partir de 50°C, de 10 en 10°C, hasta alcanzar una temperatura máxima de

190°C). Adicionalmente, se tomaron datos teniendo en cuenta porcentajes fijos

de destilación ( a partir de 10ml destilados, de 10 en 10ml hasta 90ml) y

observando las distintas temperaturas en la termocupla.

Finalmente a modo de presentación, y con fines comparativos con los

obtenidos por el Ministerio de Minas, se presentan los datos con 10%,50% y

90% de combustible destilado, y su correspondiente temperatura a grados

centígrados y a grados kelvin. De igual forma se muestran los datos a 70°C,

100°C y 190°C con la correspondiente cantidad en mililitros de combustible

destilado. En la tercera tabla, se muestra la temperatura máxima que se

alcanzó, punto en el cual, no existía prácticamente nada de combustible en

estado liquido dentro del balón.

Surge entonces la pregunta, sobre la exactitud de los datos, y para ello se toma

en comparación la entidad encargada de este tema en nuestro país. así, los

datos obtenidos por el Ministerio de Minas es 1:

Punto inicial de Ebullición 317.6 K

Datos Minminas

10% 330 K

50% 371,2 K

90% 432,2 K

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Datos Minminas

70°C 39,1ml

100°C 51,1ml

190°C 96,5ml

Perdidas de 1 ml

Residuo de 1 ml

Como se puede ver entonces al realizar la comparación de los resultados, con

respecto a aquellos obtenidos por el Ministerio de Minas, la diferencia de

temperaturas para 10%, 50% y 90% fue de 8.95K, 8.45K y 26.05K, lo que

representa una desviación de 2.7%, 2.2% y 6% respectivamente. Comparando

ahora la diferencia de ml destilados a temperaturas de 70°C, 100°C y 190°C

tenemos diferencias de 2.9ml, 4.9ml y 4.5ml, lo que representa una desviación

de 7.4%, 9.5% y 4.6%. Para el caso de la temperatura inicial de ebullición

medida, le diferencia fue de 4.95 K.

Estas comparaciones, demuestran entonces, no solo que la fabricación del

equipo para realizar la curva de destilación se realizo de manera satisfactoria

sino que la toma de datos durante la prueba se realizo de una manera precisa.

En cuanto a los datos obtenidos de residuos y perdidas, obtuve cuatro mililitros

de residuo (que se representan como combustible que queda dentro del balón

y que no alcanza a pasar por el intercambiador de calor), y cuatro mililitros de

perdidas, que se pudieron haber dado, en cualquiera de las juntas del

intercambiador de calor, entre este y el balón, o en el balón mismo, en el área

donde se tenia el tapón de caucho.

Las razones, para que se hayan presentado esta diferencia de resultados, se

pueden ver en varios factores.

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Aunque la fabricación de la armadura se dio de manera satisfactoria, pudieron

haber existido mayores corrientes de aire que afectaron las medidas de

temperatura y su relación con el combustible destilado.

Si bien, cada una de las uniones, se buscó estanqueizar de la mejor manera

posible, es posible que se hayan presentado mayores fugas, debido a que, a

pesar que la cinta de teflón tuviera mayor calibre, las temperaturas de trabajo

eran bastante altas, además, el tapón del balón, fue acoplado de la mejor

manera posible, pero dadas las condiciones de presión y temperaturas dentro

del balón, se pudieron haber dado la mayor cantidad de fugas por esta vía.

Condiciones de temperatura ambiente y humedad distintas a las que se tenían

por el Ministerio de Minas.

Aunque los combustibles son ambos gasolina corriente con 10% de etanol,

bien es sabido que este porcentaje varia en algo, dependiendo de los procesos

de transporte y almacenamiento, así como la calidad de los depósitos de

combustible de las bombas, que pueden albergar un mayor o menor grado de

humedad.

Posteriormente a la realización de la medición de la curva de destilación de la

gasolina, se dispuso entonces a proceder con la medición de esta variable para

el diesel colombiano. Esta medición, presento mas problemas que para el caso

de la gasolina, y ello debido a que el diesel, debido a sus características

fisicoquímicas, requiere de mayores temperaturas para su destilación. así, se

intento en principio la destilación con la misma fuente de calor utilizada para la

gasolina, un reverbero, pero se pudo observar que aunque este llegaba a

calentarse bastante, no era suficiente para que el diesel se destilara por

completo. Se procedió entonces, a la instalación de una estufa de mayor

capacidad, y esta vez se obtuvo una gran diferencia visible, pero con todo, la

mayor cantidad de combustible destilado no superaba los 60ml, por lo que la

prueba no quedaba completa.

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Finalmente, se realizo la prueba con un mechero de gas butano ubicado en el

laboratorio de química de la universidad, y con el cual se llego finalmente a una

toma de datos completa. A continuación presento entonces, los datos

obtenidos con la tercera medición, es decir la que utilizo un mechero como

fuente de calor.

Temperatura inicial de ebullición

170°C

ml destilados Temp. (°C)

Temp. (K)

5 194,4 467,55

10 209 482,15

15 218 491,15

20 225 498,15

25 230 503,15

30 234 507,15

35 236 509,15

40 241 514,15

45 254 527,15

50 260 533,15

55 265 538,15

60 270 543,15

65 290 563,15

70 298 571,15

75 307 580,15

80 310 583,15

85 318 591,15

89 323 596,15

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Destilacion de diesel

170190210230250270290310330350370

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90ml destilados

Tem

pera

tura

(°C

)

Temperatura Máxima 350°C

Como se puede evidenciar de los resultados obtenidos, las temperaturas a las

cuales empieza la destilación del diesel, son mucho mayores que las

requeridas para el caso de la gasolina, esto claro esta debido a las propiedades

fisicoquímicas de este combustible, tema en el que se profundizará mas

adelante.

Ahora, para la comparación de resultados, como ya se dijo anteriormente, no

se tienen, como en el caso de la gasolina, datos específicos y detallados por el

Ministerio de Minas y Energía disponibles para acceso al publico en Internet

(como en el caso de la gasolina), así que se tomo como referencia un

documento expedido por Ecopetrol, donde los datos disponibles se limitan a

señalar que 6:

ml Destilados Rango de temp. (°C)

90% 282-338

Punto final de ebullición 360°C

ml Destilados Temperatura (°C)

10% 209

50% 260

90% 323

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Debido a esto, se ha tomado como referencia adicional, un documento

expedido por la empresa Discoramo, encargada de comerciar y distribuir diesel

en Costa Rica. Vale la pena notar, que así como pueden existir diferencias del

diesel dentro de las estaciones de servicio en Colombia, el diesel varia también

dependiendo del país, por lo que los datos a continuación mostrados, sirven

mas de guía sobre los valores que se deben esperar para la curva de

destilación de este combustible, adicionalmente es importante ver aquí, que no

se especifica, como en el caso de Ecopetrol, una temperatura de destilación de

diesel, sino que se da un rango dentro del que se espera que se destilen los

volúmenes esperados 7:

% destilado Temp. min. Temp. Máx. Promedio

10% 201 252 220

50% 241 291 274

90% 243 345 331

Punto Final 310 378 361

Como se puede ver al comparar los datos para el 10%, 50% y 90%, las

temperaturas alcanzadas durante la medición, no solo se encuentran dentro de

los rangos sino que para este caso, se acercan a la media, lo cual demuestra la

buena fabricación del equipo, así como la toma precisa de los datos. El punto

final es la variable en la cual se presenta mayor variación, ya que el promedio

logrado en las mediciones de Discoramo, y el valor obtenido por Ecopetrol

fueron de 360°C, mientras que para este caso la temperatura máxima

alcanzada fue de 353°C, punto a partir del cual se retiro el mechero de la parte

inferior del balón, pues la cantidad que quedaba dentro del balón era

relativamente poca (las mediciones después de enfriado el balón dieron 4ml), y

los soportes a los que estaba sujetado el balón (que para el caso especifico del

diesel se uso un soporte universal cuyos soportes eran de material plástico),

estaban ya derretidos. Por estas razones, se decidió dejar como temperatura

máxima los 353°C.

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Para el caso especifico de la destilación del diesel, no se puede entonces,

realizar una comparación puntual sobre las temperaturas obtenidas con el

equipo fabricado, y Ecopetrol o Discoramo. Esto debido a que los resultados se

muestran en un rango de temperatura. así es importante notar que todos los

datos medidos durante mi trabajo de investigación se encuentran dentro del

rango dado por ambas entidades.

En cuanto a la variación de los datos que aquí se puedan presentar con

respecto a los datos de otras entidades, cabe notar, que se pudieron dar

pequeñas fugas por las uniones de la tubería, lo que muestra porque se

alcanzaron 89ml en la probeta, y 4ml dentro del balón, lo que supone una

cantidad total de 93ml, dato que, al compararlo con el de la gasolina supone

una diferencia de 3ml donde se obtuvieron 96ml, es decir que para este caso

se dieron siete mililitros de perdidas, esto debido muy posiblemente a las

temperaturas mucho mas altas que se manejaron, y conjunto con ello, una

mayor presión en el balón de desprendimiento lateral. En cuanto a la toma de

datos, esta se vio afectada principalmente debido, a que el mechero no se

encontraba encerrado en la armadura, lo que hizo que la temperatura fluctuara

durante la medición.

2.6 Conceptualización

La curva de destilación de un combustible, se realiza, para determinar la

volatilidad del mismo durante su rango de ebullición. Esto se debe a que los

combustibles están compuestos de diferentes elementos e ingredientes, no

solo por las propiedades de este en si, sino por los procesos químicos y físicos

a los que es sometido durante su obtención. así, estos diferentes ingredientes,

son evaporados a distintas temperaturas, siendo los mas volátiles los que se

evaporan primero y a menores temperaturas, algo que acá se puede observar

claramente, ya que el diesel siendo menos volátil que la gasolina, requiere de

temperaturas mucho mas altas.

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Es en este punto entonces, donde surge la pregunta sobre la aplicabilidad de la

curva de destilación en los combustibles. Como se ha visto anteriormente, los

datos se han presentado con respecto al % destilado, y esto es debido a que

los primeros 10% destilados (correspondiente a los vapores mas volátiles),

deben ser suficientes para proveer un arranque rápido del motor, pues si bien

se recuerda, al momento de arrancar un motor, este no se encuentra aun a su

temperatura de servicio. En cuanto a la siguiente proporción que corresponde

al 50% destilado, se busca que la temperatura no sea ni muy baja ni muy alta,

sino que se encuentre dentro de los rangos ya anteriormente mostrados

durante las mediciones y las de Minminas. La razón, por la cual se tiene un

rango aceptable, es porque, si se tiene una temperatura muy baja, se podría

calentar el motor mas allá de lo que se busca, y si se tiene una temperatura

muy alta, se pueden producir problemas del calentamiento de motor en climas

fríos. Es de hecho esta proporción de combustible destilado, la que, junto con

otras variables, como el estilo de conducción y el estado de las llantas entre

otros, afecta la economía de combustible. Finalmente la proporción del 90% y

la temperatura máxima debe estar en un rango aceptable, para evitar el

fenómeno de “golpeteo” o “knocking” tan perjudicial en la cámara de

combustión, así como la formación de depósitos dentro del cilindro.

Como se puede ver entonces, la curva de destilación esta íntimamente ligada

con la volatilidad del combustible. Incluso, si se analiza el proceso de

producción del diesel o la gasolina, se puede ver que desde el principio, estos

combustibles líquidos, representan una fracción de la destilación de todo el

crudo que se obtiene del suelo, de las demás fracciones, saldrán productos

diversos como betunes, pinturas y kerosene entre otras. Analizando el proceso

desde el punto de vista químico, podemos notar que aquellas cadenas con una

mayor cantidad de carbonos se evaporaran mas lentamente, o dicho de otra

manera, a mayor temperatura que las cadenas mas ligeras.

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Además de todo lo nombrado anteriormente, se debe anotar que una buena

vaporización a temperaturas relativamente bajas, evitara el desgaste prematuro

de los diferentes elementos del motor, y al vaporizarse mas rápidamente

proveerá un rendimiento aceptable cuando el motor aun no se encuentra en su

temperatura de servicio.

Otro problema que se hace mas evidente en los automóviles viejos que aun

funcionan con carburador, es que si la temperatura de destilación del

combustible es demasiado baja, se puede presentar una alta tendencia a

formar burbujas de vapor en las tuberías que llegan al carburador, por lo que se

puede llegar a mermar e incluso obstruir el paso del combustible al cilindro.

En el caso del diesel, por ejemplo, es mas evidente como sus distintos

ingredientes se van evaporando a mayores temperaturas (esto debido al mayor

tiempo que se toma el proceso de medición de curva de destilación). así,

mientras que los primeros vapores, mas ligeros, se van destilando, el punto de

ebullición de aquellos mas pesados aumenta.

Para el tema de las emisiones, cabe notar también, que son los combustibles

mas volátiles, aquellos que tienen a emitir mas, contaminantes como HC. Por

otro lado, los combustibles con una menor temperatura final de destilación (por

ejemplo gasolina con un punto final de 190°C vs. diesel con una temperatura

final de 350°C aproximadamente), tienden a presentar menores emisiones de

particular nocivas, tales como aromáticos y poliaromaticos, siendo los

aromáticos, los componentes que contienen estructuras de anillo como de

benceno. así combustibles mas volátiles como la gasolina presentan estas

estructuras, que se diferencian bastante de las parafinas o los naftenos que se

encuentran en mayor medida en el diesel.

Los hidrocarburos aromáticos, que se encuentran en los combustibles tienen

características pobres de autoignicion, por lo que el numero de cetanos

disminuye.

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Otros de los problemas que se pueden presentar cuando un combustible no

tiene una volatilidad adecuada, es que si se tienen exceso de ingredientes o

fracciones poco volátiles (es decir que se requiere una mayor temperatura para

llegar a vaporizarlas), se puede dar un fenómeno de dilución del aceite en el

carter del motor, debido a que los hidrocarburos que no se alcanzan a

vaporizar adecuadamente, empiezan a escurrirse a través de los anillos del

pistón, dentro del cilindro y pueden llegar eventualmente al deposito de aceite.

También de importancia, aunque no aplicable en Colombia es que, la gasolina

debe tener en cuenta para países con estaciones, el periodo del año en el que

se esta realizando la distribución, pues en periodos muy fríos como el invierno,

el motor no se calentara tan rápidamente como en verano, por lo que resulta

mas difícil la vaporización de la gasolina, y cuesta mas trabajo arrancar el

motor. Por otro lado, en los veranos, donde las temperaturas son mucho mas

altas, no se busca que el combustible sea tan volátil, puesto que se vaporizaría

dentro de la cámara de combustión con demasiada facilidad, y esto podría

incluso llegar a afectar las bombas de gasolina que podrían presentar un

funcionamiento no del todo correcto. así en términos generales, a medida que

se acerca el invierno, se debe buscar una mayor cantidad de ingredientes

volátiles, y a medida que el verano se acerca, se debe buscar una menor

proporción. En países con estaciones, las compañías petrolíferas cambian la

proporción de la mezcla 4 veces por año para resolver este problema.

Buscando entonces, encontrar un equilibrio entre un rendimiento optimo en el

motor, y un combustible amigable con el medio ambiente, se ha llegado a usar

en algunos casos una ecuación conocida como ID (Índice de manejabilidad),

buscando con ello, un comportamiento del combustible en los distintos rangos

de temperatura.

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Así, el índice de manejabilidad esta definido por la ecuación 15:

DI = (1.5 * T10) + (3.0 * T50) + T90

Donde T10, T50 y T90 son las temperaturas en grados Fahrenheit, para el 10%,

50% y 90% de combustible destilado respectivamente.

Para el caso de este trabajo de investigación, y buscando realizar este análisis

para el caso colombiano, tenemos que las temperaturas en grados Fahrenheit

son de

10% 47.9°C = 118.22°F

50% 89.6°C = 193.28°F

90% 185.1°C = 365.18°F

Lo que quiere decir que la ecuación da:

DI = (1.5 * 118.22) + (3.0*193.28) + 365.18 = 1122.35

Ahora deberá tenerse en cuenta el recuadro de la ASTM, donde se relaciona el

valor máximo de DI para cada clase de volatilidad 15:

Clase de volatilidad vs. DI

AA 1250

A 1250

B 1240

C 1230

D 1220

E 1200

Así, el numero de manejabilidad hallado es un valor máximo.

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Es decir que las categorías de D y E, que se encuentran por debajo del valor

hallado de 1122.35 son aceptables, mientras que una cantidad superior, como

aquellas mostradas en la categoría AA, A, B y C, podría llevar a rendimientos

pobres para el encendido en frió. así, el combustible debe cambiar su DI

dependiendo de la estación en la que se encuentre. En invierno, por ejemplo, el

DI disminuye para proveer mejores arranques en frió. Todo ello teniendo en

cuenta, que ni el T50 ni el T90 deben bajar mucho, por las desventajas ya

explicadas a lo largo de este capitulo.

En términos generales, se puede ver entonces, una tendencia hacia los

combustibles menos volátiles, que reducen a su vez las emisiones que pueden

ser dañinas, pero que no deben tampoco, llegar al punto al que, el arranque en

frió del motor se haga con demasiada dificultad.

Finalmente, vale la pena notar dos puntos de importancia. El primero, es que,

como se ha visto, la curva de destilación y la presión de vapor, están de cierta

manera ligados, ya que ambas propiedades dan, entre otras cosas, una noción

de la volatilidad de los combustibles. El segundo punto pero no menos

importante, es que, además de un combustible de buena calidad y que

presente características satisfactorias para el rendimiento del motor, es

necesario tener un combustible que sea seguro de transportar y almacenar.

así, es de gran importancia, que se conozcan estos valores, para poder así,

adecuar tanto los medios de transporte, como los depósitos de

almacenamiento evitando al máximo los accidentes.

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3. Capacidad calorífica

3.1 Introducción

El calor especifico de un combustible, es una variable muy importante a tener

en cuenta, al momento de caracterizarlo, ya que como se sabe, el calor es una

forma de energía, y entre mayor energía se pueda extraer de una misma

cantidad de combustible, mayor aprovechamiento se puede hacer de este en

motores de combustión interna, y otros sistemas que requieran del combustible

para su funcionamiento.

Para poder obtener entonces, el calor especifico de los dos combustibles con

los que experimenté, hice uso de la norma D1298 y de la norma D2890 de la

ASTM. En el caso de la primera norma, se nos muestra en esta, como obtener

variables como densidad, densidad relativa (gravedad especifica), y gravedad

API para productos derivados del petróleo. En cuanto a lo que se refiere a la

segunda norma, que lleva como titulo “Calculation of Liquid Heat Capacity of

Petroleum Distillate Fuels” ésta establece, una vez teniendo la gravedad

especifica, relaciones graficas y ecuaciones para llegar a el calor especifico de

liquido del combustible. En realidad, el valor de la capacidad calorífica por

unidad de masa, es lo que se conoce como calor especifico, así puesto que lo

que mostraremos a continuación se da en base a una libra ( o en el caso de

unidades SI un Kg.) de combustible, lo que veremos será el calor especifico de

los combustibles, dados a distintas temperaturas.

3.2. Procedimiento

Para el caso de la medición de esta variable, a diferencia de las otras dos

características ya medidas (presión de vapor y curva de destilación) donde fue

necesario el diseño y construcción de equipos, se requirió únicamente de una

breve prueba con un picnómetro, y puesto que ya se tenían los datos de la

curva de destilación, bastaba remitirse a la norma D2890 para obtener el calor

especifico.

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Para el calculo de la gravedad especifica o densidad relativa, baste con saber

que esta variable consiste en la razón de masa de un liquido a un volumen

determinado, con respecto a la razón de masa del agua a ese mismo volumen.

Una vez halladas estas variables para el caso tanto del diesel, como para el

caso de la gasolina tenemos entonces una relación para definir la gravedad API

definida como:

Gravedad API = (141.5/gravedad especifica) – 131.5

Esta relación mostrada en la norma ASTM D1298, nos indica entonces como a

partir de la gravedad especifica se puede obtener la gravedad API.

Ya teniendo este dato de gravedad API, podemos entonces remitirnos a la

norma D2890 donde se nos indica el procedimiento para obtener el calor

especifico del combustible. Así el procedimiento a seguir consiste en 16:

1. Calcular la pendiente de la curva de destilación, medida en °F/volumen

destilado entre los valores del 10% y el 90%, es decir entre el primer y el ultimo

valor medido. Teniendo en cuenta que se busca redondear a la unidad 0.1 mas

cercana.

2. Como paso a seguir se debe calcular el VABP (Volumétrica Average Boiling

Point) que se define como la suma de las temperaturas divididas por 5, a las

que se destilaron el 10%, 30%, 50%, 70% y 90% del volumen de combustible,

esto buscando redondear las temperaturas en grados Fahrenheit al 1°F mas

cercano.

3. Obtener una “corrección” en la temperatura al 1°F mas cercano utilizando la

figura 1 mostrada en la norma ASTM D2890, y una vez realizado esto calcular

el meABP (mean Average Boiling Point) como el valor VABP calculado

anteriormente mas la corrección obtenida de la figura.

4. Redondear a la unidad 0.1 mas cercana el factor de caracterización de

Watson, K, que se obtiene de la grafica 2, mostrada en la norma D2890,

usando la gravedad API determinada y la meABP calculada.

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5. Obtener el calor especifico para cada una de las temperaturas especificadas,

fuese ya por un método grafico, para el cual se utiliza la figura 3 mostrada en la

norma D2890, o mediante la resolución de la ecuación definida como:

Cp = (0.6811-0.308G + (0.000815 – 0.000306G)T) ( 0.055K+0.35)

Donde:

Cp = capacidad calorífica, BTU/lb °F

G = gravedad especifica

T = temperatura, °F

K = factor de caracterización de Watson

El calor especifico, se reporta entonces al decimal 0.01 mas cercano en BTU/lb

°F. Si en cualquier caso, se necesitase el calor especifico en notación SI

(Sistema Internacional de unidades) es decir en kJ/Kg.*K se puede multiplicar

el resultado obtenido por 4.186800.

3.3 Resultados

Una vez explicado el procedimiento, podemos entonces empezar a mostrar los

resultados obtenidos en los distintos procedimientos, tanto para la gasolina

como para el diesel. Para el caso de la gasolina tenemos entonces que:

ml destilados Temp. (°F)

10 118,22

20 127,76

30 134,6

40 154,94

50 193,28

60 220,82

70 255,74

80 297,32

90 365,18

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Teniendo entonces estos datos, ya presentados en grados Fahrenheit, se

puede calcular lo siguiente:

Pendiente de la curva = 365.18 - 239 / 80 = 1.57

VABP = 118.22 + 134.6 + 193.28 + 255.74 + 365.18 / 5 = 213.404 °F

Factor de corrección = - 8°F

meABP = 213.404 – 8 = 205.404°F

Gravedad Especifica = 0.78

Gravedad API = (141.5 / 0.78 ) -131.5 = 49.9

Factor de caracterización de Watson. K = 11,1

Con estos datos se puede entonces calcular el calor especifico para diferentes

temperaturas.

Temperatura (°F)

Calor especifico (Btu/lb °F)

Calor especifico (kJ/kg K)

120 0,490 2,050999

130 0,495 2,074175

140 0,501 2,097351

150 0,506 2,120528

160 0,512 2,143704

170 0,518 2,16688

180 0,523 2,190056

190 0,529 2,213233

200 0,534 2,236409

210 0,540 2,259585

220 0,545 2,282761

230 0,551 2,305938

240 0,556 2,329114

250 0,562 2,35229

260 0,567 2,375466

270 0,573 2,398643

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Calor Especifico Gasolina

0,460,48

0,50,520,540,560,58

0,60,62

120 140 160 180 200 220 240 260

Temperaturas (°F)

Cap

acid

ad C

alor

ifica

(Btu

/lb°F

)

Como se puede ver de los anteriores datos, el calor especifico se calculo para

una temperatura máxima de 270°F, esto es porque, como la norma lo

especifica, el calor especifico solo es valida para temperaturas de hasta 60°F

por encima del VABP, que en este caso tiene una valor de 213.404°F, por lo

que la máxima temperatura a la que se reportan los datos es 270°F.

Para el caso del diesel, se obtuvieron entonces, los siguientes resultados

ml destilados Temp. (°F)

10 408,2

20 437,0

30 453,2

40 465,8

50 500,0

60 518,0

70 568,4

80 590,0

90 613,4

Con estos datos, se empiezan entonces a calcular los mismos datos que se

calcularon para el caso de la gasolina, pero en este caso para el diesel. Se

tienen los siguientes resultados:

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Pendiente de la curva = 613.4-408.2 / 80 = 2.56

VABP = 408.2 + 453.2 + 500 + 568.4 + 613.4 / 5 = 508.64 °F

Factor de corrección = -14 °F

meABP = 508.64 -14 = 494.64°F

Gravedad Especifica = 0.88

Gravedad API = (141.5 / 0.88 ) -131.5 = 29,29

Factor de caracterización de Watson. K = 11,2

El calor especifico del diesel para diferentes temperaturas es entonces:

temperatura (°F)

Calor especifico (Btu/lb °F)

Calor Especifico (kJ /kg K)

400 0,607 2,541321315

410 0,612 2,563392681

420 0,618 2,585464047

430 0,623 2,607535413

440 0,628 2,629606779

450 0,633 2,651678145

460 0,639 2,673749511

470 0,644 2,695820877

480 0,649 2,717892243

490 0,654 2,739963609

500 0,660 2,762034974

510 0,665 2,78410634

520 0,670 2,806177706

530 0,676 2,828249072

540 0,681 2,850320438

550 0,686 2,872391804

560 0,691 2,89446317

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Calor Especifico (Btu/lb °F)

0,560

0,580

0,600

0,620

0,640

0,660

0,680

0,700

400 420

440

460 480

500

520 540

560

Temperatura (°F)

Cap

acid

ad C

alor

ifica

(Btu

/lb °F

)

Al igual que para el caso de la gasolina, los datos para el calor especifico, solo

serán validos para una temperatura de hasta 60°F por encima de la VABP.

Puesto que en el caso del diesel esta temperatura corresponde a 508.64°F, la

temperatura máxima a la que se debe calcular el calor especifico por este

medio es de 568.64°F.

3.4. Conceptualizacion

Como ya se nombro antes, la capacidad calorífica al obtenerse por unidad de

masa da como resultado el calor especifico. así estos dos términos se relación

por la ecuación:

c = C /m = Q / m ∆T

donde c es el calor especifico del cuerpo, m es la unidad de masa utilizada, sea

esta kg o lb, C es la capacidad calorífica, Q es el calor aportado, y ∆T el

cambio de la temperatura, teniendo en cuenta las unidades en las que se

quiere presentar los datos.

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La importancia del calor especifico, resalta en el hecho que, tiene en cuenta no

solo la capacidad calorífica del liquido a tratarse, sino que, además tiene esto

en cuenta, en base al mismo peso de combustibles distintos, lo que nos da una

mejor idea de la densidad de energía del combustible por peso del mismo.

Una vez vistos estos resultados, surge la pregunta sobre el significado de los

mismos. Para entender entonces un poco mejor este resultado, vale la pena

empezar explicando el significado practico de un Btu. El Btu, mide la cantidad

de energía en “British Termal Units”, en un galón del combustible. así, entre

mayor sea la cantidad de Btu’s de un combustible, la mayor cantidad de

potencia que de este se podrá extraer en un motor de combustión interna por

ejemplo.

La enciclopedia Wikipedia defina el calor especifico como

“La capacidad calorífica o calor específico de una sustancia es la cantidad de

energía necesaria para aumentar 1 ºC su temperatura. Indica la mayor o menor

dificultad que presenta dicha sustancia para experimentar cambios de

temperatura bajo el suministro de calor”16. Así, junto con esta definición y lo

visto anteriormente, podemos ver que el calor especifico, expresada en Btu/lb

°F o kJ/Kg. K, nos mostrara, la cantidad de energía en forma de calor, por

kilogramo o libra de combustible para una temperatura dada.

De los resultados anteriormente mostrados, vale la pena notar, entre otras

cosas, dos características importantes. La primera es que tanto para el diesel

como para la gasolina el calor especifico aumenta de manera lineal con la

temperatura, así, a mayor temperatura se tengan los combustibles, mayor

capacidad energética tendrán.

Lo segundo es que, el diesel tiene una mayor densidad de energía que la

gasolina, y esto se puede evidenciar tanto de las tablas de los resultados como

de las graficas.

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Esto claro, debido a que el diesel debe ser llevado a temperaturas muy altas

para que haga ignición, algo que tiene distintas implicaciones para un motor de

combustión interna, pues para el caso de motores diesel, la compresión debe

ser mucho mayor que para el caso de motores que funcionan con gasolina, de

lo contrario, no habría ignición alguna debido a que el diesel no alcanzaría una

temperatura adecuada, y como bien es sabido, a mayor compresión mayor la

temperatura que alcanza un combustible.

Así, un motor diesel tendrá en general una carrera (definida como la diferencia

entre el punto muerto superior pms y el punto muerto inferior pmi) mayor que

en el caso de la de un motor de gasolina, y puesto que ello tiene distintas

implicaciones en el diseño (como una biela mas larga), el torque en los

automóviles diesel es casi siempre, mayor que en el caso de su equivalente en

gasolina. Adicionalmente a ello, es importante tener en cuenta, que en el

momento de encendido de un motor diesel, el combustible se encuentra muy

frió para que se de un arranque no solo eficiente sino que no cause daños en el

motor, por ello, contrario a lo que mucha gente puede llegar a pensar, un motor

diesel si tiene, en algunos casos, bujías. Lo que sucede es que aquí, estos

elementos trabajan de manera un poco distinta a su forma de trabajo en un

motor de gasolina, pues estas bujías buscan “precalentar” el diesel, para que

en el momento en el que entren al cilindro donde el aire se encuentra caliente y

a altas temperaturas, pueda hacer ignición logrando un rendimiento optimo

para el automóvil.

Es por esto, que ha surgido lo que se conoce como el índice de cetano (CCI),

que no es mas que una aproximación del numero de cetano, y que parte de la

norma ASTM D976. Se tiene entonces la siguiente relación para combustibles

diesel 17:

CCI = -420.34 + 0.016G2 + 0.192 G log T50 + 65.01 (log T50)2 – 0.0001809T502

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Donde G = gravedad API, definida por la norma ASTM D1298, T50 se conoce

como el punto medio de la temperatura de ebullición.

De los resultados obtenidos en lass mediciones tenemos entonces que el CCI

= 39.64

Esta ecuación representa grandes ventajas, ya que como se sabe, la calidad

de ignición del diesel, se ve representado por el numero de cetano. Entre

mayor sea este numero o índice, mas fácil será la ignición del combustible (en

este caso el diesel). Se busca entonces un índice de cetano para el diesel que

se encuentre entre 40-55. Es decir que el diesel colombiano, no alcanza

realmente a cumplir, con los requerimientos para un funcionamiento optimo en

un motor de combustión interna, encontrándose su numero de cetano (aunque

en principio el CCI no es lo mismo que el CN, si es una buena aproximación),

apenas en el limite inferior de este rango. Como veremos mas adelante, la

calidad de los combustibles en Colombia, es un gran problema, hecho que por

ahora se ve en la falencia aquí mostrada, en lo que respecta al numero de

cetano. Pero, y ¿por qué no averiguar el CN directamente?. Lo que sucede es

que, averiguar el numero de cetano (CN) del diesel, puede resultar costoso, por

ello se utiliza el CCI como un índice que de cierta manera se aproxima al CN.

Si comparamos entonces, las densidades energéticas de la gasolina con

respecto al del diesel, podemos ver que en promedio, un galón de diesel

contiene 147.000Btu aproximadamente, mientras que un galón de gasolina

contiene tan solo 125.000Btu. Por ello, gracias a que actualmente el diesel ha

llegado a ser mucho mas limpio que antes (al menos en Europa y Estados

Unidos), cada vez mas marcas de automóviles han buscado el desarrollo y

producción en masa de motores que funcionen con este combustible.

Otra variable que también es de importancia, sobretodo en el área de

transferencia de calor es la de capacidad térmica volumétrica, que mide la

capacidad de un liquido o solido para guarda energía térmica, y el valor de esta

se obtiene como el producto de la densidad y el calor especifico.

Con todo, esta no es una propiedad a tener en cuenta al momento de

caracterizar combustibles.

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4. Combustibles en Colombia y comparación con el estándar mundial

El petróleo es sin duda, una de las industrias mas importantes de los últimos

años en Colombia, ya que ha sido en gran parte el motor de la economía en el

país. El petróleo representa el 27% del total de las exportaciones del país (casi

uno de cada tres pesos que se venden de Colombia al mundo son petróleo o

sus derivados). Adicionalmente, conjunto que impulsar las exportaciones, esta

industria le ha dado la posibilidad a muchas regiones del país de recibir

regalías por cerca de 10.23billones de pesos en los últimos 4 años.21

Desde hace ya algunos años, se ha buscado en el país, darle una mayor

atención a esta industria, dada la clara importancia, económica, social y política

que representa en nuestro país. Así se ha creado la Agencia Nacional de

Hidrocarburos, y se ha buscado fortalecer a Ecopetrol S.A., no solo para buscar

un mejor desarrollo de si misma, sino para atraer la tan apreciada inversión

extranjera.

Además de todo lo anterior, se ha venido dando desde Julio del año pasado, un

proceso importante en Ecopetrol S.A., pues se ha buscado la capitalización de

hasta el 20% de la empresa , buscando así que la empresa se maneje con

autonomía presupuestal, y que a partir de la nueva captación de fondos de

inversión se logren suplir los requerimientos de capital que ascienden a

US$2500 millones por año entre muchos otros factores. Con todo, será el

gobierno quien quede con el control de la empresa, pues mantendrá el 80% o

mas de las acciones con derecho a voto. De hecho como se puede ver de la

grafica presentada a continuación, las inversiones de Ecopetrol en los próximos

4 años, se verán aumentadas en total de un valor de US$ 664 millones/año, a

un valor de US$ 2500 millones/año, lo que significa, un aumento de cerca de 4

veces mas, y en donde actividades como la producción, y la exploración

experimentaran los mayores cambios pasando de 406 a 1209 millones de

dólares, y de 76 a 738 millones de dólares respectivamente.

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Adicionalmente como se puede ver en la segunda grafica que lleva como titulo

“Producción de Ecopetrol en petróleo equivalente”, se espera que con la ayuda

de la capitalización, se llegue a una producción de 500 mil barriles de petróleo

equivalente por día para el año 2015, aunque se espera llegar a esa cifra a

partir del año 2009.

21. MINISTERIO DE MINAS Y ENERGIA. Consultado 24 de mayo de 2007. Disponible en

<http://www.minminas.gov.co/minminas/pagesweb.nsf?opendatabase>

21. MINISTERIO DE MINAS Y ENERGIA. Consultado 24 de mayo de 2007. Disponible en

<http://www.minminas.gov.co/minminas/pagesweb.nsf?opendatabase>

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Como se puede ver entonces, la capitalización de Ecopetrol traería de aquí al

año 2015 grandes beneficios, pues se busca que los dividendos que se

generen por la operación de la empresa se incrementen, beneficiando así a

todos aquellos quienes busquen ser parte de Ecopetrol mediante la compra de

acciones.

Surge entonces la pregunta, sobre el porque de la capitalización de Ecopetrol,

en vez que, como hasta ahora, sea el gobierno una de sus mayores fuentes de

financiamiento. Y la respuesta es que como se ha visto en las ultimas dos

graficas, Ecopetrol tiene un gran plan de expansión, expansión que requiere

recursos por 12.500 millones de dólares en total para los próximos cinco años,

y que ni el gobierno ni la empresa están en capacidad de obtener. Por otro

lado, bien es sabido que las empresas publicas en Colombia, no se han

logrado caracterizar por llevar la mejor gestión ni la mas eficiente, algo que

también se espera mejorar cuando entren “algunas manos privadas” a tener

hasta el 20% del control, hecho que tiene como consecuencia, además, una

mayor liquidez de las acciones en circulación.

Es importante notar también, que aunque Ecopetrol se encuentra en este

momento generando grandes utilidades, las reservas de hidrocarburos del país

se han venido agotando, por lo que es necesario invertir en lo que se cree

serán nuevos pozos de petróleo, para tratar de evitar que Colombia, pase a ser

dependiente del petróleo importado, hecho que muy posiblemente encarecería

los precios de la gasolina.

No se debe olvidar que lo que se busca en Ecopetrol no es la privatización sino

la capitalización, pues existe una gran diferencia al respecto. Si se tratara de un

proceso de privatización, se vendería efectivamente el 20% de la empresa, y

los recursos irían directamente al Tesoro Nacional. Capitalizar por el contrario,

consiste en una emisión de acciones, de manera que el gobierno que

actualmente tiene el 100% de la empresa, “perderá” algo de participación a

costa de ganar en el largo plazo con los nuevos recursos captados en la

exploración.

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Página 60 de 84

Además, el hecho de buscar los recursos por parte de los colombianos en

general, será mejor que obtener los recursos por parte del FAEP (Fondo de

Ahorro y Estabilización Petrolera), pues este es un fondo creado entre otras

cosas, para evitar los efectos de la inflación, o de una reevaluación debida a

una entrada masiva de dólares al país (crisis que actualmente esta afectando a

los exportadores, pues el dólar se encuentra casi sobre los 2000 pesos). Con

todo existen diferentes posibilidades para obtener estos recursos, pues se

podría como primera medida reinvertir las utilidades que genera Ecopetrol S.A.

(algo que la nación no puede hacer, ya que necesita de estos dividendos para

no ampliar el déficit del Gobierno Nacional Central, pues de lo contrario se

podría dar un aumento en los impuestos), e incluso si esto se hiciera, las

inversiones por 12500 millones de dólares no alcanzarían a ser cubiertas en su

totalidad por este método. Otra posibilidad, seria utilizar los recursos del Fondo

Nacional de regalías, pero estos recursos por ley, pertenecen a entidades

territoriales que no reciben regalías directas. Finalmente, se podría llegar a

plantear incluso el uso de reservas internacionales, pero esto afectaría la

liquidez del país, además, estas reservas, son las que se utilizan para

respaldar las operaciones de comercio exterior cuando por ejemplo, una

moneda como el dólar se revalúa (hecho que se esta presentando actualmente,

y que esta afectando gravemente a exportadores, como la industria floricultora,

que bien es conocido que maneja márgenes de ganancia bastante bajos,

adicionalmente estas reservas se utilizan para la deuda externa.

Pero a todo lo anterior, existen algunos factores que se nos olvidan, factores

que podrían tener consecuencias, excelentes o devastadores para el futuro de

Ecopetrol en el país. Uno de esos factores que se debe tener en cuenta es que

si bien se esperan hacer grandes inversiones en exploración, el petróleo en

Colombia se esta acabando. Nadie puede decir cuanto nos queda

exactamente, pero existen estimativos que a menos que se encuentren

grandes pozos, para el año 2011, Colombia podría empezar a depender

fuertemente de los combustibles importados.

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Así que, incluso en un escenario donde el 20% de Ecopetrol se capitalizara con

éxito, y los recursos se pudieran captar, existe incertidumbre sobre la

producción de nuevos yacimientos petrolíferos, pues no se sabe a ciencia

cierta, cuantos nos quedan, si es que aun nos quedan.

Otro factor, que se debe tener en cuenta, es el de los precios del petróleo. Y

este factor, al igual que en el caso de los yacimientos en Colombia, no se

puede predecir con exactitud. Nadie nunca pensó que para los años 2005-

2006, el precio del barril del petróleo estuviera por encima de 60 dólares el

barril, pero lo estuvo, y esto tuvo grandes consecuencia, pues para los países

que no dependían en su totalidad del petróleo, pudieron exportar el crudo,

beneficiándose de los altos precios, pero para los países que son importadores

netos de petróleo (que coinciden con ser Estados Unidos, Japón y Europa

entre otros, siendo estos una de las tres economías mas importantes del

mundo), tuvieron que empezar a pagar un precio muy alto por el oro negro, lo

que a su vez tuvo consecuencias en industrias como la automotriz, pues el

precio del galón llego a ser de hasta 3 dólares para gasolina corriente, y países

como Estados Unidos cuyo parque automotor siempre se ha caracterizado por

sus grandes motores V8 con grandes desplazamientos, se vio afectado, pues

cada vez había (e incluso hoy ) hay menos consumidores dispuestos a comprar

un SUV (Sport Utility Vehicle), (lo que en Colombia conocemos como

camioneta), debido a que el mantenimiento de los mismos se volvió muy caro.

Pero por el otro lado, tuvo consecuencias agradables, para aquellas industrias

que buscan el desarrollo de energía limpia con fuentes como energía eolica,

geotermica, mareomotriz, solar etc. Pues debido a la gran presión económica y

política que esto generó, muchos gobiernos se vieron forzados a buscar

recursos para investigación en fuentes de energía distintas al petróleo. No en

vano, países como Estados Unidos, están realizando al día de hoy, junto con

ambiciosos planes en el futuro, grandes inversiones en el desarrollo de

Biocombustibles y alcohol carburante.

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Países como Brasil, se han visto grandemente beneficiados ya que llevan

trabajando con gasolina E100 desde hace varios años, lo que a su vez ha

impulsado el desarrollo de motores conocidos como “FlexFuel”. Así, tal y como

está el panorama mundial con los precios del petróleo aun altos, Colombia se

puede ver beneficiado en el corto plazo, pues su barril de petróleo se esta

pagando a un buen precio, pero si no se encuentran grandes yacimientos

pronto, Colombia, podría empezar a pagar esos altos precios, lo que afectaría

claramente el déficit de la nación. Como ya lo he dicho anteriormente, nadie

sabe a ciencia cierta, si el precio del petróleo tendera a subir o a bajar, existen

entonces tres proyecciones hechas por la “Energy Information Administration”,

que se presentan a continuación :

ENERGY INFORMATION ADMINISTRATION. Consultado 22 de Mayo de 2007. Disponible en

<http://www.eia.doe.gov/oiaf/ieo/pdf/ieopol.pdf>

Los sectores, que se verían mas afectados, por el futuro de los hidrocarburos,

son en general, como se nos muestra en la siguiente grafica, el sector de

transporte, y el sector industrial, sectores, que analizados en el caso

colombiano, son los principales motores de la economía.

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ENERGY INFORMATION

ADMINISTRATION. Consultado 22 de Mayo de 2007. Disponible en <http://www.eia.doe.gov/oiaf/ieo/pdf/ieopol.pdf>

22. ENERGY INFORMATION ADMINISTRATION. Consultado 22 de Mayo de 2007. Disponible en

<http://www.eia.doe.gov/oiaf/ieo/pdf/ieopol.pdf>

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Ya se ha dicho que nadie sabe exactamente, cuantos años de petróleo le

quedan al mundo, solo existen predicciones en base a estimativos hechos por

distintos entes. Teniendo esto en mente, se puede ver entonces, un pronostico

que nos muestra la Energy Information Administration, donde se realiza un

pronostico de las reservas del crudo donde se discrimina por los 10 países del

mundo mas beneficiados, y los 10 países del mundo mas afectados.

Desafortunadamente, como se puede ver del caso colombiano, nos

encontramos como el séptimo país del mundo con mayores perdidas

pronosticadas de sus reservas, de ahí la gran urgencia de obtener recursos

para realizar nuevas exploraciones de petróleo, y con suerte encontrar un

yacimiento que de la posibilidad a Colombia se seguir gozando de ser

exportador de petróleo.

Otra estadística que es importante tener en cuenta es la producción del

petróleo, independientemente de cuanto iría a reservas, cuanto se utilizaría

nacionalmente y cuando se pensaría exportar. Así, se puede obtener de la

Energy Information Agency, un estimado sobre el comportamiento de la

producción colombiana hasta el año 2030. Donde según proyecciones, se

espera que el país, aumente en promedio en 1.7% su producción desde el año

2004 hasta el 2030 22. Así, aunque el futuro de los hidrocarburos en Colombia

es incierto (así como en cualquier parte del mundo), es de cierta manera algo

optimista, considerando que:

1. Los precios del barril del petróleo, aunque no han subido mucho mas

allá de los 60 dólares por barril, se han mantenido alrededor de esta

cifra, que comparado con el precio de hace tan solo 3 años es bastante

bajo.

2. Una capitalización exitosa de Ecopetrol, tendría como beneficios una

mejor gestión en el largo plazo, y con un poco de suerte, y una inversión

bien manejada, el descubrimiento de uno o mas yacimientos petrolíferos.

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Volviendo ahora, al caso específicamente colombiano, y dejando de lado un

poco el contexto internacional, podemos ver que en nuestro caso el petróleo

sigue siendo el mayor protagonista cuando de consumo energético se trata,

pues domina el mercado con el 39.8%, mientras que el segundo “jugador” del

sector, la electricidad lo hace con tan solo el 13.4%. Aun así vale la pena notar

que estos datos son para el año 2003, y que el gas natural así como la

electricidad, han tenido crecimientos de importancia, pero que con toda

seguridad, no opacan el protagonismo del sector de petróleo y sus derivados.

MINISTERIO DE MINAS Y ENERGIA. Consultado 24 de mayo de 2007. Paginas 25, 36,38. Disponible en

<http://www.minminas.gov.co/minminas/sectores.nsf/870e3d03e406864905256def0072494c/f6685a395a926e9005257

06900567805/Body/13.1E4A?OpenElement&FieldElemFormat=gif>. .

Cabe ahora la pregunta, sobre el desarrollo de la industria petrolífera del país,

para lo que se tienen algunos datos de interés como una red de oleoductos de

4876 Km, que esta compuesta de 41 ductos que se encargan del transporte del

crudo para los distintos fines (exportaciones, refinerías, tratamientos etc.). De

esta red de oleoductos, Ecopetrol es dueña de 1400 Km (el 28.71%), el sector

privado es dueño de 785 Km (el 16%), y el restante 55.1% son oleoductos

cuyos dueños son las asociaciones de Ecopetrol con terceros.

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De estos oleoductos, los mas importantes para la nación, dada su capacidad,

es el “Oleoducto Central La Belleza-Vasconia-Coveñas” con capacidad para

615.000 barriles de capacidad y 790 Km de longitud, y que se encarga del

transporte de Cusiana-Cupiagua hasta Coveñas, y cuyo propietario es

OCENSA.

El “Oleoducto Caño Limon-Rio Zulia-Coveñas” con capacidad de 215.000

barriles y 770 Km de longitud, que transporta el crudo desde Caño Limon

(Arauca) y pertenecen a Ecopetrol, y el “Oleoducto del Alto Magdalena” con

212.000 barriles de capacidad y 481 Km de longitud, que transporta los

excedentes de petróleo del sur y del oriente del país, y cuyo fin único es la

exportación 23.

En cuanto a lo que se refiere como el proceso de refinación del combustible, la

capacidad nacional es de 333.000 Barriles por día, de los cuales el 71.4% se

refina en la Refinería de Barrancabermeja, el 22.8% en Cartagena, el 0.8% en

Orito, y el 0.75% en Apiay, todas estas refinerías operadas por Ecopetrol. De

toda esta capacidad, el sector privado, es dueño del 4.2% equivalente a una

capacidad de 14000 Barriles de petróleo diario 23.

Estos procesos de refinamiento, para la obtención de distintos combustibles,

también se encuentran discriminados por refinería. Así, la refinería de

Barrancabermeja, producen el 75% de la gasolina, el combustóleo y el ACPM

entre otros. Adicionalmente la refinería produce gasolinas, bencina, diesel,

keroseno, JPA, avigas, GLP, ceras parafinitas, bases lubricantes, polietileno de

baja densidad, aromáticos, asfaltos, alquilbenceno, ciclohexano y disolventes

alifáticos 23.

La refinería de Cartagena, se encarga de la producción del 40.6% de GLP y

gasolinas, así como del 31.4% de productos entre los que se encuentran el

ACPM, Jet A y kerosene, así como el 28% lo convierte a gasoleo.

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MINISTERIO DE MINAS Y ENERGIA. Consultado 24 de mayo de 2007. Paginas 25, 36,38. Disponible en

<http://www.minminas.gov.co/minminas/sectores.nsf/870e3d03e406864905256def0072494c/f6685a395a926e9005257

06900567805/Body/13.1E4A?OpenElement&FieldElemFormat=gif>. .

Pero a lo largo de todos los datos mostrados, hemos obviado, el papel que

desempeña el etanol carburante, olvidando no solo que el 10% de la gasolina

actual contiene etanol, sino que existen ya para el largo plazo, planes para la

implantación de gasolina que contenga cada vez mas proporción de este

carburante en si, todo ello, para amortiguar un poco, la caída en las reservas

nacionales de petróleo, y buscar que el país se mantenga aun como un

territorio no dependiente de los derivados internacionales.

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Los orígenes del etanol parten desde finales del siglo XIX en Europa, pues en

ese momento la industria petroquímica no se encontraba tan desarrollada, por

lo se buscaban desarrollar motores que pudieran manejar este carburante.

Posteriormente, durante la Segunda Guerra Mundial, Alemania, quien se

encontraba escaso de petróleo, empezó a desarrollar la tecnología de

producción del etanol, el metanol y la industria petroquímica, lo que bajo los

precios de la gasolina 6 veces. (si se mira en los hechos actuales, con el

desarrollo del etanol se buscaría tener unos efectos algo parecidos). Pero

desafortunadamente, para este nuevo desarrollo, el etanol presentaba el

problema de depender de la producción agrícola, hecho que en países como

Alemania, con estaciones no es constante, y por otro lado, debido a los

desarrollos dados en la industria petrolera, el mercado de gasolina, y diesel se

estabilizo rápidamente. Por ello, para la década del 50 el etanol desapareció en

Europa. Pero décadas mas tarde, el hombre fue haciéndose cada vez mas

conciente, de las graves consecuencias que la quema de hidrocarburos tenia

para el ambiente, adicionalmente, tras la crisis de los años 80, donde el precio

de la gasolina se encontraba a precios sumamente altos, la estabilidad del

mercado estaba cada vez mas afectada. Así, países como Brasil, Estados

Unidos y Europa, buscaron volver a impulsar esta industria (en Colombia, este

desarrollo se dio un poco tarde, pues fue la Ley 693 de 2003, donde se

reglamente el uso de alcoholes carburantes, buscando estimular su desarrollo y

consumo). Así para el caso nuestro, a partir de septiembre del año 2005 se

normalizo el uso de 10% de etanol en la gasolina, para los centros urbanos de

mas de 500.000 habitantes.

El alcohol, a nivel nacional, se obtiene actualmente de cultivos de yuca, papa,

maíz, remolacha y caña de azúcar entre otros. Así, para cumplir con los

requerimientos de la ley, se estima que para el año 2010 la demanda se debe

encontrar cercana a los 700 millones de litros de alcohol, lo que equivaldría a

cultivos de caña en un área de 150.000 hectáreas, en departamentos de

Cundinamarca, Antioquia, la Costa Norte, los Llanos Orientales, el Valle del

Cauca, el Eje Cafetero, el Huila y Nariño entro otros 23.

IM-2007-I-25

Página 69 de 84

A continuación, se muestra entonces, una tabla donde se muestran las

principales fuentes del etanol en Colombia, con su capacidad en litros por día,

así como sus principales materias primas:

MINISTERIO DE MINAS Y ENERGIA. Consultado 24 de mayo de 2007. Paginas 25, 36,38. Disponible en

<http://www.minminas.gov.co/minminas/sectores.nsf/870e3d03e406864905256def0072494c/f6685a395a926e9005257

06900567805/Body/13.1E4A?OpenElement&FieldElemFormat=gif>.

Pero la producción del etanol para las estaciones de servicio, no para ahí. Una

vez producido el alcohol, se le debe añadir a este, un desnaturalizante, (que

para nuestro caso es gasolina casi en la totalidad de los casos), para que de

esta manera, se aseguro que el uso que se hará del alcohol, no será distinto al

de suplir las necesidades del parque automotor colombiano.

Una vez realizado este proceso, se transportan estos ingredientes, a las

plantas de almacenamiento donde se realiza el mezclado. Teniendo en cuenta

que se debe garantizar la ausencia de agua. Por último, esta mezcla es llevada

a las estaciones de servicio, donde dependerá de los estanques del minorista

donde se guarda el combustible la calidad ultima que se le dará al usuario.

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Página 70 de 84

Finalmente, siguiendo en el área de combustibles alternativos, no se puede

olvidar el biodiesel, que si bien no es objeto de mi investigación, vale la pena

notar que es un combustible obtenido a partir de aceites vegetales, en el que

se ven involucrados procesos de transesterificacion y que se mezcla, en el

ACPM en diferentes proporciones, cuya ventaja además de la obvia protección

ambiental, consiste en que el diseño de los motores no requiere de cambios ni

adaptaciones. Las fuentes principales para este combustible son

principalmente para el caso colombiano, la palma africana, la soya, el girasol, el

coco y el algodón entre otros.

Para el caso del alcohol carburante en el caso colombiano se tiene que los

precios, como se puede observar en la grafica, han presentado una leve

tendencia al alza, parando de 4000 pesos por galón, a poco menos de 5000

pesos.

MINISTERIO DE MINAS Y ENERGIA. Consultado 24 de mayo de 2007. Paginas 25, 36,38. Disponible en

MINISTERIO DE MINAS Y ENERGIA. Consultado 24 de mayo de 2007. Paginas 25, 36,38. Disponible en

<http://www.minminas.gov.co/minminas/sectores.nsf/870e3d03e406864905256def0072494c/f6685a395a926e9005257

06900567805/Body/13.1E4A?OpenElement&FieldElemFormat=gif>.

Pero ya una vez analizados todos los factores nombrados anteriormente,

entramos en un tema que en Colombia, es bastante delicado, ya que tiene que

ver con la calidad de sus combustibles. En general, se tiene la idea que el

combustible colombiano es malo.

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Eso, desafortunamente no se aleja de la realidad. A continuación, se

presentaran entonces algunas cifras, para que el lector se lleve una buena idea

del estado de los combustibles en Colombia, en comparación con otros países.

Para empezar, tomemos como base de comparación, el combustible vendido

en Estados Unidos, por la firma Exxon. Esta, vende distintos tipos de diesel,

dado que, como ya se dijo anteriormente, en los países con estaciones, la

calidad del combustible varia un poco, para ajustarse a las distintas

condiciones de temperatura, humedad etc.

Se ofrece por esta petrolera los siguientes tipos de diesel:

Low Sulfur Diesel Fuel N°1 que se vende para condiciones de temperaturas

bastante bajas (como es el caso de Alaska por ejemplo). Este diesel, tiene una

menor viscosidad, y en general un numero de cetano alto (lo que implica una

mayor facilidad de ignición del combustible), buscando con ello un mejor

rendimiento a bajas temperaturas.

Low Sulfur Diesel Fuel N°2 Este diesel, esta hecho, básicamente para cualquier

automóvil, y comparado con el anterior, ofrece una mejor economía de

combustible, así como una mejor viscosidad, y lubricación para el vehiculo.

Diesel Extra Este es un tipo de diesel de aun mejor calidad, con cualidades

mejoradas de detergencia, 30% mejor lubricación, e incluso hasta 2.5% mas

economía de combustible.

El numero de cetano, se encuentra por encima del valor mínimo de 40.

Adicionalmente, el combustible, provee protección contra corrosión, y desgaste

en la bomba de combustible y los inyectores.

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Ya visto este caso particular, empezaremos entonces, con el caso general del

diesel en Estados Unidos. Así la ASTM en la norma D975-04a reconoce 7

grados distintos de diesel conocidos como

No 1-D S15, No 1-D S500, No 1-D S5000 : Para bajas temperaturas y con un

contenido máximo de azufre de 15ppm, 500ppm y 5000ppm. Especial para

motores de velocidades y carga altamente cambiantes.

No 2-D S15, No 2-D S500, No 2-D S5000 : Para uso general, y de motores con

velocidades relativamente constantes. Para motores diesel que no requieren

combustibles de mayor volatilidad, o con cualidades especiales. Estas con un

contenido máximo de azufre de 15ppm, 500ppm y 5000ppm.

No 4-D : Combustible pesado, que llega incluso a componerse de aceite

residual, para motores diesel de baja y media velocidad, que trabajan a

temperatura y carga constante.

Desde la década de los 90’s, la EPA ha empezado cada vez mas a regular la

calidad del combustible. Con la cantidad de azufre como la cualidad mas

importante. En general se han tenido las siguientes regulaciones:

500ppm de azufre: cifra máxima para octubre de 1993. Se conoce como low

sulfur diesel. Se implanto esta regulación para cumplir con los estándares de

emisión de 1994 para motores tipo “heavy-duty”.

15ppm de azufre: A partir de junio de 2006 se empezara a distribuir diesel con

esta cantidad de azufre. Se conoce como Ultra Low Sulfur Diesel (ULSD). Se

normalizo por la EPA, para permitir el uso de filtro de particulados y NOx, que

serán necesarios para cumplir con la regulación sobre emisiones en el año

2007-2010.

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Esta reducción de partículas de azufre, disminuye las emisiones nocivas,

derivadas de este elemento hasta en un 90% o mas.

Adicionalmente a los niveles de azufre, la cantidad de carbono tanto en el

diesel como en la gasolina, es otro de los factores a tenerse en cuenta, pues de

este componente, es que debido a la combustión, se derivan emisiones de

dióxido y monóxido de carbono, altamente nocivas para el ser humano.

Además, este valor se necesita para el calculo de la economía del combustible.

Así se tiene para la gasolina un contenido de 2421 gramos por galón, y para el

diesel un contenido de 2778 gramos por galón.

Para tener otro punto de referencia, distinto al de Estados Unidos, mostrare a

continuación los estándares de calidad para la gasolina y el diesel, de acuerdo

con el Departamento del Medio Ambiente de Australia:

Petrol Standards

Parameter National standard Grade Date of

effect

Test

Method

500 ppm (max) ULP/LRP 1-Jan-02

150 ppm (max) PULP

150 ppm (max) All grades 1-Jan-05 Sulfur

50 ppm (max) PULP 1-Jan-08

ASTM

D5453

91.0 RON (min) ULP

95.0 RON (min) PULP Research octane

number (RON) 96.0 RON (min) LRP

1-Jan-02 ASTM

D2699

Distillation Final boiling point

210°C (max) All grades 1-Jan-05

Not

specified

Benzene 1% max by vol All grades 1-Jan-06 ASTM

D5580

Lead 0.005g/L (max) All grades 1-Jan-02 ASTM

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Página 74 de 84

D3237

2.7% m/m (max)

All grades

(no

ethanol)

1-Jan-02

Oxygen

3.5% m/m (max)

All grades

(with

ethanol)

1-Jul-03

ASTM

D4815

Ethanol 10% v/v (max) All grades 1-Jul-03 ASTM

D4815

85.0 (min) PULP 16-Oct-

02

81.0 (min) ULP 16-Oct-

02

Motor Octane Number

(MON)

82.0 (min) LRP 16-Oct-

02

ASTM

D2700

Copper corrosión

(3 hrs @ 50ºC) Class 1 (max) All grades

16-Oct-

02

ASTM

D130

Existent Gum

(washed) 50 mg/L (max) All grades

16-Oct-

02

ASTM

D381

AUSTRALIAN GOVERNMENT. DEPARTMENT OF THE ENVIRONMENT AND WATER RESOURCES. Consultado 22

de Mayo de 2007. Disponible en <http://www.environment.gov.au/atmosphere/fuelquality/standards/petrol/index.html>

En lo que respecta a la gasolina, (que en este caso, debería ser la misma

gasolina que se vende en el país, pues tiene un 10% de etanol), podemos ver

que la cantidad máxima de sulfuro para el 2005 es de 150ppm, y para el año

2008 es de 50ppm.

En lo que se refiere a la curva de destilación, se tiene que la temperatura

máxima de destilación no debe sobrepasar los 210°C, lo que para el caso de la

gasolina nuestra si cumple, pues se tiene una temperatura máxima medida de

195.2°C.

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Página 75 de 84

Diesel Standards

Parameter National standard Date of

effect

Test

Method

500 ppm (max) 31-Dec-

02

50 ppm (max) 1-Jan-06 Sulfur

10ppm (max) 1-Jan-09

ASTM

D5453

Cetane Index 46 (min) index 1-Jan-02 ASTM

D4737

820 (min) to 860 (max) kg/m3 1-Jan-02 Density

820 (min) to 850 (max) kg/m3 1-Jan-06

ASTM

D4052

370°C (max) 1-Jan-02 Distillation T95

360°C (max) 1-Jan-06

ASTM

D86

Viscosity 2.0 to 4.5 cSt @ 40°C 1-Jan-02 ASTM

D445

Carbon Residue (10%

distillation residue) 0.2 mass % max

16-Oct-

02

ASTM

D4530

Water and sediment 0.05 vol % max 16-Oct-

02

ASTM

D2709

Copper corrosión (3 hrs

@ 50°C) Class 1 max

16-Oct-

02

ASTM

D130

Lubricity

0.460 mm (max) (all diesel

containing less than 500ppm

sulfur)

16-Oct-

02 IP 450

AUSTRALIAN GOVERNMENT. DEPARTMENT OF THE ENVIRONMENT AND WATER RESOURCES. Consultado 22

de Mayo de 2007. Disponible en <http://www.environment.gov.au/atmosphere/fuelquality/standards/petrol/index.html

Como se puede ver de los datos anteriores, variables como la curva de

destilación, representada acá, por la temperatura a la que se logran el 95% de

IM-2007-I-25

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la destilación, si coincide con las medidas hechas en este trabajo de

investigación para el caso del diesel colombiano.

El índice de cetano, que para el caso acá mostrado se obtuvo mediante el CCI

que es una muy buena aproximación, se encuentra para el diesel colombiano,

muy por debajo del estándar, pues como se puede ver de la tabla del diesel, el

estándar se encuentra en un valor de 46 como mínimo.

La densidad que debería tener un valor máximo de 850 kg/m3 se encuentra

para el caso colombiano, fuera de este parámetro, pues la densidad medida

arrojo 890kg/m3. En lo que respecta a la cantidad de azufre, a partir del 2006

se tiene disponible diesel con 50ppm, y a partir del 2009 10ppm, cifra muy

alejada de las que, como se mostraran a continuación dispone Colombia.

El contenido de azufre, es importante puesto que es este componente, el que

tiene un gran efecto sobre emisiones de CO, HC y NOx. Para el caso del NOx

por ejemplo, se sabe que este se reduciría en cerca del 3% por cada 100ppm

menos en el combustible. En lo que se refiere a la presión de vapor, se espera

en el caso de Asia, que se utilice el combustible con la menor presión de vapor

posible para cada una de las estaciones. Así, se debe buscar en general, una

presión máxima de 60 kPa, hecho que se cumple para el caso colombiano,

pues la presión de vapor medida arrojo como resultado máximo, 55.15kPa.

A continuación, muestro, los estándares de calidad para la gasolina en países

Asiáticos:

ASIAN DEVELOPMENT BANK. Consultado 21 de mayo de 2007. Disponible en

<http://www.adb.org/documents/guidelines/Vehicle_Emissions/cf_ch03.pdf>

IM-2007-I-25

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Como se puede ver, la cantidad de azufre del combustible colombiano, se

encuentra tan solo a la par de la India y Sri Lanka. La gasolina nacional es

mejor tan solo en el caso de Indonesia, Malasia y Vietnam. Y nos encontramos,

muy por encima del estándar de la unión europea por la normativa EURO4

efectiva a partir del 2005, cuyo contenido máximo de azufre esta en 50ppm. En

lo que se refiere a la presión de vapor reid, como se puede ver, nos

encontramos dentro de un rango aceptable, ya que no superamos el valor

máximo de 60kPa.

Comparemos ahora, estos datos con el caso colombiano, para llevarnos una

mejor idea de la calidad de nuestro combustible.

Actualmente en Colombia, para lugares distintos a Bogotá, la cantidad de

azufre del ACPM se encuentra alrededor de 4500ppm, aunque se espera que

para julio de este año esta cifra se vea reducida a 4000ppm. Así se busca que

para el mismo mes del 2008 se venda el combustible a 3000ppm y finalmente

para principios del 2011 se tengan 500ppm.

Para el ACPM de Bogota, se prevén cifras de 1000ppm, 1000ppm y 500ppm

para julio de 2007, julio de 2008 y principios de 2011 (la cantidad actual esta

alrededor de 1200ppm).

En lo que se refiere a la gasolina, la cantidad actual es de 1000ppm, y no se

espera bajarlas sino hasta principios de 2011 a una cifra objetivo de 300ppm.

Actualmente, como medida de corto plazo, el país esta importante diesel de

alta calidad, para mezclarlo con el nuestro, buscando así un mejoramiento del

diesel “nacional”. Estas importaciones, ascienden a 6000 barriles por día en

2007, lo que representa 200 millones de dólares de inversión.

En el caso del transporte publico, la ley 1083 de 2006, obliga al uso de

combustibles limpios a partir de enero de 2010, lo que implica la reducción a

50ppm de azufre en el diesel.

IM-2007-I-25

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Adicionalmente a estas medidas se busca que para el 2008 el diesel se mezcle

con 5% de biodiesel, para lo que se construirá una planta en Barrancabermeja

con capacidad de 100.000 toneladas al año, con una inversión de hasta 23

millones de dólares.

En total, se tiene entonces un plan donde se buscan inversiones por cerca de

1500 millones de dólares hasta el 2010 para cinco proyectos que comprenden

no solo unidades de hidrotratamiento en las refinerías, para reducir el contenido

de azufre (especialmente el diesel), para la producción de biodiesel a partir del

2008, la conversión de vehículos a gas natural, y el mejoramiento general de la

calidad del combustible.

Adicionalmente, debido a la alianza con Glencore Internacional, para la

refinería de Cartagena, se busca una ampliación y mejoramiento de este

centro, buscando no solo ampliar la capacidad sino buscando adherirse a los

estándares mundiales de combustibles.

IM-2007-I-25

Página 79 de 84

5. Conclusiones:

Las conclusiones de este proyecto de grado van mas allá, de la simple

medición de las propiedades, o del trabajo de investigación realizado para el

combustible colombiano.

1. Se pudo comprobar, que mediante la fabricación de buena calidad de los

equipos de presión de vapor de Reid y Curva de destilación, se

obtuvieron resultados comparables y satisfactorios con respecto al

Ministerio de Minas y energía de Colombia y a entidades de renombre

como Ecopetrol. Resultados que se espera, sean útiles, no solo para

este trabajo de investigación, sino para trabajos posteriores que requiera

el departamento de Ingeniería Mecánica en sus estudios.

2. Se pudo también comprobar, que un proceso adecuado de medición, tal

y como se usaron en el caso de la presión de vapor, la curva de

destilación y el calor especifico del combustible, arrojaron resultados que

llevaron a comparaciones útiles para determinar el estado de los

combustibles en Colombia, con sus ventajas y desventajas.

3. Se pudo ver la importancia de la presión de vapor de Reid, como

parámetro para la definición del combustible, no solo por las bondades

que puede traer, tener un combustible en un rango aceptable, sino por

los grandes riesgos que se pueden tener, en almacenamiento,

transporte y en el funcionamiento de un motor de combustión interna si

este valor no es seguro. Adicionalmente, al comparar los valores

obtenidos (que estuvieron por debajo de 60kPa en todos los casos), con

respecto a los mercados asiaticos, y al estándar estadounidense y

europeo, se comprobo, que en lo que se refiere a la presión de vapor (y

IM-2007-I-25

Página 80 de 84

su intima relación con la volatilidad de los combustibles), la gasolina en

Colombia, cumple satisfactoriamente este parámetro.

4. Fue evidente la curva de destilación, como una variable de gran

importancia, no solo para la definición de un combustible con sus

bondades y aspectos a mejorar, sino porque es por medio de este

método, que se puede ver mas claramente, y entender de manera

practica, las distintas fracciones en las que se divide un combustible, y

analizar con ello, el comportamiento que de este se podría esperar en la

combustión, el transporte y el almacenamiento. Adicionalmente, permite

palpar las diferencias que a simple vista no se pueden apreciar tan

fácilmente, al momento de comparar a la gasolina con el diesel. Al

relacionar los valores obtenidos de esta investigación con los valores

que muestran las distintas entidades nacionales e internacionales al

respecto, se pudo comprobar, al igual que para la presión de vapor, que

los requisitos son cumplidos en Colombia, logrando asi, que las distintas

fracciones de los combustibles, con sus respectivas temperaturas,

generen un comportamiento adecuado en el motor de combustión

interna.

5. Del trabajo de calor especifico, se pudo entender mejor, el

comportamiento energético del combustible a distintas temperaturas.

Buscando así un mejor entendimiento de las variables termodinámicas

que aquí entran en juego, y de la importancia de la eficiencia que se

puede obtener de un combustible.

6. Se pudo evidenciar, del trabajo de investigación, la importancia del

desarrollo de los hidrocarburos en Colombia, no solo por el peso

económico que representan para el país, sino porque es de esta

industria, que sectores como el parque automotor dependen para su

adecuado funcionamiento.

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7. Con el hecho particular de la capitalización de Ecopetrol S.A., y el

análisis que aquí se hizo, se logro dar una mejor idea sobre el futuro de

los hidrocarburos en Colombia, teniendo en cuenta las ventajas y

desventajas que representan para el país.

8. En lo que se refiere a la demanda energética mundial, se entiende

porqué es tan importante el desarrollo de la industria petrolífera en

Colombia, pero también a su vez, la búsqueda de fuentes alternativas

para subsanar el inevitable hecho que el petróleo es limitado, y que para

el caso colombiano, si bien no se tiene una fecha exacta donde se

espera que se acabe, si se tienen aproximaciones que llevan a pensar

sobre la independencia de hidrocarburos del país en el futuro.

9. Se recalca además, la importancia de la exploración de nuevos pozos de

petróleo, dada la situación actual del país, y se ve la importancia de

buscar la adecuada fuente de inversión par cubrir estos gastos. Todo

ello, para que sectores como el del transporte o el industrial, que son los

mas dependientes de los hidrocarburos no se vean tan afectados.

10. En lo que se refiere a la calidad del combustible, se pudo observar, al

comparar el combustible colombiano, con el mercado asiatico, europeo y

estadounidense, que a pesar de cumplir con ciertas características

(como la presión de vapor, o los valores de destilación del combustible),

nos encontramos bastante lejos en lo que respecta a la cantidad de

azufre, lo que tiene como consecuencia una mayor cantidad de

emisiones nocivas tanto para la atmosfera como para el propio ser

humano. Con todo, gracias al análisis hecho del documento del

Ministerio de Minas y Energía, se mostro un panorama mas claro, en lo

que se refiere al mejoramiento de la calidad del combustible a nivel

nacional, lo que evitara no solo que quedemos resagados, respecto a

IM-2007-I-25

Página 82 de 84

otros países, sino que industrias como la automotriz no se vean tan

afectadas por esta causa.

Bibliografía

1. TORRES Jaime, MOLINA Daniel. Estudio de la mezcla de gasolina con 10%

de etanol anhidro. Evaluación de propiedades Fisicoquímicas; Dic.2002.

Consultado 25 mayo de 2007. Disponible en

<http://www.minminas.gov.co/minminas/sectores.nsf/2a84e89f4d73f130052567

be0052c75a/8d566806de23cd580525705f00432e6d/$FILE/Mezcla%20Gasolin

a.pdf>

2. Microsoft ® Encarta ® 2007. © 1993-2006 Microsoft Corporation.

Reservados todos los derechos

3. OBERT Eduard, Motores de combustión interna; Editorial CECSA, reimpr.

1999.

4. http://www.ciquime.org.ar/CIQUIME/CUR/QCA/LECCION%209.pdf

5. WIKIPEDIA, Consultado 18 Mayo de 2007. Disponible en

<http://en.wikipedia.org/wiki/Vapor_pressure>

6. ECOPETROL, Consultado 20 Mayo de 2007. Disponible en

<http://www.ecopetrol.com.co/contenido.aspx?catID=216&conID=37369>

7. DISCORAMO, Consultado el 19 Mayo de 2007. Disponible en

<http://discoramo.com/docs/hojastecnicas/HOJA%20TECNICA%20DIESEL.pdf

8.http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/159/htm/sec_6

.htm

9. http://www.textoscientificos.com/energia/combustibles/liquidos

IM-2007-I-25

Página 83 de 84

10. http://www.escharlamotor.org/info/combustibles/

11. CLEAR AIR INITIATIVE, Consultado Mayo 23 de 2007. Disponible en

<http://www.cleanairnet.org/infopool_es/1525/article-55074.html>

12. http://campus.fortunecity.com/duquesne/623/home/gasolina/gasolina.htm

13. http://tq.educ.ar/tq03028/html/naftas.htm

14. http://centros5.pntic.mec.es/ies.victoria.kent/Rincon-C/Curiosid/RC-2.html

15. RENEWABLE FUEL ASSOCIATION. Consultado 16 de Mayo de 2007.

Disponible en <http://www.ethanolrfa.org/objects/pdf/spanishsupplement.pdf>

16. WIKIPEDIA, Consultado 18 Mayo de 2007. Disponible en

http://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_calor%C3%ADfica

17. FERGUSON, KIRKPATRICK ; Internal Combustión Engines, Second

Edition Capitulo 10, seccion 10.5

18. MARSHALL BRAIN. "How Diesel Engines Work". April 01, 2000 .

Consultado 25 de Mayo de 2007. Disponible en

<http://auto.howstuffworks.com/diesel.htm>

19. INCROPERA, DEWITT; Fundamentos de Transferencia de Calor, Cuarta

edicion. Capitulo 2 seccion 2.2.

20. SONNTAG, BORGNAKKE, VAN WYLEN; Fundamentals of

Thermodynamics, Sexta edicion.

IM-2007-I-25

Página 84 de 84

21. MINISTERIO DE MINAS Y ENERGIA. Consultado 24 de mayo de 2007.

Disponible en

<http://www.minminas.gov.co/minminas/pagesweb.nsf?opendatabase>

22. ENERGY INFORMATION ADMINISTRATION. Consultado 22 de Mayo de

2007. Disponible en <http://www.eia.doe.gov/oiaf/ieo/pdf/ieopol.pdf>

23. MINISTERIO DE MINAS Y ENERGIA. Consultado 24 de mayo de 2007.

Paginas 25, 36,38. Disponible en

<http://www.minminas.gov.co/minminas/sectores.nsf/870e3d03e406864905256

def0072494c/f6685a395a926e900525706900567805/Body/13.1E4A?OpenEle

ment&FieldElemFormat=gif>. .

24. MINISTERIO DE MINAS Y ENERGIA. Consultado 24 de mayo de 2007.

Disponible en

<http://www.minminas.gov.co/minminas/sectores.nsf/870e3d03e406864905256

def0072494c/f6685a395a926e900525706900567805/Body/6.3C18?OpenElem

ent&FieldElemFormat=gif>

25. EXXON MOBIL. Consultado 20 de mayo de 2007. Disponible en

<http://www.exxon.com/USA_English/GFM/Products_Services/Fuels/Diesel_Fu

els_BenefitsRecs.asp>

26. http://www.dieselnet.com/standards/us/fuel.html

27. ASIAN DEVELOPMENT BANK. Consultado 21 de mayo de 2007.

Disponible en

<http://www.adb.org/documents/guidelines/Vehicle_Emissions/cf_ch03.pdf>

28. AUSTRALIAN GOVERNMENT. DEPARTMENT OF THE ENVIRONMENT

AND WATER RESOURCES. Consultado 22 de Mayo de 2007. Disponible en

IM-2007-I-25

Página 85 de 84

<http://www.environment.gov.au/atmosphere/fuelquality/standards/petrol/index.

html>

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Apéndice A. A continuación presento los planos utilizados para el diseño y construcción de la Bomba de Reid.

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Apéndice B. A continuación presento los planos utilizados para el diseño y construcción del equipo para la curva de destilación