jesús armando valverde vega - universidad de costa rica

UNIVERSIDAD DE COSTA RICA

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA

Análisis del efecto de la adición de cloruro de calcio en la viscosidad y la

estabilidad de las emulsiones asfálticas de rompimiento lento

Informe de proyecto final de graduación sometido a consideración de la Escuela de Ingeniería

Química como requisito final para optar al grado de Licenciatura en Ingeniería Química

Jesús Armando Valverde Vega

CIUDAD UNIVERSITARIA RODRIGO FACIO

SAN JOSÉ, COSTA RICA

2016

TRIBUNAL EXAMINADOR

Proyecto de graduación presentado ante la Escuela de Ingeniería Química de la Universidad de

Costa Rica, como requisito final para optar por el grado de Licenciado en Ingeniería Química .

Jesús Armando Val verde Vega

Aprobado por:

In . o o ate Brenes, M.Sc. Escuela de Ingeniería Química

lngaª"zco Ballestero Ingeniera Química

lng. rick Solano Carmona Profeso a de Ingeniería Química

~Á· -~Js Rr Ing. Roberto Coto Rojas, MBA Profesor Escuela de Ingeniería Química

Ciudad Universitaria Rodrigo Facio

San José, Costa Rica

2016

Sustentante

Presidente del tribunal

Directora del proyecto

Miembro Lector

Miembro Lector

Lector invitado

iii

DEDICATORIA

Este proyecto de graduación está dedicado a mis padres: Maritza Vega Barrantes y Marvin

Valverde García; quienes a lo largo de todos estos años de estudio y formación me han acompañado

en cada paso y quienes han sido un ejemplo de vida y dedicación, esfuerzo y apoyo incondicional.

Gracias a ellos he llegado a ser la persona que soy el día de hoy.

v

AGRADECIMIENTOS

A Dios todopoderoso, por permitirme culminar esta carrera profesional. A Él la gloria y el honor,

hoy, mañana y siempre.

A toda mi familia, en especial a mis padres y hermanos: Sharon, Priscilla, María, Esteban y Andrés.

A mi tía Lía por ser un apoyo incondicional en este proceso.

A mis compañeros universitarios: Elizabeth Vallejos, Minor Vargas, Nancy Valerio, Gregory

Alvarado y Melissa Morales; por acompañarme a lo largo de estos años de carrera universitaria y a

los que aprecio y admiro enormemente.

A los funcionaros y compañeros del Departamento de Investigación, Planta de Emulsiones

Asfálticas y Departamento de Calidad de RECOPE S.A en El Alto de Ochomogo: Paola Orozco,

Allan Chin-Wo, Rodrigo González, Jimmy Fernández, Herlyn Arias, Gerson Rodríguez, Jessica

Rodríguez, Adolfo Madrigal y Francisco Torres; por haberme proporcionado el conocimiento, guía

y herramientas en la consecución de este proyecto.

vii

RESUMEN

Se analizó el efecto de la adición de cloruro de calcio en la viscosidad y la estabilidad de las

emulsiones asfálticas de rompimiento lento (CSS-1h), como una respuesta a un problema operativo

de RECOPE S.A. Este problema surge de la presencia de sales en el asfalto, las cuales son

higroscópicas y al encontrarse en la porción asfáltica de la emulsión producen un efecto de ósmosis

que genera un desplazamiento de la fase acuosa a la orgánica ocasionando distorsiones en la

viscosidad y la estabilidad. Esto provoca que dichos parámetros se salgan de la especificación

acotada por el Reglamento Técnico Centroamericano (RTCA) 75.01.22:04, lo que imposibilita la

adecuada comercialización y venta.

Para ello se planteó un diseño experimental el cual tiene como variable de estímulo la cantidad de

cloruro en el asfalto que se utilizó como materia prima para la elaboración de las emulsiones. Como

variable controlable la cantidad de cloruro de calcio a adicionar en la mezcla jabonosa para preparar

la emulsión. Como variables no controlables la temperatura y la presión ambiental. Las variables de

respuesta y estudio son la viscosidad y la estabilidad de la emulsión. Las mismas fueron

determinadas por medio de las normas ASTM D-6470-10 y ASTM D-7496-11 respectivamente.

Primero se determinó la cantidad de cloruros en el asfalto como una aproximación a la cantidad de

sales en el mismo. Para ello se modificó ligeramente el procedimiento establecido por la norma

ASTM-D6470. Este análisis sirvió como punto de partida para el posterior enriquecimiento, el cual

fue verificado por el mismo procedimiento. Se obtuvo una concentración de cloruro en el asfalto de

aproximadamente 80 mg/kg. Se enriqueció el mismo generando seis niveles más: 100 mg/kg;

150 mg/kg; 200 mg/kg; 300 mg/kg; 400 mg/kg y 500 mg/kg. Con estas muestras de asfalto

enriquecido se prepararon emulsiones sin la utilización del aditivo, para determinar los niveles en

los cuales la estabilidad y viscosidad hacen que la emulsión salga de especificación.

Posteriormente para cada uno de los siete niveles de concentración de cloruro en el asfalto

mencionado anteriormente se prepararon emulsiones con tres niveles distintos de cloruro de calcio

en porcentajes másicos de 0,05 %, 0,10 % y 0,15 %, para un total de cuatro niveles incluyendo el de

0,00 % (sin utilización de aditivo). Se aplicaron en total 28 tratamientos por duplicado para un total

de 56 ensayos. Se analizaron los datos obtenidos y se planteó una correlación experimental que

consta de dos ecuaciones que permite predecir la cantidad de cloruro de calcio a adicionar para una

viscosidad y estabilidad deseadas a partir de la concentración de cloruros en el asfalto.

Se encontró que el aumento en la concentración de cloruros en el asfalto provoca desviaciones

indeseables en la viscosidad y la estabilidad de las emulsiones y que la estabilidad es mucho más

sensible a este aumento que la viscosidad. Así mismo, la adición de cloruro de calcio provoca que la

viscosidad se mantenga casi invariable en el trascurso del tiempo además mejora significativamente

la estabilidad de la emulsión, ocasionando que este parámetro se ajuste a lo requerido por el RTCA.

Se recomienda realizar un proceso de validación para la determinación de sales en el asfalto,

mejorar el proceso de enriquecimiento de sales, analizar un nivel más de concentración de cloruro

de calcio y someter al análisis otros factores importantes del proceso productivo de las emulsiones.

ix

Índice General

Contenido Pág.

1. Justificación ............................................................................................................................... 1

2. Marco teórico ............................................................................................................................. 3

El bitumen o asfalto ............................................................................................................................ 3

Emulsiones asfálticas .......................................................................................................................... 4

Ventajas de las emulsiones .................................................................................................................. 5

Surfactantes o emulsificantes en las emulsiones asfálticas ................................................................. 5

Formulación de las emulsiones ........................................................................................................... 7

Otros componentes de la emulsión y su función ................................................................................. 8

Clasificación de las emulsiones bituminosas ...................................................................................... 9

Manufactura de las emulsiones ......................................................................................................... 10

Pruebas de calidad para las emulsiones asfálticas .............................................................................. 11

Manejo y almacenamiento de las emulsiones ................................................................................... 13

Aplicación de las emulsiones ............................................................................................................ 14

3. Descripción del proceso productivo de las emulsiones asfálticas y el problema en su

elaboración ............................................................................................................................ 17

Dosificación para la preparación de emulsiones asfálticas en RECOPE S.A. .................................. 17

Emulsificante REDICOTE E-4868. .................................................................................................. 18

Descripción del proceso y condiciones de operación. ....................................................................... 18

Descripción del problema ................................................................................................................. 19

4. Metodología ............................................................................................................................. 21

Análisis de proceso normal de producción. ...................................................................................... 21

Definición de los parámetros de operación y preparación de las muestras ....................................... 21

Caracterización de las materias primas de partida y verificación de los métodos de medición

de cloruros y el enriquecimiento de las muestras. .................................................................. 22

Determinación de los niveles que ocasionan problemas. .................................................................. 22

Determinación de los niveles de CaCl2 a añadir. .............................................................................. 23

Medición de la estabilidad de las emulsiones asfálticas ................................................................... 24

Medición de la viscosidad de las emulsiones asfálticas .................................................................... 25

x

5. Análisis de resultados .............................................................................................................. 29

Determinación de cloruros en el asfalto que se emplea como materia prima ................................... 29

Determinación del efecto del enriquecimiento con cloruro de sodio al asfalto sobre la

viscosidad y la estabilidad de la emulsión sin utilizar como aditivo CaCl2 ............................ 34

Determinación del efecto de la adición de cloruro de calcio en la viscosidad y la estabilidad. ........ 37

Determinación y análisis del modelo de regresión. ........................................................................... 42

6. Conclusiones y recomendaciones ........................................................................................... 51

Conclusiones ..................................................................................................................................... 51

Recomendaciones .............................................................................................................................. 52

7. Referencias ............................................................................................................................... 55

8. Nomenclatura........................................................................................................................... 57

9. Resultados ................................................................................................................................ 59

10. Resultados intermedios ......................................................................................................... 77

11. Muestra de Cálculo. .............................................................................................................. 97

C.1. Cálculo de la constante de orificio del viscosímetro de Saybolt. .............................................. 97

C.2. Cálculo de la corrección a la viscosidad de las emulsiones asfálticas con la constante

del orificio. .............................................................................................................................. 97

C.3. Cálculo del porcentaje de estabilidad de las emulsiones asfálticas. .......................................... 98

C.4. Cálculo del contenido de sales en mezclas asfálticas. ............................................................... 98

C.5. Cálculo de la primera derivada para la determinación del punto de inflexión en la

valoración potenciométrica ..................................................................................................... 99

12. Anexos .................................................................................................................................. 101

xi

Índice de Figuras

Contenido Pág.

Figura 2.1. Tipos de emulsiones según la naturaleza de la fase dispersa y dispersante y su

distribución ..................................................................................................................... 4

Figura 2.2. Interacción del bitumen, emulsificante y agua ................................................................ 6

Figura 2.3. Fabricación de una emulsión asfáltica en modo discontinuo ......................................... 11

Figura 5.1. Valoración potenciométrica para determinar el contenido de cloruros en el asfalto

del T-112 muestreado el 20/10/15. ................................................................................ 30

Figura 5.2. Primera derivada para determinar el contenido de cloruros en el asfalto del T-112

muestreado el 20/10/15. ................................................................................................ 31

Figura 5.3. Comparación entre el valor nominal de enriquecimiento y el obtenido mediante

valoración potenciométrica. .......................................................................................... 33

Figura 5.4. Viscosidad en función de la concentración de cloruro utilizado para elaborar la

emulsión sin usar CaCl2 ................................................................................................ 34

Figura 5.5. Viscosidad en el tiempo de las emulsiones asfálticas (primera réplica) cuando no

se les ha agregado CaCl2 en la formulación de la mezcla jabonosa. ............................ 35

Figura 5.6. Estabilidad de las emulsiones con diferente contenido de cloruros sin agregar

CaCl2 en la mezcla jabonosa. ....................................................................................... 37


emulsión con diferentes contenidos de CaCl2 (%)........................................................ 38

Figura 5.8. Viscosidad en el tiempo de las emulsiones asfálticas (primera réplica) cuando se

les ha agregado 0,05 % de CaCl2 en la formulación de la mezcla jabonosa. ................ 38





Figura 5.11. Estabilidad de las emulsiones con diferente contenido de cloruros en función del

porcentaje de CaCl2 adicionado en la formulación de la mezcla jabonosa................... 40

xii

Contenido Pág.

Figura 5.12. Estabilidad de las emulsiones con diferente contenido de cloruros agregando A)

0,05% de CaCl2 B) 0,10 % de CaCl2 y C) 0,15% de CaCl2en la formulación de la

mezcla jabonosa. ........................................................................................................... 41

Figura 5.13. Análisis gráfico de residuos para el modelo que predice la viscosidad dado por

la ecuación 6. (a) Gráfico de probabilidad normal. (b) Residuos versus predichos

(c) Histograma (d) Residuos contra orden de observación. .......................................... 45

Figura 5.14. Análisis gráfico de residuos para el modelo que predice la estabilidad dado por

la ecuación 8. (a) Gráfico de probabilidad normal. (b) Residuos versus predichos

(c) Histograma (d) Residuos contra orden de observación. .......................................... 49

xiii

Índice de Cuadros

Contenido Pág.

Cuadro 2.1. Química de emulsificantes asfálticos (James A. , 2006) ................................................ 7

Cuadro 2.2. Formulaciones típicas para la preparación de emulsiones asfálticas (James A. ,

2006) ............................................................................................................................... 8

Cuadro 2.3. Técnicas de aplicaciones para cada tipo de emulsión asfáltica (LANAME-UCR,

2012) ............................................................................................................................. 15

Cuadro 3.1. Formulación de la emulsión asfáltica de rompimiento lento ....................................... 17

Cuadro 3.2. Propiedades físicas del emulsificante REDICOTE-E4868. ......................................... 18

Cuadro 4.1. Pruebas de viscosidad y estabilidad a las emulsiones sin tratamiento a las sales

provenientes del asfalto ................................................................................................ 23

Cuadro 4.2. Pruebas de viscosidad y estabilidad a las emulsiones con tratamiento de CaCl2 ......... 24

Cuadro 5.1. Análisis de coeficientes para el modelo de regresión que describe la viscosidad

de las emulsiones representada en la ecuación 6. ......................................................... 43

Cuadro 5.2. Coeficiente de determinación y coeficiente de determinación ajustado para el

modelo que describe la viscosidad de las emulsiones, ecuación 6 ............................... 44


modelo depurado que describe la viscosidad de las emulsiones, ecuación 7 ............... 47

Cuadro 5.4. Análisis de coeficientes para el modelo depurado que describe la viscosidad

dada por la ecuación 7 .................................................................................................. 47

Cuadro 5.5. Análisis de coeficientes para el modelo de regresión que describe la estabilidad

de las emulsiones representada en la ecuación 8 .......................................................... 48


modelo que describe la estabilidad de las emulsiones, ecuación 8 ............................... 48

Cuadro 9.1. Medición de la masa de un galón metálico vacío utilizado para el

almacenamiento de las muestras de asfalto .................................................................. 59

Cuadro 9.2. Medición de la masa de un galón metálico más el residuo después de utilizar el

asfalto almacenado en ellos .......................................................................................... 59

xiv

Contenido Pág.

Cuadro 9.3. Determinación de la masa de la muestra más el recipiente metálico que se utilizó

para la preparación de cada emulsión ........................................................................... 59

Cuadro 9.4. Tiempo para la determinación de la constante de orificio ............................................ 61

Cuadro 9.5. Análisis por quintuplicado del contenido de sales en el asfalto del T-112 tomado

el 20/10/2015 ................................................................................................................ 61

Cuadro 9.6. Análisis por quintuplicado del contenido de sales en el asfalto del T-112 tomado

el 18/01/2016 ................................................................................................................ 62

Cuadro 9.7. Análisis potenciométrico para verificación del contenido de cloruros en el

asfalto después del enriquecimiento con cloruro de calcio en los valores

nominales de 100 mg/kg, 150 mg/kg y 200 mg/kg ....................................................... 62

Cuadro 9.8. Análisis potenciométrico para verificación del contenido de cloruros en el

asfalto después del enriquecimiento con cloruro de calcio en los valores


Cuadro 9.9. Medición de la viscosidad en el tiempo para las emulsiones elaboradas sin

cloruro de calcio............................................................................................................ 64

Cuadro 9.10. Medición de la viscosidad en el tiempo de las emulsiones con una

concentración de cloruros de 80 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes

másicos de cloruro de calcio adicionados en la mezcla jabonosa ................................. 64

Cuadro 9.11. Medición de la viscosidad en el tiempo de las emulsiones con una



Cuadro 9.12. Medición de la viscosidad den el tiempo de las emulsiones con una












xv

Contenido Pág.



másicos de cloruro de calcio adicionados en la mezcla jabonosa................................. 68

Cuadro 9.17. Masas necesarias para la determinación de la estabilidad de las emulsiones

preparadas con asfalto a una concentración de cloruros de 80 mg/kg .......................... 68


preparadas con asfalto a una concentración de cloruros de 100 mg/kg ........................ 69











Cuadro 10.1. Cálculo del volumen promedio y la primera derivada para el análisis por

quintuplicado del contenido de cloruro en el asfalto del T-112 tomado el

20/10/2015 .................................................................................................................... 77


quintuplicado del contenido de cloruro en el asfalto del T-112 tomado el

18/01/2016 .................................................................................................................... 77

Cuadro 10.3. Resultados del análisis por quintuplicado del contenido de cloruro en el asfalto

del T-112 tomado el 20/10/2015 ................................................................................... 78


del T-112 tomado el 18/01/2016 ................................................................................... 78

Cuadro 10.5. Determinación de la masa necesaria de cada componente de las emulsiones

asfálticas con una concentración de cloruros de 80 mg/kg ........................................... 79


asfálticas con una concentración de cloruros de 100 mg/kg ......................................... 79

xvi

Contenido Pág.











Cuadro 10.12. Cálculo del volumen promedio y la primera derivada para el análisis del

contenido de cloruro en el asfalto después del enriquecimiento para los valores


Cuadro 10.13. Cálculo del volumen promedio y la primera derivada para el análisis del

contenido de cloruro en el asfalto después del enriquecimiento para los valores


Cuadro 10.14. Resultados del análisis por quintuplicado del contenido de cloruro en el

asfalto después de enriquecimiento a 100 mg/kg y 150 mg/kg .................................... 83





Cuadro 10.17. Cálculo de la constante de orificio para la corrección de la viscosidad ................... 84

Cuadro 10.18. Viscosidad corregida para las emulsiones elaboradas sin aditivo a diferentes

niveles de concentración de cloruro en el asfalto ......................................................... 85

Cuadro 10.19. Viscosidad corregida de las emulsiones con una concentración de cloruros de

80 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes másicos de cloruro de calcio

adicionados en la mezcla jabonosa ............................................................................... 86




xvii

Contenido Pág.
















Cuadro 10.26. Cálculo de los residuales y la estabilidad de las emulsiones preparadas con

asfalto a una concentración de cloruros de 80 mg/kg ................................................... 89


asfalto a una concentración de cloruros de 100 mg/kg ................................................. 90











1

1. Justificación

Las emulsiones asfálticas son dispersiones de pequeñas gotas de asfalto en una fase continua

acuosa. Esta muchas veces se comporta como una emulsión compleja donde la fase dispersante, en

este caso el agua, forma pequeñas gotas dentro de las gotas de la fase dispersa. Actualmente, el

asfalto y las emulsiones asfálticas son empleados en la construcción de superficies de rodamiento.

La emulsión se combina con un agregado y se produce un efecto de rotura de la misma, este

proceso faculta la cohesión y unión del agregado, dando como resultado una superficie con ciertas

características deseadas y funcionales (Walter & Walter, 2006). Otras aplicaciones menores de las

emulsiones asfálticas están relacionadas con el tratamiento de suelos para la siembra, como un

sistema fijador de semillas.

Las emulsiones se utilizan de preferencia frente al asfalto debido a una serie de ventajas en cuanto a

su manipulación y almacenamiento. El asfalto a temperatura ambiente resulta ser un sólido que es

difícil de tratar. A 60 °C el asfalto tiene una viscosidad de 10 a 400 veces mayor que la emulsión.

Esto significa que la emulsión facilita la manipulación a baja temperatura y por lo tanto tiene un

costo energético asociado menor. Otra ventaja de no trabajar a altas temperaturas es la disminución

de las emisiones de gases de efecto invernadero producto de la reducción en el consumo de

combustibles usados en las operaciones de intercambio calórico, se evita también la oxidación del

asfalto y las técnicas de manipulación son más sencillas y menos peligrosas (Furlong, James,

Kalinowski, & Thopson, 1999).

Entre los parámetros más importantes que determinan la calidad de las emulsiones asfálticas están

la viscosidad y la estabilidad. La estabilidad está relacionada con una serie de fuerzas

intermoleculares de atracción y de repulsión dentro de la suspensión. La viscosidad también

depende de la distribución y el tamaño de las gotas de asfalto en la emulsión que afectan la fluidez

del producto. Otro factor que afecta la fluidez y la estabilidad de las emulsiones es la cantidad de

sólidos retenidos, por lo tanto, es importante tener un control de ciertas sustancias en la emulsión

que vayan a afectar dichos parámetros y por lo tanto el producto final ofrecido al cliente (Furlong,

James, Kalinowski, & Thopson, 1999).

Actualmente en RECOPE S.A. se ha determinado que ciertos lotes de asfalto empleados para

elaborar las emulsiones traen consigo una cierta cantidad de sales disueltas. Estas sales son

2

higroscópicas y al encontrarse en la porción asfáltica de la emulsión facultan el desplazamiento por

ósmosis de la fase acuosa hacia el interior de las gotas de asfalto y con ello se ve afectada la

viscosidad y la estabilidad de la emulsión en el tiempo, mientras el proceso se lleva a cabo (James

A. , 2006). El problema anteriormente mencionado se trata en RECOPE S.A con la adición a prueba

y error de cloruro de calcio (CaCl2) en la fase acuosa antes de preparar la emulsión y de esta forma

lograr un equilibrio iónico de sales entre la fase dispersa y la fase dispersante y detener el proceso

de ósmosis del agua. De esta manera se mejora la estabilidad y viscosidad de las emulsiones con

respecto al tiempo. Pero el proceso de adición se basa en la experiencia, dando ocasión de fallo en

la formulación al adicionar más cloruro de calcio que el requerido para lograr una buena

estabilización o adicionar menos y provocar que el proceso se deba repetir recirculando el producto

una y otra vez para alcanzar el propósito deseado. Esto genera riesgo, pérdida de tiempo, energía y

reproceso.

Es por ello, que por medio de un diseño experimental se pretende estudiar el efecto de la adición de

cloruro de calcio en las emulsiones asfálticas de rompimiento lento con el fin de obtener un modelo

que permita correlacionar la cantidad de sales presentes en el lote de asfalto con la cantidad de

cloruro de calcio a agregar en la fase acuosa al preparar la emulsión para garantizar la estabilidad y

viscosidad exigidas por el Reglamento Técnico Centroamericano (RTCA) respectivo para su venta.

De esta manera resultaría más práctico para la empresa el proceso de fabricación, ya que con un

solo análisis inicial de sales en el asfalto, se puede determinar la cantidad de reactivo a agregar, con

lo que se ahorra tiempo, dinero y esfuerzo y se elimina el proceso de adición de la sal a prueba y

error. Además, la investigación puede ayudar a determinar o detectar otros factores que están

interfiriendo en la calidad de las emulsiones y que se pueden trabajar en el futuro, el análisis de

dichos factores queda fuera del alcance de este proyecto.

.

3

2. Marco teórico

El bitumen o asfalto

El asfalto o bitumen es uno de los agentes más importantes en la construcción de las superficies de

rodamiento en la actualidad, fácilmente reconocible por su color negro característico. En la

confección de carreteras, el asfalto o bitumen, es mezclado con un agregado, generalmente roca

molida, que después de un proceso de emparejamiento da como resultado el producto deseado: una

superficie en la cual se pueda transitar con algunas características deseables y funcionales (Walter &

Walter, 2006).

El bitumen es, en sí, un residuo del proceso de la destilación del crudo. Consiste en una mezcla de

hidrocarburos de diferentes tamaños que a la vez contienen heteroátomos como azufre, nitrógeno y

oxígeno; así como trazas de metales como vanadio y níquel. Sin embargo, la verdadera naturaleza

química del bitumen no es totalmente conocida. Algunas fuentes enseñan que es una dispersión

coloidal de asfaltenos en maltenos (fracción soluble en hidrocarburos saturados con bajo punto de

ebullición constituido por anillos aromáticos, nafténicos y cadenas parafínicas) y que esa dispersión

es estabilizada con resinas. A temperatura ambiente, el bitumen es un sólido viscoelástico que a

medida que la temperatura aumenta se torna en un líquido viscoso. Presenta propiedades únicas de

adhesividad y resistencia al agua, características que hacen al material especialmente útil e ideal

para unir un agregado (Walter & Walter, 2006).

Una de las propiedades funcionales del bitumen es servir como agente unificador en las mezclas

asfálticas para caminos o carreteras. La mayoría de las pruebas para establecer su calidad o

propiedades deseadas son empíricas y se han utilizado por un periodo amplio de tiempo. Dos de las

pruebas más comunes son la penetración a 25 °C y el punto de ablandamiento conocido como

“Ring&Ball”. La penetración es una medida de la rigidez del bitumen a las temperaturas de servicio

más comunes de la superficie de rodamiento, mientras que “Ring&Ball” da la rigidez cerca de la

temperatura más alta esperada en la superficie (Walter & Walter, 2006).

4

Emulsiones asfálticas

El uso de las emulsiones asfálticas inició en la primera mitad del siglo XX. Las ventajas de las

emulsiones asfálticas comparadas con el asfalto son: la baja temperatura de aplicación, la

compatibilidad con otros aglutinantes a base de agua como el látex y el cemento y un bajo

contenido de solventes. Ahora, una emulsión es una dispersión de pequeñas gotas de un líquido en

otro. Las emulsiones pueden formarse por dos líquidos inmiscibles cualesquiera, pero en la mayoría

de las emulsiones una de las fases es acuosa. La emulsiones aceite/agua, O/W (por sus siglas en

inglés) son aquellas en que la fase continua o dispersante es agua y la fase dispersa (en burbujas o

gotas) es un líquido oleoso. Por otro lado las emulsiones agua/aceite W/O son aquellas en las que la

fase continua es un aceite y la fase dispersa el agua. El tercer tipo, que es más complejo, es cuando

en la fase dispersante (agua) se encuentra suspendida la fase dispersa (aceite) y dentro de las gotas

de la misma se encuentran burbujas de la fase dispersante, en tal caso se habla de una emulsión

W/O/W. La viscosidad de la emulsión y especialmente los cambios de viscosidad de la emulsión

durante el almacenamiento está fuertemente influenciada por la fase acuosa en el interior

(James A., 2006). En la Figura 2.1 se muestran los diferentes tipos de emulsiones.

Figura 2.1. Tipos de emulsiones según la naturaleza de la fase dispersa y dispersante y su

distribución

(AkzoNobel, SA).

Las emulsiones estándar de bitumen son consideradas del tipo O/W y contiene de 40 % a 75 % de

bitumen, 0,1 % a 2,5 % de emulsificante, 25 % a 60 % de agua y otros componentes en menor

cantidad. Las gotas de bitumen dentro de la emulsión oscilan entre los 0,1 μm y 20 μm en diámetro.

Existe una distribución del tamaño de las partículas y la misma está influenciada por la fórmulación

de la emulsión, los mecanismos y las condiciones de operación de la planta de manufactura. El

tamaño de partícula y la distribución afectan significativamente las propiedades físicas de la

5

emulsión como la estabilidad y la viscosidad bajo condiciones de almacenamiento. Las partículas

pequeñas aumentan el desempeño en cuanto al mezclado y la aplicación en spray (James A. , 2006).

Como fluidos complejos, la estabilidad de las emulsiones depende de las fuerzas intermoleculares

de atracción y de repulsión.

Ventajas de las emulsiones

La viscosidad es una de las características más importantes por las cuales se utilizan las emulsiones

asfálticas frente al asfalto como tal. Las emulsiones presentan viscosidades con valores que varía de

0,5 P a 10 P mientras que el asfalto presenta valores de 100 P a 4000 P, ambos a una temperatura de

60 °C. Esto quiere decir que la emulsión posibilita el manejo a bajas temperaturas, mientras que la

manipulación del asfalto requeriría mayor temperatura y por lo tanto un costo energético asociado

mayor. Otra ventaja asociada es que al no operar a altas temperaturas se da una disminución en las

emisiones de gases producto de la disminución de combustibles usados en la operación de

calentamiento, el consumo energético es menor, se evita la oxidación del asfalto y las técnicas de

manipulación son más sencillas y menos peligrosas (Furlong, James, Kalinowski, & Thopson,

1999).

Surfactantes o emulsificantes en las emulsiones asfálticas

Los emulsificantes cumplen la función de vencer la tensión superficial entre el asfalto y el agua,

permitiendo que el asfalto sea dispersado en la fase acuosa. Además favorece la formación de una

doble capa eléctrica alrededor de las gotas de asfalto que impiden que estas vuelvan a unirse porque

en la superficie de las gotas la carga es de igual naturaleza y de esta manera no se desestabiliza la

emulsión formada. En el caso de emulsiones asfálticas para mezclas se dice que por cada litro de

emulsión se crea un área interfacial de 500 m2 entre el agua y el asfalto. Un surfactante es una

sustancia que tiene una cabeza hidrofílica de naturaleza polar la cual interactúa con el agua y al

mismo tiempo evita que las partículas de asfalto choquen y se unan manteniendo estable la

emulsión. Además, tienen una cola lipofílica formada por una cadena de carbonos (de 12 a 18

carbonos) que interactúa con el componente oleoso o no polar de la emulsión (el asfalto). La Figura

2.2 muestra la interacción del emulsificante, la fase dispersa y la fase dispersante (Mercado, Bracho,

& Avendaño, 2008).

6

Figura 2.2. Interacción del bitumen, emulsificante y agua

(AkzoNobel, SA).

Las emulsiones asfálticas preparadas con surfactantes catiónicos presentan características

importantes: son estables, rompen al contacto con la superficie, la película formada se adhiere

fuertemente a la superficie y es relativamente sensible al agua. Por lo tanto, es el tipo de surfactante

más utilizado en la construcción de carreteras. Los surfactantes aniónicos más utilizados son

sulfonatos de lignina o casi todos los tipos conocidos de derivados del petróleo: naftenos,

sulfonatos, cresilatos, y sales de sodio de ácido grasos. Las moléculas de estos jabones de fórmula

general R-COO-Na ó RSO3-Na+ se ionizan en agua para formar los cationes y aniones respectivos,

con lo que se varía el carácter lipofílico y la densidad de carga negativa, con la capacidad de generar

una emulsión con las características deseables de velocidad de rotura en presencia del material en el

cual se va a agregar la emulsión (Mercado, Bracho, & Avendaño, 2008).

Los surfactantes no iónicos no producen iones en solución acuosa porque presentan grupos

hidrofílicos no ionizables del tipo fenol, alcohol, éter o amida. Como no existe una interacción entre

el emulsificante y el material pétreo, la utilización del mismo puede ocasionar una adhesión pobre

entre el asfalto emulsificado y el mineral, a menos que se utilice en medio básico o ácido. Los

surfactantes anfóteros, por otro lado, presentan dos grupos funcionales, uno aniónico y el otro

catiónico; en ese caso, el pH controla el carácter dominante. Como poseen un comportamiento dual,

resultan ser excelentes emulsificantes para el asfalto (Mercado, Bracho, & Avendaño, 2008). Los

7

emulsificantes pueden ser aniónicos, catiónicos o no aniónicos dependiendo de la carga de la cabeza

influenciada por el pH de la solución. En el Cuadro 2.1 se observa la descripción de la naturaleza

química de algunos emulsificantes.

Cuadro 2.1. Química de emulsificantes asfálticos (James A. , 2006)

Porción

Lipofílica Grupo de la cabeza Contraión

Carga de la

cabeza a pH 2

Carga de la

cabeza a pH 11

Seboalquil- [-NH2CH2CH2CH2NH3]2+ 2 Cl- Positiva Neutral

Seboalquil- [-N(CH3)3]+ Cl- Positiva Positiva

Nonilfenil- [-O(CH2CH2O)100H Ninguno Neutral No iónica

Aceite sebo- [-COO]- Na+ Neutral Negativa

Alquilbenceno- [-SO3]- Na+ Negativa Negativa

Formulación de las emulsiones

Los emulsificantes generalmente son proporcionados en su forma insoluble en agua y necesitan ser

neutralizadas con ácido o base por parte del productor para generar la forma aniónica o catiónica

que es soluble en agua usada para preparar la solución jabonosa y para que el emulsificante

interactúe de manera adecuada con el asfalto y el agua para generar la emulsión. La escogencia del

ácido o la base y el pH final de la solución influencian fuertemente las propiedades de la emulsión.

Los ácidos más comunes son el ácido clorhídrico y el fosfórico, el hidróxido de sodio es la base más

común. Algunas formulaciones típicas para preparar las emulsiones se muestran en el Cuadro 2.2.

Las emulsiones catiónicas son por lo general ácidas, mientras que las aniónicas son típicamente

básicas. En las siguientes ecuaciones se muestran las interacciones en estudio (James A. , 2006).

RNH2+ HCl ↔ RNH3++ Cl

- (1)

Forma insoluble en agua↔ forma catiónica soluble en agua

RCOOH + NaOH ↔ RCOO-+ Na++ H2O (2)

Forma insoluble en agua ↔ forma aniónica soluble en agua

8

Cuadro 2.2. Formulaciones típicas para la preparación de emulsiones asfálticas (James A. , 2006)

Catiónica de

rompimiento rápido

(CRS)

Catiónica de

rompimiento lento

(CSS)

Aniónica de

rompimiento rápido

(Anionic RS)

Aniónica de

rompimiento lento

(Anionic SS)

Componente % Componente % Componente % Componente %

Asfalto 65 Asfalto 60 Asfalto 65 Asfalto 60

Emulsificante 0,2 Emulsificante 0,6

Emulsificante 0,3 Emulsificante 0,5

HCl 0,15 NaOH 0,2 Ligninas 0,5

pH 1,5-2,5 pH 3-7 pH 11-12 pH 10-12

Agua a 100 Agua a 100 Agua a 100 Agua a 100

Otros componentes de la emulsión y su función

Aparte de los componentes ya mencionados, las emulsiones poseen otros que se describen a

continuación (LANAME-UCR, 2012):

Cloruro de calcio: Esta y otras sales comunes se adicionan a la fase acuosa a una concentración de

0,05 % a 0,10 %. El asfalto puede contener sales si el proceso de desalinización del petróleo no se

ha llevado a cabo de la manera correcta. Esta sal puede causar la desalinización de los glóbulos de

la emulsión mediante ósmosis. Esto provoca un aumento gradual de la viscosidad de la emulsión,

seguida de la disminución cuando la sal escapa del bitumen. El cloruro de calcio ayuda a reducir el

efecto de la ósmosis del agua al bitumen y detiene el aumento de la viscosidad durante el

almacenamiento. También puede incrementar la estabilidad aumentando la densidad de la fase

acuosa. Precisamente la equiparación entre el equilibrio de cargas entre el bitumen y el agua de la

emulsión es lo que se quiere lograr, pero no solo recurriendo a un procedimiento de prueba y error,

sino que, con base en análisis crear un modelo que permita predecir la cantidad de cloruro de calcio

que debe adicionarse en la solución jabonosa antes de preparar la emulsión y de esta manera detener

el proceso de ósmosis del agua hacia la fase del bitumen y lograr la estabilidad de la emulsión

durante el almacenamiento.

Tripolifosfato sódico: La adición de un 0,1 % de tripolifosfato sódico actúa como ablandador del

agua en caso de utilizar agua dura para preparar la emulsión y mejora la calidad de la misma.

Activantes de adhesividad: La resistencia al agua es una propiedad importante de las mezclas y las

9

lechadas. Generalmente las emulsiones aniónicas presentan dificultades para adherirse a los áridos,

por ello se pueden agregar activantes de adhesividad al bitumen antes de su emulsificación o

también una vez fabricada la emulsión.

Látex: Un polímero modificado puede mejorar las propiedades del bitumen, por ejemplo, en

cohesión, resistencia a la fisuración a bajas temperaturas y resistencia a reblandarse a altas

temperaturas. Como el látex es ya la dispersión de un polímero en base agua, puede adicionarse a la

fase acuosa o bituminosa siempre y cuando el tipo de látex sea compatible con la emulsión.

Espesantes: Los solubles en agua pueden aumentar la viscosidad de la emulsión para que la misma

cumpla con las especificaciones o se adiciona para disminuir el escurrimiento de la emulsión en

mezclas de granulometría abierta. Puede añadirse a la emulsión terminada o a la fase acuosa en

dosis del 0,02 % a 0,20 %. Los mismos pueden afectar la rotura y adhesión por lo que se deben

seleccionar cuidadosamente.

Clasificación de las emulsiones bituminosas

Según la concentración de cada fase se tienen las emulsiones directas, donde la fase oleosa es la

fase dispersa en la fase acuosa continua y las inversas o emulsiones de alta flotación, donde la fase

continua la constituye el asfalto. Generalmente las emulsiones se clasifican según el tipo de

surfactante pero también se consideran otras propiedades como la tasa de sedimentación, que

cuantifica la velocidad de coalescencia de las partículas suspendidas en el asfalto o cuán rápido se

rompe la emulsión por evaporación de agua, y que es afectada por el tipo y concentración de

emulsificante y las condiciones atmosféricas. Se usan los términos RS (Rapid Setting), MS

(Medium Setting) y SS (Slow Setting) (Mercado, Bracho, & Avendaño, 2008).

Las emulsiones de rotura rápida o rompimiento rápido (RS) se utilizan generalmente en el

tratamiento de superficies. Estas interactúan rápidamente con el agregado y revierten la emulsión.

Producen películas resistentes y tienen altas viscosidades para prevenir el escurrimiento y una vez

que se forme la capa, esta no se despegue con facilidad. Son utilizadas en rociado para bacheos,

sellos arenosos y tratamientos superficiales (Mercado, Bracho, & Avendaño, 2008).

Las emulsiones de rotura media (MS) son diseñadas para mezclas con agregados en frío o en

10

caliente y para el tratamiento de superficies. Estas no se rompen inmediatamente en contacto con el

agregado, por lo tanto pueden ser elaboradas en una planta y la mezcla resultante se transporta al

lugar de la pavimentación (Mercado, Bracho, & Avendaño, 2008).

Las emulsiones de rotura lenta o rompimiento lento (SS) son diseñadas para un tiempo máximo de

mezcla con los agregados. Tiene un amplio tiempo para su manipulación y asegura el cubrimiento

de grado denso y de agregados con altos contenidos de finos. Su aplicación se extiende desde la

pavimentación hasta otros usos industriales. La viscosidad de estas emulsiones es baja y puede ser

reducida aún más con la adición de agua. Si se quiere aumentar la velocidad del rompimiento se

puede adicionar otros agregados como cal hidratada durante la producción de la mezcla. Una

aplicación diferente a la pavimentación ha sido el tratamiento de los suelos que han sido sembrados

y fertilizados. El asfalto forma una película delgada que retiene las semillas en su lugar, absorbe y

conserva el calor solar requerido para la germinación (Mercado, Bracho, & Avendaño, 2008).

Manufactura de las emulsiones

En general, se sigue un procedimiento estándar para la fabricación de las emulsiones asfálticas. Las

condiciones pueden cambiar de acuerdo con la naturaleza y el tipo de emulsión que se quiera

elaborar. A continuación se describe un proceso de forma genérica para crear una idea de cómo se

lleva el proceso. La Figura 2.3 es un esquema simplificado del mismo. El proceso de producción de

las emulsiones asfálticas se puede condensar en dos partes. Por un lado se encuentra la preparación

y acondicionamiento de la solución jabonosa y por otro la mezcla asfáltica, ambas, al pasar por el

molino coloidal, forman la emulsión (LANAME-UCR, 2012).

Dado que el molino debe acondicionarse y no puede haber un golpe térmico fuerte al mezclar los

componentes de la emulsión, la preparación de la solución jabonosa inicia con la adición de agua

caliente en un ámbito de 40 °C a 45 °C, se adiciona el emulsificante y se homogeniza la solución.

Luego se ajusta el pH con ácido o base de acuerdo con el tipo de emulsificante. En caso de

emplearse una sal como el cloruro de calcio o de sodio, se agrega antes del ácido y se homogeniza

tomando en cuenta la pureza de la sal (LANAME-UCR, 2012).

Una vez preparada la solución jabonosa se procede a preparar la mezcla asfáltica (85 % asfalto y

15 % bunker) en caso que se requiera mejorar el punto de penetración, algunas emulsiones no

11

utilizan mezcla asfáltica, solo utilizan asfalto sin búnker. Se almacena a una temperatura entre

135 °C a 140 °C, a esta temperatura, se consigue una consistencia lo suficientemente líquida para su

adecuada manipulación y se evita su descomposición. Esta temperatura faculta que al mezclarse con

la solución jabonosa, la emulsión no supera los 85 °C, porque al después de los 100 °C el agua

contenida en la fase se evapora y acelera el proceso de rompimiento de la emulsión. Una vez

preparadas ambas partes, se introduce ambas corrientes lentamente al molino coloidal, en las

proporciones que la formulación indica para obtener la emulsión. Se deja en recirculación para

garantizar una completa y correcta emulsificación. Una vez preparada, se almacena en un tanque de

producto terminado, se espera un descenso de la temperatura a 80 °C y el almacenamiento se

efectúa entre los 40 °C y los 50 °C (LANAME-UCR, 2012).

Figura 2.3. Fabricación de una emulsión asfáltica en modo discontinuo

(AkzoNobel, SA).

Pruebas de calidad para las emulsiones asfálticas

Según Mercado, Bravo y Avendaño (2008), existen una serie de ensayos que se realizan sobre la

emulsión para determinar si se cumple con las especificaciones requeridas para un uso particular:

a. Determinación del pH: Permite verificar la acidez o la alcalinidad de la solución acuosa del

surfactante mediante un potenciómetro. En sí, el pH de la emulsión una vez conseguida, es

difícil de determinar.

12

b. Destilación (ASTM D 6997): Con esta prueba se determinan las proporciones de agua y de

resido asfáltico de la emulsión. El residuo asfáltico se utiliza posteriormente en las pruebas de

penetración, ductilidad y solubilidad.

c. Residuo por evaporación: El objetivo es determinar el residuo de las emulsiones asfálticas

mediante evaporación rápida. Sirve para determinar el contenido de asfalto en el menor tiempo

posible.

d. Asentamiento o estabilidad (ASTM D 6930-10): Se hace para obtener un índice de la

tendencia de las gotas de asfalto al sedimentarse durante el almacenamiento prolongado de la

emulsión. Se utilizan cilindros de 500 mL de capacidad con un tapón de corcho o de vidrio y se

deja durante cierto tiempo a temperatura ambiente. Transcurrido el tiempo, se destapa y se

toman 40 mL de la parte inferior y superior de cada uno y se examina el residuo asfáltico por

evaporación. El asentamiento se reporta como la diferencia de los promedios porcentuales de

asfalto de la parte superior e inferior. Generalmente el porcentaje máximo de almacenamiento

es de aproximadamente 5 %.

e. Carga eléctrica (ASTM D 244): Se usa para determinar si una emulsión es del tipo aniónica o

catiónica basándose en la carga eléctrica que poseen las gotas de asfalto en suspensión. El

experimento consiste en sumergir unos electrodos en una muestra de la emulsión y hacer pasar

una corriente durante cierto periodo de tiempo. Luego se examinan visualmente los electrodos y

se determina en cual hay mayor deposición de la emulsión. También se puede determinar el tipo

de la emulsión según la velocidad de rompimiento.

f. Diámetro de gota de la emulsión: Que es uno de los factores más influyentes tanto en la

viscosidad como en la estabilidad de la emulsión. Se puede determinar por microscopio,

reflectancia, turbidez, contadores y métodos que se basan en la difracción de la luz.

g. Viscosidad Saybolt Furol (ASTM-D88-07): Cuantifica la fluidez de la emulsión a temperatura

de estudio. Se lleva a cabo con un viscosímetro de Saybolt, el cual mide el tiempo en el cual la

muestra llena un matraz aforado de 60 cm3. El tiempo se utiliza como una característica del

rompimiento de la emulsión, rápido, medio o lento. Los resultados se reportan en segundo

Saybolt Furol y generalmente se trabaja a 50 °C.

h. Prueba de mallas (ASTM-D-6933-11): Determina la cantidad de partículas sólidas que se

13

retienen en un tamiz al hacer pasar la emulsión a través de éste. Si la cantidad de partículas es

excesivo, puede causar problemas de manipulación y aplicación del material. Se utiliza un

tamiz 850 µm, dos balanzas y un horno.

i. Adhesividad: Se determina con el propósito determinar la facilidad con la cual la emulsión

puede recubrir completamente un material determinado (agregado), soportar una acción de

mezclado y resistir la acción del agua. Es muy útil en emulsiones de rompimiento lento y

rápido; al mismo tiempo que permite tener una medida de la estabilidad de la emulsión.

j. Índice de rotura: Mide la actividad de las una emulsión en presencia de materiales finos,

permite medir la velocidad de rotura en condiciones normalizadas. En determinada cantidad de

emulsión se introduce un relleno a cierta velocidad (g/s) y con una agitación constante para

asegurar la homogeneidad, éste se añade hasta la rotura de la emulsión y se expresa como una

relación entre la cantidad de relleno añadido y la cantidad de la emulsión ensayada.

k. Penetración (ASTM D 5): Se realiza al asfalto residual después de que se ha roto la emulsión y

se ha eliminado la fase acuosa. El procedimiento es similar al que se le aplica al asfalto solo

antes de ser emulsificado.

Manejo y almacenamiento de las emulsiones

Un manejo o almacenamiento inapropiado de la emulsión puede producir un rompimiento

prematuro y producir pérdidas, por lo tanto existen algunas reglas para asegurar resultados exitosos

(Mercado, Bracho, & Avendaño, 2008):

a. Las emulsiones deben transportarse en el mismo equipo utilizado para el trasporte de

asfaltos líquidos, no se requieren tanque con serpentines para calentar, lo que disminuye los

costos energéticos.

b. La descarga del cisterna puede hacerse por gravedad o utilizando bombas con tolerancias

apropiadas que permitan el flujo adecuado del líquido.

c. El transporte debe hacerse en cisternas provistos de rompeolas para evitar la formación de

espuma.

d. El almacenamiento puede ser en tanque de eje horizontal.

14

e. En general es recomendado los tanques verticales porque es menor el área expuesta de la

emulsión al aire.

f. Cuando se requiera almacenar por largos periodos de tiempo, se debe recircular con la

frecuencia requerida.

g. La salida de la emulsión debe ser del fondo del tanque para evitar la contaminación que se

haya formado.

h. Se deben evitar repetidos bombeos y reciclados.

i. La temperatura de almacenamiento debe estar entre los 10 °C y 85 °C, las emulsiones de

rotura rápida y alta viscosidad deben permanecer entre los 50 °C y 85 °C.

j. No se debe calentar la emulsión almacenada a temperaturas superiores a los 85 °C porque el

agua se evapora lo que trae como consecuencia un aumento de la viscosidad y la formación

de nata en la emulsión

k. Temperaturas por debajo de los 10 °C producen el rompimiento de la emulsión, separando

el agua, inutilizando la emulsión y dificultando la limpieza.

Aplicación de las emulsiones

La aplicación técnica de las emulsiones asfálticas también es una de las clasificaciones importantes

y son utilizadas tanto en la conservación como en la construcción de un pavimento. Entre los

tratamientos de superficie se tienen aplicaciones como: tratamientos superficiales, sellos de niebla,

sellos de lechada asfáltica, microcapas y la combinación de tratamientos superficiales con sellos de

lechada. Además la aplicación de asfaltos reciclados en: reciclado en frío, mejoramiento de base,

reciclado en caliente en el sitio y reciclado en caliente en planta. Otras aplicaciones son: la

estabilidad de suelos y bases, bacheo, riego de imprimación, riego de liga, sellado de grietas y como

impermeabilizante. En Cuadro 2.3 muestra el tipo de emulsión que puede ser utilizada según la

necesidad que se tenga (LANAME-UCR, 2012).

15

Cuadro 2.3. Técnicas de aplicaciones para cada tipo de emulsión asfáltica (LANAME-UCR, 2012)

Tipo de emulsión Aniónica Catiónica

Aplicación RS MS SS CRS CMS CSS CQS

Riegos de emulsión

Tratamientos superficiales (TS) ● ●

Sellos de niebla ● ● ● ● ●

Riego de liga ● ● ● ● ●

Riego de imprimación ● ● ●

Lechadas asfálticas

Sellos de lechada asfáltica ● ● ● ●

Microcapas (modificada con

polímero)

●

Combinación de TS + Sellos de

lechada asfáltica

● ●

Mezcla de planta

Granulometría abierta / semi-densa ● ●

Ganulometría densa ● ● ● ●

Reciclado en caliente (RAP) ● ● ●

Bacheo ● ●

Mezcla en el sitio

Reciclado en frío (RAP) ● ● ● ●

Estabilización de bases ● ●

Granulometría densa ● ● ●

Bacheo ● ●

Nota: RS: Rapid Setting (Rompimiento Rápido). MS: Medium Setting (Rompimiento Medio). SS: Slow

Setting (Rompimiento Lento). QS: Quick Setting (Rompimiento instantáneo). La C antes de cualquiera

de las anteriores se refiere a Cationic (Catiónica)

17

3. Descripción del proceso productivo de las emulsiones

asfálticas y el problema en su elaboración

Se realizó una visita al departamento de producción de emulsiones, en donde se consultó acerca la

metodología llevada a cabo para la preparación de las mismas en RECOPE S.A. A continuación se

resume dicho proceso.

Dosificación para la preparación de emulsiones asfálticas en RECOPE S.A.

En general, se sigue la fórmula citada a continuación para la elaboración de las emulsiones

asfálticas; sin embargo, la misma se puede modificar ligeramente con base en las variaciones del

mismo proceso productivo, ya que es un proceso en línea, donde la dosificación depende del ajuste

de válvulas a la hora de elaborar la emulsión y cuya composición se verifica en un análisis de

asfalto residual por parte del laboratorio de control de la calidad. El Cuadro 3.1 muestra la

composición más utilizada.

Cuadro 3.1. Formulación de la emulsión asfáltica de rompimiento lento

Componente Porcentaje másico

Asfalto 65 %

Agua 33 %

Emulsificante REDICOTE E-4868 2 %

Ácido clorhídrico (32 % m/m) hasta alcanzar pH=1,90

Cuando se adiciona el cloruro de calcio, este se adiciona como un porcentaje másico sobre el total

de la masa de la emulsión resultante. El cloruro de calcio utilizado presenta una pureza del 78 %. En

este caso no se utiliza mezcla asfáltica, solamente se utiliza asfalto sin búnker contrario a las

emulsiones catiónicas de rompimiento rápido.

18

Emulsificante REDICOTE E-4868

Es un emulsificante para emulsiones catiónicas de rompimiento lento. Provee un tiempo extenso de

trabajo para mezclas densas a base de agregados finos, pavimentos o sólidos. Las emulsiones

pueden ser combinadas con cementos para lograr dureza y resistencia al agua. Las emulsiones

preparadas con este emulsificante proveen de un tiempo de mezcla adecuado con los agregados más

complicados y a altas temperaturas sin la necesidad de agregar aditivos. Además, no posee

compuestos inflamables, no se separa durante el almacenaje y se disuelve fácilmente en la mezcla

jabonosa. El Cuadro 3.2 muestra algunas propiedades del emulsificante. El fabricante del

emulsificante aconseja mantener en un pH de 1,7 a 2,5 en la solución jabonosa. Para ello se usa

ácido clorhídrico de al menos un 35 % en concentración.

Cuadro 3.2. Propiedades físicas del emulsificante REDICOTE-E4868.

Propiedad Resultado

Aspecto a 25 °C Líquido viscoso y oscuro

Flash point >100 °C

Viscosidad a 20 °C 1900 mPa·s

Densidad a 20 °C 1,10 g/cm3

Descripción del proceso y condiciones de operación.

El proceso de producción de emulsiones asfálticas se resume en dos partes. Por un lado la

preparación de la solución jabonosa y por el otro la mezcla asfáltica. Ya que juntas son las que

forman la emulsión.

La preparación de la solución jabonosa, inicia con la adición de agua caliente en un ámbito entre los

40 °C y 45 ° C, se adiciona el emulsificante, en este caso REDICOTE-E4868 y se homogeniza la

solución. Por último, con ácido clorhídrico se ajusta a un pH de 1,9. En caso de emplearse cloruro

de calcio, se adiciona antes de agregar el ácido y se homogeniza, con el cuidado de considerar la

pureza del mismo.

19

Una vez preparada esta solución se procede a llevar el asfalto a una temperatura en un rango entre

los 135 °C y 140 °C, debido a que a esas condiciones se encuentra lo suficientemente caliente para

ser un líquido y penetrable durante su emulsificación, además a esas temperaturas no se

descompone ni se ve afectada la emulsión.

Una vez preparado el tanque con solución jabonosa y el tanque con mezcla asfáltica, se inyectan

ambas corrientes lentamente al molino coloidal, en las proporciones que la fórmula indica,

obteniéndose la emulsión. Se deja en recirculación para garantizar una completa y correcta

emulsificación. Una vez preparada la emulsión se almacena en un tanque de producto terminado, se

espera que la temperatura de la emulsión ronde los 80 °C aproximadamente, su almacenamiento se

lleva a cabo a una temperatura entre los 40 °C y 50 °C.

Descripción del problema

Entre los parámetros que se tienen en las emulsiones asfálticas, es importante destacar la viscosidad

y la estabilidad que tienen éstas. La estabilidad se le asocia a una serie de fuerzas intermoleculares

de atracción y repulsión dentro de la mezcla. La viscosidad deseada también va a depender del

contenido de gotas dispersas en la emulsión, ya que ésta va a afectar la fluidez que pueda tener el

producto. Otro factor que se puede ver afectado es el contenido de sólidos retenidos, que a la vez

afectan la estabilidad de las emulsiones y la viscosidad de una manera indirecta. Por lo tanto, a la

hora de llevar a cabo la preparación de una emulsión es importante tener en cuenta que no vayan

sustancias extrañas, como sales que puedan afectar la futura estabilidad y viscosidad de la emulsión,

ocasionando problemas durante su empleo y en la calidad que obtiene el consumidor del producto

en cuestión (Furlong, James, Kalinowski, & Thopson, 1999).

Actualmente se ha determinado un contenido de sales alto en algunos lotes de asfalto que recibe la

empresa RECOPE S.A. Las sales son sustancias higroscópicas: al encontrarse en una posible

emulsión o bien en el asfalto podrían ocasionar la ósmosis de la fase acuosa dentro de la mezcla y

con ello se vería afectada la viscosidad y estabilidad de las emulsiones.

El problema mencionado anteriormente en RECOPE S.A. se trata de momento a prueba y error con

cloruro de calcio (CaCl2). Para agregarlo, se hacen análisis de control de calidad en viscosidad

posteriores al tratamiento con la sal. En caso de que aún no se cumpla con el parámetro se recircula

20

para agregar más aditivo hasta cumplir con lo deseado. Esta técnica resulta poco provechosa ya que

se desperdicia energía y tiempo. Es por ello que se llevó a cabo el presente proyecto, en donde se

analizó el efecto de agregar cloruro de calcio en las emulsiones, con el fin de obtener una

correlación o tabla que permita, a partir del contenido de sales, saber cuánto aditivo agregar.

Utilizando una prueba estadística que respalde que los datos obtenidos son de confianza. Este

análisis aumentaría la practicidad de este proceso en la empresa, ya que le ahorraría tiempo y

energía durante su operación. Además se pretende investigar si existen otras alternativas con el fin

de brindar sugerencias a alguna futura mejora y así optimizar el proceso en cuestión.

21

4. Metodología

Se planteó un diseño experimental para resolver el problema. En el mismo, se planteó la

preparación de emulsiones variando el contenido de cloruros en el asfalto mediante la adición de

NaCl, con el fin de determinar la cantidad de CaCl2 que se debe de agregar en la mezcla jabonosa a

fin de mantener dentro de los límites de especificación las emulsiones resultantes. Nótese que lo que

se está variando es el contenido de cloruros y se miden como variables de respuesta la viscosidad y

la estabilidad (ASTM-D7496-11 y ASTM-D6930-10 respectivamente). Para el desarrollo

experimental se plantearon varias etapas, las cuales se indican a continuación:

Análisis del proceso normal de producción

Esta etapa del desarrollo experimental se realizó por medio de la investigación bibliográfica y una

reunión con el encargado de la planta de emulsiones asfálticas. En ella, se planteó la formulación

típica para la elaboración de la emulsión de rompimiento lento CSS-1h, con sus tres componentes

principales a saber: asfalto, agua y emulsificante; además se fijó el pH de la solución jabonosa a

preparar. Esta formulación se definió en la sección de la descripción del proceso productivo.

Definición de los parámetros de operación y preparación de las muestras

En esta etapa se definieron las variables a estudiar. Como variables independientes de estímulo se

plantea la concentración de cloruros en el asfalto, los cuales se estudiaron en 7 niveles: 80 mg/kg,

100 mg/kg, 150 mg/kg, 200 mg/kg, 300 mg/kg, 400 mg/kg y 500 mg/kg. Dichos niveles se lograron

por medio de la adición de NaCl al asfalto. Otra variable independiente de estímulo es el porcentaje

másico de CaCl2 que se utiliza como aditivo en la mezcla jabonosa cuando se prepara la emulsión;

en este caso fueron estudiados cuatro niveles: 0,00 %, 0,05 %, 0,10 % y 0,15 %. Como variables de

respuesta se miden la viscosidad y la estabilidad de las emulsiones preparadas. En el caso de la

viscosidad, según el RTCA los valores permitidos para venta se encuentran entre 20 SSF y 100 SSF

(Segundos Saybolt Furol). Mientras que para la prueba de estabilidad se permite como máximo una

diferencia de 1,00 % en la masa de los residuos del tope y el fondo para poder comercializar la

misma. La descripción del proceso y las condiciones de operación fueron citadas en la sección de la

descripción del proceso productivo de RECOPE S.A.

22

Caracterización de las materias primas de partida y verificación de los métodos de

medición de cloruros y el enriquecimiento de las muestras

Primeramente, fue importante determinar la cantidad de cloruros en el lote de asfalto que se

utilizaría en la formulación de las emulsiones. Este paso fue el punto de partida para el posterior

enriquecimiento del asfalto que se utilizó en la preparación de las emulsiones. Esta determinación

se realizó tomando tres muestras de aproximadamente un galón del tanque de almacenamiento

principal de asfalto (sin ninguna mezcla porcentual con búnker) de RECOPE. La metodología para

el análisis del contenido de cloruros se describe en el Anexo 2 “Metodología estándar para medir

sales en crudos (método potenciométrico)” que se ubica al final de este documento. Una vez

determinado el contenido de cloruros se procedió a hacer el muestreo respectivo, verificando de

nuevo el contenido de sales en el asfalto muestreado. En el análisis se observa que el menor

contenido de cloruros hallado fue de 80 mg/kg, por ello es que se toma como base ese valor. Se

procede a enriquecer las muestras a los niveles de concentración de cloruro antes mencionados y se

tomaron muestras de estos últimos y se midió el contenido de sales para verificar la efectividad del

proceso de enriquecimiento.

Determinación de los niveles que ocasionan problemas

Posteriormente, se buscó la concentración de cloruros en el asfalto que generó problemas, es decir,

el contenido de cloruros que hacen que la viscosidad o la estabilidad de la emulsión se salgan de los

parámetros permitidos para su venta según el RTCA. Por lo tanto se llevaron a cabo corridas a

80 mg/kg, 100 mg/kg, 150 mg/kg, 200 mg/kg, 300 mg/kg, 400 mg/kg y 500 mg/kg de Cl-.

Se midieron como variables de respuesta en dicho experimento la viscosidad y estabilidad. Se

recuerda que en esta etapa, no se utilizó cloruro de calcio en la mezcla jabonosa, pues se desea

encontrar el punto en el cual los cloruros representan un problema en la elaboración de la emulsión.

En el Cuadro 4.1 se muestra un formato a llenar donde se cumplen los niveles planteados. Es

importante mencionar que cada determinación se realizó por duplicado y además, en el caso de la

estabilidad cada réplica consta de la colocación de dos tubos de prueba, esto para poder abarcar los

efectos adversos que tiene esta determinación, que en gran medida depende de las condiciones

ambientales y la habilidad del experimentador.

23

Cuadro 4.1. Pruebas de viscosidad y estabilidad a las emulsiones sin tratamiento a las sales

provenientes del asfalto

Contenido de cloruro

(mg/kg)

Viscosidad (μSSF) Estabilidad (%)

Réplica 1 Réplica 2 Réplica 1 Réplica 2

80 X X X X X X

100 X X X X X X

150 X X X X X X

200 X X X X X X

300 X X X X X X

400 X X X X X X

500 X X X X X X

En el caso de la viscosidad, se realizó también un análisis de su comportamiento a través del

tiempo, como una necesidad de analizar el estado de la emulsión durante su almacenamiento. Este

análisis se hizo en un periodo no superior a 22 d, tiempo en el cual se considera que la emulsión

preparada ya fue vendida. Es un periodo que se considera suficiente ya que el almacenamiento de la

emulsión no se da por tiempos prolongados.

Determinación de los niveles de CaCl2 a añadir

Una vez realizada la etapa anterior se aplicó el tratamiento con CaCl2. Para ello se varió el

porcentaje de cloruro de calcio adicionado mediante una recirculación de la emulsión y luego se

vuelven a medir las variables de respuesta con fin de ver cuál contenido de aditivo da los resultados

deseados.

Se escogieron cuatro niveles fijados uniformemente y dentro del intervalo normal de adición de este

tipo de aditivos para la industria y a partir del valor que da problemas en la viscosidad o la

estabilidad para diferentes contenidos de CaCl2. Se adicionó desde un 0,00 % hasta un 0,15 %. Es

decir, en esta etapa, se prepararon tres emulsiones cada una con 0,05 %, 0,10 % y 0,15 % para cada

uno de los siete niveles de cloruros adicionados al asfalto para preparar la emulsión. En este caso

cada ensayo se hizo por duplicado con la consideración en el caso de la estabilidad en el cual cada

ensayo consta la colocación de dos tubos de prueba. En el Cuadro 4.2 se muestra un formato de la

cantidad de tratamientos y réplicas realizadas para esta etapa.

24

Cuadro 4.2. Pruebas de viscosidad y estabilidad a las emulsiones con tratamiento de CaCl2

Contenido

de cloruros

(mg/kg)

0,05 % CaCl2 0,10 % CaCl2 0,15 % CaCl2

Viscosidad

μSSF (s)

Estabilidad

(%)

Viscosidad

μSSF (s)

Estabilidad

(%)

Viscosidad

μSSF (s)

Estabilidad

(%)

Réplica 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

80 X X X X X X X X X X X X X X X X X X







En el caso de la viscosidad, también se analizó el comportamiento de la emulsión con el tiempo,

midiendo la viscosidad de cada emulsión cada ocho días aproximadamente. Es de esperar que esta

se mantenga constante durante algún tiempo.

Como se puede observar en los Cuadros 4.1 y 4.2, el análisis completo consta de la elaboración de

56 ensayos diferentes con 28 diferentes tipos de emulsiones o tratamientos. Con esta información se

espera describir cuanto se debe agregar aproximadamente de CaCl2 de acuerdo al contenido de

cloruros en la materia prima, evitando recirculaciones de producto que implican un consumo

energético y de tiempo para la empresa.

Medición de la estabilidad de las emulsiones asfálticas

Para la medición de la estabilidad, se utiliza la norma ASTM-D6930-10. La misma exige que antes

de aplicar el procedimiento se debe asegurar la homogeneidad de las muestras, si la emulsión

asfáltica opera a 50 °C, entonces se debe calentar a (50 ± 3) °C, liberar la presión y agitar bien. Si es

del tipo 25 °C, se realiza el procedimiento análogo pero calentando a (25 ± 3) °C (ASTM, 2010). El

equipo que se requiere es el siguiente:

a. Un cilindro de 500 mL con un diámetro de (50 ± 3) mm

b. Una pipeta de vidrio de 50,00 mL

c. Sistema de soporte para un peso de 0,1 g a 1000 g

d. 2 “beakers” metálicos o de vidrio de 1000 mL

25

e. 2 varillas de agitación con extremos redondeados de vidrio o metálicas.

f. Horno capaz de alcanzar una temperatura de (163 ± 3) °C

Una vez concluida la etapa de preparación se deja enfriar la muestra homogenizada a una

temperatura de 22 °C a 28 °C, se coloca la muestra en el cilindro de 500 mL. Si se desea medir

estabilidad dejarla reposar por 24 h. Si la prueba es de asentamiento se deja reposar por 5 d. Al

concluir el periodo de tiempo se toma 55 mL del tope, se separan los siguientes 390 mL del cilindro,

se agita el fondo y se toman 55 mL, en ambos casos con ayuda de la pipeta. Se colocan las muestras

en beakers rotulados (A para el del tope, B para el fondo) de vidrio o de metal de 1000 mL. Con

agitadores previamente pesados, se incorporan (50,0 ± 0,1) g de cada una de las muestras según

corresponda. Se precalienta el horno a (163 ± 3) °C. Una vez alcanzada la temperatura se calientan

las muestras por dos horas. Se retiran los beakers del horno, se agitan bien y se vuelven a calentar

por una hora más. Finalmente se retiran los beakers del horno, se deja que alcancen temperatura

ambiente y se mide la masa de la muestra, la del beaker y el agitador respectivo (ASTM, 2010).

Para reportar la estabilidad o el asentamiento se utilizan las ecuaciones 3 y 4 respectivamente:

Estabilidad (%) = B – A (3)

Asentamiento (%) = B – A (4)

Donde,

A = porcentaje de residuo en el tope (%).

B = porcentaje de residuo en el fondo (%.)

Medición de la viscosidad de las emulsiones asfálticas

Esta norma es específica para medir la viscosidad de les emulsiones asfálticas descritas en D-88-07

y D-7496-11. Se utiliza un viscosímetro de Saybolt. La importancia de la cuantificación de este

parámetro es que puede afectar mucho el uso que se le dé a la emulsión. Antes de proceder, toda

emulsión debe ser agitada correctamente con el fin de garantizar la homogeneidad de las muestras.

Las mismas deben ser calentadas a (50 ± 3) °C ó a (25 ± 3) °C según sea el caso (ASTM, 2011). El

equipo necesario es el siguiente:

26

a. Viscosímetro de Saybolt.

b. Un tamiz de 850 μm.

c. Un termómetro para las mediciones a 25 °C y un termómetro para las estimaciones a 50 °C.

d. Baño de agua u horno capaz de mantener la temperatura durante la prueba.

e. Matraz receptor.

Se pueden utilizar dos procedimientos distintos para ambas naturalezas de las emulsiones (ASTM,

2011).

Procedimiento 1:

1. Si la temperatura es inferior a (50 ± 3) °C, se procede a ajustar con un baño maría u horno y se

agita muy bien la muestra.

2. Se introduce la muestra en el viscosímetro de Saybolt pasándolo por el tamiz de tamaño 20 o

bien 850 μm.

3. Se sostiene en forma vertical y se agita circularmente a 60 min-1, esto último con ayuda del

dispositivo termométrico, evitando la formación de burbujas para que la temperatura se

distribuya de manera uniforme.

4. Se ajusta la temperatura del baño hasta que la de la emulsión no varíe de 50 °C por al menos un

minuto.

5. Se retira rápidamente el asfalto emulsionado que está en exceso y se mide la viscosidad con el

método descrito en la norma ASTM D88.

Procedimiento 2:

1. Se vierte en una botella al menos 120 mL de asfalto emulsionado, y se coloca en un baño a 50 °C

durante treinta minutos.

2. Se agita la muestra bien por inversión varias veces y lentamente para que no se dé la formación

de burbujas.

27

3. Se coloca la muestra en el viscosímetro haciendo pasar esta por un tamiz de tamaño de 850 µm.

4. Se ajusta la temperatura del baño hasta que la de la emulsión no varíe de 50 °C por al menos

1 min.

5. Se retira rápidamente el asfalto emulsionado que está en exceso y se mide la viscosidad con el

método descrito en la norma ASTM D88.

La norma ASTM-D88-07, se aplica para la medición de viscosidad en productos derivados del

petróleo en un rango de temperaturas entre 21 °C y 99 °C. Si el producto es ceroso hay una

metodología aparte para ello (ASTM, 2007). Se mide el flujo de salida en segundos de 60 mL de

muestra, a través de un orificio debidamente calibrado a condiciones controladas. El tiempo se

corrige con un factor y se procede a reportar la viscosidad de la muestra a esa temperatura.

Es apto calibrar el viscosímetro cada cierto tiempo, midiendo el flujo de salida a 37,8 °C de un

fluido estandarizado. Con ello se obtiene el valor del factor de corrección k, mostrado en la

ecuación 5:

k = μ

P.SSF

μs

(5)

Donde, k: Factor de corrección (1/s)

μP.SSF

: Viscosidad estándar certificada (s)

μs: tiempo del flujo de salida; s.

Este se aplica solo si la viscosidad en tiempo varía más de un 0,2 % del valor estandarizado. Luego

se calibra para 50 °C usando un aceite estándar con un tiempo mínimo del flujo de salida de 90 s.

Procedimiento para la medición de la viscosidad:

1. Establecer la temperatura de un baño y controlarla. Los estándares universales de temperatura

son a 21,2 °C; 37,8 °C; 50,0 °C y 98,9 °C. Los estándares de temperatura para furoles son 25 °C;

37,8 °C; 50,0 °C y 98,9 °C.

2. Se inserta un tapón el cuál es de fácil retiro en la cámara de la parte superior del viscosímetro,

28

asegurándose que este se ajuste de modo que no se permita el escape de aire. Si el Flash point de

la muestra es menor a 28 °C, no se precalienta, refiérase a la norma D-93.

3. Se agita muy bien la muestra, se coloca un filtro de 150 μm y se coloca la muestra en el

viscosímetro hasta que sobrepase la marca de rebalse.

4. Para mezclas cerosas, se precalienta a 50 °C en su recipiente original, se coloca en un

erlenmeyer cerca de 100 mL de la muestra y se coloca por un lapso de treinta minutos en agua

hirviendo, con un tapón en la parte superior.

5. Se seca bien el exterior y se filtra a un tamaño de 75 μm.

6. Se agita la muestra en el viscosímetro bien y se coloca en el sistema de giro entre 30 min-1

50 min-1 con el termómetro debidamente posicionado. Cuando se mantiene constante en un

rango de 0,03 °C por al menos un minuto se retira el termómetro.

7. Inmediatamente se coloca la punta del tubo de extracción, se aplica vacío para eliminar aceite

hasta que se encuentre por debajo del nivel de rebose, o bien que no lo toque.

8. Se revisa que el matraz para recolectar esté debidamente colocado, se encaja el corcho del

viscosímetro utilizando una cuerda atada y se inicia el temporizador en el mismo instante. Se

detiene el tiempo hasta que el menisco marque la marca de aforo en el matraz de recepción. Se

registra el valor lo más cercano a 0,1 s y se realiza la conversión utilizando el factor de

corrección.

29

5. Análisis de resultados

Determinación de cloruros en el asfalto que se emplea como materia prima

Como primera parte del análisis de resultados se encuentra la determinación de la cantidad de

cloruros en el asfalto que fue utilizado para la elaboración de las emulsiones asfálticas. Dicha

determinación se realizó por medio de una extracción que está explicada en el Anexo 2. Luego de la

extracción de las sales con agua, se toma una alícuota de 10,00 mL y se valora

potenciométricamente con nitrato de plata. La valoración potenciométrica hace que los cloruros

disueltos en la solución a valorar precipiten como cloruro de plata y de esta manera quedan

eliminados del medio acuoso. Como resultado se da una respuesta en el potencial de la solución

porque se van eliminando los cloruros disueltos en la misma y como resultado una disminución en

la capacidad de la solución valorada para conducir la electricidad.

Como se puede observar en la Figura 5.1, se realizaron cinco réplicas de esa valoración para el

asfalto muestreado del tanque 112 (T-112) de RECOPE S.A en el plantel El Alto el 20 de noviembre

del 2015. Se observa en las distintas réplicas, que el cambio brusco de voltaje con respecto al

volumen adicionado se da entre los 0,30 mL a 0,40 mL del valorante agregado. Sin embargo, la

determinación por este método resulta difícil y por ello se utilizan los gráficos de la primera

derivada contra el volumen promedio, que se encuentran en la Figura 5.2. En todas se observa que

el pico máximo se ubica cerca de los 0,38 mL. Tal valor se utiliza para calcular el contenido de

cloruros en mg/kg (partes por mil) dando como resultado un promedio de aproximadamente

80 mg/kg. Esto mismo sucede con la determinación de la concentración de cloruros en el asfalto

para el segundo lote de muestreo.

Se han encontrado estudios para los cuales la cantidad de cloruros en el asfalto es menor al

encontrado en este proyecto (Furlong, James, Kalinowski, & Thopson, 1999) donde el desarrollo

experimental parte de las 50 mg/kg hasta las 550 mg/kg. Sin embargo, en la primera etapa de la

experimentación se inició con niveles inferiores a 200 mg/kg de que se notarían cambios

significativos por debajo de ese valor.

30

Réplica 1

Réplica 2

Réplica 3

Réplica 4

Réplica 5

Figura 5.1. Valoración potenciométrica para determinar el contenido de cloruros en el asfalto del T-

112 muestreado el 20/10/15.

-80,0

-60,0

-40,0

-20,0

0,0

20,0

40,0

60,0

0,00 0,50 1,00

Dif

eren

cia

de

po

ten

cia

l

V/(

mV

)

vAgNO3 (mL)-80,0

-60,0

-40,0

-20,0

0,0

20,0

40,0

60,0

0,00 0,50 1,00

Dif

eren

cia

de

po

ten

cia

l

V/(

mV

)

vAgNO3 (mL)

-60,0

-40,0

-20,0

0,0

20,0

40,0

0,00 0,50 1,00

Dif

eren

cia

de

po

ten

cia

l

V/(

mV

)

vAgNO3 (mL) -80,0

-60,0

-40,0

-20,0

0,0

20,0

40,0

0,00 0,50 1,00

Dif

eren

cia

de

po

ten

cia

l

V/(

mV

)

vAgNO3 (mL)

-80,0

-60,0

-40,0

-20,0

0,0

20,0

40,0

60,0

0,00 0,50 1,00

Dif

eren

cia

de

po

ten

cia

l

V/(

mV

)

vAgNO3 (mL)

31

Réplica 1

Réplica 2

Réplica 3

Réplica 4

Réplica 5

Figura 5.2. Primera derivada para determinar el contenido de cloruros en el asfalto del T-112

muestreado el 20/10/15.

-100,0

0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80

ΔV

/Δv

(mV

/mL

)

vprom (mL)-100,0

0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

500,0

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80

ΔV

/Δv

(mV

/mL

)

vprom (mL)

-100,0

0,0

100,0

200,0

300,0

400,0

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80

ΔV

/Δv

(mV

/mL

)

vprom (mL)-100,0

-50,0

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80

ΔV

/Δv

(mV

/mL

)

vprom (mL)

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80

ΔV

/Δv

(mV

/mL

)

vprom (mL)

32

Sin embargo, se notó que el efecto de los cloruros en estos cuatro primeros niveles (80 mg/kg,

100 mg/kg, 150 mg/kg y 200 mg/kg) no daban como resultado una no conformidad en los

parámetros considerados como aceptables para la venta de la emulsión y por lo tanto se toman como

los valores más bajos del diseño experimental y a partir de ellos se analizaron valores más altos de

concentración de cloruros en el asfalto para proseguir con la experimentación.

Los niveles posteriores (300 mg/kg, 400 mg/kg y 500 mg/kg) se muestrean de un asfalto diferente,

cuyo lote llegó a la empresa unos meses después. Se procede a realizar el análisis de cloruros de

igual manera y se hallan resultados similares. En este punto puede existir un inconveniente por

cambiar de lote de asfalto para realizar un experimento que no bloquea el efecto del lote. Sin

embargo, lo que se analiza es la cantidad de cloruros que afectan a la hora de preparar la emulsión

no así los otros componentes del asfalto.

Se debe recordar que en sí, el asfalto es una mezcla compleja y en este experimento sólo se analizó

el efecto de uno de sus componentes: el cloruro. Esto a pesar de que en un inicio se ha explicado

que son las sales las que pueden generar un efecto de ósmosis que altere las propiedades de la

emulsión. Al llevar a cabo la determinación de cloruros se deja por fuera el análisis de otros aniones

como los sulfatos, fosfatos u otros halogenuros.

Un punto muy importante a considerar, es que los lotes de asfalto almacenados por RECOPE S.A.

pueden no ser completamente homogéneos debido a la alta viscosidad del producto. Esto sumado a

la baja afinidad de las sales con una fase de naturaleza orgánica hace que al efectuar un

enriquecimiento del asfalto para lograr una concentración deseada de cloruros sea una tarea difícil.

En la Figura 5.3 se compara el valor nominal de enriquecimiento con cloruros, es decir, el que

debería lograrse con un enriquecimiento; comparado con el valor obtenido después del

enriquecimiento mediante el análisis químico por medio de la extracción y la posterior valoración

potenciométrica con nitrato de plata. El comportamiento esperado sería el de una línea recta

perfecta como la que se muestra en naranja (cuadros pequeños) en la misma figura, no obstante los

valores medidos siempre son menores a los esperados. Pese a las limitaciones experimentales, se

observa un comportamiento casi lineal en el enriquecimiento (línea punteada).

33

Figura 5.3. Comparación entre el valor nominal de enriquecimiento y el obtenido mediante

valoración potenciométrica.

Como se mencionó, para todos los valores nominales, se obtienen concentraciones medidas por

debajo de lo esperado. Los motivos de esta desviación pueden ser la poca afinidad de los asfaltenos

y otra materia orgánica hacia la sal común, los cambios de temperatura en el medio, el tamaño de

los cristales de cloruro de sodio que son adicionados, aunque fueron triturados siguen siendo de

tamaño considerable, y el método que se empleó para la incorporación de cloruro de sodio al medio.

En todo caso, durante la preparación de las emulsiones se tiene la garantía que toda la sal que fue

añadida al asfalto para su enriquecimiento ha pasado a la emulsión, pues para la preparación se

usaron volúmenes pequeños de muestras completas. Como se señaló, las mismas limitaciones que

se presentan en la realización de este experimento, son parte del día a día en la producción a gran

escala de las emulsiones asfálticas. En la Figura 5.3 se observa una relación creciente de la sal

medida con respecto a la adicionada, esto quiere decir que en cierto valor todavía no se ha

alcanzado la saturación.

0

100

200

300

400

500

600

0,0 100,0 200,0 300,0 400,0 500,0 600,0

Va

lor

no

min

al

de

clo

ruro

s (m

g/k

g)

Cloruros medidos (mg/kg)

Comportamiento actual

Comportamiento esperado

Lineal (Comportamiento actual)

Comportamiento real

Lineal (Comportamiento real)

34

Determinación del efecto del enriquecimiento con cloruro de sodio al asfalto sobre la

viscosidad y la estabilidad de la emulsión sin utilizar como aditivo CaCl2

Una vez realizado el análisis de la concentración inicial de cloruros en el asfalto se procede a

analizar el efecto del enriquecimiento con cloruro de sodio en el mismo, que será utilizado para

preparar las emulsiones de rompimiento lento (en este punto no se ha adicionado cloruro de calcio

en la mezcla jabonosa). Como se observa en la Figura 5.4, conforme aumenta la concentración de

cloruros en el asfalto por adición de cloruro de sodio, comienza a elevarse el valor de la viscosidad

de la emulsión preparada. Esta medición de la viscosidad se realiza inmediatamente después de

preparada la emulsión, es decir, en el día cero. Según la figura, existe un efecto adverso en la

viscosidad que hace que al enriquecer el asfalto a aproximadamente a los 400 mg/kg de cloruros,

ésta se salga de especificación. Sin embargo; el ascenso de la viscosidad como respuesta a la

concentración de cloruros no es tan abrupto y encontrar asfalto con una concentración de cloruros

superior a las 400 mg/kg no es común.

Figura 5.4. Viscosidad en función de la concentración de cloruro en el asfalto utilizado para

elaborar la emulsión sin usar CaCl2.

0

20

40

60

80

100

120

0 100 200 300 400 500

Vis

cosi

da

d d

e la

em

uls

ión

μS

FS

(s)

Concentración de cloruros en el asfalto (mg/kg)

35

Es importante analizar también el comportamiento de la viscosidad de estas emulsiones con el

transcurso del tiempo, esto se observa en la Figura 5.5. Este análisis ayuda a tener una idea de las

variaciones en la calidad de la emulsión con el almacenamiento. Por lo general, las emulsiones no

son almacenadas por un periodo largo de tiempo. Frecuentemente, su elaboración sigue de la venta

inmediata y por lo tanto su estadía en tanques es relativamente corta. Las emulsiones que han estado

almacenadas por un tiempo considerable son agitadas mecánicamente por medio de la recirculación

al tanque utilizando una bomba, de manera que la emulsión pueda ser utilizada nuevamente; sin

embargo, este tratamiento debe aplicarse cuidadosamente porque consigue niveles aceptables de

viscosidad, pero puede generar grumos en la emulsión que disminuyen su calidad para la venta. En

el muestreo a pequeña escala, con el pasar de los días la emulsión se asienta y para medir su

viscosidad ésta se agita mecánicamente para lograr unificar adecuadamente sus componentes.

Figura 5.5. Viscosidad en el tiempo de las emulsiones asfálticas (primera réplica) cuando no se les

ha agregado CaCl2 en la formulación de la mezcla jabonosa.

Como se observa en la figura al pasar de los días existe una tendencia de la viscosidad a aumentar

en todos los casos. Las emulsiones con concentraciones de 400 mg/kg a 500 mg/kg de cloruro en el

0

20

40

60

80

100

120

0 5 10 15 20 25 30

Vis

cosi

da

d μ

SF

S(s

)

Días

80 mg/kg

100 mg/kg

150 mg/kg

200 mg/kg

300 mg/kg

400 mg/kg

500 mg/kg

Límite superior

Límite inferior

36

asfalto salen de especificación prácticamente en el primer día. Mientras que las otras no salen de

especificación incluso entre los días veinte y veinticinco, que sirvieron como límite al análisis por

considerarse que la emulsión no pasa tanto tiempo almacenada.

La irregularidad de algunas curvas representa los cambios en las características de la emulsión

asfáltica como la separación de sus componentes, la problemática de lograr la homogeneización de

la misma por simple agitación antes de medir la viscosidad y los cambios que la afectan en su

composición con el paso del tiempo, esto incluyendo los cambios ambientales de temperatura entre

distintos días mientras la viscosidad fue medida y el cambio de temperatura entre el día y la noche

en días consecutivos.

Otro parámetro importante es la medición de la estabilidad. Esta prueba analiza la homogeneidad de

la emulsión en un periodo de veinticuatro horas. Mide exactamente la distribución o la razón de

asfalto y agua en la parte superior e inferior de un tubo de 50 cm de alto al pasar el tiempo antes

mencionado. Los resultados obtenidos, serán un indicativo del mantenimiento del efecto

emulsificante necesario para conservar la emulsión que está determinado por las variaciones de la

temperatura ambiental, la cantidad de emulsificante y la eficiencia del mismo, la composición del

asfalto y la mezcla jabonosa, así como las variables involucradas en la elaboración de la emulsión

como la temperatura inicial del asfalto y la mezcla jabonosa, la velocidad a la cual los componentes

son mezclados, la presencia de impurezas, la eficiencia del molino coloidal, la capacidad del

operario, entre otras.

Como se puede observar en la Figura 5.6, al aumentar la concentración de cloruros en el asfalto la

emulsión rápidamente se sale de especificación, que para esta prueba consta de una diferencia del

1,00 % en el porcentaje de los residuos del tope y del fondo de cada tubo. En el paso de 80 mg/kg a

100 mg/kg, la emulsión se sale de los parámetros establecidos como aceptables para su venta. Es

importante mencionar que la concentración mínima de cloruros en el asfalto en este análisis

(80 mg/kg) es como consecuencia de la incorporación natural o prolongada de cloruros en el asfalto

que se da a la hora de la extracción del petróleo, por la exposición a agua salada o como

consecuencia del proceso de la refinación del petróleo que genera que en las últimas fracciones, que

incluyen el asfalto, queden acumuladas la mayor cantidad de compuestos no volátiles como las

sales.

37

Figura 5.6. Estabilidad de las emulsiones con diferente contenido de cloruros sin agregar CaCl2 en

la mezcla jabonosa.

Para descartar si la adición manual por medio de la agitación mecánica puede ocasionar un efecto

significativo cuando se elabora la emulsión proveyéndola de menor estabilidad y haciendo que ésta

se salga de especificación rápidamente causando el salto tan abrupto que se observa en el gráfico

anterior, se puede proceder en el futuro a un análisis experimental que maneje como hipótesis dicha

condición.

Determinación del efecto de la adición de cloruro de calcio en la viscosidad y la

estabilidad

Una vez realizado el análisis sin la utilización del aditivo, se procede a preparar las emulsiones a

diferentes concentraciones de cloruro en el asfalto con diferentes concentraciones del aditivo

(cloruro de calcio) en la mezcla jabonosa. Los porcentajes masa-masa de cloruro de calcio utilizado

son 0,00 %, 0,05 %, 0,10 % y 0,15 % y se definen con base en la experiencia en planta de producto

negro y fichas técnicas. Las Figuras 5.8, 5.9 y 5.10 muestran el comportamiento de las emulsiones

con el tiempo. Utilizando los primeros puntos (en el día cero) se puede hacer una comparación con

la Figura 5.4, representada con una línea amarrilla con rombos en la Figura 5.7 en donde ninguna

emulsión sale de especificación en su día de fabricación, ya cuando se usa el aditivo. Esto es muy

importante porque es una de las variables de respuesta que se controlan con mayor cuidado en el

tiempo que toma la elaboración de la emulsión a escala productiva.

-0,50

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

0 100 200 300 400 500

Est

ab

ilid

ad

(%

)

Concentración de cloruros en el asfalto (mg/kg)

38


emulsión con diferentes contenidos de CaCl2 (%).

Figura 5.8. Viscosidad en el tiempo de las emulsiones asfálticas (primera réplica) cuando se les ha

agregado 0,05 % de CaCl2 en la formulación de la mezcla jabonosa.

0

20

40

60

80

100

120

0 100 200 300 400 500 600

Vis

cosi

da

d μ

SF

S(s

)

Contenido de cloruros (mg/kg)

0,05 %

0,10 %

0,15 %

0,00 %

Límite superior

Límite inferior

0

20

40

60

80

100

120

0 5 10 15 20 25

Vis

cosi

da

d μ

SF

S(s

)

Días

80 mg/kg

100 mg/kg

150 mg/kg

200 mg/kg

300 mg/kg

400 mg/kg

500 mg/kg

Límite superior

Límite inferior

39





0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 5 10 15 20 25

Vis

cosi

da

d μ

SF

S(s

)

Días

80 mg/kg

100 mg/kg

150 mg/kg

200 mg/kg

300 mg/kg

400 mg/kg

500 mg/kg

Límite superior

Límite inferior

0

20

40

60

80

100

120

0 5 10 15 20 25

Vis

cosi

da

d μ

SF

S(s

)

Días

80 mg/kg

100 mg/kg

150 mg/kg

200 mg/kg

300 mg/kg

400 mg/kg

500 mg/kg

Límite superior

Límite inferior

40

Lo más significativo de estas figuras es que con el pasar del tiempo se nota la estabilidad de las

emulsiones con respecto a su viscosidad. Este es precisamente el efecto que tiene el aditivo sobre

ellas dando como resultado una línea horizontal en cuanto a la viscosidad en casi la mayoría de los

casos. Esto indica que se ha logrado la estabilidad de las cargas iónicas en la emulsión. Además, se

logra un balance entre la cantidad de iones en la fase orgánica y acuosa que detienen el proceso de

ósmosis y por lo tanto la desestabilización de la emulsión que en teoría desencadenaría en el

aumento significativo de la viscosidad. Al adicionar cloruro de calcio a la mezcla jabonosa se

presentó un importante efecto en la estabilidad. Esto se observa en las Figuras 5.11 y 5.12.

Figura 5.11. Estabilidad de las emulsiones con diferente contenido de cloruros en función del

porcentaje de CaCl2 adicionado en la formulación de la mezcla jabonosa.

En la primera de ellas se observa que para cada una de las concentraciones de cloruro en el asfalto,

al aumentar el porcentaje de cloruro de calcio en la mezcla jabonosa, el porcentaje de estabilidad se

va acercando más al ámbito considerado como aceptable por el RTCA. Al inicio con 0,00 % de

CaCl2 solamente la emulsión con 80 mg/kg de cloruros cumple con la especificación. Al adicionar

0,05 % de CaCl2 la emulsión de 100 mg/kg entra en el ámbito favorable y en el tercer nivel de

-1,00

-0,50

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20

Est

ab

ilid

ad

(%

)

CaCl2 adicionado (%)

80 mg/kg

100 mg/kg

150 mg/kg

200 mg/kg

300 mg/kg

400 mg/kg

500 mg/kg

Límite superior

Límite inferior

41

0,10 % de CaCl2 las emulsiones de hasta 300 mg/kg cumplen con la especificación técnica. Para un

porcentaje de adición de cloruro de calcio de 0,15 % solamente la emulsión en 500 mg/kg de

cloruros se queda por fuera de la especificación de venta.

A B

C

Figura 5.12. Estabilidad de las emulsiones con diferente contenido de cloruros agregando A) 0,05%

de CaCl2 B) 0,10 % de CaCl2 y C) 0,15% de CaCl2en la formulación de la mezcla jabonosa.

-0,50

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

0 200 400 600

Est

ab

ilid

ad

(%

)

Concentración de cloruros en el asfalto

(mg/kg)

-0,50

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

0 200 400 600

Est

ab

ilid

ad

(%

)Concentración de cloruros en el

asfalto (mg/kg)

-0,50

-0,30

-0,10

0,10

0,30

0,50

0,70

0,90

1,10

1,30

1,50

0 200 400 600

Est

ab

ilid

ad

(%

)

Concentración de cloruros en el asfalto

(ppm)

42

En la Figura 5.12 se puede observar cómo al pasar de 0,05 % de CaCl2 hasta 0,15 % de CaCl2 (de la

A hasta la C) la curva de estabilidad con respecto al contenido de cloruros en el asfalto se va

entrando a la zona de aceptabilidad dictada por el Reglamento Técnico Centroamericano (RTCA).

Es decir, que la adición del cloruro de calcio tiene un efecto positivo en el mejoramiento de este

parámetro y por consiguiente en el mejoramiento de la calidad de las emulsiones que se venden.

Las curvas de las Figuras 5.11 y 5.12 muestran lo significativo que es la incorporación del aditivo a

la mezcla jabonosa a la hora de la preparación de la emulsión. Esto porque con la primera adición

las curvas se acercan de forma importante al intervalo marcado por los límites de aceptabilidad.

Cabe destacar que los resultados de la prueba de estabilidad dependen mucho de las variaciones de

temperatura entre el día y la noche además del movimiento e inclusive las vibraciones. Por esta

razón por réplica se colocan dos tubos de prueba y como resultado final se obtiene el promedio de

cuatro tubos los cuales se analizaron en parejas en días diferentes. Adicionalmente la prueba

requiere de la habilidad del experimentador para tomar las muestras adecuadamente.

Determinación y análisis del modelo de regresión

Una vez analizados los datos por separado y las tendencias generales de la adición de cloruro de

calcio en la viscosidad y las estabilidad de las emulsiones preparadas, es importante plantear un

modelo general que permita hacer un cálculo rápido de la cantidad de cloruro de calcio a adicionar

en la mezcla jabonosa antes de preparar la emulsión de manera que se logren valores de estabilidad

y viscosidad aceptables para la venta y comercialización según el RTCA.

Algunos autores proponen el análisis de este tipo de diseños experimentales en los cuales hay más

de una variable independiente y más de una variable dependiente, por medio de un análisis

multivariado. Sin embargo, el análisis se puede configurar de manera que se obtengan dos modelos

de regresión (ecuaciones) y que a los modelos obtenidos se les aplique el análisis de la varianza y

un estudio de la calidad del ajuste. Esta metodología será aplicada y por lo tanto se configurará un

modelo, en la cual las dos ecuaciones deben cumplirse de manera simultánea y con los límites

establecidos por el RTCA, para las emulsiones asfálticas de rompimiento lento.

Para obtener una primera relación se realiza una regresión múltiple utilizando como variable de

respuesta la viscosidad y como variables independientes la concentración de cloruro de sodio en el

43

asfalto y el porcentaje másico de cloruro de calcio adicionado a la mezcla jabonosa. Dicho análisis

se realizó utilizando el paquete Minitab 16, y el resultado obtenido se muestra en la ecuación 6.

μSSF

(s) = 74,1794 + 0,0294 ∙ CnCl

- - 15,2857 ∙ PMCaCl2

(6)

Donde,

μSSF

= viscosidad (SSF)

CnCl

- = Concentración de cloruros en el asfalto (mg/kg)

PMCaCl2 = Porcentaje másico de cloruro de calcio a adicionar en la mezcla jabonosa. (%)

Para este modelo se realizó un análisis de los coeficientes obtenidos. Este análisis se observa en el

Cuadro 5.1, donde se toma en cuenta el error estándar y los estadísticos t y p.

Cuadro 5.1. Análisis de coeficientes para el modelo de regresión que describe la viscosidad de las

emulsiones representada en la ecuación 6.

Variables Parámetros Error estándar

del coeficiente t Valor p

Constante 74,1794 3,9612 18,7266 0,000

CnCl- 0,0294 0,0114 2,5900 0,012

PMCaCl2 -15,2857 29,8768 -0,5116 0,611

Se debe recordar que se utiliza el error estándar de coeficiente para medir la precisión en la

estimación del coeficiente. Mientras menor sea el error, más precisa va a ser la estimación. En este

caso, el error más bajo se da con respecto a las concentración de cloruro de sodio en el asfalto. El

resultado de dividir el coeficiente entre su error estándar da como resultado el estadístico t, que está

asociado con la probabilidad p. Si esta probabilidad es pequeña, es decir, si p < 0,05 (valor de

significancia asociado a 95 %), se puede concluir con respecto al factor que la parte explicativa de

este coeficiente supera la parte no explicativa, y por lo tanto, hace que la significancia de este factor

sea importante. (Gutiérrez Pulido & De la Vara Salazar, 2008).

44

Antes de continuar con el análisis del modelo que permite predecir la viscosidad en las emulsiones,

se hará introducción de dos coeficientes que ayudan a interpretar el porcentaje de los datos que son

interpretados por la totalidad del modelo. Estos son el coeficiente de determinación y el coeficiente

de determinación ajustado. Estos dos valores, para el modelo propuesto por la ecuación 6, se

observan en el Cuadro 5.2.

Ambos coeficientes se interpretan de forma similar como en una regresión simple, es decir, como el

porcentaje de variabilidad de los datos que son explicados por el modelo. Se cumple que 0 < R2aj <

R2 < 1. Para hablar que un modelo tiene un ajuste satisfactorio es necesario que ambos coeficientes

tengan valores superiores a 0,7. Cuando el valor de R2aj, es mucho menor que el valor de R2, es

porque existen términos que no contribuyen de manera significativa al modelo. En este caso es

necesario depurar el mismo. (Gutiérrez Pulido & De la Vara Salazar, 2008).

Cuadro 5.2. Coeficiente de determinación y coeficiente de determinación ajustado para el modelo

que describe la viscosidad de las emulsiones, ecuación 6

Modelo Coeficiente de determinación

R2 Coeficiente de determinación

R2aj

Viscosidad (ecuación 6) 0,1162 0,0829

Antes de comenzar con un análisis más profundo, es necesario introducir otras herramientas que

indican la calidad del ajuste y que son indicativo del cumplimiento de los supuestos del modelo de

regresión. Estas herramientas, para el modelo representado por la ecuación 6 se observan en la

Figura 5.13. Que son el gráfico de los residuos contra la probabilidad normal (Figura 5.13 (a)), los

residuos contra los predichos del modelo (Figura 5.13 (b)), el histograma (Figura 5.13 (c)) y los

residuos en función del orden de la observación (Figura 5.13 (d)).

En la Figura 5.13 (a), se puede observar que el supuesto de la normalidad de los errores se cumple

razonablemente bien, ya que los puntos siguen la tendencia de una línea recta y se distribuyen con

pequeñas desviaciones alrededor de ella. Existen unos cuantos valores en los extremos que

presentan comportamientos atípicos, sin que ello signifique un patrón claro que descarte este

supuesto de normalidad.

Por otro lado, en la Figura 5.13 (b), que es el gráfico de los residuos contra los predichos, se espera

45

que los puntos no sigan algún patrón, es decir, que se distribuyan de manera más o menos aleatoria

a lo largo y ancho de la gráfica, cuando estos sucede, significa que el modelo se ajusta por igual a lo

largo de los valores de la variable independiente, en este caso, de la viscosidad. Tal comportamiento

es de dicha naturaleza en la figura, lo que es indicativo del ajuste uniforme de los valores de la

viscosidad en el modelo.

La Figura 5.13 (c) constituye el histograma, que arroja un indicativo de la frecuencia con la que

aparecen los residuos para el modelo. Se espera que este histograma toma la forma de una curva de

Gauss (campana) que sea un indicativo de la distribución normal del error en el modelo. Sin

embargo, en este caso, ese comportamiento no se observa, por lo que sería necesario incrementar la

cantidad de réplicas para obtener una distribución más definida.

Figura 5.13. Análisis gráfico de residuos para el modelo que predice la viscosidad dado por la

ecuación 6. (a) Gráfico de probabilidad normal. (b) Residuos versus predichos (c) Histograma

(d) Residuos contra orden de observación.

46

Por último, se recomienda la verificación del supuesto de independencia. Esto se logra por medio

del análisis de la Figura 5.13 (d), donde se muestran los residuos con respecto al orden de la

observación. Se puede observar que los puntos del gráfico no siguen ningún patrón definido y por lo

tanto se puede concluir el cumplimento del supuesto.

Una vez analizado el modelo utilizando los gráficos que ayudan a una determinación rápida del

cumplimiento o no de los supuestos básicos del modelo de regresión es conveniente regresar al

análisis cuantitativo por medio del error estándar, de estadísticos de prueba y los coeficientes de

determinación.

Con respecto al error estándar, se puede observar, en el Cuadro 5.1, que este valor es

significativamente más grande para el coeficiente que acompaña el porcentaje másico de cloruro de

calcio en la ecuación 6. Al ser el error elevado, es un indicativo de la baja representatividad que

dicho coeficiente representa en el modelo. No sucede así con el coeficiente que acompaña al valor

de la concentración de cloruro en el asfalto. Dicho valor de error es bajo y por lo tanto indica que el

factor que acompaña el coeficiente es significativo.

Para ambos coeficientes, se espera que el valor del estadístico p sea menor que 0,05 para concluir

que el factor explica adecuadamente el comportamiento de la variable independiente a quien

acompaña en el modelo. En el Cuadro 5.1 se puede observar que para el coeficiente que acompaña

la variable de concentración de cloruro, esta condición se cumple (0,012 < 0,05) y por lo tanto este

coeficiente supera la parte explicativa que la parte no explicativa del modelo.

Por el contrario, el coeficiente que acompaña la variable independiente del porcentaje de cloruro de

calcio no cumple con esta conclusión (0,611 > 0,05) y por lo tanto no se puede concluir que este

coeficiente contribuya a enriquecer la parte explicativa del modelo. Este comportamiento fue

observado cualitativamente de los gráficos presentados en las secciones anteriores, donde la adición

de cloruro de calcio no tiene mayor efecto sobre la viscosidad. En estos casos se recomienda hacer

una depuración del modelo que ayude a mejorar el ajuste.

Esta depuración también podría ayudar a mejorar el valor de R2aj y R2, que en este caso, son

menores a 0,7 (Cuadro 5.2) y que es un indicativo que existen términos que no contribuyen de

manera significativa al modelo. En apariencia, este término (el menos explicativo) es el coeficiente

47

que acompaña a la variable del porcentaje de cloruro de calcio. Para realizar la prueba, se procede a

correr la regresión sin esta variable y el resultado obtenido está dado por la ecuación 7.

μSSF

= 73,0329 + 0,0294 ∙ CnCl

- (7)

De igual manera, se obtuvo el análisis de los coeficientes del modelo y los coeficientes de

determinación. Los resultados se observan en los Cuadros 5.3 y 5.4.


depurado que describe la viscosidad de las emulsiones, ecuación 7

Modelo Coeficiente de determinación R2 Coeficiente de determinación

R2aj


Cuadro 5.4. Análisis de coeficientes para el modelo depurado que describe la viscosidad dada por

la ecuación 7



Constante 73,0329 2,2441 22,5127 0,000

CnCl- 0,0294 0,0113 2,6079 0,012

Como se puede observar, no existe una diferencia significativa en la eliminación del término que

describe el comportamiento de la viscosidad con respecto al cambio unitario en la concentración de

cloruro de calcio. Este comportamiento, concuerda con lo analizado en las secciones anteriores. Sin

embargo, el propósito de la depuración, que es obtener un modelo más representativo del

comportamiento no se logró. Para efectos prácticos, se puede utilizar la ecuación 7, pero se tomará

como definitiva la ecuación 6.

Una vez analizada la respuesta de la viscosidad, se procede a obtener una regresión que tenga como

variable de respuesta la estabilidad y como variables independientes la concentración de cloruros en

el asfalto y la concentración másica de cloruro de calcio adicionada en la mezcla jabonosa. Para tal

propósito, se utilizó el paquete estadístico Minitab 16 y el resultado obtenido está dado por la

48

ecuación 8.

ε = 1,4291 + 0,0039 ∙ CnCl

- - 11,2371 ∙PMCaCl2

(8)

Donde,

𝜀 = estabilidad (%)

CnCl

- = Concentración de cloruros en el asfalto (mg/kg).

PMCaCl2 = Porcentaje másico de cloruro de calcio a adicionar en la mezcla jabonosa (%).

Para este modelo se realizó un análisis de los coeficientes obtenidos. Este análisis se observa en el

Cuadro 5.5, donde se toma en cuenta el error estándar y los estadísticos t y el valor p. Además el

Cuadro 5.6 los valores del coeficiente de determinación y el coeficiente de determinación ajustado

para la ecuación en estudio.

Cuadro 5.5. Análisis de coeficientes para el modelo de regresión que describe la estabilidad de las

emulsiones representada en la ecuación 8



Constante 1,4291 0,1557 9,1796 0

CnCl- 0,0039 0,0004 8,8056 0

PMCaCl2 -11,2371 1,1742 -9,5698 0


que describe la estabilidad de las emulsiones, ecuación 8

Modelo Coeficiente de determinación

R2 Coeficiente de determinación

R2aj


En el Cuadro 5.5, se puede observar que el error estándar asociado a cada uno de los coeficientes

del modelo es bastante bajo, pero para corroborar la explicatividad de dichos coeficientes en el

modelo, se recurre al valor p. Se debe recordar que siempre que el valor p < 0,05; tomando un nivel

49

de significancia típico de 95 %; se cumple que la parte explicativa del modelo, dada por el

coeficiente, supera la parte no explicativa. Como los valores de p asociados a cada uno de los

coeficientes es 0, y este valor es menor a 0,05; se puede concluir que todos los coeficientes ayudan

a explicar el comportamiento de la estabilidad para cada uno de los factores que acompañan.

Si se analiza el coeficiente de determinación y el coeficiente de determinación ajustado. Se puede

observar que se cumple que ambos valores son mayores a 0,7. Esto quiere decir que de manera

general el modelo es representativo y proporciona un ajuste satisfactorio. Una vez analizados estos

parámetros, se procede a comprobar gráficamente el cumplimiento de los supuestos del modelo de

regresión dados por el análisis de la varianza. Estos supuestos son la normalidad de los residuos,

varianza constante e independencia. Para el modelo establecido por la ecuación 8, la Figura 5.14,

muestra cada uno de los gráficos utilizados para comprobar estos tres supuestos.

Figura 5.14. Análisis gráfico de residuos para el modelo que predice la estabilidad dado por la

ecuación 8. (a) Gráfico de probabilidad normal. (b) Residuos versus predichos (c) Histograma

(d) Residuos contra orden de observación.

50

La Figura 5.14 (a) muestra el gráfico de normalidad de los residuos. En el mismo se puede observar

que los residuos siguen una clara tendencia de una línea recta. Esto es evidencia de la normalidad y

por lo tanto se puede afirmar que los residuos en el modelo se comportan de forma normal. El

Histograma en la Figura 5.14 (c) también muestra una tendencia en la frecuencia de los residuos a

formar una campana, con un valle en el centro de la distribución. Sería necesario incrementar la

cantidad de repeticiones para que una mayor cantidad de datos aporten más robustez al histograma

y por lo tanto a las pruebas de normalidad.

En el gráfico mostrado por la Figura 5.14 (b) de residuos contra predichos no se ve una tendencia

tan clara a la formación de un cono. Pero existe una ligera curva en los datos. Esto quiere decir que

los errores no son homogéneos del todo a lo largo de los valores de la variable dependiente. Sin

embargo, la tendencia no es tan marcada y se puede suponer la aceptabilidad del supuesto. Por otro

lado, con respecto a la Figura 5.14 (d) que muestra los residuos con respecto al orden de la

observación, estos se distribuyen de manera aleatoria alrededor de la línea central y no presentan

ningún patrón claro. Por lo tanto, se puede confirmar la independencia de cada una de las

combinaciones que contribuyen a la formación del modelo.

Para concluir el modelo, es necesario tomar en cuenta que los valores de estabilidad y viscosidad

están limitados por el Reglamento Técnico Centroamericano 75.01.22:04 (COMEX, MINAET, &

MEIC, 2005). El mismo establece que los valores de la viscosidad deben estar entre 20 SSF y

100 SSF, mientras que los valores de estabilidad deben estar entres 0,00 % y 1,00 %.

Consecuentemente, se deben adicionar dichos límites al modelo

De esta manera, la cantidad a adicionar de cloruro de calcio en la preparación de la emulsión, con

una viscosidad y una estabilidad deseada y a una concentración conocida de cloruros en el asfalto,

estará dada por las ecuaciones 9 y 10. Tomando como definitiva la concentración establecida por la

ecuación 10, que es más explicativa al ajuste de los datos experimentales, pero siempre tomando en

cuenta la explicatividad de la ecuación 9. Estas ecuaciones son un despeje de las ecuaciones 6 y 8.

PMCaCl2= 4,8529 - 0,0654∙μ

SSF+ 0,0019∙ Cn

Cl- ; 20 ≤ μ ≤ 100 (9)

PMCaCl2= 0,1272 - 0.0890∙ε + 0,0003∙Cn

Cl- ; 0 ≤ ε ≤ 1 (10)

51

6. Conclusiones y recomendaciones

Conclusiones

1. Se propuso un diseño experimental que permitió el análisis del efecto de la adición de

cloruro de calcio en la mezcla jabonosa a la hora de preparar las emulsiones asfálticas de

rompimiento lento. El mismo se analizaron siete niveles de cloruros en el asfalto para cada

uno de los cuatro niveles porcentuales de uso de aditivo.

2. Se cuantificó la concentración de cloruros en el asfalto utilizado para preparar las

emulsiones. Se fijó esta concentración en 80 mg/kg en los distintos lotes de asfalto

analizados.

3. El aumento en la concentración de sales en el asfalto que se utiliza para la preparación de

las emulsiones asfálticas provoca desviaciones indeseables en la viscosidad y la estabilidad

del producto. La estabilidad es mucho más sensible a un incremento en el contenido de

sales que la viscosidad. Así, mientras las muestras preparadas con hasta 400 mg/kg de

cloruros en el asfalto se mantienen dentro de los límites permitidos de viscosidad, las

muestras con más de 100 mg/kg de cloruros no cumplen con los límites de estabilidad.

4. La viscosidad de las emulsiones asfálticas aumenta con respecto al avance del tiempo hasta

que en algunos casos las emulsiones quedan fuera de especificación pero siempre en lapsos

mayores a 22 d que no son considerados críticos para la comercialización.

5. Conforme pasa el tiempo el ámbito dentro del cual se ubican las mediciones de viscosidad

se va haciendo más estrecho, este comportamiento apunta a un agotamiento del mecanismo

(fuerza motriz) que da pie a las diferencias de viscosidad con el tiempo.

6. La adición de cloruro de calcio hace que la viscosidad de las distintas emulsiones se

mantenga casi invariable en el tiempo.

7. La adición de cloruro de calcio mejora la estabilidad de la emulsión. Esta mejora es más

52

significativa conforme aumenta la cantidad adicionada, por ejemplo, a 200 mg/kg

adicionando 0,00 %, 0,05 %, 0,10% y 0,15% de CaCl2 la estabilidad es de 2,98 %, 1,25 %,

0,79 % y 0,95 % respectivamente.

8. La simplificación del modelo de regresión para la viscosidad no supone una mejora

significativa en los parámetros que indican la efectividad del ajuste del modelo, por lo

tanto, se sugiere el uso del modelo original extendido.

9. El análisis del modelo de regresión para la viscosidad revela la poca influencia de la

concentración de cloruro de calcio en la viscosidad de las emulsiones asfálticas analizadas.

10. El análisis del modelo de regresión para la estabilidad confirma el buen ajuste y la

contribución explicativa del mismo. Así se confirma la fuerte afección que tiene la

estabilidad con la adición de cloruro de calcio.

Recomendaciones

1. Mejorar el sistema de enriquecimiento con cloruro de sodio, prolongando el tiempo de

adición, promoviendo la agitación mecánica sistemática, el reflujo y disminuyendo el

tamaño de los cristales de sal adicionados.

2. Realizar un proceso de validación para el método de la determinación de la concentración

de cloruros en el asfalto, ya que a partir de esta determinación es que se pueden aplicar las

relaciones o modelos obtenidos como resultado de este proyecto.

3. Realizar un mayor número de réplicas para proporcionar mayor robustez estadística a los

resultados.

4. Incluir un nivel más en el factor del porcentaje de aditivo utilizado, en este caso sería

0,20 % para poder obtener conclusiones a un nivel posterior que confirmen más

robustamente el comportamiento analizado en este proyecto.

53

5. Evaluar otros muchos factores que pueden afectar la calidad de una emulsión asfáltica

además del contenido de cloruros como el contenido total de sales o de iones, presencia de

impurezas, variaciones día - noche de la temperatura, mezclas indeseadas con otro tipo de

emulsiones, formulación, tipo de emulsificante, entre otros.

6. Realizar un análisis experimental para evaluar la eficiencia del molino coloidal en cuanto a

las revoluciones de giro y la inyección de la bomba. Evaluar las diferencias entre el sistema

continuo (utilizado para la producción de emulsión a gran escala) y el semicontínuo.

7. Procurar que siempre que se sometan a evaporación las muestras de la prueba de

estabilidad, éstas se ejecuten en recipientes con un área de fondo lo más similar posible,

para proveer de un área de transferencia de masa de agua igual que no interfiera en los

resultados de la misma.

55

7. Referencias

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asphalts. Pennsylvannia, United States: ASTM International.

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viscocimeter. Pennsylvannia, United States: ASTM International.

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750122:04. Productos de petróleo. Asfalto. Especificaciones. Decreto Ejecutivo N° 32812.

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1248.

Furlong, S., James, A., Kalinowski, E., & Thopson, M. (1999). Water enclosed within the droplets

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57

8. Nomenclatura

Símbolo, descripción, unidades

A Porcentaje de residuo en el tope %

B Porcentaje de residuo en el fondo %

C Cantidad de cloruros μmol

Cn Concentración mg/kg

F Factor de dilución Adim.

PM Porcentaje másico %

R2 Coeficiente de determinación Adim.

V Diferencia de potencial mV

k Factor de conversión 1/s

m Masa g

t Tiempo s

v Volumen mL

Δ Cambio Adim.

ε Estabilidad %

μ Viscosidad s

Subíndices

1 Denota primero

2 Denota segundo

AgNO3 Nitrato de plata

CaCl2 Cloruro de calcio

Cl- Cloruro

SSF Segundos Saybolt para Furoles

P.SSF Viscosidad del patrón en SSF

aj Ajustado

b Blanco

f Final

i Inicial

prom Promedio

rec Recipiente

s Para denotar viscosidad en segundos

59

9. Resultados

Cuadro 9.1. Medición de la masa de un galón metálico vacío utilizado para el almacenamiento de

las muestras de asfalto

Muestra Masa (g) Muestra Masa (g) Muestra Masa (g) Muestra Masa (g)

1 250,66 6 249,48 11 250,06 16 249,33

2 249,60 7 251,53 12 250,02 17 250,34

3 250,37 8 249,48 13 250,00 18 249,71

4 250,30 9 251,52 14 250,12 19 250,10

5 249,97 10 249,72 15 250,16 20 251,21

Cuadro 9.2. Medición de la masa de un galón metálico más el residuo después de utilizar el asfalto

almacenado en ellos

Muestra Masa (g) Muestra Masa (g) Muestra Masa (g) Muestra Masa (g)

1 401,00 6 354,50 11 362,55 16 345,16

2 441,35 7 361,23 12 360,43 17 378,47

3 473,55 8 350,68 13 345,30 18 411,34

4 377,95 9 367,59 14 377,30 19 397,50

5 361,37 10 361,11 15 356,14 20 396,50

Cuadro 9.3. Determinación de la masa de la muestra más el recipiente metálico que se utilizó para

la preparación de cada emulsión

Contenido de sal CaCl2 (%) Réplica Masa lata + muestra (g)

80 mg/kg

0,00 1 2673,53

2 2782,88

0,05 1 2550,44

2 2690,81

0,10 1 2858,13

2 2784,52

0,15 1 2852,83

2 2529,51

100 mg/kg

0,00 1 3014,81

2 2867,58

0,05 1 2900,40

2 2818,38

0,10 1 2797,30

2 2986,48

60

Cuadro 9.3. (Continuación) Determinación de la masa de la muestra más el recipiente metálico que

se utilizó para la preparación de cada emulsión


0,15

1 2693,42

2 3097,80

150 mg/kg

0,00 1 2877,86

2 2929,15

0,05 1 2983,10

2 2641,26

0,10 1 2821,60

2 2659,45

0,15 1 2803,95

2 2911,24

200 mg/kg

0,00 1 2768,75

2 2673,78

0,05 1 3062,22

2 3086,36

0,10 1 2758,10

2 3072,62

0,15 1 3007,30

2 2956,80

300 mg/kg

0,00 1 2717,35

2 2653,21

0,05 1 3298,37

2 3028,36

0,10 1 3039,60

2 3081,37

0,15 1 2659,34

2 2965,73

400 mg/kg

0,00 1 2797,20

2 2924,08

0,05 1 2978,37

2 2841,04

0,10 1 3212,20

2 3140,93

0,15 1 2933,07

2 3035,41

61

Cuadro 9.3. (Continuación) Determinación de la masa de la muestra más el recipiente metálico que

se utilizó para la preparación de cada emulsión


500 mg/kg

0,00 1 3311,28

2 2891,66

0,05 1 2523,44

2 2902,79

0,10 1 2876,79

2 3169,47

0,15 1 2729,33

2 3006,77

Cuadro 9.4. Tiempo para la determinación de la constante de orificio

Determinación Patrón Réplica 1 Réplica 2 Réplica 3

Tiempo (s) 148 692 621 611

Cuadro 9.5. Análisis por quintuplicado del contenido de sales en el asfalto del T-112 tomado el

20/10/2015

Réplica 1 Réplica 2 Réplica 3 Réplica 4 Réplica 5

v AgNO3

(mL)

V

(mV)

v AgNO3

(mL)

V

(mV)

v AgNO3

(mL)

V

(mV)

v AgNO3

(mL)

V

(mV)

v AgNO3

(mL)

V

(mV)

0,00 -55,5 0,00 -52,9 0,00 -56,0 0,00 -62,4 0,00 -57,9

0,05 -56,3 0,05 -54,8 0,05 -57,5 0,05 -64,8 0,10 -57,9

0,10 -55,7 0,10 -54,8 0,10 -57,5 0,10 -63,2 0,15 -46,7

0,15 -48,2 0,20 -39,2 0,15 -49,1 0,15 -51,3 0,20 -33,3

0,20 -41,5 0,25 -26,8 0,20 -39,4 0,20 -40,8 0,25 -23,3

0,25 -34,8 0,30 -12,5 0,25 -31,4 0,25 -29,3 0,30 -11,7

0,30 -28,2 0,35 -1,3 0,30 -26,1 0,30 -16,9 0,35 0,6

0,35 -15,3 0,40 17,9 0,35 -8,4 0,35 -4,0 0,40 17,4

0,40 2,6 0,45 24,7 0,40 3,2 0,40 5,6 0,45 23,1

0,45 11,6 0,50 33,6 0,45 9,4 0,45 17,1 0,50 29,0

0,50 20,6 0,55 38,4 0,50 21,2 0,50 19,3 0,55 35,2

0,60 30,0 0,60 42,6 0,55 21,2 0,55 22,3 0,60 38,5

0,70 35,4 0,65 45,3 0,60 25,3 0,60 25,7 0,70 42,1

0,80 39,5 0,70 46,8 0,65 28,6 0,65 28,8 - -

- - 0,80 52,2 - - 0,75 32,0 - -

62

Cuadro 9.6. Análisis por quintuplicado del contenido de sales en el asfalto del T-112 tomado el

18/01/2016

Réplica 1 Réplica 2 Réplica 3 Réplica 4 Réplica 5

v AgNO3

(mL)

V

(mV)

v AgNO3

(mL)

V

(mV)

v AgNO3

(mL)

V

(mV)

v AgNO3

(mL)

V

(mV)

v AgNO3

(mL)

V

(mV)

0,00 -153,3 0,00 -24,7 0,00 10,0 0,00 -20,0 0,00 -11,0

0,05 -156,0 0,05 -29,8 0,05 10,2 0,05 -23,6 0,05 -15,0

0,10 -157,6 0,10 -35,0 0,10 8,3 0,10 -31,1 0,10 -20,8

0,15 -158,6 0,15 -41,4 0,15 3,4 0,15 -34,4 0,15 -23,2

0,20 -159,5 0,20 -44,0 0,20 -0,8 0,20 -22,4 0,20 -25,5

0,25 -156,4 0,25 -40,4 0,25 2,2 0,25 -25,4 0,25 -22,0

0,30 -142,9 0,30 -29,8 0,30 5,4 0,30 -16,5 0,30 -16,4

0,35 -106,3 0,35 3,6 0,35 11,9 0,40 47,1 0,35 10,4

0,40 -65,0 0,40 30,6 0,40 39,9 0,45 56,9 0,40 34,8

0,45 -47,5 0,45 46,1 0,50 63,0 0,50 63,7 0,45 52,0

0,50 -32,5 0,50 57,7 0,55 81,6 0,55 69,9 0,50 60,2

0,55 -16,5 0,60 68,2 0,60 87,0 0,60 75,1 0,55 67,9

0,65 -3,2 0,70 77,9 0,70 94,7 0,65 77,6 0,60 71,5

0,75 6,6 0,80 83,1 0,80 101,5 0,70 80,2 0,65 77,1

0,85 13,8 0,90 87,2 0,90 107,3 0,80 85,0 0,75 83,6

Cuadro 9.7. Análisis potenciométrico para verificación del contenido de cloruros en el asfalto

después del enriquecimiento con cloruro de calcio en los valores nominales de

100 mg/kg, 150 mg/kg y 200 mg/kg

100 mg/kg 150 mg/kg 200 mg/kg

v AgNO3 (mL) V (mV) v AgNO3 (mL) V (mV) v AgNO3 (mL) V (mV)

0,00 -4,8 0,00 27,1 0,00 -35,9

0,05 -10,6 0,05 29,4 0,05 -38,0

0,10 -12,0 0,10 30,9 0,10 -39,5

0,15 -13,2 0,15 37,5 0,15 -41,2

0,20 -10,4 0,20 45,6 0,20 -42,8

0,25 -4,7 0,30 55,4 0,25 -44,4

0,30 8,8 0,35 64,7 0,30 -45,5

0,35 31,2 0,40 76,7 0,35 -47,1

0,40 63,1 0,50 120,0 0,40 -49,5

0,45 76,9 0,60 175,6 0,50 -51,6

0,50 86,0 0,70 195,1 0,60 -50,8

63

Cuadro 9.7. (Continuación) Análisis potenciométrico para verificación del contenido de cloruros en

el asfalto después del enriquecimiento con cloruro de calcio en los valores nominales

de 100 mg/kg, 150 mg/kg y 200 mg/kg

100 mg/kg 150 mg/kg 200 mg/kg v AgNO3 (mL) V (mV) v AgNO3 (mL) V (mV) v AgNO3 (mL) V (mV)

0,60 97,0 0,80 197,1 0,70 -21,3

0,70 104,5 0,90 200,6 0,75 8,4

0,80 108,7 1,05 201,0 0,85 32,8

0,90 113,5 - - 0,95 47,0

- - - - 1,05 53,9

- - - - 1,15 60,4

- - - - 1,25 65,6

- - - - 1,35 69,2

Cuadro 9.8. Análisis potenciométrico para verificación del contenido de cloruros en el asfalto

después del enriquecimiento con cloruro de calcio en los valores nominales de


300 mg/kg 400 mg/kg 500 mg/kg

v AgNO3 (mL) V (mV) v AgNO3 (mL) V (mV) v AgNO3 (mL) V (mV)

0,00 -26,7 0,00 -21,3 0,00 -58,0

0,10 -31,1 0,50 -24,6 0,15 -60,3

0,20 -33,5 1,00 -26,5 0,30 -63,3

0,30 -35,5 1,35 -28,3 0,45 -64,4

0,40 -37,3 1,45 -19,7 0,60 -65,8

0,50 -39,2 1,50 4,9 0,75 -67,2

0,55 -41,0 1,55 35,8 1,00 -68,2

0,60 -39,0 1,65 49,3 1,25 -62,7

0,65 -35,1 1,75 54,8 1,30 -34,2

0,70 -30,4 2,00 72,0 1,35 -8,8

0,75 -25,6 2,50 82,3 1,40 25,7

0,80 -14,5 3,30 87,0 1,45 44,7

0,85 0,1 3,60 91,5 1,55 52,4

0,90 35,0 3,90 95,9 1,80 59,8

0,95 92,0 4,20 100,2 2,00 64,6

1,00 97,2 4,50 103,8 2,25 66,3

1,05 100,3 - - - -

1,10 104,3 - - - -

64

Cuadro 9.9. Medición de la viscosidad en el tiempo para las emulsiones elaboradas sin cloruro de

calcio

Cont. de

cloruros Réplica

Día y

viscosidad Resultados

80 mg/kg

1 Día 0 3 8 11 14 17 21

Viscosidad (s) 273 304 334 278 349 370 380

2 Día 0 3 8 11 15 19 22

Viscosidad (s) 275 290 296 292 308 315 320

100 mg/kg

1 Día 0 3 8 11 14 17 21

Viscosidad (s) 281 315 352 356 380 369 390

2 Día 0 6 12 16 20 23 -

Viscosidad (s) 262 274 324 305 345 361 -

150 mg/kg

1 Día 0 2 6 9 12 15 19

Viscosidad (s) 299 329 359 370 418 413 419

2 Día 0 3 8 13 17 20 23

Viscosidad (s) 300 332 349 385 420 423 418

200 mg/kg

1 Día 0 3 7 10 14 18 22

Viscosidad (s) 254 345 355 370 382 400 411

2 Día 0 5 11 15 19 24 -

Viscosidad (s) 292 309 354 345 375 394 -

300 mg/kg

1 Día 0 5 9 13 19 26 -

Viscosidad (s) 378 378 380 405 421 431 -

2 Día 0 4 9 14 18 23 -

Viscosidad (s) 331 341 361 356 374 385 -

400 mg/kg

1 Día 0 5 11 15 18 20 -

Viscosidad (s) 435 462 460 479 473 475 -

2 Día 0 6 10 14 17 22 -

Viscosidad (s) 431 453 442 470 475 478 -

500 mg/kg

1 Día 0 6 13 18 25 32 -

Viscosidad (s) 472 458 420 387 444 462 -

2 Día 0 5 9 13 14 19 -

Viscosidad (s) 496 504 477 478 491 511 -

Cuadro 9.10. Medición de la viscosidad en el tiempo de las emulsiones con una concentración de

cloruros de 80 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes másicos de cloruro de calcio

adicionados en la mezcla jabonosa

CaCl2 (%) Réplica Día / viscosidad Resultados

0,05

1 Día 0 5 12 19

Viscosidad (s) 382 389 390 397

2 Día 0 7 14 21

Viscosidad (s) 392 392 402 396

65

Cuadro 9.10. (Continuación) Medición de la viscosidad en el tiempo de las emulsiones con una

concentración de cloruros de 80 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes másicos

de cloruro de calcio adicionados en la mezcla jabonosa


0,10

1 Día 0 7 14 21

Viscosidad (s) 379 376 421 341

2 Día 0 7 14 21

Viscosidad (s) 400 387 432 340

0,15

1 Día 0 7 14 22

Viscosidad (s) 253 240 245 196

2 Día 0 7 13 20

Viscosidad (s) 263 242 240 221

Cuadro 9.11. Medición de la viscosidad en el tiempo de las emulsiones con una concentración de

cloruros de 100 mg/kg en el asfalto y diferentes porcentajes másicos de cloruro de

calcio adicionados en la mezcla jabonosa


0,05

1 Día 0 5 11 18

Viscosidad (s) 349 348 350 352

2 Día 0 7 16 21

Viscosidad (s) 338 336 336 334

0,10

1 Día 0 7 13 20

Viscosidad (s) 361 331 362 348

2 Día 0 9 16 23

Viscosidad (s) 377 386 387 390

0,15

1 Día 0 7 12 20

Viscosidad (s) 335 347 348 344

2 Día 0 7 14 21

Viscosidad (s) 367 358 395 387

66

Cuadro 9.12. Medición de la viscosidad den el tiempo de las emulsiones con una concentración de




0,05

1 Día 0 8 15 22

Viscosidad (s) 334 325 318 318

2 Día 0 7 13 21

Viscosidad (s) 392 361 339 375

0,10

1 Día 0 8 15 22

Viscosidad (s) 383 378 385 413

2 Día 0 6 13 20

Viscosidad (s) 375 365 344 355

0,15

1 Día 0 7 14 20

Viscosidad (s) 340 331 320 318

2 Día 0 8 15 22

Viscosidad (s) 389 379 309 378





0,05

1 Día 0 7 14 21

Viscosidad (s) 320 317 316 320

2 Día 0 7 14 22

Viscosidad (s) 433 389 366 396

0,10

1 Día 0 7 14 22

Viscosidad (s) 273 335 326 280

2 Día 0 6 14 19

Viscosidad (s) 341 320 323 315

0,15

1 Día 0 7 14 23

Viscosidad (s) 314 293 329 347

2 Día 0 8 16 22

Viscosidad (s) 315 312 315 320

67





0,05

1 Día 0 7 14 21

Viscosidad (s) 321 307 303 327

2 Día 0 8 15 22

Viscosidad (s) 264 279 275 274

0,10

1 Día 0 7 14 21

Viscosidad (s) 393 420 405 581

2 Día 0 7 13 15

Viscosidad (s) 292 325 320 310

0,15

1 Día 0 7 15 22

Viscosidad (s) 396 392 377 380

2 Día 0 7 12 15

Viscosidad (s) 316 283 304 280





0,05

1 Día 0 7 14 23

Viscosidad (s) 371 357 353 371

2 Día 0 7 15 22

Viscosidad (s) 271 284 273 280

0,10

1 Día 0 7 15 22

Viscosidad (s) 377 323 317 360

2 Día 0 8 14 16

Viscosidad (s) 299 273 300 280

0,15

1 Día 0 7 15 23

Viscosidad (s) 329 307 317 329

2 Día 0 6 11 13

Viscosidad (s) 330 268 280 301

68





0,05

1 Día 0 8 15 22

Viscosidad (s) 325 310 326 324

2 Día 0 7 14 21

Viscosidad (s) 443 435 410 426

0,10

1 Día 0 7 16 23

Viscosidad (s) 354 338 354 334

2 Día 0 7 13 15

Viscosidad (s) 326 277 289 291

0,15

1 Día 0 7 15 22

Viscosidad (s) 379 360 376 380

2 Día 0 5 10 12

Viscosidad (s) 385 390 400 406


preparadas con asfalto a una concentración de cloruros de 80 mg/kg

CaCl2 (%) Réplica Sección del

tubo

Rec. vacío

(g)

Masa inicial

(g)

Masa final

(g)

0,00

1

Tubo 1 A 410,80 455,18 425,96

B 283,85 328,36 305,42

Tubo 2 A 287,39 337,57 301,70

B 280,73 330,80 317,14

2

Tubo 1 A 289,90 339,95 320,65

B 304,53 354,67 335,66

Tubo 2 A 287,05 337,01 317,92

B 308,27 358,27 339,48

0,05

1

Tubo 1 A 432,51 482,49 463,70

B 309,36 359,15 340,75

Tubo 2 A 304,89 354,81 338,05

B 302,72 352,38 335,94

2

Tubo 1 A 289,15 339,25 321,12

B 304,16 354,18 336,35

Tubo 2 A 287,77 338,00 319,50

B 305,16 355,21 337,12

69

Cuadro 9.17. (Continuación) Masas necesarias para la determinación de la estabilidad de las

emulsiones preparadas con asfalto a una concentración de cloruros de 80 mg/kg


tubo

Rec. vacío

(g)

Masa inicial

(g)

Masa final

(g)

0,10

1

Tubo 1 A 287,74 337,38 319,56

B 305,06 355,47 337,54

Tubo 2 A 289,96 339,67 321,95

B 308,15 358,54 340,98

2

Tubo 1 A 288,16 338,94 319,22

B 306,12 357,97 338,12

Tubo 2 A 287,67 338,68 320,42

B 309,21 359,42 341,67

0,15

1

Tubo 1 A 290,20 340,37 323,11

B 304,38 354,44 337,32

Tubo 2 A 287,12 337,13 319,71

B 308,36 358,69 341,56

2

Tubo 1 A 291,27 341,27 323,56

B 305,68 355,99 338,54

Tubo 2 A 289,67 340,45 322,98

B 310,98 362,10 344,57




tubo

Rec. vacío

(g)

Masa inicial

(g)

Masa final

(g)

0,00

1

Tubo 1 A 420,11 470,12 451,85

B 286,23 336,73 319,18

Tubo 2 A 290,55 340,44 323,19

B 284,31 334,97 317,92

2

Tubo 1 A 283,33 333,47 310,83

B 304,92 354,94 334,56

Tubo 2 A 287,55 337,55 315,92

B 304,73 354,84 335,45

70




tubo

Rec. vacío

(g)

Masa inicial

(g)

Masa final

(g)

0,05

1

Tubo 1 A 309,24 359,94 340,97

B 287,33 338,54 320,63

Tubo 2 A 290,03 341,90 322,58

B 304,84 354,52 336,29

2

Tubo 1 A 287,22 337,38 319,82

B 304,79 359,46 340,48

Tubo 2 A 290,13 340,09 322,68

B 307,90 358,24 340,94

0,10

1

Tubo 1 A 279,84 329,89 312,63

B 308,22 358,56 341,73

Tubo 2 A 289,84 339,85 322,76

B 304,84 354,83 338,04

2

Tubo 1 A 287,44 337,38 319,98

B 304,86 354,90 337,56

Tubo 2 A 289,42 339,46 322,14

B 308,12 358,26 341,26

0,15

1

Tubo 1 A 287,14 337,16 319,77

B 305,00 355,00 338,37

Tubo 2 A 289,25 339,28 321,79

B 308,18 358,22 340,44

2

Tubo 1 A 289,86 339,74 323,35

B 304,63 354,70 338,65

Tubo 2 A 286,95 337,04 319,14

B 304,53 354,50 337,20




tubo

Rec. vacío

(g)

Masa inicial

(g)

Masa final

(g)

0,00 1

Tubo 1 A 413,42 463,38 441,13

B 288,64 338,18 317,82

Tubo 2 A 291,83 341,60 319,88

B 285,51 335,18 314,29

71




tubo

Rec. vacío

(g)

Masa inicial

(g)

Masa final

(g)

0,00 2

Tubo 1 A 292,67 342,89 320,87

B 306,58 357,73 336,35

Tubo 2 A 287,67 337,72 316,15

B 308,67 359,29 338,92

0,05

1

Tubo 1 A 308,61 358,97 340,98

B 305,02 357,01 339,22

Tubo 2 A 432,15 483,06 464,91

B 212,82 262,40 245,56

2

Tubo 1 A 287,32 337,42 320,21

B 307,88 358,32 341,38

Tubo 2 A 289,26 339,29 322,15

B 304,59 354,49 337,67

0,10

1

Tubo 1 A 289,96 338,03 320,20

B 308,15 358,37 340,18

Tubo 2 A 289,74 340,45 322,87

B 305,05 355,48 338,16

2

Tubo 1 A 287,71 337,65 320,21

B 308,36 358,33 341,17

Tubo 2 A 290,15 340,13 322,63

B 304,71 354,75 337,82

0,15

1

Tubo 1 A 289,82 339,83 322,15

B 305,18 355,25 338,06

Tubo 2 A 286,73 336,80 319,17

B 308,15 358,18 341,01

2

Tubo 1 A 289,97 339,92 321,64

B 304,32 354,68 336,59

Tubo 2 A 286,71 336,85 318,54

B 304,30 354,52 336,48

72



CaCl2 (%) Réplica Sección del tubo Rec. vacío (g) Masa inicial (g) Masa final (g)

0,00

1

Tubo 1 A 432,11 482,30 460,97

B 302,56 352,69 333,21

Tubo 2 A 308,56 359,69 337,67

B 305,68 354,99 334,98

2

Tubo 1 A 287,15 337,16 319,78

B 304,76 354,98 339,20

Tubo 2 A 283,77 333,77 316,90

B 304,70 354,71 339,07

0,05

1

Tubo 1 A 287,15 363,58 336,66

B 290,58 344,91 327,79

Tubo 2 A 308,34 359,09 341,19

B 304,77 354,57 336,28

2

Tubo 1 A 289,70 339,05 322,01

B 304,11 354,40 337,71

Tubo 2 A 286,82 336,82 319,44

B 308,47 344,04 332,18

0,10

1

Tubo 1 A 286,85 336,99 320,07

B 304,76 354,87 338,15

Tubo 2 A 289,22 339,33 322,29

B 308,55 358,61 342,12

2

Tubo 1 A 289,60 339,60 322,00

B 308,80 358,92 342,57

Tubo 2 A 287,20 337,30 319,97

B 304,40 354,54 336,76

0,15

1

Tubo 1 A 289,99 340,02 325,05

B 308,23 358,23 343,49

Tubo 2 A 287,03 337,11 322,23

B 304,27 354,57 340,38

2

Tubo 1 A 279,98 340,02 325,05

B 307,36 358,23 345,99

Tubo 2 A 286,51 337,11 322,23

B 311,24 354,57 342,26

73




0,00

1

Tubo 1 A 287,02 337,07 318,60

B 304,50 354,54 337,85

Tubo 2 A 289,53 339,52 320,92

B 305,20 355,46 338,18

2

Tubo 1 A 284,24 334,40 316,45

B 304,55 354,63 337,77

Tubo 2 A 287,73 337,92 319,70

B 304,87 354,82 339,07

0,05

1

Tubo 1 A 289,52 339,54 320,62

B 304,31 354,30 336,75

Tubo 2 A 287,49 337,59 319,12

B 304,49 354,52 337,06

2

Tubo 1 A 287,50 337,55 318,38

B 304,44 354,51 336,11

Tubo 2 A 216,51 266,53 248,01

B 305,18 355,19 337,62

0,10

1

Tubo 1 A 290,13 340,13 322,31

B 303,89 353,88 336,60

Tubo 2 A 287,05 337,06 319,37

B 304,49 354,51 337,35

2

Tubo 1 A 304,99 355,06 337,29

B 304,46 354,82 338,00

Tubo 2 A 287,34 337,39 319,35

B 216,49 266,50 248,85

0,15

1

Tubo 1 A 289,45 339,51 321,61

B 304,14 354,22 337,03

Tubo 2 A 287,01 336,96 319,39

B 305,11 355,16 337,71

2

Tubo 1 A 286,65 336,54 319,04

B 304,83 355,01 338,02

Tubo 2 A 217,42 266,54 248,89

B 305,35 355,44 338,01

74




0,00

1

Tubo 1 A 286,91 336,89 318,85

B 304,78 354,74 338,57

Tubo 2 A 289,89 339,92 322,33

B 304,50 354,56 338,39

Tubo 1 A 287,12 338,41 318,79

B 305,18 355,41 337,55

Tubo 2 A 217,12 267,22 248,42

B 305,01 354,98 338,14

0,05

1

Tubo 1 A 287,34 337,38 319,90

B 304,04 354,01 337,40

Tubo 2 A 216,77 266,73 248,64

B 304,21 354,34 338,04

2

Tubo 1 A 289,26 339,31 320,89

B 306,01 355,94 338,41

Tubo 2 A 221,67 271,68 250,64

B 303,67 353,79 334,55

0,10

1

Tubo 1 A 286,68 336,91 319,03

B 304,56 354,86 338,16

Tubo 2 A 283,27 333,34 315,62

B 305,14 355,32 338,11

2

Tubo 1 A 286,94 336,94 319,31

B 304,99 355,35 338,54

Tubo 2 A 217,02 266,99 249,86

B 305,63 355,72 339,87

0,15

1

Tubo 1 A 287,95 337,97 320,01

B 304,61 354,61 337,05

Tubo 2 A 284,08 334,26 316,02

B 304,92 355,09 337,28

2

Tubo 1 A 287,18 337,48 320,83

B 305,01 355,3 339,28

Tubo 2 A 217,19 267,59 249,91

B 211,45 262,46 245,07

75




0,00

1

Tubo 1 A 289,47 339,42 320,90

B 304,30 354,35 338,00

Tubo 2 A 287,52 337,35 319,66

B 304,59 354,56 338,47

2

Tubo 1 A 287,09 337,27 318,96

B 304,42 354,74 338,56

Tubo 2 A 217,16 267,23 249,04

B 308,45 355,44 339,42

0,05

1

Tubo 1 A 284,36 334,40 316,20

B 304,40 354,57 337,67

Tubo 2 A 287,81 337,85 319,92

B 305,04 355,02 338,30

2

Tubo 1 A 287,35 337,35 319,67

B 304,83 354,79 337,99

Tubo 2 A 216,45 266,64 249,13

B 304,87 355,61 339,34

0,10

1

Tubo 1 A 287,01 337,00 319,44

B 304,78 354,82 338,06

Tubo 2 A 284,12 334,11 316,62

B 305,18 355,40 339,03

2

Tubo 1 A 287,63 337,72 319,44

B 304,88 354,79 337,81

Tubo 2 A 216,67 266,68 249,33

B 305,38 355,87 339,71

0,15

1

Tubo 1 A 287,83 338,04 319,84

B 304,95 354,88 337,75

Tubo 2 A 284,02 334,03 316,40

B 304,96 354,92 337,68

2

Tubo 1 A 288,18 338,19 321,23

B 304,06 354,2 338,08

Tubo 2 A 214,84 264,93 249,92

B 212,75 262,81 248,02

77

10. Resultados intermedios


quintuplicado del contenido de cloruro en el asfalto del T-112 tomado el 20/10/2015

Réplica 1 Réplica 2 Réplica 3 Réplica 4 Réplica 5 vprom

AgNO3

(mL)

ΔV/Δv

(mV/mL)

vprom

AgNO3

(mL)

ΔV/Δv

(mV/mL)

vprom

AgNO3

(mL)

ΔV/Δv

(mV/mL)

vprom

AgNO3

(mL)

ΔV/Δv

(mV/mL)

vprom

AgNO3

(mL)

ΔV/Δv

(mV/mL)

0,03 -16,0 0,03 -38,0 0,03 -30,0 0,03 -48,0 0,05 0,0

0,08 12,0 0,08 0,0 0,08 0,0 0,08 32,0 0,13 224,0

0,13 150,0 0,15 156,0 0,13 168,0 0,13 238,0 0,18 268,0

0,18 134,0 0,23 248,0 0,18 194,0 0,18 210,0 0,23 200,0

0,23 134,0 0,28 286,0 0,23 160,0 0,23 230,0 0,28 232,0

0,28 132,0 0,33 224,0 0,28 106,0 0,28 248,0 0,33 246,0

0,33 258,0 0,38 384,0 0,33 354,0 0,33 258,0 0,38 336,0

0,38 358,0 0,43 136,0 0,38 232,0 0,38 192,0 0,43 114,0

0,43 180,0 0,48 178,0 0,43 124,0 0,43 230,0 0,48 118,0

0,48 180,0 0,53 96,0 0,48 236,0 0,48 44,0 0,53 124,0

0,55 94,0 0,58 84,0 0,53 0,0 0,53 60,0 0,58 66,0

0,65 54,0 0,63 54,0 0,58 82,0 0,58 68,0 0,65 36,0

0,75 41,0 0,68 30,0 0,63 66,0 0,63 62,0 - -

- - 0,75 54,0 - - 0,70 32,0 - -


quintuplicado del contenido de cloruro en el asfalto del T-112 tomado el 18/01/2016


AgNO3

(mL)

ΔV/Δv

(mV/mL)

vprom

AgNO3

(mL)

ΔV/Δv

(mV/mL)

vprom

AgNO3

(mL)

ΔV/Δv

(mV/mL)

vprom

AgNO3

(mL)

ΔV/Δv

(mV/mL)

vprom

AgNO3

(mL)

ΔV/Δv

(mV/mL)

0,03 -54,0 0,03 -102,0 0,03 4,0 0,03 -72,0 0,03 -80,0

0,08 -32,0 0,08 -104,0 0,08 -38,0 0,08 -150,0 0,08 -116,0

0,13 -20,0 0,13 -128,0 0,13 -98,0 0,13 -66,0 0,13 -48,0

0,18 -18,0 0,18 -52,0 0,18 -84,0 0,18 240,0 0,18 -46,0

0,23 62,0 0,23 72,0 0,23 60,0 0,23 -60,0 0,23 70,0

0,28 270,0 0,28 212,0 0,28 64,0 0,28 178,0 0,28 112,0

0,33 732,0 0,33 668,0 0,33 130,0 0,35 636,0 0,33 536,0

78

Cuadro 10.2. (Continuación) Cálculo del volumen promedio y la primera derivada para el análisis

por quintuplicado del contenido de cloruro en el asfalto del T-112 tomado el

18/01/2016


AgNO3

(mL)

ΔV/Δv

(mV/mL)

vprom

AgNO3

(mL)

ΔV/Δv

(mV/mL)

vprom

AgNO3

(mL)

ΔV/Δv

(mV/mL)

vprom

AgNO3

(mL)

ΔV/Δv

(mV/mL)

vprom

AgNO3

(mL)

ΔV/Δv

(mV/mL)

0,38 826,0 0,38 540,0 0,38 560,0 0,43 196,0 0,38 488,0

0,43 350,0 0,43 310,0 0,45 231,0 0,48 136,0 0,43 344,0

0,48 300,0 0,48 232,0 0,53 372,0 0,53 124,0 0,48 164,0

0,53 320,0 0,55 105,0 0,58 108,0 0,58 104,0 0,53 154,0

0,60 133,0 0,65 97,0 0,65 77,0 0,63 50,0 0,58 72,0

0,70 98,0 0,75 52,0 0,75 68,0 0,68 52,0 0,63 112,0

0,80 72,0 0,85 41,0 0,85 58,0 0,75 48,0 0,70 65,0

Cuadro 10.3. Resultados del análisis por quintuplicado del contenido de cloruro en el asfalto del T-

112 tomado el 20/10/2015

Determinación \ Réplica 1 2 3 4 5

Masa de la muestra (g) 40,11 41,48 40,54 39,72 42,71

vAgNO3 consumido (mL) 0,38 0,38 0,33 0,33 0,38

vAgNO3 blanco (mL) 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

CnAgNO3 (mol / L) 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01

Cant. de cloro (μmol) 3,80 3,80 3,30 3,30 3,80

Factor de dilución (10/158) 0,0633 0,0633 0,0633 0,0633 0,0633

Cloruros (%) 0,0087 0,0085 0,0075 0,0077 0,0082

Concentración (mg/kg) 87,48 84,59 75,16 76,71 82,15

Concentración promedio (mg/kg) 81,22 ̴ 80

Cuadro 10.4. Resultados del análisis por quintuplicado del contenido de cloruro en el asfalto del T-

112 tomado el 18/01/2016


Masa de la muestra (g) 40,09 40,49 39,92 40,20 40,33

vAgNO3 consumido (mL) 0,38 0,33 0,38 0,35 0,33

vAgNO3 blanco (mL) 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

79

Cuadro 10.4. (Continuación) Resultados del análisis por quintuplicado del contenido de cloruro

en el asfalto del T-112 tomado el 18/01/2016


CnAgNO3 (mol / L) 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01

Cant. de cloro (μmol) 3,80 3,30 3,80 3,50 3,30

Factor de dilución (10/158) 0,0633 0,0633 0,0633 0,0633 0,0633

Cloruros (%) 0,0088 0,0075 0,0088 0,0080 0,0076

Concentración (mg/kg) 87,52 75,25 87,89 80,39 75,55

Concentración promedio (mg/kg) 81,32 ̴ 80

Cuadro 10.5. Determinación de la masa necesaria de cada componente de las emulsiones asfálticas

con una concentración de cloruros de 80 mg/kg

CaCl2 (%) Réplica

Lata +

muestra

(g)

Lata +

residuo

(g)

Asfalto

(g)

Agua

(g)

Emulsi-

ficante

(g)

Total

(g)

CaCl2

(g)

CaCl2

adi. (g)

0,00 1 2673,53 375 2298,49 1166,93 70,72 3536,14 0,00 0,00

2 2782,88 382 2400,73 1218,83 73,87 3693,43 0,00 0,00

0,05 1 2550,44 390 2160,44 1096,84 66,48 3323,75 1,66 2,13

2 2690,81 380 2310,81 1173,18 71,10 3555,09 1,78 26,9

0,10 1 2858,13 385 2473,13 1255,59 76,10 3804,82 3,80 4,88

2 2784,52 380 2404,52 1220,76 73,99 3699,26 3,70 4,74

0,15 1 2852,83 383 2469,83 1253,91 75,99 3799,74 5,70 7,31

2 2529,51 380 2149,51 1091,29 66,14 3306,94 4,96 6,36



CaCl2 (%) Réplica

Lata +

muestra

(g)

Lata +

residuo

(g)

Asfalto

(g)

Agua

(g)

Emulsi-

ficante

(g)

Total

(g)

CaCl2

(g)

CaCl2

adi. (g)

0,00 1 3014,81 441 2573,46 1306,53 79,18 3959,17 0,00 0,00

2 2867,58 380 2487,58 1262,93 76,54 3827,05 0,00 0,00

0,05 1 2900,4 390 2510,4 1274,51 77,24 3862,15 1,93 2,48

2 2818,38 380 2438,38 1237,95 75,03 3751,35 1,88 2,40

0,10 1 2797,3 385 2412,3 1224,71 74,22 3711,23 3,71 4,76

2 2986,48 383 2603,48 1321,77 80,11 4005,35 4,01 5,14

0,15 1 2693,42 383 2310,42 1172,98 71,09 3554,49 5,33 6,84

2 3097,8 377 2720,74 1381,30 83,72 4185,75 6,28 8,05

80



CaCl2 (%) Réplica

Lata +

muestra

(g)

Lata +

residuo

(g)

Asfalto

(g)

Agua

(g)

Emulsi-

ficante

(g)

Total

(g)

CaCl2

(g)

CaCl2

adi. (g)

0,00 1 2877,86 474 2404,31 1220,65 73,98 3698,94 0,00 2877,86

2 2929,15 380 2549,15 1294,18 78,44 3921,77 0,00 0,00

0,05 1 2983,1 390 2593,1 1316,50 79,79 3989,38 1,99 2983,1

2 2641,26 380 2261,26 1148,02 69,58 3478,86 1,74 2641,26

0,10 1 2821,6 383 2438,6 1238,06 75,03 3751,69 3,75 2821,6

2 2659,45 375 2284,45 1159,80 70,29 3514,54 3,51 2659,45

0,15 1 2803,95 383 2420,95 1229,10 74,49 3724,54 5,59 2803,95

2 2911,24 375 2536,2 1287,61 78,04 3901,85 5,85 2911,24



CaCl2 (%) Réplica

Lata +

muestra

(g)

Lata +

residuo

(g)

Asfalto

(g)

Agua

(g)

Emulsi-

ficante

(g)

Total

(g)

CaCl2

(g)

CaCl2

adi. (g)

0,00 1 2768,75 390 2378,55 1207,57 73,19 3659,31 0,00 0,00

2 2673,78 380 2293,78 1164,53 70,58 3528,89 0,00 0,00

0,05 1 3062,22 385 2677,22 1359,20 82,38 4118,80 2,06 2,64

2 3086,36 380 2706,36 1374,00 83,27 4163,63 2,08 2,67

0,10 1 2758,1 383 2375,1 1205,82 73,08 3654,00 3,65 4,68

2 3072,62 380 2692,62 1367,02 82,85 4142,49 4,14 5,31

0,15 1 3007,3 380 2627,3 1333,86 80,84 4042,00 6,06 7,77

2 2956,8 375 2581,8 1310,76 79,44 3972,00 5,96 7,64



CaCl2 (%) Réplica

Lata +

muestra

(g)

Lata +

residuo

(g)

Asfalto

(g)

Agua

(g)

Emulsi-

ficante

(g)

Total

(g)

CaCl2

(g)

CaCl2

adi. (g)

0,00 1 2717,35 377 2340,35 1188,18 72,01 3600,54 0,00 0,00

2 2653,21 380 2273,21 1154,09 69,94 3497,25 0,00 0,00

81

Cuadro 10.9. (Continuación) Determinación de la masa necesaria de cada componente de las

emulsiones asfálticas con una concentración de cloruros de 300 mg/kg

CaCl2 (%) Réplica

Lata +

muestra

(g)

Lata +

residuo

(g)

Asfalto

(g)

Agua

(g)

Emulsi-

ficante

(g)

Total

(g)

CaCl2

(g)

CaCl2

adi. (g)

0,05 1 3298,37 380 2918,37 1481,63 89,80 4489,80 2,24 2,88

2 3028,36 380 2648,36 1344,55 81,49 4074,40 2,04 2,61

0,10 1 3039,6 380 2659,6 1350,26 81,83 4091,69 4,09 5,25

2 3081,37 380 2701,37 1371,46 83,12 4155,95 4,16 5,33

0,15 1 2659,34 379 2280,29 1157,69 70,16 3508,14 5,26 6,75

2 2965,73 380 2585,73 1312,76 79,56 3978,05 5,97 7,65


asfálticas con una concentración de cloruros de 400 mg/kg

CaCl2 (%) Réplica

Lata +

muestra

(g)

Lata +

residuo

(g)

Asfalto

(g)

Agua

(g)

Emulsi-

ficante

(g)

Total

(g)

CaCl2

(g)

CaCl2

adi. (g)

0,00 1 2797,2 377 2420,2 1228,72 74,47 3723,38 0,00 0,00

2 2924,08 380 2544,08 1291,61 78,28 3913,97 0,00 0,00

0,05 1 2978,37 377 2601,37 1320,70 80,04 4002,11 2,00 2,57

2 2841,04 380 2461,04 1249,45 75,72 3786,22 1,89 2,43

0,10 1 3212,2 377 2835,2 1439,41 87,24 4361,85 4,36 5,59

2 3140,93 380 2760,93 1401,70 84,95 4247,58 4,25 5,45

0,15 1 2933,07 377 2556,07 1297,70 78,65 3932,42 5,90 7,56

2 3035,41 380 2655,41 1348,13 81,70 4085,25 6,13 7,86


asfálticas con una concentración de cloruros de 500 mg/kg

CaCl2 (%) Réplica

Lata +

muestra

(g)

Lata +

residuo

(g)

Asfalto

(g)

Agua

(g)

Emulsi-

ficante

(g)

Total

(g)

CaCl2

(g)

CaCl2

adi. (g)

0,00 1 3311,28 377 2934,28 1489,71 90,29 4514,28 0,00 0,00

2 2891,66 380 2511,66 1275,15 77,28 3864,09 0,00 0,00

0,05 1 2523,44 380 2143,44 1088,21 65,95 3297,60 1,65 2,11

2 2902,45 380 2522,45 1280,63 77,61 3880,69 1,94 2,49

82

Cuadro 10.11. (Continuación) Determinación de la masa necesaria de cada componente de las

emulsiones asfálticas con una concentración de cloruros de 500 mg/kg

CaCl2 (%) Réplica

Lata +

muestra

(g)

Lata +

residuo

(g)

Asfalto

(g)

Agua

(g)

Emulsi-

ficante

(g)

Total

(g)

CaCl2

(g)

CaCl2

adi. (g)

0,10 1 2876,79 380 2496,79 1267,60 76,82 3841,22 3,84 4,92

2 3169,47 380 2789,47 1416,19 85,83 4291,49 4,29 5,50

0,15 1 2729,33 380 2349,33 1192,74 72,29 3614,35 5,42 6,95

2 3006,77 380 2626,77 1333,59 80,82 4041,18 6,06 7,77

Cuadro 10.12. Cálculo del volumen promedio y la primera derivada para el análisis del contenido

de cloruro en el asfalto después del enriquecimiento para los valores nominales de


100 mg/kg 150 mg/kg 200 mg/kg vprom AgNO3

(mL)

ΔV/Δv

(mV/mL)

vprom AgNO3

(mL)

ΔV/Δv

(mV/mL)

vprom AgNO3

(mL)

ΔV/Δv

(mV/mL)

0,03 -116,0 0,03 46,0 0,03 -42,0

0,08 -28,0 0,08 30,0 0,08 -30,0

0,13 -24,0 0,13 132,0 0,13 -34,0

0,18 56,0 0,18 162,0 0,18 -32,0

0,23 114,0 0,25 98,0 0,23 -32,0

0,28 270,0 0,33 186,0 0,28 -22,0

0,33 448,0 0,38 240,0 0,33 -32,0

0,38 638,0 0,45 433,0 0,38 -48,0

0,43 276,0 0,55 556,0 0,45 -21,0

0,48 182,0 0,65 195,0 0,55 8,0

0,55 110,0 0,75 20,0 0,65 295,0

0,65 75,0 0,85 35,0 0,73 594,0

0,75 42,0 0,98 2,7 0,80 244,0

0,85 48,0 - - 0,90 142,0

- - - - 1,00 69,0

- - - - 1,10 65,0

- - - - 1,20 52,0

- - - - 1,30 36,0

83

Cuadro 10.13. Cálculo del volumen promedio y la primera derivada para el análisis del contenido

de cloruro en el asfalto después del enriquecimiento para los valores nominales de


300 mg/kg 400 mg/kg 500 mg/kg vprom AgNO3

(mL)

ΔV/Δv

(mV/mL)

vprom AgNO3

(mL)

ΔV/Δv

(mV/mL)

vprom AgNO3

(mL)

ΔV/Δv

(mV/mL)

0,05 -44,0 0,25 -6,6 0,08 -15,3

0,15 -24,0 0,75 -3,8 0,23 -20,0

0,25 -20,0 1,18 -5,1 0,38 -7,3

0,35 -18,0 1,40 86,0 0,53 -9,3

0,45 -19,0 1,48 492,0 0,68 -9,3

0,53 -36,0 1,53 618,0 0,88 -4,0

0,58 40,0 1,60 135,0 1,13 22,0

0,63 78,0 1,70 55,0 1,28 570,0

0,68 94,0 1,88 68,8 1,33 508,0

0,73 96,0 2,25 20,6 1,38 690,0

0,78 222,0 2,90 5,9 1,43 380,0

0,83 292,0 3,45 15,0 1,50 77,0

0,88 698,0 3,75 14,7 1,68 29,6

0,93 1140,0 4,05 14,3 1,90 24,0

0,98 104,0 4,35 12,0 2,13 6,8

1,03 62,0 - - - -

1,08 80,0 - - - -


después de enriquecimiento a 100 mg/kg y 150 mg/kg

Determinación \ Valor nominal 100 mg/kg 150 mg/kg

Masa de la muestra (g) 40,0300 40,7200

vAgNO3 consumido (mL) 0,3800 0,5500

vAgNO3 blanco (mL) 0,0000 0,0000

CnAgNO3 (mol / L) 0,0100 0,0100

Cant. de cloro (μmol) 3,8000 5,5000

Factor de dilución (10/158) 0,0633 0,0633

Clururos (%) 0,0088 0,0125

Concentración (mg/kg) 87,65 124,72

84







CnAgNO3 (mol / L) 0,0100 0,0100



Clururos (%) 0,0166 0,0214








CnAgNO3 (mol / L) 0,0100 0,0100



Clururos (%) 0,0349 0,0316


Cuadro 10.17. Cálculo de la constante de orificio para la corrección de la viscosidad

Réplica 1 2 3 Promedio

Constante k 4,68 4,20 4,13 4,33

85

Cuadro 10.18. Viscosidad corregida para las emulsiones elaboradas sin aditivo a diferentes niveles

de concentración de cloruro en el asfalto

Contenido

de cloruro Réplica Día y viscosidad Resultados

80 mg/kg

1 Día 0 3 8 11 14 17 21

Viscosidad μSSF (s) 63 70 77 64 81 85 88

2 Día 0 3 8 11 15 19 22


100 mg/kg

1 Día 0 3 7 10 13 16 20


2 Día 0 6 12 16 20 23 -

Viscosidad μSSF (s) 61 63 75 70 80 83 -

150 mg/kg

1 Día 0 2 6 9 12 15 19


2 Día 0 3 8 13 17 20 23


200 mg/kg

1 Día 0 3 7 10 14 18 22


2 Día 0 5 11 15 19 24 -


300 mg/kg

1 Día 0 5 9 13 19 26 -


2 Día 0 4 9 14 18 23 -


400 mg/kg

1 Día 0 5 11 15 18 20 -


2 Día 0 6 10 14 17 22 -


500 mg/kg

1 Día 0 6 13 18 25 32 -


2 Día 0 5 9 13 14 19 -


86





0,05

1 Día 0 5 12 19

Viscosidad μSSF (s) 88 90 90 92

2 Día 0 7 14 21


0,10

1 Día 0 7 14 21


2 Día 0 7 14 21


0,15

1 Día 0 7 14 22


2 Día 0 7 13 20






0,05

1 Día 0 5 11 18


2 Día 0 7 16 21


0,10

1 Día 0 7 13 20


2 Día 0 9 16 23


0,15

1 Día 0 7 12 20


2 Día 0 7 14 21


87





0,05

1 Día 0 8 15 22


2 Día 0 7 13 21


0,10

1 Día 0 8 15 22


2 Día 0 6 13 20


0,15

1 Día 0 7 14 20


2 Día 0 8 15 22






0,05

1 Día 0 7 14 21


2 Día 0 7 14 22


0,10

1 Día 0 7 14 22


2 Día 0 6 14 19


0,15

1 Día 0 7 14 23


2 Día 0 8 16 22


88





0,05

1 Día 0 7 14 21


2 Día 0 8 15 22


0,10

1 Día 0 7 14 21


2 Día 0 7 13 15


0,15

1 Día 0 7 15 22


2 Día 0 7 12 15






0,05

1 Día 0 7 14 23


2 Día 0 7 15 22


0,10

1 Día 0 7 14 22


2 Día 0 8 14 16


0,15

1 Día 0 7 15 23


2 Día 0 6 11 13


89





0,05

1 Día 0 8 15 22


2 Día 0 7 14 21


0,10

1 Día 0 7 16 23


2 Día 0 7 13 15


0,15

1 Día 0 7 15 22


2 Día 0 5 10 12


Cuadro 10.26. Cálculo de los residuales y la estabilidad de las emulsiones preparadas con asfalto a

una concentración de cloruros de 80 mg/kg


tubo

Residual

(%)

Estabilidad

(%)

Promedio

(%)

0,00

1

Tubo 1 A 34,16

14,30

29,25 B 48,46

Tubo 2 A 28,52

44,20 B 72,72

2

Tubo 1 A 61,44

0,65

0,64 B 62,09

Tubo 2 A 61,79

0,63 B 62,42

0,05

1

Tubo 1 A 62,40

0,64

0,58 B 63,04

Tubo 2 A 66,43

0,53 B 66,95

2

Tubo 1 A 63,81

0,54

0,61 B 64,35

Tubo 2 A 63,17

0,69 B 63,86

90

Cuadro 10.26. (Continuación) Cálculo de los residuales y la estabilidad de las emulsiones



tubo

Residual

(%)

Estabilidad

(%)

Promedio

(%)

0,10

1

Tubo 1 A 64,10

0,33

0,56 B 64,43

Tubo 2 A 64,35

0,80 B 65,15

2

Tubo 1 A 61,17

0,55

0,50 B 61,72

Tubo 2 A 64,20

0,45 B 64,65

0,15

1

Tubo 1 A 65,60

0,20

0,50 B 65,80

Tubo 2 A 65,17

0,80 B 65,96

2

Tubo 1 A 64,58

0,74

0,42 B 65,32

Tubo 2 A 65,60

0,11 B 65,71




tubo

Residual

(%)

Estabilidad

(%)

Promedio

(%)

0,00

1

Tubo 1 A 63,47

1,78

1,35 B 65,25

Tubo 2 A 65,42

0,92 B 66,34

2

Tubo 1 A 54,85

4,41

4,49 B 59,26

Tubo 2 A 56,74

4,57 B 61,31

91

Cuadro 10.27. (Continuación)Cálculo de los residuales y la estabilidad de las emulsiones



tubo

Residual

(%)

Estabilidad

(%)

Promedio

(%)

0,05

1

Tubo 1 A 62,58

2,44

1,50 B 65,03

Tubo 2 A 62,75

0,55 B 63,31

2

Tubo 1 A 64,99

0,29

0,39 B 65,28

Tubo 2 A 65,15

0,48 B 65,63

0,10

1

Tubo 1 A 65,51

1,05

0,82 B 66,57

Tubo 2 A 65,83

0,59 B 66,41

2

Tubo 1 A 65,16

0,19

0,45 B 65,35

Tubo 2 A 65,39

0,71 B 66,09

0,15

1

Tubo 1 A 65,23

1,51

0,47 B 66,74

Tubo 2 A 65,04

-0,57 B 64,47

2

Tubo 1 A 67,14

0,80

0,96 B 67,94

Tubo 2 A 64,26

1,11 B 65,38

92



CaCl2 (%) Réplica Sección del tubo Residual

(%) Estabilidad (%) Promedio (%)

0,00

1

Tubo 1 A 55,46

3,44

2,51 B 58,90

Tubo 2 A 56,36

1,58 B 57,94

2

Tubo 1 A 56,15

2,05

2,45 B 58,20

Tubo 2 A 56,90

2,86 B 59,76

0,05

1

Tubo 1 A 64,28

1,50

1,60 B 65,78

Tubo 2 A 64,35

1,69 B 66,03

2

Tubo 1 A 65,65

0,77

0,66 B 66,42

Tubo 2 A 65,74

0,55 B 66,29

0,10

1

Tubo 1 A 62,91

0,87

0,60 B 63,78

Tubo 2 A 65,33

0,32 B 65,66

2

Tubo 1 A 65,08

0,58

0,88 B 65,66

Tubo 2 A 64,99

1,18 B 66,17

0,15

1

Tubo 1 A 64,65

1,02

0,96 B 65,67

Tubo 2 A 64,79

0,89 B 65,68

2

Tubo 1 A 63,40

0,68

0,64 B 64,08

Tubo 2 A 63,48

0,60 B 64,08

93





0,00

1

Tubo 1 A 57,50

3,64

3,06 B 61,14

Tubo 2 A 56,93

2,49 B 59,42

2

Tubo 1 A 65,25

3,33

2,90 B 68,58

Tubo 2 A 66,26

2,47 B 68,73

0,05

1

Tubo 1 A 64,78

3,71

1,13 B 68,49

Tubo 2 A 64,73

-1,46 B 63,27

2

Tubo 1 A 65,47

1,34

1,38 B 66,81

Tubo 2 A 65,24

1,42 B 66,66

0,10

1

Tubo 1 A 66,25

0,38

0,72 B 66,63

Tubo 2 A 65,99

1,06 B 67,06

2

Tubo 1 A 64,80

2,58

0,85 B 67,38

Tubo 2 A 65,41

-0,87 B 64,54

0,15

1

Tubo 1 A 70,08

0,44

0,97 B 70,52

Tubo 2 A 70,29

1,50 B 71,79

2

Tubo 1 A 75,07

0,87

0,93 B 75,94

Tubo 2 A 70,59

1,00 B 71,59

94





0,00

1

Tubo 1 A 63,10

3,55

3,19 B 66,65

Tubo 2 A 62,79

2,83 B 65,62

2

Tubo 1 A 64,21

2,12

3,44 B 66,33

Tubo 2 A 63,70

4,77 B 68,47

0,05

1

Tubo 1 A 62,18

2,72

2,34 B 64,89

Tubo 2 A 63,13

1,97 B 65,10

2

Tubo 1 A 61,70

1,55

1,72 B 63,25

Tubo 2 A 62,97

1,89 B 64,87

0,10

1

Tubo 1 A 64,36

1,07

1,07 B 65,43

Tubo 2 A 64,63

1,07 B 65,69

2

Tubo 1 A 64,51

2,09

1,42 B 66,60

Tubo 2 A 63,96

0,75 B 64,71

0,15

1

Tubo 1 A 64,24

1,43

0,87 B 65,67

Tubo 2 A 64,82

0,31 B 65,13

2

Tubo 1 A 64,92

1,22

1,18 B 66,14

Tubo 2 A 64,07

1,14 B 65,20

95





0,00

1

Tubo 1 A 63,91

3,73

3,29 B 67,63

Tubo 2 A 64,84

2,86 B 67,70

2

Tubo 1 A 61,75

2,70

3,26 B 64,44

Tubo 2 A 62,48

3,82 B 66,30

0,05

1

Tubo 1 A 65,07

1,69

2,69 B 66,76

Tubo 2 A 63,79

3,69 B 67,48

2

Tubo 1 A 63,20

1,69

2,69 B 64,89

Tubo 2 A 57,93

3,68 B 61,61

0,10

1

Tubo 1 A 64,40

2,40

1,74 B 66,80

Tubo 2 A 64,61

1,09 B 65,70

2

Tubo 1 A 64,74

1,88

2,26 B 66,62

Tubo 2 A 65,72

2,64 B 68,36

0,15

1

Tubo 1 A 64,09

0,79

0,82 B 64,88

Tubo 2 A 63,65

0,85 B 64,50

2

Tubo 1 A 66,90

1,25

1,12 B 68,14

Tubo 2 A 64,92

0,99 B 65,91

96





0,00

1

Tubo 1 A 62,92

4,41

3,86 B 67,33

Tubo 2 A 64,50

3,30 B 67,80

2

Tubo 1 A 63,51

4,33

3,29 B 67,85

Tubo 2 A 63,67

2,24 B 65,91

0,05

1

Tubo 1 A 63,63

2,69

2,53 B 66,31

Tubo 2 A 64,17

2,38 B 66,55

2

Tubo 1 A 64,64

1,73

2,28 B 66,37

Tubo 2 A 65,11

2,82 B 67,93

0,10

1

Tubo 1 A 64,87

1,63

2,01 B 66,51

Tubo 2 A 65,01

2,39 B 67,40

2

Tubo 1 A 63,51

2,47

2,58 B 65,98

Tubo 2 A 65,31

2,69 B 67,99

0,15

1

Tubo 1 A 63,75

1,94

1,34 B 65,69

Tubo 2 A 64,75

0,75 B 65,49

2

Tubo 1 A 66,09

1,76

1,09 B 67,85

Tubo 2 A 70,03

0,42 B 70,46

97

11. Muestra de Cálculo

C.1. Cálculo de la constante de orificio del viscosímetro de Saybolt

Para el cálculo de la constante del orificio de un viscosímetro se requiere contar con una sustancia

patrón, de la cual se conoce con exactitud su viscosidad, por lo tanto se mide dicho parámetro y se

calcula una constante para realizar la corrección correspondiente a las mediciones que se lleven a

cabo. Esto se calcula con la ecuación C.1.1

k =µs

µSSF (C.1.1)

Sustituyendo los valores mostrados en el cuadro 9.4 fila 2 columna 2 y fila 2 columna 3:

k = 692

148,8 = 4,7 s

Dicho dato se reporta en el cuadro 10.17 fila 2 y columna 2. Sin embargo se usa el promedio de las

tres réplicas que es 4,33 s.

C.2. Cálculo de la corrección a la viscosidad de las emulsiones asfálticas con la

constante del orificio

A la hora de medir la viscosidad, dicho valor se corrige con la constante obtenida en el cálculo C.1.

Por ende los resultados mostrados se deben corregir y aparecen los intermedios. Para ello se usa la

ecuación C.2.1

µSSF

=μ 𝑠k

(C.2.1)

Sustituyendo los valores mostrados en el cuadro 9.9 fila 3 y columna 4, y en el cuadro 10.17 fila 2 y

columna 5.

µSSF

= 271

4,33 = 63 s

Se muestra el resultado en el cuadro 10.18 fila 2 y columna 4. Sin embargo, a lo largo de este

documento todas las viscosidades se expresan como en unidades del SI (s). Cuando la viscosidad se

esté expresada como SSF, esta se expresará con la utilización de un subíndice.

98

C.3. Cálculo del porcentaje de estabilidad de las emulsiones asfálticas

Para calcular el porcentaje de estabilidad de una emulsión se miden los recipientes vacíos, la

muestra a analizar y el residual. A partir de estos datos se calcula en el residual para el tope (A), para

el fondo (B), y le resta de estos porcentajes es el porcentaje de estabilidad de una emulsión. Se

emplean las ecuaciones C.3.1 y C.3.2

A = mf -mrec

mi -mrec

∙100 % (C.3.1)

ε = B - A (C.3.2)

Sustituyendo en la ecuación C.3.1 los resultados mostrados en el cuadro 9.17 fila 2 y columnas 5, 6

y 7.

A = 425,96 - 410,80

455,18 - 410,80∙100 % = 34.16 %

El resultado se muestra en el cuadro 10.26 fila 2 y columna 5. Por consiguiente se sustituye en la

ecuación C.3.2 los datos del cuadro 10.26 columna 5 filas 2 y 3.

ε = 48,46 % - 34,16 % = 14,30 %

Dicho resultado se muestra en el cuadro 10.26 en la fila 2 columna 4.

C.4. Cálculo del contenido de sales en mezclas asfálticas

Dicha prueba asume que el contenido mayoritario y que se determina la concentración de cloruros.

Se hace una valoración potenciométrica y con ayuda de la gráfica de la primera derivada se

determina el volumen consumido de AgNO3. Se calcula la cantidad de cloruros en una alícuota en

unidades de μmol con la ecuación C.4.1.

C = (vAgNO3 –vb)·CnAgNO3·103 (C.4.1)

Una vez calculada la cantidad de cloro se determina con la ecuación C.4.2 el contenido salino en el

asfalto.

99

CnCl- =

C ∙ 58,44

mMue ∙ F ∙ 106∙1000 (C.4.2)

Sustituyendo en la ecuación C.4.1 los datos del cuadro 10.3, filas 2, 3 y 4 de la columna 2.

C = (0,38 - 0,00) · 0,01·103 = 3,80 μmol

Dicho dato se reporta en el cuadro 10.3 fila 6 columna 3. Ahora calculando con el resultado

anterior y los datos del cuadro 10.3, filas 2 y 7 de la columna 3.

Cn𝐶𝑙− = 3,8 ∙ 58,44

40,110 ∙ 0,633 ∙106∙1000 = 87,48

mg

kg

Este resultado se encuentra en el Cuadro 10.3 columna 2, fila 9.

C.5. Cálculo de la primera derivada para la determinación del punto de inflexión en la

valoración potenciométrica

Para el cálculo de la primera derivada, se calcula el cociente de la diferencia de los valores de

potencia y de volumen de valorante (AgNO3) consumido entre adiciones consecutivas del mismo.

Se utiliza la ecuación C.5.1:

∆V

∆v=

V2-V1

v2-v1

(C.5.1)

Donde 1 y 2 se utilizan para denotar un dato y el siguiente. Sustituyendo los datos del Cuadro 9.5

columnas 1 y 2, filas 1 y 2; se obtiene:

∆V

∆v=

-56,3--55,5

0,05-0,00= -16,0

mV

mL

Este resultado se encuentra en el Cuadro 10.1 columna 2, fila 3.

101

12. Anexos

103

Anexo 1

Tabla 6 (RTCA)

Especificaciones de Calidad para emulsiones asfálticas catiónicas A)

ASTM D 2397-02

Nota 1 -Las emulsiones CQS-1 H deben cumplir los requerimientos resumidos en las Prácticas

Estándar D-3910 para Diseño, Prueba y Construcción de Sellado por Suspensión

Nota 2 - El CQS -1h se utiliza para Sistemas de Sellado por Suspensión de Fraguado Acelerado

CARACTERÍSTICA UNIDADES

T I P O

Rompimiento

Rápido Medio Lento Acelerado

G R A D O

CRS -1 CRS - 2 CMS - 2 CMS - 2h CSS-1 CSS-1h CQS- 1H

Mín Máx Mín Máx Mín Máx Mín Máx Mín Máx Mín Máx Mín Máx

Pruebas sobre la

emulsión

Viscosidad,

Saybolt Furol a 25ºC

Viscosidad

Saybolt

Furol a 50ºC

Prueba de estabilidad

en almacenamiento, 24

h A

SFS

SFS

%

---

20

---

---

100

1

---

100

---

---

400

1

---

50

---

---

450

1

---

50

---

---

450

1

20

---

---

100

---

1

20

---

---

100

---

1

20

---

---

100

---

---

Demulsibilidad, 35

mL, 0.8% sulfocianato

de dioctil sodio

%. 40 --- 40 --- --- --- --- --- --- --- --- --- --- ---

Habilidad de

revestimiento

y resistencia al agua:

Película agregado seco

Película después de

rociado

Película agregado

húmedo

Película después de

rociado

-------

-------

-------

-------

---

---

---

---

---

---

---

---

Buena

Regular

Regular

Regular

Buena

Regular

Regular

Regular

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

104

CARACTERÍSTICA UNIDADES

T I P O

Rompimiento

Rápido Medio Lento Acelerado

G R A D O

CRS -1 CRS - 2 CMS - 2 CMS - 2h CSS-1 CSS-1h CQS- 1H

Mín Máx Mín Máx Mín Máx Mín Máx Mín Máx Mín Máx Mín Máx

Prueba de carga

eléctrica de

partículas

-------

Positiva Positiva Positiva Positiva Positiva Positiva Positiva

Prueba

de tamizado B)

%. --- 0,10 -- 0,1

0

--- 0,10 --- 0,10 --- 0,1

0

--- 0,10 --- 0,1

0

Prueba de mezclado

de cemento

%

---

---

---

---

---

---

---

---

---

2,0

---

2,0

---

N/A

Destilación :

Aceite destilado, por

Volumen de

emulsión

Residuo

%.

%.

---

60

3

---

---

65

3

---

---

65

12

---

---

65

12

---

---

57

---

---

---

57

---

---

---

57

---

---

Pruebas sobre el

residuo

de la destilación:

Penetración, 25ºC,

100 g, 5 s

Ductilidad, 25ºC, 5

cm/min

Solubilidad en

tricloroetileno

1/10 mm

cm

%

100

40

97,5

250

---

---

100

40

97,5

25

0

---

---

100

40

97,5

250

---

---

40

40

97,

5

90

---

---

100

40

97,5

250

---

---

40

40

97,5

90

---

---

40

40

97,5

90

---

---

A) Todas las pruebas referidas en esta tabla se deberán realizar de acuerdo a los Métodos de ASTM

D-244, con las excepciones definidas en el método ASTM D 2397

B) Esta prueba requiere que se realice sobre muestras representativas y será descartada si la

aplicación del material resulta exitosa, habiendo sido probada en el campo.

105

Anexo 2

METODOLOGÍA ESTÁNDAR PARA MEDIR SALES EN CRUDOS (MÉTODO

POTENCIOMÉTRICO)

106

Tabla de contenido

Páginas

1. PROPÓSITO. ....................................................................................................................................... 107

2. ALCANCE. ........................................................................................................................................... 107

3. RESPONSABILIDADES. .................................................................................................................... 107

4. DEFINICIONES. .................................................................................................................................. 107

5. CONTENIDO. ...................................................................................................................................... 107

5.1. RESUMEN DEL MÉTODO............................................................................................................ 107

5.2. SIGNIFICADO Y USO .................................................................................................................... 107

5.3. INTERFERENCIAS Y CONDICIONES AMBIENTALES ......................................................... 108

5.4. EQUIPOS ......................................................................................................................................... 108

5.5. REACTIVOS Y MATERIALES ..................................................................................................... 109

5.6. CONTROL METROLÓGICO, CONTROL DE CALIDAD Y MATERIALES DE

REFERENCIA .............................................................................................................................................. 109

5.7. PROCEDIMIENTO......................................................................................................................... 109

5.8. CÁLCULOS ..................................................................................................................................... 110

5.9. PRECISIÓN Y SESGO ................................................................................................................... 110

6. DOCUMENTOS DE REFERENCIA ................................................................................................. 111

7. ANEXOS .................................................................................. ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO.

8. ELABORACIÓN .................................................................................................................................. 111

107

1. Propósito

El objetivo de la presente metodología es estimar el contenido de sal en crudos, derivados del

petróleo, se basa en una extracción en fase acuosa y una valoración potenciométrica.

2. Alcance

Este método de ensayo está referenciado al ASTM D6470 y es aplicable para un ámbito de

análisis de 0,0005 % a 0,15 % m/m y puede ser ejecutado en las siguientes matrices: derivados

pesados del petróleo, crudo, residuos y aceites combustibles.

3. Responsabilidades

El Responsable Técnico deberá de asegurar el cumplimiento de este ensayo.

Es responsabilidad de los analistas ejecutar este ensayo.

4. Definiciones

Entiéndase por sales en el presente ensayo únicamente por cloruro de sodio.

5. Contenido

5.1. Resumen del método

Se homogeniza el crudo, se disuelve con xileno a 65 °C, se extraen las sales con acetona, etanol

y agua, en un aparato de extracción. Por último se toma una alícuota de la fase acuosa y se

valora potenciométricamente.

5.2. Significado y uso

La importancia de esta metodología radica en conocer el contenido de sales en la mezcla asfalto

con búnker C, ya que un porcentaje alto de éstas en el material, ocasiona problemas en las

propiedades de viscosidad y estabilidad de las emulsiones asfálticas. Por ende se plantea

estimar la cantidad de sales a partir de las cuales se tienen problemas técnicos en el producto, y

así estimar la cantidad de cloruro de calcio por agregar para corregir las propiedades de

viscosidad y estabilidad. Entre sus usos no se limita a emulsiones, también puede ser empleada

en crudos y otros productos pesados.

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5.3. Interferencias y condiciones ambientales

5.3.1. Interferencias.

No se identificaron interferencias.

5.3.2. Condiciones ambientales.

Por la naturaleza del método no hay parámetros ambientales críticos.

5.4. Equipos

5.4.1. Balón de 500 mL fondo plano, bureta de 10,00 mL, condensador, plantilla de

calentamiento y agitación, pastilla magnética, 2 mangueras para agua, embudo

separador de 500 mL, potenciómetro y 4 beaker de 250 mL. En la figura 1 se muestra

el diagrama de la figura del montaje de los equipos para la extracción de las sales en

el medio acuoso.

Figura 1. Sistema de extracción para sales en medio acuoso

(Madrigal A., 2015).

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5.5. Reactivos y materiales

5.5.1. Disolución de Nitrato de plata 0,1 Normal. Xileno. Etanol. Acetona. Agua

des-ionizada.

5.6. Control metrológico, control de calidad y materiales de referencia

5.6.1. Se debe de verificar el correcto estado de los electrodos y el potenciómetro, hacerle

lavados entre cada corrida, calibrar el equipo con patrones de pH conocido (4, 7 y 10).

5.7. Procedimiento

5.7.1. Pese 40 g (± 0,1 g) de asfalto en un beaker de 250 mL.

5.7.2. Disuelva y caliente con 40 mL de xileno (medidos con probeta de 100 mL) a una

temperatura de 65 °C (± 5 °C).

5.7.3. Trasvase cuantitativamente la disolución al balón de 500 mL de fondo plano, el

cual ya debe contener la pastilla de agitación, para ello realice 2 lavados con 15

mL de xileno al beaker.

5.7.4. Aún en caliente agregue al balón, 25 mL (medidos con probeta) de etanol al

95 %, 15 mL (medidos con probeta) de acetona y 125 mL de agua des-ionizada.

5.7.5. Monte el sistema mostrado en la sección de equipos figura 1 y encienda el

sistema de calentamiento y agitación. Tape con un algodón el reflujo, para

permitir que se libere presión y no se evaporen sustancias volátiles de interés.

5.7.6. La agitación debe ser vigorosa, una vez alcanzada la ebullición en el sistema,

permitir esta acción por 30 min. En ese punto se está dando una extracción de las

sales en el asfalto hacia el medio acuoso.

5.7.7. Finalizada la extracción, deje enfriar y trasvase a un embudo separador la

mezcla obtenida, permita que se dé una separación de las fases orgánica y

acuosa, generalmente con 1 h, máximo 2 h ya se alcanza el nivel deseado.

Separe por debajo la fase acuosa en un beaker de 100 mL y la orgánica proceda a

descartarla.

5.7.8. Proceda a calibrar el pH-metro. Monte un sistema de valoración

potenciométrica, con sistema de agitación magnético.

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5.7.9. Tome una alícuota de 10,00 mL con ayuda de pipeta, colóquela en un beaker de

250 mL. Ajuste el volumen de valoración a 150 mL con acetona. Valore

potenciométricamente hasta que no tenga variación en los productos. Con ayuda

de la primera derivada encuentre el volumen en el cual ya se tiene el punto final

de la valoración.

5.7.10. Realice un blanco en el cual únicamente emplee agua des-ionizada.

5.8. Cálculos

Se realizan dos cálculos, primero la cantidad de cloro, luego el porcentaje másico de sales

en el asfalto, es gusto del analista si lo reporte en %m/m o en mg/kg. Para ellos se

emplean las ecuaciones 1 y 2.

A = (V - Vb) · C ·103 (1)

Donde:

A: Cantidad de cloro, µmol.

V: Volumen consumido de nitrato de plata en la muestra, mL.

Vb: Volumen consumido de nitrato de plata en el blanco, mL.

C: Concentración de nitrato de plata, mol/L.

X = A∙58,44

m∙P∙106 ·100 % (2)

Donde:

X: Porcentaje masa-masa, %

A: Cantidad de cloro, µmol.

m: Masa de muestra de asfalto, g.

P: Factor proporcional de dilución, 10/158, adimensional.

5.9. Precisión y sesgo

De acuerdo con la norma ASTM-6470 se le asigna una repetibilidad y sesgo análogo a

dicha metodología, sin embargo la práctica carece aún de validación.

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5.9.1. Repetibilidad:

r =0,0243 X 0,612 (3)

Donde X es el % m/m de sal obtenido.

5.9.2. Reproducibilidad:

R = 0,0477 X 0,612 (4)

Donde X es el % m/m de sal obtenido.

6. Documentos de referencia

ASTM D6470-99-R10. Standard test method for salt in crude oils (Potentiometric Method).

7. Elaboración:

Colaboraron en esta versión:

Paola Orozco Ballestero, Ing. Química, RECOPE S.A.

Adolfo Madrigal Calderón, Estudiante de Ing. Química, Universidad de Costa Rica

jesús armando valverde vega - universidad de costa rica

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