UNIVERSIDAD DE LAS AMÉRICAS, PUEBLA

TEMA:

“DETERMINACION DE LA SOLUBILIDAD DE ETANOL

ANHIDRO Y ETANOL ACUOSO EN GASOLINA

SINTETICA Y GASOLINA REFINADA Y LA

TOLERANCIA DE AGUA A 298.15 K, 308.15 K Y 318.15K”

Tesis presentada en cumplimiento parcial para obtener el grado

de Master in Chemical Engineering por

Ramón Ignacio Trujillo Ponce

Asesor: Dr. José Rafael Espinosa y Victoria

Santa Catarina Mártir, Cholula, Puebla

Primavera 2012

II

AGRADECIMIENTOS

Ante todo, a mi padre, con cariño, quien con su esfuerzo y generosidad hicieron posible

mi formación profesional.

A mi esposa, Consuelo, y a mis hijos David y José Ignacio por su amor y compresión

que me brindaron y fueron un apoyo constante y desinteresado que me dio fuerzas para

seguir adelante en estos dos años de estudios.

Al Dr. José Rafael Espinosa y Victoria por haberme guiado, educado, enseñado y

asesorado en mi trabajo de investigación en estos dos años de esfuerzo y estudio

constante.

A la Dra. Ma. Eugenia Bárcenas por su atinada asesoría de trabajo.

A mis profesores, Dr. Rene Lara, Dr. René Reyes Mazzoco., Dra. Nelly Ramírez, porque

son un ejemplo a seguir en el campo profesional.

Al Dr. Arturo Trejo Rodríguez quien con sus sabios consejos nos asesoró y guió en

nuestro proyecto de investigación.

A mis compañeros de maestría por haberme comprendido, apoyado y estimulado en los

momentos difíciles de este programa.

A EPPETROECUADOR, a sus autoridades, a mi jefe, a mis compañeros de área por

haber apoyado desde sus puestos d trabajo nuestro esfuerzo.

A la empresa de petróleos PEMEX por su apoyo a mi trabajo de investigación y en

especial a la Maestra en Ciencias Yolanda Santamaría Valadez por su ayuda

desinteresada para realizar el análisis cromatográfico de la muestra de gasolina Magna.

III

INDICE

Página

AGRADECIMIENTOS II

ÍNDICE DE TABLAS VII

ÍNDICE DE FIGURAS XI

RESUMEN 1

Capítulo 1. INTRODUCCIÓN 2

Capítulo 2. OBJETIVOS 5

Capítulo 3. MARCO TEORICO 6

3.1 Generalidades 6

3.1.1Equilibrio Líquido - líquido 7

3.1.2Diagramas ternarios 9

3.1.3 Sistemas hidrocarburo – alcanol- agua 10

3.2 Etanol Carburante 11

3.2.1 Proceso de producción de etanol carburante 12

3.2.2Deshidratación de etanol 15

3.3 Mezclas Etanol - Gasolina 17

3.4 La solubilidad del agua en las mezclas de etanol-gasolina 19

3.5 Efecto que etanol causa en las Propiedades

físico-químicas de la gasolina 22

3.6 Efecto del uso del etanol en las emisiones automotrices 25

3.6.1 Emisiones 26

Capítulo 4. REACTIVOS, MATERIALES YEQUIPOS

4.1 Reactivos 28

4.2 Materiales 29

IV

4.3 Equipos 30

Capítulo 5. METODOS 37

5.1 Purificación de reactivos 37

5.2 Validación del método 37

5.3 Determinación de la curva binodal de los sistemas ternarios 38

5.4 Determinación de las líneas de unión (tie lines). 39

5.5 Determinación de tolerancia al agua de los sistemas gasolina

sintética - etanol – agua y gasolina Magna – etanol – agua 40

Capítulo 6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 41

6.1 Validación de la metodología 41

6.1.1 Construcción de la curva binodal y líneas de unión del

sistema ternario isooctano- m-xileno – metanol a 298.15 43

6.1.2 Validación de datos obtenidos experimentalmente con

los resultados del artículo escogido para el sistema isooctano

– m-Xileno- metanol a 298.15 K. 44

6.2 Construcción de la curva binodal del sistema gasolina

sintética – etanol - agua a tres temperaturas diferentes 46

6.2.1 Sistema ternario gasolina sintética - etanol - agua a

298.15 K. 46

6.2.2 Sistema ternario gasolina sintética – etanol - agua a

308.15 K. 48

6.2.3 Sistema ternario gasolina sintética - etanol- agua a

318.15 K. 50

6.2.4 Comparación de los diagramas ternarios a las

tres temperaturas 52

6.3 Construcción de la curva binodal del sistema gasolina

Magna- etanol- agua a tres temperaturas diferentes 53

6.3.1 Sistema ternario gasolina Magna- etanol- agua a

298.15 K. 54

6.3.2 Sistema ternario gasolina Magna- etanol- agua a

V

308.15 K. 56

6.3.3 Sistema ternario gasolina Magna- etanol- agua a

318.15 K. 57

6.3.4 Comparación de los diagramas ternarios a las

tres temperaturas 59

6.4 Sistema ternario gasolina Magna– (etanol - terbutanol)-

agua a 298.15 K. 60

6.5. Comparación de los sistemas gasolina Magna– etanol –

agua y el sistema gasolina Magna – (etanol-terbutanol) -agua

a 298.15 K 62

6.6 Sistema ternario isooctano – m-xileno- etanol (95.6% peso)

a 298.15 K. 63

6.6.1 Construcción de la curva binodal y líneas de unión del

sistema ternario isooctano- m-xileno – etanol (95.6% peso)

a 298.15 K 65

6.6.2 Construcción de la curva binodal y líneas de unión del

sistema ternario Isooctano- m-Xileno – etanol acuoso a

298.15 K en fracción mol 66

6.7 Tolerancia al agua de los sistemas ternarios gasolinas –

etanol – agua 67

6.7.1 Tolerancia al agua del sistema ternario gasolina

sintética – etanol – agua 67

6.7.2 Tolerancia al agua del sistema ternario gasolina

Magna – etanol – agua 68

6.7.3 Tolerancia al agua del sistema ternario gasolina

Magna– etanol – agua con aditivo y sin aditivo 68

Capítulo 7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 70

7.1 Conclusiones 70

7.2 Recomendaciones 72

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 73

VI

ANEXOS 76

Anexo I: Datos experimentales 76

Anexo II: Curva calibración refractómetro 100

Anexo III: Procedimientos de análisis

Anexo IV: Análisis Gasolina Magna y etanol anhidro 107

Anexo V: Foto de equipos y montaje experimental 108

VII

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla Página

Tabla 3.1 Propiedades del Etanol anhidro 17

Tabla 3.2. Países que utilizan mezclas etanol - gasolina 18

Tabla 3.3. Relación de mezclas etanol - gasolina 18

Tabla 3.4 .Solubilidad de etanol en hidrocarburos constituyentes

de la gasolina 19

Tabla 4.1 Composición de la gasolina Magna usada en esta investigación 30

Tabla 4.2 Composición de la gasolina sintética preparada en el laboratorio 30

Tabla 4.1 Propiedades Físicas de los reactivos. 28

Tabla 4.2 Pureza y marca de los reactivos utilizados. 29

Tabla 4.3 Listado de equipos utilizados 31

Tabla 6.1. Fracción masa e Índice de refracción para el sistema

isooctano–m-xileno- metanol a 298.15 K. 41

Tabla 6.2. Fracción mol para el sistema isooctano- m-xileno - metanol

A 298.15 K. 42

Tabla 6.3. Valores experimentales (Fracción masa) de las líneas de unión

en el equilibrio para el sistema isooctano – m-xileno- metanol a 298.15 K 42

Tabla 6.4. Valores experimentales (Fracción masa) de las líneas de unión

en el equilibrio para el sistema isooctano – m-xileno- metanol a 298.15 K 42

Tabla 6.5. Fracción masa e Índice de refracción para el sistema gasolina

sintética - etanol- agua a 298.15 K. 46

Tabla 6.6. Valores experimentales (Fracción masa) de las líneas de unión

en el equilibrio para el sistema gasolina sintética – etanol- agua

a 298.15 K 47

Tabla 6.7. Fracción masa e Índice de refracción para el sistema gasolina

sintética - etanol- agua a 308.15 K. 47

Tabla 6.8. Valores experimentales (Fracción masa) de las líneas de unión

en el equilibrio para el sistema gasolina sintética – etanol- agua a 308.15 K 49

Tabla 6.9. Fracción masa e Índice de refracción para el sistema gasolina

sintética - etanol- agua a 318.15 K. 49

VIII

Tabla 6.10. Valores experimentales (Fracción masa) de las líneas de unión

en el equilibrio para el sistema gasolina sintética – etanol- agua a 318.15 K 51

Tabla 6.11. Fracción masa e Índice de refracción para el sistema gasolina

Magna- etanol- agua a 298.15 K. 51

Tabla 6.12. Valores experimentales (Fracción masa) de las líneas de unión

en el equilibrio para el sistema gasolina Magna – etanol- agua a 298.15 K 53

Tabla 6.13. Fracción masa e Índice de refracción para el sistema gasolina

Magna- etanol- agua a 308.15 K. 54

Tabla 6.14. Valores experimentales (Fracción masa) de las líneas de unión

en el equilibrio para el sistema gasolina Magna– etanol- agua a 308.15 K 55

Tabla 6.15. Fracción masa e Índice de refracción para el sistema gasolina

Magna- etanol- agua a 318,15 K. 56

Tabla 6.16. Valores experimentales (Fracción masa) de las líneas de unión

en el equilibrio para el sistema gasolina Magna – etanol- agua a 318.15 K 56

Tabla 6.17. Fracción masa e Índice de refracción para el sistema Gasolina

- Etanol- Agua a 318,15 K. 58

Tabla 6.18. Valores experimentales (Fracción masa) de las líneas de unión

en el equilibrio para el sistema Gasolina – Etanol- Agua a 318.15 K. 58

Tabla 6.19. Fracción masa e Índice de refracción para el sistema gasolina

Magna- (etanol + terbutanol) - agua a 298.15 K. 61

Tabla 6.20. Valores experimentales (Fracción masa) de las líneas de unión

en el equilibrio para el sistema gasolina – Magna- (etanol + terbutanol)

- Agua a 298.15 K. 61

Tabla 6.21. Fracción masa e Índice de refracción para el sistema

Isooctano - m- xileno – etanol (95.6% peso) a 298.15 K. 64

Tabla 6.22. Fracción mol para el sistema isooctano – m-xileno-

etanol acuoso a 298.15 K 64

Tabla 6.23. Valores experimentales (Fracción masa) de las líneas

de unión en el equilibrio para el sistema isooctano- m-xileno – etanol

(95.6% peso) a 298.15 K. 64

Tabla 6.24. Valores experimentales (Fracción mol) de las líneas

de unión en el equilibrio para el sistema isooctano- m-xileno – etanol

IX

(95.6% peso) a 298.15 K. 65

Tabla I.1- Pesos de agua (w1), gasolina sintética (w2) y etanol (w3)

utilizados en la determinación de la curva binodal a T = 298.15 K 76

Tabla I.2.- Pesos de agua (w1), gasolina sintética (w2) y etanol (w3)

utilizados en la determinación de la curva binodal a T = 308.15 K 77

Tabla I.3.- Pesos de agua (w1), gasolina sintética (w2) y etanol (w3)

utilizados en la determinación de la curva binodal a T = 318.15 K 78

Tabla I.4.- Pesos de agua (w1), gasolina Magna (w2) y etanol (w3)

utilizados en la determinación de la curva binodal a T = 298,15 K 79

Tabla I.5.- Pesos de agua (w1), gasolina Magna (w2) y etanol (w3)

utilizados en la determinación de la curva binodal a T = 308.15 K 80

Tabla I.6.- Pesos de agua (w1), gasolina (w2) y etanol (w3)

utilizados en la determinación de la curva binodal a T = 318.15 K 81

Tabla I.7- Pesos de agua (w1), y gasolina sintética (w2) utilizados

para alcanzar el punto de turbidez en la determinación de la curva

binodal a T = 298.15 K 82

Tabla I.8.- Pesos de agua (w1), y gasolina sintética (w2) utilizados

para alcanzar el punto de turbidez en la determinación de la curva

binodal a T = 308.15 K 83

Tabla I.9.- Pesos de agua (w1), y gasolina sintética (w2) utilizados

para alcanzar el punto de turbidez en la determinación de la curva

binodal a T = 318.15 K 84

Tabla I.10.- Pesos de agua (w1), y gasolina Magna (w2) utilizados

para alcanzar el punto de turbidez en la determinación de la curva

binodal a T = 298.15 K 85

Tabla I.11.- Pesos de agua (w1), y gasolina Magna (w2) utilizados

para alcanzar el punto de turbidez en la determinación de la curva

binodal a T = 308.15 K 86

Tabla I.12.- Pesos de agua (w1), y gasolina Magna (w2) utilizados

para alcanzar el punto de turbidez en la determinación de la curva

binodal a T = 318.15 K 87

Tabla I.13.- Índices de Refracción experimentales obtenidos en el ELL

X

del sistema gasolina sintética – etanol – agua a T = 298.15 K 88

Tabla I.14.- Índices de Refracción experimentales obtenidos en el ELL

del sistema gasolina sintética – etanol – agua a T = 308.15 K 89

Tabla I.15.- Índices de Refracción experimentales obtenidos en el ELL

del sistema gasolina sintética – etanol – agua a T = 318.15 K 90

Tabla I.16.- Índices de Refracción experimentales obtenidos en el

ELL del sistema gasolina Magna – etanol – agua a T = 298.15 K 91

Tabla I.17.- Índices de Refracción experimentales obtenidos en el

ELL del sistema gasolina Magna – etanol – agua a T = 308.15 K 92

Tabla I.18.- Índices de Refracción experimentales obtenidos en el

ELL del sistema gasolina Magna – etanol – agua a T = 318.15 K 93

Tabla I.19.- Fracción masa en el Equilibrio LL del sistema gasolina

sintética – etanol – agua a T = 298.15 K 94

Tabla I.20.- Fracción masa en el Equilibrio LL del sistema gasolina

sintética – etanol – agua a T = 308.15 K 95

Tabla I.21.- Fracción masa en el Equilibrio LL del sistema gasolina

sintética – etanol – agua a T = 318.15 K 96

Tabla I.22.- Fracción masa en el Equilibrio LL del sistema Gasolina

Magna – etanol – agua a T = 298.15 K 97

Tabla I.23.- Fracción masa en el Equilibrio LL del sistema Gasolina

Magna – Etanol – Agua a T = 308.15 K 98

Tabla I.24.- Fracción masa en el Equilibrio LL del sistema Gasolina

Magna – Etanol – Agua a T = 318,15 K 99

XI

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura Página

Figura 3.1 Diagrama de fases líquido-líquido de temperatura

frente a composición para dos líquidos parcialmente miscibles 8

Figura 3.2 Diagrama ternario de fases ELL 9

Figura 3.3 Diagrama ternario de fases para un sistema

Líquido - Líquido 10

Figura 3.4 Diagrama ternario de fases para sistema

gasolina – agua – etanol 11

Figura 3.5 Vías de obtención de Bioetanol 13

Figura 3.6 Efecto del contenido de etanol en la solubilidad

del agua en mezclas etanol – gasolina 20

Figura 3.7 Emisiones de automóviles (a) sin catalizador y (b) con

catalizador con gasolina pura, gasolina+22% de etanol y etanol puro 25

Figura 4.1 Almacenamiento de Reactivos Empleados 30

Figura 4.2. Viales de vidrio empleados para el sistema isooctano

m-xileno – metanol a 298.15 K. 30

Figura 4.3 Balanza Swiss Quality 32

Figura 4.4. Refractómetro Erma con termómetro digital. 32

Figura 4.5 Termómetro digital Cole Parmer 33

Figura 4.6 Baño recirculador Neslab. 34

Figura 4.7 Karl Fischer y agitador Metrohm 34

Figura 4.8 Esquema de las partes que conforman la celda de

de equilibrio líquido- líquido. 35

Figura 4.9 Celda de equilibrio líquido- líquido enchaquetada de vidrio. 36

Figura 6.1 Curva binodal Sistema isooctano – m-xileno- metanol a

298.15 K. (Fracción masa) 43

Figura 6.2 Curva binodal Sistema isooctano – m-xileno- metanol a

298.15 K. (Fracción mol) 44

Figura 6.3 Comparación de los datos experimentales del equilibrio

Líquido- líquido 298.15 K, con respecto a la literatura 45

XII

Figura 6.4 Curva binodal y líneas de unión del sistema gasolina

sintética- etanol- agua a 298.15 K. 48

Figura 6.5 Curva binodal y líneas de unión del sistema gasolina

sintética- etanol- agua a 308.15 K. 50

Figura 6.6 Curva binodal y líneas de unión del sistema gasolina

sintética- etanol- agua a 318.15 K. 52

Figura 6.7 Curvas binodales del sistema gasolina sintética- etanol

- agua a 298.15 K, 308.15 K y 318.15 K 53

Figura 6.8 Curva binodal y líneas de unión del sistema gasolina

Magna- etanol- agua a 298.15 K. 55

Figura 6.9 Curva binodal y líneas de unión del sistema gasolina

Magna- etanol- agua a 308.15 K. 57

Figura 6.10 Curva binodal y líneas de unión del sistema gasolina

Magna- etanol- agua a 318.15 K. 59

Figura 6.11 Curvas binodales del sistema gasolina Magna- etanol

- agua a 298.15 K, 308,15 K y 318,15 K 60

Figura 6.12 Curva binodal y líneas de unión del sistema gasolina

– (etanol-terbutanol)- agua a 298.15 K. 62

Figura 6.13 Curvas binodales de los sistemas gasolina Magna –

etanol- agua y gasolina Magna – (etanol-terbutanol)-agua a 298.15 K 63

Figura 6.14 Curva binodal sistema isooctano – m-xileno- etanol

acuoso a 298.15 K. (Fracción masa) 65

Figura 6.15 Curva binodal sistema isooctano – m-xileno- etanol

acuoso a 298.15 K. (Fracción masa) 66

Fig. 6.16 Efecto del contenido de etanol en la solubilidad en

el sistema etanol – gasolina sintética 67

Fig. 6.17 Efecto del contenido de etanol en la solubilidad en

el sistema etanol – gasolina Magna 68

Fig. 6.18 Efecto del contenido de etanol en la solubilidad en

el sistema etanol – gasolina Magna con aditivo y sin aditivo a 298.15 K 69

Figura II.1 Curva calibración fracción masa agua – Índice de

refracción a 298.15 K 100

XIII

Figura II.2 Curva calibración fracción masa gasolina sintética

– Índice de refracción a 298.15 K 100

Figura II.3 Curva calibración fracción masa agua – Índice de

refracción a 308.15 K 101

Figura II.4 Curva calibración fracción masa gasolina sintética

– Índice de refracción a 308.15 K 101

Figura II.5 Curva calibración fracción masa agua – Índice de

refracción a 318.15 K 102

Figura II.6 Curva calibración fracción masa gasolina sintética

– Índice de refracción a 318.15 K 102

Figura II.7 Curva calibración fracción masa agua – Índice

de refracción a 298.15 K 103

Figura II.8 Curva calibración fracción gasolina Magna – Índice

de refracción a 298.15 K 103

Figura II.9 Curva calibración fracción masa agua – Índice

de refracción a 308.15 K 104

Figura II.10 Curva calibración fracción gasolina Magna – Índice

de refracción a 308.15 K 104

Figura II.11 Curva calibración fracción masa agua – Índice

de refracción a 308.15 K 105

Figura II.12 Curva calibración fracción gasolina Magna – Índice

de refracción a 308.15 K 105

- 1 -

Resumen.

En el presente proyecto de investigación, se determinó la solubilidad de agua en las

mezclas etanol – gasolina y el efecto que la temperatura tiene en la tolerancia al agua de estas

mezclas. Se estudiaron los equilibrios líquido- líquido de sistemas ternarios formados por

isooctano– m-xileno– etanol Acuoso (95.6% peso); gasolina sintética – etanol- agua y

gasolina Magna – etanol – agua; y adicionalmente determinando el efecto que un aditivo

(alcohol terbutílico) presenta en el sistema gasolina – etanol. Los datos obtenidos permitieron

la construcción de las curvas binodales y líneas de unión de estos sistemas. El trabajo

experimental fue realizado a presión atmosférica (598 mm Hg Cholula, Puebla) y a tres

diferentes temperaturas 298.15 K, 308.15 K y 318.15 K.

Para la validación de la metodología, se revisó en la literatura y se escogió el artículo

realizado por García – Flores y col (2001), utilizando los datos de equilibrio líquido- líquido

(ELL) del sistema ternario isooctano – m-xileno – metanol, obteniendo los valores de

incertidumbre y porcentajes de error entre los datos experimentales y los reportados.

A partir de los datos obtenidos se observó la relación que existe entre estos sistemas en

ELL y la temperatura, debido a que en todos los experimentos, llevados a las tres

temperaturas indicadas, la región de dos fases (inmiscibilidad parcial) disminuye, siendo esta,

menor a la temperatura de 318.15 K. Además todos los sistemas ternarios aumentaron su

tolerancia al agua a esta temperatura.

También se estudió el sistema Gasolina Magna – Etanol – agua en la que se encontró

una región de miscibilidad parcial muy grande pero de todos maneras se aprecia que este

sistema presenta una tolerancia al agua bastante apreciable de hasta el 10% en peso.

- 2 -

Capítulo 1

INTRODUCCIÓN

En Ecuador a partir de Enero del 2010, se inició en la ciudad de Guayaquil el plan

piloto de uso de biocombustibles en su primera etapa. Este plan consistió en comercializar

una mezcla de gasolina con 5% de etanol anhidro conocida como Gasolina ECOPAIS

(EPPetroecuador, 2010).

Los objetivos clave de usar este biocombustible es el de disminuir la importación de

naftas de alto octano que en el período enero – diciembre del 2010 fue de 8,6 millones de

barriles (BCE, 2011), la reducción de gases de efecto invernadero que se emiten como

resultado de la combustión de la gasolina en los motores de ciclo Otto.

La consideración principal de emplear el etanol anhidro obtenido de la caña de azúcar

como aditivo de la gasolina, fue la disponibilidad de contar localmente con este

biocarburante, que se produce en las destiladoras de los principales ingenios azucareros del

país y su cercanía específicamente a la ciudad de Guayaquil. Actualmente Ecuador cuenta con

una superficie cultivada de caña de azúcar de aproximadamente 135000 Ha, de las cuales

85000 Ha se destinan a la producción de azúcar y tres destiladoras de alcohol que tienen una

capacidad conjunta de 100000 litros/día producen etanol anhidro (EPPetroecuador)

Hasta el momento se han obtenido resultados positivos no sólo en cuanto a mantener

la eficiencia del combustible en los motores sino también en los aspectos ambientales, debido

a que el uso del etanol disminuye la cantidad de contaminantes generados en la combustión

de la gasolina, por cuanto la adición de un oxigenado a un combustible fósil proporciona

mayor cantidad de oxígeno logrando una combustión más completa, sin que hasta la fecha se

pueda disponer de resultados que demuestren esta disminución.

El proyecto piloto denominado ECOPAÍS, se diseñó para mezclar 5% de alcohol

carburante (etanol) con 95% de naftas (Nafta de alto Octanaje + Nafta Bajo octanaje), para

obtener una gasolina con un octanaje de mínimo 81 (EPPetroecuador), aunque partir del

mes de Abril del 2012 se expende esta gasolina con un octanaje de 87 (EPPetroecuador).

- 3 -

Ecuador invierte alrededor de USD 700 millones anuales en la importación de naftas

para aditivar las gasolinas que se producen en las plantas de refinación del país. Se ha

considerado para el plan piloto ECOPAÍS una demanda de gasolina extra de 5.830 barriles

por día en Guayaquil, y un requerimiento de alcohol carburante de 46.345 litros por día, lo

que equivale al 5% en la formulación de la gasolina extra, siendo los beneficios los siguientes

- Generar un ahorro de cerca de USD 32 millones al año, por cuanto se dejará de

importar aproximadamente 320000 barriles de Nafta de Alto Octano (15%).

- Mejorar la calidad del combustible al disminuir por dilución el contenido de azufre, de

benceno, de aromáticos y de olefinas.

- Reducir las emisiones contaminantes para el ambiente como monóxido de carbono,

dióxido de carbono (CO2), óxidos de azufre (SOx), hidrocarburos no combustionados

(HC) y material particulado.

- Tener un mejor aprovechamiento de la producción de caña, lo que impulsará a la

agroindustria relacionada con la producción y procesamiento de estos cultivos. Agrega

valor a la actividad agrícola primaria y es una oportunidad para la creación de

negocios inclusivos.

- El uso del alcohol carburante como oxigenante de las gasolinas nacionales

diversificará la matriz energética del Ecuador.

Para conocer el comportamiento en sus propiedades termofísicas de las mezclas

gasolina - etanol, se realizaron experimentos para obtener datos del equilibrio líquido- líquido

en gasolina sintética (isooctano- m-xileno) y gasolina comercial a las temperaturas de 298.15

K, 308.15 K y 318.15 K a presión atmosférica de San Andrés Cholula (598 mm) y las curvas

de tolerancia de agua a 298.15 K y 318.15 K a presión atmosférica.

La gasolina pura no es miscible con el agua, pero cuando se le adiciona etanol, esta

mezcla se vuelve muy sensible a la presencia de agua por la gran afinidad entre estos

compuestos. Si la mezcla absorbe la suficiente cantidad de agua hasta alcanzar la saturación,

sea por efecto de la temperatura o de la concentración de alcohol, el agua empezará a

precipitar de la mezcla arrastrando al alcohol, lo que originará una separación de fases. Lo

anterior puede ocurrir en los sistemas de transporte y almacenamiento de gasolina, afectando

- 4 -

el desempeño de los motores con la consiguiente pérdida de imagen y perjuicio económico a

EPPetroecuador. Se ha considerado el uso de aditivos para ayudar e resolver el problema de

solubilidad del etanol en gasolinas y en la tolerancia al agua de estas mezclas.

En el presente proyecto de investigación se determinó el efecto que la temperatura, la

composición de las gasolinas, la concentración y el uso de un aditivo tienen en la solubilidad

del etanol en gasolinas y la tolerancia al agua de la mezcla para evitar la separación de fases

del combustible y mantener la calidad y lograr beneficios económicos para la empresa en

toda la cadena de producción y comercialización del biocombustible.

- 5 -

Capítulo 2

OBJETIVOS

3.1 Objetivo General.

Realizar el estudio del uso de etanol como aditivo oxigenado para gasolinas y el efecto del

agua a diferentes composiciones de etanol en el sistema etanol gasolina a diferentes

temperaturas.

3.2 Objetivos Específicos.

Determinar experimentalmente la curva binodal de un sistema ternario formado por

isooctano–m-xileno – etanol acuoso a 298.15 K.

Determinar experimentalmente la curva binodal de un sistema ternario formado por gasolina

Magna – etanol -agua a 298.15 K, 308,15 K y 318.15 K.

Determinar experimentalmente la curva binodal de un sistema ternario formado por gasolina

sintética– etanol - agua a 298.15 K, 308,15 K y 318.15 K.

Determinar experimentalmente la curva binodal de un sistema ternario formado por gasolina

Magna – (etanol- terbutanol (10% peso)) -agua a 298.15 K.

Obtener las curvas de tolerancia de agua para el sistema gasolina– etanol -agua a 298.15 K,

308,15 K y 318.15 K.

- 6 -

Capítulo 3

MARCO TEORICO

3.1 Generalidades

Los sistemas líquidos se caracterizan por presentar comportamientos no ideales en sus

mezclas debido a la interacción molecular de sus componentes. Estos sistemas pueden

presentar una sola fase si tienen miscibilidad mutua total, o dos fases si tienen miscibilidad

parcial. Para efectuar un estudio detallado de estos sistemas, es necesario desarrollar una serie

de relaciones de propiedades fundamentales para las soluciones homogéneas de composición

variable. Se introduce el concepto de propiedades termodinámicas conocidas como

propiedades parciales, las cuales les dan todas las características de las propiedades de las

especies individuales, tal como existen en solución (Treybal, 1988)

Las principales propiedades de importancia fundamental debido a su aplicación en los

equilibrios de fase y en las reacciones químicas son el potencial químico, fugacidad y las

propiedades en exceso, siendo la energía de Gibbs en exceso y el coeficiente de actividad,

propiedades termodinámicas relacionadas con los componentes de un sistema en equilibrio

EVL o ELL (Smith y col, 1996).

Desde el punto de vista termodinámico, la variable idónea para especificar la

composición es la fracción molar xi de cada una de las especies químicas presentes en la

mezcla. La razón de que sea la cantidad de sustancia y no su masa la variable idónea se debe

experimentalmente a que al menos en sistemas muy dispersos (gases a bajas presiones,

disoluciones muy diluidas), el comportamiento termodinámico es directamente proporcional a

la cantidad de sustancia (número de partículas) e independiente del tamaño, forma, masa y

demás atributos de las partículas, sin embargo en ocasiones también se utiliza la fracción

masa w, (Martínez, 1998).

Las mezclas condensadas ideales son totalmente solubles, es decir, se pueden mezclar

en cualquier proporción formando un sistema de una sola fase. Sin embargo, las mezclas

condensadas reales pueden presentar límites de solubilidad, y si una sustancia se disuelve en

- 7 -

otra a presión y temperatura constantes, a partir de una cierta concentración aparece una

nueva fase y las adiciones ulteriores no hacen más que variar la proporción relativa de ambas

fases (manteniéndose la composición de cada una de ellas constante) hasta que llega a

desaparecer la primera de ellas y se obtiene nuevamente un sistema de una fase homogénea. A

este comportamiento se le denomina solubilidad parcial. Existen muchas mezclas cuyo

intervalo de solubilidad es despreciable y se dicen inmiscibles (Martínez, 1998).

La miscibilidad parcial (límites de solubilidad) depende de la temperatura, debido a

que el efecto de la presión en el equilibrio líquido – líquido es mínimo. Normalmente en estos

sistemas, ocurre que al aumentar la temperatura aumente la solubilidad y se alcance una

temperatura a partir de la cual la solubilidad o miscibilidad sea total (se mezclen en todas las

proporciones). Dicho punto (temperatura-concentración) se llama estado crítico o consoluto

superior (Martínez, 1998).

Las interfases entre líquidos parcialmente miscibles se comportan de manera similar a

las existentes entre un líquido y su vapor, existiendo una tensión interfacial (que tiende a cero

al acercarse al punto consoluto) y unos efectos de curvatura, fenómenos de nucleación,

opalescencia en la región crítica, debiendo considerarse en el caso de las mezclas, la difusión

de especies a través de la interfase (Martínez, 1998).

3.1 Equilibrio líquido – líquido

Muchos pares de especies químicas que se deben mezclar para formar una sola fase

líquida dentro de ciertos límites de composición podrían no satisfacer el criterio de estabilidad

de la ecuación (3.1). Por consiguiente, tales sistemas, se separan en este intervalo de

composición en dos fases líquidas de composiciones diferentes (Smith y col, 1996)

3.1 )constantes P (T, 0)/(

2

2

xid

RTGd

Si las fases están en equilibrio termodinámico, el fenómeno es un ejemplo de ELL, el cual es

importante para operaciones industriales, por ejemplo, la extracción con disolventes. Los

criterios de equilibrio para ELL son los mismos que para el EVL, es decir, uniformidad de

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temperatura y presión y de la fugacidad ƒi, para cada una de las especies químicas a través de

ambas fases. Cuando se mantiene la presión constante, la forma más común del diagrama de

fases líquido-líquido de temperatura frente a fracción molar del componente A para dos

líquidos parcialmente miscibles A y B, se visualiza en la figura 3.1 (Smith y col, 1996)

Figura 3.1 Diagrama de fases líquido-líquido de temperatura frente a composición para dos

líquidos parcialmente miscibles (Smith y col, 1996).

La extracción líquido-líquido es, junto a la destilación, la operación básica más

importante en la separación de mezclas homogéneas líquidas. Consiste en separar una o varias

sustancias disueltas en un disolvente mediante su transferencia a otro disolvente insoluble, o

parcialmente insoluble, en el primero. La transferencia de materia se consigue mediante el

contacto directo entre las dos fases líquidas. Una de las fases es dispersada en la otra para

aumentar la superficie interfacial y aumentar el caudal de materia transferida (Smith y col,

1996).

En una operación de extracción líquido-líquido se denomina alimentación a la

disolución cuyos componentes se pretende separar, disolvente de extracción al líquido que se

va a utilizar para separar el componente deseado, refinado a la alimentación ya tratada y

extracto al solvente con el soluto recuperado. La separación de los componentes por medio de

la extracción líquido - líquido, depende básicamente de la distribución del equilibrio

termodinámico de los componentes en las dos fases líquidas (Treybal, 1988)

En la práctica, se considera que el refinado y el extracto se encuentran en equilibrio.

Los datos de equilibrio que se deben disponer serán como mínimo los correspondientes a un

- 9 -

sistema ternario el soluto, el no soluto y el disolvente, con dos de los componentes

inmiscibles o parcialmente inmiscibles entre sí.

3.1.2 Diagramas ternarios

La representación gráfica de los datos de equilibrio en sistemas ternarios se realiza en

diagramas triangulares. En la Figura 3.2 se muestra un diagrama triangular equilátero. Los

vértices del triángulo representan sustancias puras, un punto sobre un lado representa a una

mezcla binaria y un punto en el interior del triángulo representa una mezcla ternaria. La

composición de una mezcla puede determinarse por lectura directa en el diagrama, tal como

muestra la Figura 3.2. La concentración de los componentes en el diagrama se muestra como

fracción molar o fracción másica.

Figura 3.2 Diagrama ternario de fases ELL

Mediante la representación en un triángulo de Gibbs de un sistema en equilibrio

líquido – líquido, se obtiene la información requerida para conocer si los componentes del

sistema en equilibrio se encuentran en una sola fase o en dos fases.

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Los diagramas triangulares líquido-líquido presentan la denominada curva binodal o de

solubilidad (Figura 3.3). Una mezcla representada por un punto situado por encima de la curva

binodal estará constituida por una sola fase. Por el contrario, una mezcla situada por debajo de la

curva binodal le corresponde dos fases. Las dos fases en equilibrio se encuentran ligadas por una

recta de reparto. La recta de reparto pasa por el punto mezcla y sus extremos sobre la curva

binodal indican la concentración de las dos fases en equilibrio (Figura 3.3).

Figura 3.3 Diagrama ternario de fases para un sistema Líquido - Líquido

3.1.3 Sistemas hidrocarburo – alcanol- agua

Actualmente los sistemas ternarios hidrocarburo – alcanoles – agua están siendo investigados

extensamente para conocer sus propiedades termofísicas debido al creciente y sostenido uso

de alcoholes (metanol, etanol, n-butanol) como biocombustibles sea puros o en mezclas con

gasolinas provenientes de la refinación del petróleo.

Curva Binodal

Fase 1Fase 2

Recta de reparto

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La importancia del estudio de estos sistemas, se debe al efecto que el agua causa en las

mezclas de alcanoles con hidrocarburos, así en la mayoría de estos sistemas, pequeñas

cantidades de agua pueden causar la separación de fases en mezclas de alcanoles con

hidrocarburos. Adicionalmente, la temperatura es un parámetro a tomar en cuenta cuando se

estudia los sistemas ternarios especialmente los constituidos por hidrocarburos y alcanoles y

este efecto es mayor cuanto menor sea la temperatura de la mezcla. (Gramajo de Doz y col.,

2004)

La separación de fases de una mezcla etanol - gasolina conduce a la formación de una fase

superior rica en gasolina que principalmente contiene hidrocarburos parafínicos y una fase

inferior rica en etanol acuoso que contiene algo de hidrocarburos aromáticos los cuales son

solubles en etanol. Se debe tomar en cuenta esta consideración puesto que la capa inferior

puede tener efectos indeseables en los sistemas donde se mezclan etanol con las gasolinas

(Gramajo de Doz y col., 2004).

Estudios llevados a cabo por Letcher y col. (1984) en algunos sistemas ternarios de

hidrocarburos – alcanoles – agua, coinciden en que estos sistemas se caracterizan por una gran

región de inmiscibilidad y además son muy sensibles a pequeñas cantidades de agua presentes

en el sistema en equilibrio.

Figura 3.4 Diagrama ternario de fases para sistema gasolina – agua – etanol (Letcher y col,

1996)

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3.2 Obtención de Etanol Carburante

Los combustibles basados en alcoholes han sido una fuente importante de energía

desde el siglo XIX., así Francia e Inglaterra a finales de ese siglo utilizaron etanol como

combustible para impulsar los motores de los automóviles de la naciente industria automotriz.

Los alcoholes más usados como combustibles han sido el metanol, etanol y en menor medida

el n-butanol y su incidencia como carburante ha oscilado entre su casi nulo consumo en el

periodo que media entre las décadas 1910 -1970 hasta la época actual en la que muchas

naciones lo usan como un componente normal en las gasolinas actuales (Shelley, 2006).

De los alcoholes indicados anteriormente, el etanol anhidro es el más utilizado para

mezclarse con la gasolina y su obtención se la realiza de diversas fuentes y procedimientos

(Gupta, 2010).

3.2.1 Proceso de producción de etanol

Actualmente existen dos grandes fuentes de obtener etanol grado carburante, la una

proveniente de la caña de azúcar y que lo aprovechan los países con enormes cultivos de esta

planta y cuyo máximo exponente es Brasil y la otra gran fuente son los cultivos de maíz

aprovechado por los Estados Unidos (Gupta, 2010).

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Figura 3.5 Vías de obtención de Bioetanol (Shelley, 2006)

El proceso de obtención de etanol se lo realiza a través de los siguientes pasos

Dilución

Adición de agua para ajustar el porcentaje de azúcar en la mezcla inicial y, por tanto, el

porcentaje de alcohol en el jarabe a fermentar. Las levaduras de fermentación pueden morir si

el porcentaje alcohólico es muy alto (Shelley, 2006).

Conversión

Transformación de los azúcares complejos presentes en la biomasa en azúcares simples que

puedan ser fermentables. Se realiza mediante hidrólisis ácida o enzimática. La biomasa debe

someterse antes a un proceso físico para romper las estructuras celulares y hacer accesibles

los azúcares a la reacción de hidrólisis (Shelley, 2006).

Fermentación Alcohólica

Transformación del azúcar en alcohol por acción de levaduras anaerobias (Gupta, 2010).

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La fermentación de la sucrosa se realiza mediante levadura comercial tal como

Saccharomyces cerevisiae. Primero, la enzima invertasa contenida en la levadura convierte la

sucrosa a glucosa y fructosa

C12H22O11 → C6H12O6 + C6H12O6

Sucrosa Glucosa Fructosa

Luego, la zimasa otra enzima presente en la levadura convierte la glucosa y fructosa a etanol

y dióxido de carbono

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2

Destilación

Separación del alcohol hidratado del producto de fermentación. (Gupta, 2010).

Deshidratación

Eliminación del agua en el etanol hasta alcanzar una concentración mayor al 99% (Cerpa,

2006).

El etanol, también conocido como alcohol etílico, es un compuesto orgánico de

fórmula química C2H5OH. Se presenta como líquido a condiciones normales, incoloro,

límpido, de olor agradable y fuertemente penetrante, de sabor cáustico y ardiente, además es

miscible en agua en toda proporción, inflamable y volátil. Su temperatura de ebullición

normal es 78.65 °C y su calor de vaporización es 38.56 KJ/mol. Alcohol etílico deshidratado:

es el que, mediante la acción de agentes químicos deshidratantes o de tecnologías de

separación apropiadas, alcanza una graduación mínima de 99.5% de alcohol en volumen

(Cerpa, 2006).

El etanol anhidro que es el requerido para poderlo mezclar con las gasolinas se lo

puede obtener por diferentes tecnologías actualmente disponibles a nivel comercial en todo el

mundo y las más importantes son destilación azeotrópica, destilación extractiva, destilación

extractiva salina y pervaporación (Cerpa, 2006).

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3.2.2Deshidratación del etanol

Destilación azeotrópica

Esta técnica consiste en adicionar un compuesto químico denominado “modificador”

que puede ser benceno o ciclohexano a una mezcla de alimentación azeotrópica en una

columna de destilación fraccionada, para formar un nuevo azeótropo ternario heterogéneo

(ATH) con uno delos componentes de la alimentación. Luego, este ATH es removido como

destilado en la columna. (Uyazán y col., 2004)

La corriente de solución alcohólica de 1 a 6% molar de etanol se rectifica en una

columna de destilación fraccionada para obtener agua (fondo) y una solución alcohólica

concentrada de 86% molar (cabeza). Parte de esta segunda corriente regresa a la columna

como reflujo, mientras el resto es enviada a otra columna de destilación llamada azeotrópica,

donde se mezcla con el modificador (benceno o ciclohexano), produciendo el ATH y

liberando al EA de la alimentación, obteniéndose como producto de fondo. El ATH es

condensado como producto de cabeza y se le decanta para obtener dos fases inmiscibles. La

fase orgánica, rica en el modificador, regresa a la column azeotrópica como reflujo, mientras

la fase acuosa es bombeada a una tercera columna de destilación fraccionada llamada

recuperadora, donde se separa el modificador alcohólico del agua. El primero es obtenido

como producto de cabeza y es reciclado a la alimentación de la column azeotrópica, mientras

que el agua es utilizada junto con la corriente obtenida en la columna rectificadora, como

alimentación para otras etapas del proceso (Cerpa, 2006; Uyazán y col., 2004).

Destilación extractiva

Esta tecnología consiste en adicionar un solvente no volátil, de alto punto de ebullición y

miscible a una mezcla de alimentación azeotrópica, en una columna de destilación

fraccionada, para alterar las volatilidades de los componentes claves sin la formación de un

nuevo azeótropo. Consta de tres columnas de destilación fraccionada. La primera columna es

la rectificadora y es similar a la descrita para la destilación azeotrópica. La segunda columna,

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llamada extractiva, recibe la solución alcohólica rectificada yal solvente, que es normalmente

etilenglicol en contracorriente. En la parte superior de la columna, el etanol anhidro es

condensado y obtenido como producto principal. Una corriente de fondo de la columna,

constituida de agua y solvente, se alimenta a una tercera columna, llamada recuperadora;

donde el agua es separada del solvente como producto de cabeza y es enviada como

alimentación de otras etapas del proceso. El solvente agotado sale de la columna, como

producto de fondo y es reciclado a la columna extractiva, junto con la corriente de

alimentación (Cerpa, 2006).

Destilación extractiva salina

Es un proceso análogo a la destilación extractiva, con la diferencia de que el agente es una sal

iónica, no volátil y soluble en la mezcla de alimentación. Una corriente de solución alcohólica

rectificada (86% molar de etanol) alimenta a una columna de destilación fraccionada, llamada

destiladora salina, donde se mezcla con la sal iónica que puede ser cloruro de calcio, acetato

de potasio o una sal iónica que presente una diferencia de solubilidad en ambos componentes.

Se obtiene una solución concentrada dela sal como producto de fondos, la cual es enviada a

una etapa de recuperación. Como destilado se obtiene etanol anhidro. La etapa de

recuperación, consta de un secador por atomización, que permite obtener la sal en estado

sólido y reciclarla a la columna destiladora salina para iniciar de nuevo el ciclo (Uyazán y

col., 2004).

Pervaporación

Es un proceso de separación en el cual una mezcla líquida se pone en contacto con una

membrana polimérica permeable microporosa y selectiva. Uno de los componentes de la

mezcla es transportado preferentemente a través de la membrana, en estado vapor (permeado),

siendo condensado y recuperado. El término pervaporación es una contracción de permeación

y evaporación. La permeación es inducida por una disminución de la presión parcial del

componente permeable, mediante vacío o por una corriente de un gas inerte. Es sabido, que la

pervaporación puede ser usada solamente cuando la selectividad del permeado es muy

superior a la obtenida en una vaporización ordinaria. El etanol es deshidratado y obtenido

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como producto de la unidad y el permeado es condensado y enviado a la columna

rectificadora (Cerpa, 2006). Las principales propiedades físico – químicas del etanol anhidro

se muestran en la tabla 3.1

Tabla 3.1 Propiedades del Etanol anhidro

Densidad y fase 0.789g/cm3, liquido

Solubilidad en agua Totalmente miscible

Punto de fusión −114.3° C (158.8K)

Punto de ebullición 78.4° C (351.6K)

Acidez (pKa) 15.9 (H+ del grupo)

Viscosidad 1.200 cP a 20° C

Momento dipolar 1.69D (gas)

Fuente: (Uyazán y col., 2004)

3.3 Mezclas Etanol – Gasolina

Actualmente, las necesidades energéticas en el mundo se incrementan a un ritmo

aproximado del 2 % anual, del cual un alto porcentaje de ese total es el petróleo (82,56

mb/d) (Solera, 2004). De ese total una buena proporción es usada extensivamente en la

transportación como combustible vehicular sea en motores a gasolina o Diesel y el resto

principalmente en la generación de energía eléctrica (Solera, 2004).

Desde hace décadas varias naciones entre las que destacan Brasil, Estados Unidos, India,

China empezaron a usar alcoholes y éteres, en primer lugar como aditivos oxigenados en las

gasolinas a excepción de Brasil que lo utilizo como un combustible alterno a las naftas en

cumplimiento del programa Proalcohol y posteriormente a emplearlo masivamente en los

últimos años (Solera, 2004).

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Tabla 3.2. Países que utilizan mezclas etanol - gasolina

País Mezcla Etanol Uso Observaciones

Alemania E10 Obligatorio

Australia E5 Opcional

Brasil E20 a E25 Obligatorio

Estados Unidos E10 a E15 Obligatorio Algunos estados

Canadá E5 Obligatorio

China E10 Obligatorio 9 provincias total

Colombia E10 Obligatorio Ciudades > 500 mil hab.

Ecuador E5 Opcional Plan piloto Guayaquil

India E5 Obligatorio

Fuente: (Kojima M., 2010)

Etanol combustible: este término se refiere al alcohol etílico para uso exclusivo

de equipos o vehículos motorizados. Las combinaciones del etanol anhidro, como aditivo para

la gasolina, En la tabla siguiente se exponen las principales mezclas.

Tabla 3.3. Relación de mezclas etanol - gasolina

Mezcla Denominación Relación (% V/V)

E5

Etanol 5 / Gasolina 95

E10 Gasohol Etanol 10 / Gasolina 90

E15

Etanol 15 / Gasolina 85

E20 Alconafta Etanol 20 / Gasolina 80

E25

Etanol 25 / Gasolina 75

E85

Etanol 85 / Gasolina 15

E100 Etanol carburante Etanol anhidro100% o

Etanol hidratado 100%

Fuente: (Kojima M, 2010)

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El etanol es totalmente miscible en la mayoría de hidrocarburos que están presentes en

la mayoría de gasolinas sean estas naturales o reformuladas. Esta propiedad ha permitido que

su uso como aditivo oxigenado de la gasolina se haya extendido y actualmente se preparan y

se comercializan mezclas en todas las proporciones desde combustibles con contenidos

mínimos del alcohol hasta etanol puro (Wyman, 1996)

Tabla 3.4 .Solubilidad de etanol en hidrocarburos constituyentes de la gasolina

Grupo químico Hidrocarburo Miscibilidad

Parafina n-Heptano Total

Isoparafina Isooctano Total

Aromático Tolueno Total

Aromático Metiletilbenceno Total

Nafteno Ciclohexano Total

Diolefina Butadieno Total

Olefina Hexeno Total

Fuente: (Kojima M, 2010)

De otro lado, el etanol presenta un comportamiento polar, lo que hace que tenga gran

afinidad con el agua. Así el etanol tiene tendencia a absorber el agua presente en las líneas de

distribución del combustible, en los tanques de almacenamiento, camiones de transporte y

circuitos de combustible de los automóviles. Esta propiedad permite que el agua soluble sea

menos perjudicial que la existencia de una fase acuosa inmiscible en la gasolina (Gramajo de

Doz, 2003).

3.4 La solubilidad del agua en las mezclas de etanol-gasolina

La solubilidad del agua en las mezclas etanol - gasolina se ve afectado por el carácter

polar del etanol y su capacidad para formar puentes de hidrógeno. Como un estándar de la

industria de los biocombustibles, el etanol carburante prácticamente debe estar libre de agua

(máx. 0,5% de agua en volumen) para ser mezclado con la gasolina. Sin embargo, el etanol es

- 20 -

fuertemente higroscópico y, por tanto absorbe fácilmente agua principalmente de la humedad

del aire, por ejemplo durante la respiración diurna en los tanques de almacenamiento. La

solubilidad del agua en las mezclas etanol – gasolina está influenciada por:

• La temperatura

• Contenido de etanol

• Composición de hidrocarburos de la gasolina base (contenido de aromáticos u olefinas)

• Contenido de otros compuestos oxigenados (cosolventes)

El principal efecto sobre la solubilidad del agua en las mezclas etanol - gasolina depende en

gran medida del contenido de etanol y el cambio de temperatura. El aumento de la

concentración de etanol en la gasolina influye en el aumento de la solubilidad del agua en la

mezcla alcohol combustible que generalmente es una relación no lineal (Figura 3.4). La

solubilidad del agua en la gasolina que contiene 10% en volumen de etanol (E10) es de

aproximadamente 2.5 veces mayor en comparación con el combustible que contiene 5% en

volumen de etanol (E5). Por otro lado, la solubilidad del agua disminuye linealmente con la

disminución de la temperatura y es más notable para la mezcla E10 que para la mezcla E5

(Mužíková Z. y col., 2008)

Figura 3.6 Efecto del contenido de etanol en la solubilidad del agua en mezclas etanol – gasolina

(Mužíková Z. y col., 2008)

Contenido de etanol (%)

Con

ten

ido d

e agu

a (

pp

m)

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Una disminución de la temperatura de 20 grados a partir de la temperatura ambiente

causa una disminución en la solubilidad del agua en aproximadamente 30% para la mezcla de

combustible E10 y aproximadamente del 14% para la mezcla E5, lo que puede dar lugar a

que un cambio de temperatura o un cambio de contenido de etanol (por ejemplo, en caso de

mezclar varios tipos de gasolina) puede causar el efecto de separación de fases. Por ejemplo,

en el período de verano y de invierno se requiere que el contenido de agua en la mezcla E5

debe ser inferior a 2000 ppm. El contenido de agua disuelta en gasolina que contiene MTBE

no suele pasar por encima de un valor límite de 60 ppm (Mužíková Z. y col., 2008).

La solubilidad del agua en las mezclas de etanol - gasolina también puede verse afectada por

la composición de hidrocarburos de la gasolina base. Debido a la existencia de enlaces π en

sus moléculas, los compuestos aromáticos y olefínicos sería fácilmente miscible con agua en

comparación con los hidrocarburos saturados, sin embargo, las mediciones experimentales

realizadas no mostraron un efecto significativo de la composición de hidrocarburos en la

solubilidad en agua. (Dutchak V. y col., 2011). De otro lado, la solubilidad del agua en la

mezcla etanol – gasolina aumenta como consecuencia de la presencia de compuestos

oxigenados (llamados cosolventes), que pueden adicionarse a la gasolina conjuntamente con

etanol hasta un contenido de oxígeno máximo de 2.7% en peso. Por ejemplo, la adición de

5% en volumen de ETBE aumenta la solubilidad del agua en la mezcla E5 a 10° C en

aproximadamente 600 ppm fases (Mužíková Z. y col., 2008).

Las mezclas gasolina-etanol presentan mayor poder de solubilidad que la gasolina

pura, pudiendo arrastrar sedimentos y lodos a los tanques de almacenaje. Por lo tanto, toda la

línea donde se transporta el etanol y sus mezclas, deberá ser drenada y previamente limpiada.

Por otro lado, la preparación de gasolinas en las refinerías a partir de las diferentes fracciones

de tipo naftas obtenidas en las distintas unidades de proceso y almacenadas separadamente se

conoce como proceso de mezclado o “blending”.

La gasolina es una mezcla compleja de hidrocarburos producto de la refinación y de

procesos de conversión de petróleo y de corrientes refinadas. Actualmente las gasolinas para

cumplir con los requisitos de calidad establecidos, su composición contiene cuatro grupos de

hidrocarburos; parafinas, naftenos, olefinas y aromáticos entre los que se encuentran el

- 22 -

benceno, tolueno y xilenos. Con la adición del alcohol, la mezcla gasolina - etanol debe ser

completamente miscible entre sí, es decir, ser una mezcla líquida homogénea y no presentar

separación de fases sea por cambios de temperatura o por contaminación con agua, sin

embargo, si se llegara a poner en contacto con una determinada cantidad de agua la mezcla

gasolina - etanol, puede dar lugar a la formación de dos fases líquidas. Con la consiguiente

separación del alcohol. De igual manera, la temperatura es otro factor que afecta la estabilidad

de la mezcla gasolina – etanol y conlleva la separación de dos fases líquidas en las mezcla de

gasolina – etanol (Martínez, 2010).

3.5 Efecto que etanol causa en las Propiedades físico-químicas de la gasolina

Número de octano

Es la medida de la resistencia de un combustible a autoencenderse. Para esta propiedad

existe acuerdo total en que aumenta, entre 1 % y 1.5 % por cada 10 % v/v de aumento en el

contenido de etanol en la mezcla, tanto el número de octano de investigación (RON) como el

número de octano de motor (MON), con respecto a la gasolina. Esto ocurre debido a que el

etanol tiene mayores valores que la gasolina para estos dos indicadores, luego al realizar la

mezcla el nuevo combustible incrementa un poco el valor en el número de octano, el cual se

calcula como el promedio aritmético de RON y MON (Wyman, 1996).

Calor de vaporización

Es la energía necesaria para cambiar a estado gaseoso una cierta cantidad de

combustible. Al igual que con el número de octano, todos los trabajos consultados coinciden

en que el calor de vaporización de la mezcla es mayor entre 15 % y 18 %. Esto quiere decir

que se necesita más energía para pasar a fase de vapor un kilogramo de mezcla que la misma

cantidad de gasolina pura (Wyman, 1996).

Presión de vapor Reid (PVR)

Es una medida de la volatilidad que tiene un combustible. Generalmente a bajas

proporciones de mezcla, como por ejemplo el 10%, la presión de vapor aumenta en 14 % con

respecto a la gasolina pura. Al aumentar el porcentaje de etanol en la mezcla, especialmente

mayor al 30 % v/v el valor de PVR disminuye con respecto a la gasolina (Wyman, 1996).

- 23 -

Temperatura de autoencendido

Es la temperatura más baja en la cual el combustible se enciende espontáneamente sin

la influencia de una llama o una chispa., esta temperatura es mayor en un 60 % para el etanol

puro con respecto a la gasolina, pero es bastante difícil encontrar datos en la literatura para

mezclas etanol gasolina (Wyman, 1996).

Densidad

La densidad de las mezclas gasolina-etanol aumenta con respecto a gasolina pura. El

efecto principal que tiene el aumento de la densidad es que la existe mayor cantidad de

combustible en el carburador debido a que en este la cabeza de presión estática es mayor. El

mismo efecto ocurre en los sistemas de inyección donde para una misma diferencia de presión

entre el inyector y la cámara de combustión, se va a introducir más combustible a esta última.

Es importante señalar acá que esta es una de las razones, pero no la única, por la cual el

consumo de combustible aumenta cuando se utilizan mezclas en motores no modificados.

Poder Calorífico Inferior (LHV)

Es la magnitud del calor de reacción a presión o volumen constante, para la

combustión completa de una unidad de masa del combustible, cuando el agua como producto

se encuentra en estado gaseoso. Esta propiedad disminuye para las mezclas gasolina-etanol

entre 2 y 4 %, con mayor tendencia en el intervalo de 3 a 3,4 %. La propiedad LHV es

importante porque presenta una medida indirecta del potencial máximo que tiene el

combustible de entregar energía cuando los productos de la reacción son los estequiométricos

y el agua se encuentra en estado de vapor. Sin embargo lo que se reporta en la bibliografía

consultada es que no debe ser visto como la única propiedad que puede reflejar la potencia de

salida. Lo anterior se explica con la siguiente situación: si el LHV disminuye en 3%, el

consumo de combustible aumenta en 1.5% y la potencia se mantiene constante, debe existir

alguna mejora adicional en el proceso de admisión y combustión que se esté compensando

por ese LHV perdido. La primera tiene que ver con el aumento en la densidad del aire gracias

a la mayor volatilidad de la mezcla (mayor PVR). La segunda tiene que ver con la mayor

- 24 -

temperatura de autoencendido (mayor calor de vaporización) que causa que la velocidad de

llama sea mayor quemando de mejor forma los reactantes (Wyman, 1996).

Temperaturas de destilación T50 y T90

Estas propiedades se refieren respectivamente a las temperaturas de destilación cuando

se ha evaporado el 50 % y el 90 % del combustible líquido. En general se encuentra que estas

temperaturas disminuyen cuando se utilizan mezclas de gasolina-etanol. Otro efecto asociado

a la mayor volatilidad del combustible. Estas temperaturas están relacionadas también con la

producción de emisiones. Un punto de discusión siempre ha sido hacía donde se deben llevar

las temperaturas T50 y T90 de las mezclas. La experiencia de Brasil muestra que al ubicar

estos puntos en valores muy cercanos a los de la gasolina pura se puede bajar la volatilidad

del combustible afectando sin embargo otras emisiones reguladas (Wyman, 1996).

Solubilidad en agua

La mezcla gasolina – etanol es muy sensible a la separación de fases por efecto del

agua, la cual se encuentra presente en todo el sistema de distribución y que puede contener un

volumen de agua que corresponden a concentraciones que van de 0.05% hasta 0.5% del

volumen del tanque lleno completo (Gramajo de Doz, 2004).

Estos sistemas de distribución de gasolina comercial presentan una particularidad, si la

separación de fases ocurre el volumen de agua permanecerá prácticamente constante en los

tanques de almacenamiento, mientras que el volumen de la fase superior rica en gasolina es

variable. Esto se debe a que al realizar la carga de gasolina en los vehículos se carga de la fase

superior rica en gasolina quedando la fase inferior prácticamente intacta en el tanque de

almacenamiento (Gramajo de Doz, 2004).

Una vez que el agua alcanza el grado de saturación requerido para la separación de

fases, esta se produce inevitablemente aún en presencia de pequeñas cantidades de agua, que

extrae el etanol en su mayor parte debido a su gran afinidad química. Actualmente se emplean

alcoholes superiores como aditivos de solvencia para disminuir este efecto y estabilizar a la

- 25 -

mezcla etanol – gasolina. Generalmente se emplean aceite de fusel, alcoholes amílicos y el

alcohol terbutílico.

3.6 Efecto del uso del etanol en las emisiones automotrices

Estudios realizados muestran que en motores antiguos, sin uso de catalizadores en el sistema

de emisiones, tenían grandes beneficios en el uso del Bioetanol, ya sea mezclado con la

gasolina o principalmente puro (Figura 3.7). Con el desarrollo del uso de catalizadores

eficientes, las emisiones fueron reducidas de forma acentuada, minimizando así los beneficios

del uso del etanol en las emisiones automotrices (National Renewable Energy Laboratory,

2004)

Figura 3.7 Emisiones de automóviles (a) sin catalizador y (b) con catalizador usando

gasolina pura, gasolina +22% de etanol y etanol puro (National Renewable Energy

Laboratory, 2004)

Por otro lado, el uso de etanol promueve la elevación de la concentración de aldehídos

y, dependiendo de las características del motor, se elevan los contenidos de NOx. Estos

aspectos no han afectado el medio ambiente en Brasil (principal usuario de este

biocombustible), una vez que los automóviles a etanol o flex fuel atienden los límites legales

de estas emisiones, con parámetros ajustados de manera que minimicen estos problemas y con

catalizadores eficientes (National Renewable Energy Laboratory, 2004).

Un estudio realizado en Australia muestra que hubo una reducción del 32% de las

emisiones de CO, 12% en las emisiones de hidrocarburos y del 27% en las emisiones de

- 26 -

aromáticos, reduciendo el riesgo cancerígeno en 24% gracias a la mezcla del 10% de etanol

en la gasolina (National Renewable Energy Laboratory, 2004; Department of Energy, 2008)

3.6.1 Emisiones

Monóxido de carbono (CO)

Normalmente la emisión de óxidos de carbono disminuye en porcentajes variables al utilizar

las mezclas etanol – gasolina, dependiendo del combustible y del tipo de motor. En general

para motores con sistema de control de flujo de combustible en lazo abierto es menor la

emisión de CO que para motores modernos con control en lazo cerrado. La formación de CO

está directamente ligada a la eficiencia de la combustión. Estudios realizados atribuyen esta

disminución al efecto de dilución y presencia de oxígeno que aumenta la velocidad de la

llama (Ceviz, 2004)

También muestran algunos autores que a medida que la T90 de las mezclas aumenta

disminuyen las emisiones de monóxido de carbono debido a que se disminuye la volatilidad.

La emisión de CO depende de la calidad del combustible, de la relación aire-combustible y

del tipo de control de sistema de alimentación que posea el vehículo. (Ceviz, 2004)

Hidrocarburos totales no quemados (HC)

Al igual que con los óxidos de carbonos, los hidrocarburos no quemados disminuyen cuando

se utilizan mezclas de gasolina-etanol. La disminución está entre el 5 y el 20 %. (Ceviz, 2004)

Óxidos de Nitrógeno (NOx)

Los óxidos de nitrógeno que se miden comprenden principalmente las especies NO, NO2 y

N2O. La adición de etanol a la gasolina, producen emisiones que en general tienen tendencia a

aumentar en un rango entre el 1% y 18% (He B. Q., 2003).

Los NOx se forman como consecuencia de una disociación directa del nitrógeno atmosférico

por la alta temperatura en la cámara de combustión, lo cual es predecible por el mayor calor

- 27 -

de vaporización y temperatura de autoencendido de las mezclas gasolina-etanol. El aumento

de los óxidos de nitrógeno crece a medida que el contenido de etanol aumenta en la mezcla,

sin embargo ciertos autores indican que puede haber una disminución cuando se utilizan

mezclas de etanol entre el 15 y 24 % v/v en motores sin modificar (Rutz D. y Janssen R.,

2008).

Aldehídos (formaldehído y acetaldehído)

Siempre que se utilizan mezclas de gasolina-etanol la formación de aldehídos puede aumentar

entre 5% y 200 % La formación de una mayor concentración de aldehídos está ligada a la

combustión incompleta de los alcoholes y depende directamente de la concentración de etanol

en la mezcla. Los aldehídos son una emisión no regulada que tiene efectos graves sobre la

salud humana (Rutz D. y Janssen R., 2008).

Benceno

La emisión de este hidrocarburo aromático disminuye entre 11 % y 30 % cuando se utilizan

mezclas de gasolina-etanol. El consumo de combustible aumenta proporcionalmente al

incremento en la concentración de etanol en la mezcla. El aumento se produce por un efecto

combinado provocado por la mayor densidad de la mezcla y por el aumento en la relación

aire-combustible real por la más alta volatilidad del combustible (sólo en motores con

carburador).

- 28 -

Capítulo 4.

REACTIVOS, MATERIALES Y EQUIPOS

4.1 Reactivos

Para la realización de los experimentos, se utilizó las siguientes materias y reactivos

químicos

- Gasolina Magna

Producida por Pemex y adquirida comercialmente en Estación de servicio.

- Gasolina sintética

Preparada con isooctano (2, 2, 4-trimetilpentano) grado reactivo y m-xileno grado

reactivo.

Los reactivos utilizados en esta investigación fueron isooctano, m-xileno, etanol

anhidro, etanol acuoso, metanol y agua. Las propiedades físicas de los reactivos empleados se

muestran en la tabla 4.1 y la pureza y marca de los reactivos se señalan en la tabla 4.2.

Tabla 4.1. Propiedades Físicas de los Reactivos.

Compuesto Fórmula

Molecular

Peso

molecular nD (20° C)

Agua H2O 18.02 1.3330

Metanol CH3OH 32.04 1.3284

Etanol CH3CH2OH 46.07 1.3610

M_Xileno C8H10 106.11 1.4997

Isooctano C8H18 114.23 1.4182

- 29 -

Tabla 4.2. Pureza y Marca de los Reactivos Utilizados.

Compuesto Pureza Marca

Agua Grado tridestilada Agua Especializada FRR

Metanol 99.7% Meyer

Etanol 99.5% Producargo

m-Xileno 99.9% Meyer

Isooctano 99.7% Meyer

Los reactivos empleados se almacenaron en frascos de vidrio color ámbar y

etiquetados con su correspondiente nombre y pureza para de esta forma asegurar un buen

control de los mismos.

4.2 Materiales

Los materiales usados durante el desarrollo de la presente investigación se enlistan a

continuación

- Matraces aforados de 50 y 250 ml

- Balón redondo de destilación de 500 ml

- refrigerante de tubo

- refrigerante de bolas

- Pipetas de 5 y 10 ml

- Vasos precipitados de 250 y 400 ml

- Probetas de 100 ml

- Frascos ámbar de 125 y 250 ml

- viales de 4 ml con tapa

- jeringas desechables de 5 y 10 ml

Los frascos se utilizaron para almacenar los reactivos empleados en esta investigación

para mantener su pureza y evitar que absorbieran humedad, de acuerdo a la figura 4.1

- 30 -

Figura 4.1. Almacenamiento de reactivos en frascos ámbar a 298.15 K.

Los viales se utilizaron para recolectar las muestras de las fases superior e inferior de

los sistemas en equilibrio y posteriormente para la determinación de las concentraciones en el

equilibrio líquido – líquido de acuerdo a la figura 4.2

Figura 4.2. Viales de vidrio empleados para recolección de muestras de los

sistemas en equilibrio a una temperatura determinada.

4.3 Equipos

Para el desarrollo de la investigación se usaron diferentes equipos que se detallan a

continuación.

- 31 -

Tabla 4.3. Listado de equipos utilizados

Equipo Marca Modelo Cantidad

Celda de equilibrio Patente IMP ------------ 5

Destilador al vacío ------------ ------------ 1

Balanza Swiss Quality Precisa 1

Cromatógrafo de

gases Varian 3400 1

Refractómetro tipo

Abbe Atago NAR-1T 1

Equipo Karl Fisher Mehtrohm 870 KF Titrino 1

Baño recirculador Neslab

RTE - 111 1

Termómetro Digital Cole Palmer 60010-85 RTD 3

Parrillas de

agitación Thermolyne SP46925 3

Parrillas de

agitación Corning PC-320 2

Para la medición de la masa de los reactivos empleados se utilizó la balanza de

precisión digital marca Swiss Quality modelo Precisa 125 A la cual tiene una exactitud de

cuatro decimales (0.0001 g), el equipo se muestra en la figura 4.3.

- 32 -

Figura 4.3. Balanza Swiss Quality.

El índice de refracción se obtuvo empleando el refractómetro Erma modelo 16044 el

cual con un rango de medición del índice de refracción (nD) de 1.300 hasta 1.700, una escala

mínima de 0.001 y una exactitud de 0.002. Cuenta con un termómetro digital y un sistema de

recirculación que permite mantener un control de la temperatura, figura 4.4.

Figura 4.4. Refractómetro Erma con termómetro digital.

- 33 -

Se empleó un termopar y un termómetro digital marca Cole Parmer Modelo No.

60010-85 RTD Thermometer con una exactitud de +/- 0.03 °C A 0.01° de resolución y un

rango de temperatura de -200 a 1200 °C, mostrado en la Figura 4.5, para verificar que la

temperatura permaneciera constante. Se colocó un agitador magnético Bel- Art de 10x3 mm

dentro de las celdas de vidrio y se emplearon parrillas de agitación marca Thermolyne modelo

SP46925 y Corning modelo PC-320.

Figura 4.5 Termómetro digital Cole Parmer.

El recirculador empleado es de la marca Neslab Instruments, Inc. Modelo RTE - 111,

el cual cuenta con un rango de temperatura que va de -25° C a 150° C y una capacidad de 1.9

galones de agua de acuerdo a la Figura 4.6.

- 34 -

Figura 4.6 Baño recirculador Neslab.

Para la determinación de la cantidad de agua en el etanol empleado se utilizó el equipo

Karl Fischer modelo 720 KFS Tritino marca Metrohm, el cual cuenta con un agitador modelo

703 Ti Stand marca Metrohm, como se muestra en la figura 4.7 Este análisis se lo llevo a

cabo en el Laboratorio de Control de calidad del Terminal Pascuales de la Gerencia de

Transporte y Almacenamiento de EPPetroecuador (Anexo IV).

Figura 4.7 Karl Fischer y agitador Metrohm.

- 35 -

Se empleó una celda de equilibrio líquido- líquido de vidrio enchaquetada. La

capacidad aproximada de la celda es de 11.5 ml de agua a 293.15 K. La celda está diseñada

de tal forma que cuenta con un puerto que permite el monitoreo de la temperatura, dos puertos

empleados para el muestreo de las fases, un puerto de entrada de agua del recirculador y otro

puerto de salida de agua al recirculador. La celda está construida de tal manera que la pared

interior de esta celda presenta una especie de rugosidad en forma de ovalo alargado

permitiendo una mejor agitación de los componentes del sistema bajo estudio. Las partes de

la celda se observan en el esquema de la Figura 4.8 y la imagen en la Figura 4.9.

Figura 4.8. Esquema de las partes que conforman la celda de equilibrio líquido- líquido.

Puerto de muestreo superior

Puerto de monitoreode temperatura

Puerto de muestreo inferiorrEntrada de agua del recirculador

( Temperatura constante)

Salida de agua al recirculador ( Temperatura constante)

Agitador magnético

Celda de equilibrio

Termopar

1

2

1 - Fase Superior2- Fase Inferior

Parrilla de agitación

- 36 -

Figura 4.9 Celda de equilibrio líquido- líquido enchaquetada de vidrio.

Las 5 celdas de equilibrio utilizadas se fabricaron tomando como base un modelo

patentado por el Instituto Mexicano del Petróleo (IMP).

- 37 -

Capítulo 5.

MÉTODOS

En el presente capítulo se describe los métodos usados para la purificación de

reactivos y obtención y representación gráfica de los diagramas líquido – líquido de los

sistemas ternarios en estudio.

5.1 Purificación de reactivos

Se procedió a purificar los reactivos a utilizarse en este proyecto: isooctano, m-xileno,

etanol, agua. Esta La purificación se la realizó mediante destilación al vacío utilizando como

gas inerte Nitrógeno de pureza 99.8%. y empleando una presión de vacío medida de 450 mm

Hg. A esta presión, se destilaron los reactivos indicados a la temperatura de ebullición

detallada a continuación

Etanol 96% 64.85° C

m-Xileno 114.9° C

Isooctano 67.56° C

Se destiló 300 ml de cada solvente y se desechó el 10% de la cabeza y el 10% de la cola,

recuperándose 240 ml que se receptaron en frascos ámbar a los que inmediatamente de recibir

el solvente, se le agregó aproximadamente 0.5 gramos de sodio metálico para mantener seco

al reactivo conjuntamente con 1 gramo de tamiz molecular Fluka de 0.3 mm y se los mantuvo

en la oscuridad y posteriormente se midió sus propiedades físico - químicas más importantes

densidad, índice de refracción (nD) y temperatura de ebullición normal.

Una vez purificados los reactivos se los recolectó en frascos ámbar y se los cubrió con papel

aluminio y etiquetándolos adecuadamente con el nombre del reactivo, cantidad y fecha de

purificación.

5.2 Validación del método

Se realizó la validación de la metodología experimental con el objeto de verificar los

resultados obtenidos y realizar el trabajo experimental de los sistemas en investigación. La

- 38 -

validación se realizó a las condiciones de temperatura y presión establecidas en los objetivos

específicos y de acuerdo al procedimiento detallado en 5.3 y 5.4.

5.3 Determinación de la curva binodal de los sistemas ternarios

Para la determinación de las concentraciones de equilibrio que posteriormente se

usaron para construir la curva binodal, se empleó el método de punto de turbidez.

- Se procedió a seleccionar concentraciones de los componentes con miscibilidad

mutua en las siguientes relaciones: 10/90, 20/80, 30/70, 40/60, 50/50, 60/40, 80/20,

90/10 en porcentaje.

- Se prepararon mezclas binarias y ternarias miscibles y de composición conocida de

forma tal que estén cerca de la curva binodal correspondiente a los datos de equilibrio

de referencia. Se seleccionaron 8 concentraciones para cada par de componentes

miscibles (total 16 muestras)

- Se pesó en la celda de equilibrio la cantidad requerida de cada reactivo para tener un

peso total de 5 g de acuerdo a la relación porcentual seleccionada.

- Se armó las celdas y se tapó herméticamente los puertos de muestreo utilizando

teflón para sellar cualquier fuga de la mezcla. Se conectó el baño recirculador de

temperatura constante permitiendo que se establezca el equilibrio térmico en un

período de 15 minutos y manteniendo agitación constante de la mezcla.

- Una vez lograda temperatura constante (+/- 0.1 K) y manteniendo agitación

constante, se procedió a titular con una jeringa desechable llena con el tercer

componente del sistema hasta que se aprecie una turbidez estable en la mezcla. Se

determinó la cantidad utilizada de reactivo por diferencia de pesos.

- Se realizó el mismo procedimiento para obtener las curvas binodales a tres diferentes

temperaturas: 298.15 K, 308.15 K y 318.15 K a la presión atmosférica de San

Andrés Cholula (598 mm Hg)

- Una vez alcanzado el punto de turbidez, se tomó alícuotas por triplicado de cada

punto y se midió el índice de refracción a la temperatura del ensayo.

- 39 -

- Se usaron los viales con una capacidad aproximada de 4 ml de agua para almacenar

las muestras recolectadas en cada punto.

- Con los datos experimentales obtenidos, se procedió a calcular la fracción masa para

los sistemas gasolina – etanol –agua y la fracción masa y fracción mol para los

sistemas isooctano-m-xileno-metanol e isooctano-m-xileno-etanol acuoso a las tres

temperaturas.

- Con los resultados obtenidos, se procedió a construir la curva binodal de solubilidad

para cada uno de los sistemas estudiados.

- Con los datos de índice de refracción medidos, se graficó índice de refracción vs

concentración de cada componente en la mezcla ternaria para obtener las curvas de

calibración para cada uno de los sistemas investigados.

- Con los datos obtenidos, se procedió a construir la curva binodal de solubilidad para

los sistemas estudiados.

5.4 Determinación de las líneas de unión (tie lines)

Para la determinación de las líneas de unión, se empleó el método de equilibrio

líquido – líquido a temperatura constante y posteriormente los datos experimentales obtenidos

se usaron para graficar las líneas de unión en el triángulo de Gibbs.

- Una vez obtenidos las curvas binodales, se procedió a seleccionar 7 puntos al azar

dentro de la región de inmiscibilidad (estos puntos constituyen sistemas ternarios de

dos fases) y se prepararon mezclas ternarias de concentración conocida de cada uno

de estos puntos.

- Se pesó en la celda de equilibrio la cantidad requerida de cada reactivo para tener un

peso total de 5 g de acuerdo a la relación porcentual seleccionada.

- Se armó las celdas y se tapó herméticamente los puertos de muestreo utilizando

teflón para sellar cualquier fuga de la mezcla. Se conectó el baño recirculador de

temperatura constante permitiendo que se establezca el equilibrio térmico en un

período de 15 minutos y manteniendo agitación constante de la mezcla.

- 40 -

- Una vez alcanzada temperatura constante (+/- 0.1 K) y manteniendo la agitación

constante, se dejó al sistema mezclarse por dos horas mínimo; al cabo de este tiempo,

se desconectó la agitación y se dejó reposar por un período de 8 horas.

- Se recolectaron mediante una jeringa tanto por el puerto de muestreo superior (fase

superior) y por el puerto de muestreo inferior (fase inferior) alícuotas de muestras por

triplicado y se midió el índice de refracción a la temperatura del ensayo.

- Se realizó el mismo procedimiento para obtener las líneas de unión a tres diferentes

temperaturas: 298.15 K, 308.15 K y 318.15 K a la presión atmosférica de San Andrés

Cholula (598 mm Hg)

- Con los datos experimentales de índice de refracción y empleando las curvas de

calibración obtenidas, se interpoló gráficamente para calcular las concentraciones de

los componentes en el ELL de las líneas de unión.

- Con los resultados obtenidos, se graficaron las líneas de unión en el triángulo de

Gibbs para cada uno de los sistemas.

5.5 Determinación de tolerancia al agua de los sistemas gasolina sintética - etanol – agua

y gasolina Magna – etanol – agua.

- Se seleccionaron mezclas binarias de concentración conocida de etanol

anhidro/gasolina 10/90, 20/80, 30/70, 40/60, 50/50, 60/40.

- Se pesó en la celda de equilibrio la cantidad requerida de cada reactivo para tener un

peso total de 5 g de acuerdo a la relación porcentual seleccionada.

- Se armó las celdas y se tapó herméticamente los puertos de muestreo utilizando

teflón para sellar cualquier fuga de la mezcla. Se conectó el baño recirculador de

temperatura constante permitiendo que se establezca el equilibrio térmico en un

período de 15 minutos y manteniendo agitación constante de la mezcla

- Se titularon con agua tridestilada mediante una jeringa, hasta observar presencia de

turbidez. La cantidad de agua agregada fue medida por la diferencia de masa de la

jeringa.

- Con los datos obtenidos se graficó el peso de agua añadido (porcentaje o en mg/l)

contra la cantidad empleada de etanol anhidro. Se obtuvo una ecuación de correlación

con la cual se calculó la tolerancia al agua a varias concentraciones de etanol.

- 41 -

Capítulo 6.

RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS.

En este capítulo se dan a conocer los resultados experimentales del equilibrio de fases de los

sistemas analizados, con la finalidad de observar el efecto que la temperatura tiene en la

solubilidad de agua en estos sistemas.

6.1 Validación de la Metodología.

En las Tablas 6.1 y 6.2 se observan los valores de fracción masa y fracción mol

respectivamente de los datos de equilibrio líquido- líquido obtenidos experimentalmente para

el sistema empleado como validación utilizando el método de punto de turbidez detallado en

el capítulo 5. Se obtuvieron 14 puntos para representar la curva binodal en el diagrama

ternario.

Para determinar las líneas de unión, se escogieron composiciones globales dentro de la zona

de dos fases de acuerdo a la metodología detallada en el capítulo 5 hasta que alcancen el

equilibrio. Se tomó muestras de la fase superior e inferior y se determinó su índice de

refracción para mediante interpolación gráfica determinar la composición en fracción masa y

fracción mol (Tablas 6.3 y 6.4)

Tabla 6.1. Fracción masa e Índice de refracción para el sistema isooctano–m-xileno- metanol a 298.15 K.

isooctano (w1) metanol(w2) m-xileno(w3) índice de Refracción

0.9252 0.0748 0.0000 13835

0.8662 0.0865 0.0473 1.3879

0.8182 0.1120 0.0697 1.3888

0.7600 0.1384 0.1017 1.3906

0.6682 0.1963 0.1355 1.3907

0.6163 0.2388 0.1449 1.3891

0.3599 0.5705 0.0696 1.3603

0.3751 0.5345 0.0904 1.3648

0.3428 0.6194 0.0378 1.3538

0.3117 0.6883 0.0000 1.3454

0.5048 0.3616 0.1336 1.3803

0.5687 0.2880 0.1433 1.3859

0.7065 0.1665 0.1270 1.3917

0.4256 0.4467 0.1277 1.3743

- 42 -

Tabla 6.2. Fracción mol e Índice de refracción para el sistema isooctano – m-xileno- metanol a 298.15 K

isooctano (x1) metanol (x2) m-xileno (x3)

0.7764 0.2236 0.0000

0.7070 0.2515 0.0415

0.6331 0.3088 0.0580

0.5579 0.3619 0.0802

0.4416 0.4622 0.0962

0.3798 0.5242 0.0960

0.1459 0.8238 0.0303

0.1578 0.8013 0.0409

0.1323 0.8520 0.0156

0.1127 0.8872 0.0000

0.2607 0.6651 0.0742

0.3252 0.5866 0.0881

0.4919 0.4130 0.0951

0.1976 0.7387 0.0637

Tabla 6.3. Valores experimentales (Fracción masa) de las líneas de unión en el equilibrio para el sistema

isooctano – m-xileno- metanol a 298.15 K

Fase Superior (rica en isooctano) Fase Inferior (rica en metanol)

isooctano (w1) m-Xileno (w2) metanol (w3) isooctano ( w1) m-xileno(w2) metanol(w3)

0.8875 0.0804 0.0322 0.3314 0.6625 0.0060

0.8296 0.1006 0.0697 0.3324 0.6448 0.0228

0.7269 0.1548 0.1183 0.3844 0.5185 0.0971

0.6335 0.2235 0.1430 0.4160 0.4611 0.1229

0.7851 0.1245 0.0904 0.3521 0.6026 0.0453

0.7060 0.1660 0.1280 0.4044 0.4842 0.1107

Tabla 6.4. Valores experimentales (Fracción mol) de las líneas de unión en el equilibrio para el sistema

Isooctano – m-Xileno- Metanol a 298.15 K

Fase Superior (rica en isooctano) Fase Inferior (rica en metanol)

isooctano (x1) m-Xileno (x2) metanol (x3) Isooctano (x1) m-xileno (x2) Metanol (x3)

0.7344 0.2370 0.0286 0.1228 0.8748 0.0024

0.6568 0.2839 0.0594 0.1252 0.8655 0.0092

0.5171 0.3924 0.0905 0.1645 0.7907 0.0447

0.4001 0.5028 0.0971 0.1899 0.7498 0.0603

05922 0.3345 0.0733 0.1382 0.8427 0.0191

0.4920 0.4121 0.0959 0.1799 0.7672 0.0530

- 43 -

6.1.1 Construcción de la curva binodal y líneas de unión del sistema ternario isooctano-

m-xileno – metanol a 298.15 K

Con los datos tabulados en las Tablas 6.1 y 6.3 se procede a graficar en el triángulo de Gibbs

el sistema ternario para obtener la curva binodal y las líneas de unión en fracción masa (Fig.

6.1)

Figura 6.1 Curva binodal y líneas de unión del sistema isooctano – m-xileno- metanol a 298.15

K. (Fracción masa)

La Figura 6.1 muestra el diagrama ternario de los datos obtenidos de equilibrio líquido-

líquido experimentales para el sistema ternario isooctano- m-xileno- metanol a 298.15 K y

598 mm de Hg.

Los datos se encuentran en fracción masa, se puede observar que la región de inmiscibilidad

es pequeña y se encuentra desplazada en relación al isooctano, lo que indica que se forman

dos fases al agregar una pequeña cantidad de metanol en isooctano, por otro lado se observa

que la solubilidad mutua de isooctano en metanol es mayor.

Con los datos tabulados en las Tablas 6.2 y 6.4 se procede a graficar en el triángulo de Gibbs

el sistema ternario para obtener la curva binodal en fracción mol (Fig. 6.2)

- 44 -

Figura 6.2 Curva binodal y líneas de unión del sistema isooctano – m-xileno- metanol a 298.15

K. (Fracción mol)

La Figura 6.2 muestra la curva binodal para el sistema escogido para la validación presentado

en fracción mol. Estos valores se calcularon utilizando la masa agregada de cada reactivo y

los pesos moleculares respectivos de cada componente del sistema. Se puede observar que a

diferencia del diagrama anterior (Figura 6.1), la región de inmiscibildad esta desplazada hacia

el metanol lo que significa que la miscibilidad del metanol en isooctano en fracción masa es

mayor que la miscibilidad mutua del isooctano en el metanol al emplear los valores en

fracción mol.

6.1.2 Validación de datos obtenidos experimentalmente con los resultados del artículo

escogido para el sistema isooctano – m-xileno- metanol a 298.15 K.

Con los resultados obtenidos experimentalmente, comparamos con los datos extraídos del

trabajo de García – Flores y col (2001) para poder decidir si la metodología empleada en el

presente trabajo es válida.

- 45 -

Figura 6.3 Comparación de los datos experimentales del equilibrio líquido- líquido del sistema

Isooctano(x1) – m-Xileno(x2) – Metanol(x3) a 298,15 K. con respecto a la literatura. Éste trabajo

( ); (García- Flores y col., 2001) ( ).

La Figura 6.3 muestra la comparación entre los datos obtenidos en el presente trabajo y los reportados

en el artículo. Se observa que los datos obtenidos experimentalmente en éste trabajo guardan similitud

con respecto a los reportados en la literatura, lo que nos que indica que la metodología experimental

empleada es correcta.

El análisis estadístico se presenta en las Tablas I y II y nos permite observar una desviación estándar

de +/- 0.0023 para la composición en fracción masa y de +/- 0.0010 para la composición en fracción

mol.

- 46 -

6.2. Construcción de la curva binodal del sistema gasolina sintética- etanol- agua a tres

temperaturas diferentes.

Para la determinación de los diagramas ternarios de este sistema, se utilizó una gasolina

sintética preparada en el laboratorio y con la siguiente composición.

Tabla 6.5 .Composición de la gasolina sintética preparada en el laboratorio

Componente Concentración (%

Peso)

Concentración (%

volumen)

Parafinas (Isooctano) 70,00

Isoparafinas 0.00 0.00

Naftenos 0.00 0.00

Aromáticos (m-xileno) 30,00

Olefinas 0.00 0.00

Se presentan los datos de equilibrio líquido- líquido obtenidos de forma experimental.

6.2.1 Sistema ternario gasolina sintética- etanol- agua a 298.15 K.

En la Tabla 6.6 se observa los valores de fracción masa de los datos de equilibrio líquido-

líquido obtenidos experimentalmente utilizando el método de punto de turbidez detallado en

el capítulo 5. Se obtuvieron 16 puntos para representar la curva binodal en el diagrama

ternario.

Para determinar las líneas de unión, se escogieron composiciones globales dentro de la zona

de dos fases de acuerdo a la metodología detallada en el capítulo 5. Se toman muestras de la

fase superior e inferior y se determina su índice de refracción para mediante interpolación

gráfica determinar la composición en fracción masa (Tabla 6.7).

- 47 -

Tabla 6.6. Fracción masa e Índice de refracción para el sistema gasolina sintética - etanol- agua

a 298.15 K.

agua

(w1)

gasolina sintética

(w2)

etanol anhidro

(w3)

índice refracción

experimental

0.9977 0.0023 0.0000 1.3327

0.8957 0.0033 0.1010 1.3397

0.7965 0.0048 0.1986 1.3471

0.5948 0.0068 0.3983 1.3575

0.3958 0.0102 0.5941 1.3628

0.2962 0.0238 0.6800 1.3653

0.2159 0.0712 0.7129 1.3661

0.1798 0.1124 0.7078 1.3684

0.1499 0.1493 0.7007 1,3715

0.1327 0.1804 0.6869 1.3720

0.0900 0.2749 0.6351 1.3765

0.0678 0.3730 0.5592 1.3820

0.0335 0.5809 0.3856 1.3944

0.0109 0.7905 0.1986 1.4084

0.0031 0.8950 0.1019 1.4143

0.0015 0.9985 0.0000 1.4174

Tabla 6.7. Valores experimentales (Fracción masa) de las líneas de unión en el equilibrio para el sistema

Gasolina sintética –Etanol- Agua a 298.15 K

Fase Superior (rica en gasolina) Fase Inferior (rica en agua)

agua

(w1)

gasolina

sintética (w2)

etanol

anhidro (w3)

agua

(w1)

Gasolina

Sintética (w2)

etanol

anhidro (w3)

0.8515 0.0040 0.1445 0.0017 0.9907 0.0077

0.6427 0.0063 0.3510 0.0017 0.9862 0.0120

0.4421 0.0094 0.5485 0.0023 0.9506 0.0471

0.4046 0.0100 0.5854 0.0026 0.9328 0.0646

0.2371 0.0462 0.7168 0.0028 0.9172 0.0800

0.1613 0.1358 0.7028 0.0029 0.9095 0.0876

0.1556 0.1426 0.7018 0.0043 0.8732 0.1225

Con los datos tabulados de las Tablas 6.6 y 6.7, se construye la curva binodal y las líneas de

unión para este sistema.

- 48 -

Figura 6.4 Curva binodal y líneas de unión del sistema gasolina sintética-etanol-agua a 298.15 K.

El análisis estadístico se presenta en las Tablas I y II y nos permite observar una desviación

estándar de +/- 0.0023 para la composición en fracción masa (Anexo II).

La región de inmiscibilidad de esta sistema es muy amplia, por debajo de aproximadamente

73% de etanol anhidro (0.73 fracción masa).

6.2.2 Sistema ternario Gasolina Sintética- Etanol- Agua a 308.15 K.

En la Tabla 6.8 se observa los valores de fracción masa de los datos de equilibrio líquido-

líquido obtenidos experimentalmente utilizando el método de punto de turbidez detallado en

el capítulo 5. Se obtuvieron 16 puntos para representar la curva binodal en el diagrama

ternario. La Tabla 6.8 corresponde a los datos en fracción masa.

Para determinar las líneas de unión, se escogieron composiciones globales dentro de la zona

de dos fases de acuerdo a la metodología detallada en el capítulo 5. Se toman muestras de la

- 49 -

fase superior e inferior y se determina su índice de refracción para mediante interpolación

gráfica determinar la composición en fracción masa (Tabla 6.9).

Las Tablas 6.8 y 6.9 muestran los valores obtenidos de forma experimental de la curva

binodal y el índice de refracción correspondiente a cada composición para el sistema gasolina

sintética- etanol- agua a 308.15 K.

Tabla 6.8 Fracción masa e Índice de refracción para el sistema gasolina sintética- etanol- agua a

308.15 K.

agua

(w1)

gasolina sintética

(w2)

etanol anhidro

(w3)

índice refracción

experimental

0.9974 0.0026 0.0000 1.3316

0.9036 0.0041 0.0924 1.3378

0.7957 0.0053 0.1990 1.3443

0.5938 0.0105 0.3957 1.3541

0.3976 0.0171 0.5853 1.3592

0.2894 0.0396 0.6710 1,3610

0.2117 0.0849 0.7034 1.3673

0.1750 0.1340 0.6910 1.3659

0.1480 0.1696 0.6824 1.3678

0.1054 0.2682 0.6264 1.3745

0.0768 0.3695 0.5537 1.3808

0.0409 0.5754 0.3837 1.3869

0.0147 0.7875 0.1978 1.3990

0.0096 0.8904 0.1000 1.4073

0.0023 0.9977 0.0000 1.4118

Tabla 6.9 Valores experimentales (Fracción masa) de las líneas de unión en el equilibrio para el sistema

gasolina sintética –etanol- agua a 308.15 K

Fase Superior (rica en gasolina) Fase Inferior (rica en agua)

agua

(w1)

gasolina sintética

(w2)

etanol

anhidro (w3)

agua

(w1)

gasolina sintética

(w2)

etanol

anhidro (w3)

0.8172 00051 0.1777 00027 0.9921 0.0052

0.5746 0.0110 0.4145 0.0030 0.9873 0.0096

0.4283 0.0161 0.5556 0.0037 0.9770 0.0193

0.2824 0.0436 0.6739 0.0047 0.9627 0.0326

0.2479 0.0638 0.6883 0.0074 0.9229 0.0697

0.1399 0.1883 0.6718 0.0109 0.8721 0.1171

0.1274 0.2172 0.6554 0.0182 0.8255 0.1563

- 50 -

Con los datos tabulados en las Tablas 6.8 y 6.9, se construye el diagrama ternario para este

sistema.

Figura 6.5 Curva binodal y líneas de unión del sistema gasolina sintética-etanol-agua a 308.15 K.

La región de inmiscibilidad de esta sistema continúa siendo muy amplia, por debajo de

aproximadamente 70% de etanol anhidro (0.70 fracción masa), pero es significativamente

menor que el sistema a 298.15 K (3% menor con respecto a la concentración de etanol).

6.2.3 Sistema ternario gasolina sintética- etanol- agua a 318.15 K.

Las Tablas 6.10 y 6.11 muestran los valores obtenidos de forma experimental de la curva

binodal y el índice de refracción correspondiente a cada composición para el sistema gasolina

sintética- etanol- agua a 318.15. K. La Tabla 6.10 corresponde a los datos en fracción masa.

- 51 -

Tabla 6.10. Fracción masa e Índice de refracción para el sistema gasolina sintética -

etanol- agua 318.15 K.

agua

(w1)

gasolina sintética

(w2)

etanol anhidro

(w3)

índice refracción

experimental

0.9969 0.0031 0.0000 1.3307

0.8904 0.0068 0.1028 1,3367

0.7907 0.0078 0.2015 1.3470

0.5866 0.0202 0.3932 1.3511

0.3927 0.0259 0.5814 1.3565

0.2827 0.0584 0.6588 1.3588

0.2310 0.0965 0.6726 1.3673

0.1693 0.1649 0.6658 1.3639

0.1651 0.1740 0.6610 1.3639

0.1643 0.1691 0.6666 1.3684

0.1171 0.2648 0.6181 1.3734

0.0818 0.3698 0.5483 1.3804

0.0474 0.5717 0.3809 1.3948

0.0196 0.7839 0.1965 1.4027

0.0100 0.8911 0.0989 1.4069

0.0037 0.9963 0.0000 1.4072

Tabla 6.11. Valores experimentales (Fracción masa) de las líneas de unión en el equilibrio para el sistema

Gasolina sintética –Etanol- Agua a 318.15 K

Fase Superior (rica en gasolina) Fase Inferior (rica en gasolina)

Agua

(w1)

Gasolina

Sintética (w2)

Etanol

(w3)

Agua

(w1)

Gasolina

Sintética (w2)

Etanol

(w3)

0.8494 0.0072 0.1434 0.0040 0.9921 0.0039

0.5782 0.0205 0.4013 0.0047 0.9828 0.0125

0.4227 0.0250 0.5524 0.0074 0.9464 0.0462

0.3322 0.0438 0.6240 0.0085 0.9316 0.0599

0.2511 0.0817 0.6672 0.0110 0.8973 0.0917

0.1686 0.1673 0.6641 0.0135 0.8634 0.1230

0.1530 0.1969 0.6501 0.0164 0.8267 0.1569

Con los datos tabulados en las Tablas 6.10 y 6.11, se construye el diagrama ternario para este

sistema.

- 52 -

Figura 6.6 Curva binodal y líneas de unión del sistema gasolina sintética-etanol-agua a 318.15 K.

A esta temperatura, se observa una disminución significativa de la región de inmiscibilidad

de este sistema, aunque esta región es amplia, está por debajo de aproximadamente el 68% de

etanol anhidro (0.68 fracción masa), pero es significativamente menor que el sistema a 308.15

K y 298.15 K (3% y 5% menor con respecto a la concentración de etanol).

6.2.4 Comparación de los diagramas ternarios a las tres temperaturas

Para observar el efecto de la Temperatura en el sistema estudiado, se procede a graficar las

curvas binodales del sistema gasolina sintética – etanol – agua a 298.15 K, 308.15 K y 318.15

K según la Figura 6.7 que nos indica que la temperatura afecta sensiblemente a las

concentraciones relativas de los componentes en el equilibrio líquido – líquido de este sistema

- 53 -

Figura 6.7 Curvas binodales del sistema gasolina sintética- etanol- agua a 298.15 K

( ) ,308.15K ( ) y 318.15 K ( ).

Como se observa en la Figura 6.7, al aumentar la temperatura disminuye la zona de

inmiscibilidad del sistema gasolina sintética- etanol- agua siendo más marcado el efecto a la

temperatura de 318.15 K.

6.3 Construcción de la curva binodal del sistema Gasolina Magna- Etanol- Agua a tres

temperaturas diferentes.

Para la determinación de los diagramas ternarios de este sistema, se utilizó gasolina Magna

producida por Pemex y con la siguiente composición de acuerdo a análisis realizado en el

Laboratorio de Control de Calidad del Complejo Petroquímico Cangrejera (Anexo IV).

Tabla 6.12 Composición de la gasolina Magna usada en la presente investigación

Componente Concentración (% Peso) Concentración (% volumen)

Parafinas 12.75 14.62

Isoparafinas 29.365 32.632

Naftenos 7.928 7.631

Aromáticos 37.644 31.903

Olefinas 11.460 12.399

- 54 -

Se presentan los datos de equilibrio líquido- líquido obtenidos de forma experimental para

cada sistema a las 3 diferentes temperaturas empleadas.

6.3.1 Sistema ternario gasolina Magna- etanol- agua a 298.15 K.

La Tabla 6.13 muestra los valores obtenidos de forma experimental en fracción masa de cada

componente y el índice de refracción correspondiente a cada composición para el sistema

gasolina - etanol- agua a 298.15. K. Se escogen 16 puntos para obtener el diagrama ternario

de este sistema.

La Tabla 6.14 recopila los valores de composición en fracción masa en el equilibrio del

sistema ternario gasolina Magna – etanol - agua para determinar las líneas de unión en el

equilibrio a 298.15 K

Tabla 6.13. Fracción masa e índice de refracción para el sistema gasolina Magna-

etanol- agua a 298.15 K.

Agua

(w1)

Gasolina Magna

(w2)

Etanol anhidro

(w3)

índice refracción

experimental

0.9977 0.0023 0.0000 1.3327

0.8960 0.0037 0.1002 1.3397

0.7923 0.0072 0.2005 1.3471

0.5886 0.0095 0.4019 1.3589

0.3977 0.0146 0.5877 1.3638

0.2897 0.0346 0.6757 1.3661

0.2327 0.0773 0.6900 1.3673

0.1717 0.1455 0.6828 1.3712

0.1488 0.1747 0.6765 1.3735

0.1052 0.2687 0.6261 1.3786

0.0953 0.2849 0.6198 1.3758

0.0757 0.3634 0.5609 1.3849

0.0404 0.5756 0.3840 1.3974

0.0146 0.7858 0.1995 1.4135

0.0036 0.8968 0.0996 1.4231

0.0015 0.9985 0.0000 1.4268

- 55 -

Tabla 6.14. Valores experimentales (Fracción masa) de las líneas de unión en el equilibrio para el sistema

Gasolina Magna –Etanol- Agua a 298.15 K

Fase Superior (rica en gasolina) Fase Inferior (rica en agua)

Agua

(w1)

Gasolina Magna

(w2)

Etanol

Anhidro (w3)

Agua

(w1)

Gasolina Magna

(w2)

Etanol

Anhidro (w3)

0.8532 0.0058 0.1411 0.0017 0.9930 0.0054

0.7549 0.0050 0.2401 0.0018 0.9856 0.0126

0.5782 0.0097 0.4120 0.0019 0.9811 0.0170

0.4379 0.0135 0.5485 0.0020 0.9756 0.0224

0.2212 0.0901 0.6887 0.0027 0.9408 0.0565

0.1536 0.1642 0.6821 0.0036 0.8959 0.1005

0.1337 0.2073 0.6591 0.0040 0.8729 0.1231

Con los datos tabulados en las Tablas 6.13 y 6.14, se construye la curva binodal y las líneas

de unión para este sistema.

Figura 6.8 Curva binodal y líneas de unión del sistema gasolina Magna - etanol- agua a 298.15 K.

- 56 -

6.3.2 Sistema ternario gasolina Magna- etanol- agua a 308.15 K.

Las Tablas 6.15 y 6.16 muestran los valores obtenidos de forma experimental de la curva

binodal y el índice de refracción correspondiente a cada composición para el sistema Gasolina

- Etanol- Agua a 308,15. K, en fracción masa

Tabla 6.15. Fracción masa e índice de refracción para el sistema gasolina Magna -etanol- agua a

308.15 K.

Agua

(w1)

Gasolina Magna

(w2)

Etanol anhidro

(w3)

índice refracción

experimental

0.9974 0.0026 0.0000 1.3318

0.8955 0.0042 0.1003 1.3381

0.7981 0.0064 0.1955 1.3449

0.5914 0.0086 0.4000 1.3542

0.3971 0.0144 0.5885 1.3598

0.2881 0.0447 0.6672 1.3659

0.2345 0.0825 0.6830 1.3673

0.1689 0.1624 0.6687 1.3688

0.1632 0.1686 0.6681 1.3674

0.1146 0.2658 0.6195 1.3728

0.1030 0.3022 0.5948 1.3750

0.0849 0.3629 0.5522 1.3789

0.0473 0.5715 0.3812 1.3882

0.0178 0.7849 0.1973 1.3995

0.0077 0.8930 0.0993 1.4168

0.0023 0.9977 0.0000 1.4225

Tabla 6.16. Valores experimentales (Fracción masa) de las líneas de unión en el equilibrio para el sistema

gasolina Magna–etanol- agua a 308.15 K

Fase Superior (rica en gasolina) Fase Inferior (rica en agua)

Agua

(w1)

Gasolina Magna

(w2)

Etanol

Anhidro (w3)

Agua

(w1)

Gasolina Magna

(w2)

Etanol

Anhidro (w3)

0.8290 0.0058 0.1651 0.0027 0.9905 0.0068

0.7117 0.0050 0.2833 0.0032 0.9813 0.0156

0.5799 0.0089 0.4112 0.0035 0.9751 0.0214

0.4269 0.0061 0.5669 0.0040 0.9648 0.0312

0.1981 0.1269 0.6750 0.0057 0.9320 0.0623

0.1338 0.2274 0.6387 0.0083 0.8864 0.1054

0.1137 0.2676 0.6186 0.0100 0.8677 0.1223

- 57 -

Con los datos tabulados en las Tablas 6.15 y 6.16, se construye el diagrama ternario para este

sistema.

Figura 6.9 Curva binodal y líneas de unión del sistema gasolina Magna –etanol- agua a 308.15 K.

.

6.3.3 Sistema ternario gasolina Magna- etanol- agua a 318.15 K.

Las Tablas 6.17 y 6.18 muestran los valores obtenidos de forma experimental de la curva

binodal y el índice de refracción correspondiente a cada composición para el sistema gasolina

Magna- etanol- agua a 318,15. K, la Tabla 6.17 corresponde a los datos en fracción masa

- 58 -

Tabla 6.17. Fracción masa e índice de refracción para el sistema gasolina Magna-etanol- agua a

318.15 K.

agua

(w1)

gasolina Magna

(w2)

etanol anhidro

(w3)

índice refracción

experimental

0.9969 0.0031 0.0000 1.3327

0.8915 0.0070 0.1015 1.3368

0.7965 0.0072 0.1962 1.3430

0.5880 0.0148 0.3972 1.3511

0.3934 0.0265 0.5801 1.3564

0.2831 0.0587 0.6582 1.3586

0.2310 0.0965 0.6726 1.3673

0.1775 0.1661 0.6564 1.3666

0.1627 0.1888 0.6485 1.3638

0.1230 0.2631 0.6139 1.3701

0.1069 0.3199 0.5732 1.3686

0.0900 0.3648 0.5451 1.3755

0.0521 0.5686 0.3792 1.3846

0.0190 0.7918 0.1892 1.4026

0.0091 0.8914 0.0995 1.4114

0.0037 0.9963 0.0000 1.4165

Tabla 6.18 Valores experimentales (Fracción masa) de las líneas de unión en el equilibrio para el sistema

gasolina Magna–etanol- agua a 318.15 K

Fase Superior (rica en gasolina) Fase Inferior (rica en agua)

agua

(w1)

gasolina Magna

(w2)

etanol

anhidro (w3)

agua

(w1)

gasolina Magna

(w2)

etanol

anhidro (w3)

0.8417 0.0063 0.1520 0.0039 0.9916 0.0045

0.6540 0.0109 0.3351 0.0043 0.9836 0.0121

0.4913 0.0206 0.4881 0.0046 0.9788 0.0166

0.2910 0.0564 0.6526 0.0050 0.9709 0.0241

0.2017 0.1134 0.6849 0.0061 0.9486 0.0452

0.1602 0.1777 0.6621 0.0085 0.8967 0.0948

0.1223 0.2787 0.5989 0.0103 0.8786 0.1111

Con los datos tabulados en las Tablas 6.17 y 6.18, se construye el diagrama ternario para este

sistema.

- 59 -

Figura 6.10 Curva binodal y líneas de unión del sistema gasolina Magna-etanol-agua a 318.15 K.

.

6.3.4 Comparación de los diagramas ternarios a las tres temperaturas

Para observar el efecto de la temperatura en el sistema estudiado, se procedió a graficar las

curvas binodales del sistema gasolina Magna– etanol – agua a 298.15 K, 308.15 K y 318.15 K

obteniéndose un diagrama ternario como indica la Figura 6.11

- 60 -

Figura 6.11 Curvas binodales del sistema gasolina Magna- etanol- agua a 298.15 K

( ), 308.15K ( ) y 318.15 K ( ).

6.4 Sistema ternario gasolina Magna– (etanol-terbutanol (10% peso))-agua a 298.15 K.

La Tabla 6.19 muestran los valores obtenidos de forma experimental en fracción masa de cada

componente y el índice de refracción correspondiente a cada composición para el sistema

gasolina Magna– (etanol-terbutanol (10% peso))- agua a 298.15 K. Se escogen 16 puntos para

obtener el diagrama ternario de este sistema.

La Tabla 6.20 recopila los valores de composición en fracción masa en el equilibrio de este

sistema ternario para determinar las líneas de unión a la temperatura de 298.15 K

- 61 -

Tabla 6.19. Fracción masa e Índice de refracción para el sistema gasolina Magna- (etanol-

terbutanol (10% peso)) - agua a 298.15 K.

Agua

(w1)

Gasolina Magna

(w2)

Etanol anhidro

(w3)

índice refracción

experimental

0.9955 0.0045 0.0000 1.3327

0.8967 0.0067 0.0965 1.3397

0.7872 0.0115 0.2014 1.3471

0.5868 0.0206 0.3926 1.3589

0.3808 0.0466 0.5727 1.3638

0.2777 0.0738 0.6485 1.3661

0.2483 0.0827 0.6689 1.3712

0.1715 0.1658 0.6627 1.3673

0.1658 0.1768 0.6574 1.3758

0.1195 0.2649 0.6156 1.4259

0.0880 0.3646 0.5474 1.4231

0.0502 0.5696 0.3803 1.4135

0.0182 0.7851 0.1968 1.3974

0.0097 0.8907 0.0996 1.3849

0.0043 0.9957 0.0000 1.3786

Tabla 6.20. Valores experimentales (Fracción masa) de las líneas de unión en el equilibrio para

el sistema gasolina Magna - (etanol - terbutanol (10% peso)) - Agua a 298.15 K.

Fase Superior Fase Inferior

agua

(w1)

Gasolina

Magna (w2)

etanol-

terbutanol (w3)

agua

(w1)

gasolina

(w2)

etanol –

terbutanol)(w3)

0.8832 0.0092 0.1077 0.0037 0.9932 0.0032

0.8340 0.0071 0.1589 0.0053 0.9753 0.0194

0.6236 0.0117 0.3647 0.0039 0.9568 0.0393

0.5180 0.0176 0.4644 0.0086 0.9260 0.0654

0.2424 0.0960 0.6616 0.0046 0.9285 0.0668

0.1664 0.1768 0.6568 0.0077 0.8831 0.1092

0.1451 0.2102 0.6447 0.0103 0.8630 0.1267

- 62 -

Con los datos tabulados en las Tablas 6.19 y 6.20, se construye la curva binodal y las líneas

de unión para este sistema.

Figura 6.12 Curva binodal y líneas de unión del sistema gasolina – (etanol-terbutanol)- agua a

298.15 K.

6.5 Comparación de los sistemas gasolina Magna – etanol – agua y gasolina Magna –

(etanol-terbutanol) - agua a 298.15 K

Para observar el efecto de la aditivación de un cosolvente (terbutanol 10%) en el sistema

estudiado, se procede a graficar las curvas binodales de los sistemas gasolina Magna – etanol

– agua y el sistema gasolina Magna– (etanol-terbutanol)-agua a 298.15 K

- 63 -

Figura 6.13 Curvas binodales de los sistemas gasolina Magna -etanol- agua ( ) y gasolina Magna

– (etanol-terbutanol)-agua ( ) a 298.15 K

6.6 Sistema ternario isooctano–m-xileno- etanol acuoso (95.6% peso) a 298.15 K.

En esta sección se presenta el diagrama ternario del sistema isooctano-m-xileno – etanol

acuoso a 298.15 K. La concentración de etanol acuoso se determinó que correspondía al

azeótropo de etanol (95.6 % peso) de acuerdo a análisis (anexo V)

En las Tablas 6.21 y 6.22 se observa los valores de fracción masa y fracción mol

respectivamente de los datos de equilibrio líquido- líquido obtenidos experimentalmente para

el sistema isooctano – m-xileno- etanol acuoso. Se obtuvieron 8 puntos para representar la

curva binodal en el diagrama ternario.

- 64 -

Tabla 6.21. Fracción masa e índice de refracción para el sistema isooctano–m-xileno- etanol acuoso a

298.15 K.

Tabla 6.22. Fracción mol para el sistema isooctano – m-xileno- etanol acuoso a 298.15 K

isooctano

(x1)

etanol acuoso

(x2)

m-xileno

(x3)

0.9403 0.0597 0.0000

0.9014 0.0455 0.0532

0.8611 0.0349 0.1040

0.7909 0.0832 0.1259

0.7440 0.1389 0.1171

0.7083 0.1947 0.0970

0.6940 0.2222 0.0838

0.7026 0.2974 0.0000

Tabla 6.23. Valores experimentales (Fracción masa) de las líneas de unión en el equilibrio para el sistema

isooctano – m-xileno- etanol acuoso a 298.15 K

Fase Superior Fase Inferior

isooctano

(w1)

m-xileno

(w2)

etanol acuoso

(w3)

isooctano

(w1)

m-xileno

(w2)

etanol acuoso

(w3)

0.8875 0.0804 0.0322 0.3314 0.6625 0.0060

0.8296 0.1006 0.0697 0.3324 0.6448 0.0228

0.7269 0.1548 0.1183 0.3844 0.5185 0.0971

0.6335 0.2235 0.1430 0.4160 0.4611 0.1229

isooctano (w1)

etanol acuoso (w2)

m-xileno (w3)

índice de refracción

0.9403 0.0597 0.0000 1.3835

0.9014 0.0455 0.0532 1.3879

0.8611 0.0349 0.1040 1.3888

0.7909 0.0832 0.1259 1.3906

0.7440 0.1389 0.1171 1.3907

0.7083 0.1947 0.0970 1.3891

0.6940 0.2222 0.0838 1.3603

0.7026 0.2974 0.0000 1.3648

- 65 -

Tabla 6.24. Valores experimentales (Fracción mol) de las líneas de unión en el equilibrio para el sistema

isooctano – m-xileno- etanol acuoso a 298.15 K

Fase Superior Fase Inferior

isooctano

(x1)

m-xileno

(x2)

etanol acuoso

(x3)

isooctano

(x1)

m-xileno

(x2)

etanol acuoso

(x3)

0,7344 0,2370 0,0286 0,1228 0,8748 0,0024

0,6568 0,2839 0,0594 0,1252 0,8655 0,0092

0,5171 0,3924 0,0905 0,1645 0,7907 0,0447

0,4001 0,5028 0,0971 0,1899 0,7498 0,0603

6.6.1 Construcción de la curva binodal y líneas de unión del sistema ternario isooctano- m-

xileno – etanol acuoso a 298.15 K

Con los datos tabulados en las tablas 6.21 y 6.23 se procede a graficar el sistema ternario:

Figura 6.14 Curva binodal sistema isooctano – m-xileno- etanol acuoso a 298.15 K.

(Fracción masa)

La Figura 6.14 muestra el diagrama ternario de los datos obtenidos de equilibrio líquido-

líquido experimentales para el sistema ternario isooctano- m-xileno- metanol a 298.15 K y

598 mm de Hg. Los datos se encuentran en fracción masa, se puede observar que la región de

- 66 -

inmiscibilidad es pequeña y se encuentra desplazada en relación al isooctano, lo que indica

que se forman dos fases al agregar una pequeña cantidad de etanol acuoso en isooctano, por

otro lado se observa que la solubilidad mutua de isooctano en metanol es mayor.

6.6.2 Construcción de la curva binodal y líneas de unión del sistema ternario Isooctano-

m-Xileno – etanol acuoso a 298.15 K en fracción mol

Con los datos tabulados en las tablas 6.22 y 6.24 se procede a graficar el sistema ternario:

Figura 6.15 Curva binodal del Sistema isooctano – m-xileno- etanol acuoso a 298.15 K.

(Fracción mol)

La Figura 6.15 muestra la curva binodal para el sistema presentado en fracción mol. Estos

valores se calcularon utilizando la masa agregada de cada reactivo y los pesos moleculares

respectivos de cada componente del sistema. Se puede observar que a diferencia del diagrama

anterior (Figura 6.14), la región de inmiscibildad esta desplazada hacia el etanol acuoso lo

que significa que la miscibilidad del etanol acuoso en isooctano en fracción masa es mayor

- 67 -

que la miscibilidad mutua del isooctano en el etanol acuoso al emplear los valores en

fracción mol.

6.7 Tolerancia al agua de los sistemas ternarios gasolinas – etanol – agua

En esta sección se obtienen las curvas de tolerancia al agua a tres temperaturas diferentes

para los sistemas gasolina sintética – etanol – agua y gasolina Magna - etanol – agua y la

curva de tolerancia al agua para el sistema gasolina Magna – etanol – agua con aditivo y sin

aditivo.

6.7.1 Tolerancia al agua del sistema ternario gasolina sintética – etanol – agua

La figura 6.16 muestra las curvas de tolerancia de agua para el sistema gasolina sintética –

etanol anhidro – agua. Se observa en primer lugar que al aumentar el porcentaje de etanol, el

sistema tolera mayor cantidad de agua. Al aumentar la temperatura del sistema, aumenta la

tolerancia al agua y la región de inmiscibilidad va disminuyendo.

Fig. 6.16 Efecto del contenido de etanol en la solubilidad en el sistema etanol – gasolina sintética

- 68 -

6.7.2 Tolerancia al agua del sistema ternario gasolina Magna– etanol – agua

La figura 6.17 muestra las curvas de tolerancia de agua para el sistema gasolina Magna –

etanol anhidro – agua. Se observa en primer lugar que al aumentar el porcentaje de etanol, el

sistema tolera mayor cantidad de agua. Al aumentar la temperatura del sistema, aumenta la

tolerancia al agua y la región de inmiscibilidad va disminuyendo.

Fig. 6.17 Efecto del contenido de etanol en la solubilidad en el sistema etanol – gasolina Magna

6.7.3 Tolerancia al agua del sistema ternario gasolina Magna– etanol – agua con aditivo

y sin aditivo.

La figura 6.17 muestra las curvas de tolerancia de agua para el sistema gasolina Magna –

etanol anhidro – agua con aditivo y sin aditivo. Se observa en primer lugar que al adicionar el

terbutanol (cosolvente), el sistema tolera mayor cantidad de agua.

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

0 0,2 0,4 0,6 0,8

Can

tid

ad d

e ag

ua

par

a se

par

ació

n d

e fa

se

(mg/

l)

Fracción masa de Etanol

Curvas de tolerancia al agua del sistema gasolina

Magna - etanol -agua

298.15 K

308.15 K

318.15 K

- 69 -

Fig. 6.18 Efecto del contenido de etanol en la solubilidad en el sistema etanol – gasolina Magna

con aditivo y sin aditivo a 298.15 K

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

180000

0 0,2 0,4 0,6 0,8

Can

tid

ad d

e ag

ua

(pp

m)

Fracción masa de agua

Tolerancia al agua del sistema gasolina Magna

- etanol con aditivo y sin aditivo

Sin aditivo T 298.15 K

Con aditivo T 298.15 K

- 70 -

Capítulo 7.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

7.1 Conclusiones

A partir de este trabajo experimental se logró cumplir como objetivo general la realización del

estudio del uso de etanol como aditivo oxigenante para gasolina sintética formada por m-

xileno e isooctano y gasolina refinada, además de analizar la tolerancia del agua en este

sistema.

Éste objetivo general se logró mediante la realización de los objetivos específicos propuestos

inicialmente, para ellos se determinó de forma experimental los datos de equilibrio líquido-

líquido para la construcción de la curva binodal del sistema isooctano- m-xileno- metanol a

298.15 K.

En la validación del método, la curva binodal obtenida a 298.15 K se cumplió con el objetivo

específico por cuanto de acuerdo a los datos experimentales obtenidos comparados con los

datos del artículo de García et al (2001) guardan una excelente correlación.

Los sistemas estudiados, gasolina sintética – etanol – agua y gasolina Magna – etanol – agua

se caracterizan por presentar una región de inmiscibilidad (miscibilidad parcial) muy grande.

A partir de las curvas binodales se puede observar la dependencia que existe entre las

concentraciones en el equilibrio líquido- líquido y la temperatura del sistema., ya que un

aumento de temperatura da como resultado una disminución del área de la curva binodal.

Un aumento de temperatura en ambos sistemas da como resultado una disminución leve pero

notaria de la fase parcialmente visible obteniéndose a la vez una región de miscibilidad o de

una sola fase mayor.

- 71 -

La solubilidad de agua en los sistemas estudiados, gasolina sintética – etanol – agua y

gasolina – etanol – agua aumenta proporcionalmente a la cantidad de etanol presente en la

mezcla.

De la comparación de los sistemas ternarios con aditivo y sin aditivo, se observa que el

sistema aditivado aumentó la región de una sola fase a una temperatura más baja.

De acuerdo a los resultados obtenidos, la tolerancia al agua de estos sistemas depende de la

temperatura, de la concentración de etanol, y de la presencia de aditivos

Comparando los resultados entre el sistema de gasolina sintética y el sistema de gasolina

Magna, se observa que este último sistema presenta una región de una sola fase mayor que la

del primer sistema.

A mayor concentración de aromáticos, se aumenta significativamente la solubilidad de agua

en estos sistemas. El contenido de aromáticos en la gasolina Magna del sistema gasolina

Magna – etanol – agua es mayor (37% peso) que en la gasolina sintética (30% peso) del

sistema gasolina sintética – etanol agua a las tres temperaturas indicadas.

Es posible utilizar etanol hidratado (95,6% peso) en las mezclas etanol – gasolina

observándose que a concentraciones mayores al 15%, la estabilidad de la mezcla es muy

parecida a la que tienen las mezclas de gasolina con etanol anhidro.

En el estudio del sistema isooctano – m-xileno – etanol acuoso, la curva binodal obtenida a

298.15 K es incluso mucho menor que la curva binodal obtenida empleando metanol como

aditivo reportada en el trabajo realizado en el Instituto Mexicano del Petróleo (García- Flores,

2005), es por ello que el etanol se ha estado empleando en gran medida como aditivo en

distintos países del mundo.

Con esto se pudo ver que este sistema verdaderamente soporta una buena cantidad de agua

antes de la aparición de turbidez lo que representa una gran ventaja debido a la afinidad que

presenta el etanol con el agua.

- 72 -

Finalmente para que el etanol pueda ser empleado como aditivo oxigenante se debe considerar

la temperatura a la que se encuentra expuesta la mezcla gasolina- etanol, entre mayor sea la

temperatura mayor será la región miscible; además de considerarse la cantidad de agua

presente en donde se contenga la mezcla.

7.2 Recomendaciones

Es importante continuar con el estudio de las propiedades termofísicas del sistema gasolina –

etanol – agua debido al alcance y la importancia actualmente tienen las mezclas de alcoholes

con gasolina.

Se debe continuar con el estudio del efecto que causa en la solubilidad del agua en las

mezclas la adición de aditivos. En esta investigación únicamente se investigó al tercbutanol.

Es de suma importancia estudiar con más detenimiento el uso de etanol hidratado por cuanto

su uso en las mezclas podría tener potenciales beneficios económicos dado el menor costo de

este alcohol.

- 73 -

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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- 76 -

Anexos

Anexo I. Datos experimentales

Datos experimentales para la obtención de la curva binodal del sistema gasolina sintética –

etanol – agua

Tabla I.1- Pesos de agua (w1), gasolina sintética (w2) y etanol (w3) utilizados en la

determinación de la curva binodal a T = 298.15 K

Concentración

Nominal w3

(%)

Corrida

Pesos (g)

Etanol w3 Agua w1 Etanol w3 Gasolina

sintética w2

1 0.0000 5.0105 0.0000 5.0344

0 2 0.0000 5.0128 0.0000 5.0329

3 0.0000 5.0056 0.0000 5.0316

1 0.5002 4.4646 0.5011 4.4976

10 2 0.5063 4.4630 0.5140 4.5102

3 0.4957 4.4661 0.5226 4.5011

1 0.0210 3.9802 1.0002 3.9789

20 2 0.0270 3.9809 0.9969 3.9775

3 0.0245 3.9799 0.9971 3.9608

1 2.0241 3.0245 1.9928 2.9885

40 2 2.0365 3.0123 1.9897 3.0199

3 2.0234 3.0484 1.9896 2.9892

1 3.0119 2.0056 2.9737 1.9770

60 2 3.0080 2.0024 2.9693 1.9808

3 3.0046 2.0046 2.9700 1.9881

1 4.9100 1.4876

65 2 4.9180 1.4896

3 4.9107 1.4865

1 3.4828 1.4959 3.4626 1.4956

70 2 3.4854 1.5688 3.4698 1.5001

3 3.4840 1.4884 3.4557 1.5004

1 4.9100 1.4876

75 2 4.9180 1.4896

3 4.9107 1.4865

1 4.0045 1.0169 3.7680 0.9916

80 2 4.0024 1.0175 3.7699 0.9861

3 4.0041 1.0158 3.7624 0.9905

- 77 -

Tabla I.2 - Pesos de agua (w1), gasolina sintética (w2) etanol (w3) utilizados en la

determinación de la curva binodal a T = 308.15 K

Concentración

Nominal w3

(%)

Corrida

Pesos (g)

Etanol w3 Agua w1 Etanol w3 Gasolina

sintética w2

1 0.0000 5.0042 0.0000 5.0000

0 2 0.0000 5.0048 0.0000 5.0024

3 0.0000 5.0046 0.0000 4.9994

1 0.4578 4.4925 0.4945 4.4529

10 2 0.4588 4.4863 0.5011 4.4665

3 0.4585 4.4746 0.5053 4.4396

1 0.9968 3.9870 1.1203 4.0020

20 2 0.9983 3.9888 1.1267 3.9870

3 0.9977 3.9885 1.1169 3.9997

1 1.9913 2.9904 1.9865 2.9901

40 2 1.9928 2.9803 1.9934 2.9711

3 1.9925 2.9976 1.9850 2.9829

1 3.0001 2.0301 2.9756 1.9745

60 2 2.9950 2.0323 2.9565 1.9756

3 2.9770 2.0318 2.9608 1.9851

1 3.3629 1.7071

65 2 3.3801 1.7267

3 3.3740 1.7071

1 3.4840 1.5045 3.4589 1.4970

70 2 3.4851 1.5023 3.4756 1.4802

3 3.4865 1.5028 3.4620 1.4748

1 3.8420 1.1560

75 2 3.8465 11555

3 3.8418 1.1581

1 4.0045 1.0047 3.9856 0.9921

80 2 4.0024 1.0070 3.9765 0.9843

3 4.0041 1.0078 3.9743 0.9903

- 78 -

Tabla I.3.- Pesos de agua (w1), gasolina sintética (w2) y etanol (w3) utilizados en la

determinación de la curva binodal a T = 318,15 K

Concentración Nominal w3

(%) Corrida

Pesos (g)

Etanol w3 Agua w1 Etanol w3 Gasolina sintética w2

1 0,0000 5,0099 0,0000 5,0715

0 2 0,0000 5,0095 0,0000 5,0587

3 0,0000 5,0075 0,0000 5,0726

1 0,5190 4,4978 0,5001 4,4500

10 2 0,5176 4,4823 0,4918 4,4428

3 0,5192 4,4968 0,4868 4,4317

1 1,0245 4,0001 1,0002 3,9702

20 2 1,0156 4,0023 0,9986 3,9603

3 1,0256 4,0003 0,9799 3,9516

1 2,0045 2,9954 1,9919 2,9832

40 2 1,9987 2,9900 1,9835 2,9741

3 2,0061 2,9789 1,9781 2,9770

1 3,0023 2,0134 2,9402 1,9765

60 2 2,9976 2,0100 2,9300 1,9701

3 2,9725 2,0375 2,9276 1,9691

1 3,2100 1,7950

65 2 3,2008 1,7920

3 3,2162 1,7860

1 3,5000 1,5032 3,4550 1,4835

70 2 3,4930 1,5108 3,4591 1,4704

3 3,5085 1,4929 3,4575 1,4900

1 3,7211 1,2744

75 2 3,7240 1,2790

3 3,7208 1,2807

1 3,9923 0,9910 3,9618 1,0003

80 2 3,9821 0,9995 3,9432 1,0101

3 3,9701 0,9924 3,9537 0,9971

- 79 -

Tabla I.4.- Pesos de agua (w1), gasolina (w2) y etanol (w3) utilizados en la

determinación de la curva binodal a T = 298,15 K

Concentración

Nominal w3

(%)

Corrida

Pesos (g)

Etanol w3 Agua w1 Etanol w3 Gasolina

Magna w2

1 0,0000 5,0492 0,0000 5,0309

0 2 0,0000 5,0560 0,0000 5,0239

3 0,0000 5,0714 0,0000 5,0441

1 0,5021 4,5108 0,5001 4,5034

10 2 0,5089 4,5024 0,5081 4,5134

3 0,4995 4,4882 0,4947 4,5192

1 1,0021 3,9832 1,0089 3,9912

20 2 1,0055 3,9986 1,0123 3,9830

3 1,0211 3,9895 1,0160 3,9886

1 2,0234 2,9700 1,9956 2,9975

40 2 2,0208 2,9854 2,0034 3,0004

3 2,0419 2,9585 2,0033 2,9998

1 2,9901 2,0165 3,0345 1,9665

60 2 2,9861 2,0234 3,0289 1,9788

3 2,9704 2,0135 3,0397 1,9516

1 3,3101 1,5453

65 2 3,3302 1,5257

3 3,3250 1,5106

1 3,4799 1,4952 3,4599 1,4876

70 2 3,4701 1,4891 3,4509 1,4832

3 3,4679 1,4816 3,4418 1,4729

1 3,7455 1,2712

75 2 3,7398 1,2605

3 3,7320 1,2510

1 4,0014 1,0012 3,9505 1,0136

80 2 3,9967 0,9987 3,9458 1,0156

3 3,9872 1,0148 3,9354 1,0260

- 80 -

Tabla I.5.- Pesos de agua (w1), gasolina (w2) y etanol (w3) utilizados en la

determinación de la curva binodal a T = 308,15 K

Concentración Nominal w3

(%) Corrida

Pesos (g)

Etanol w3 Agua w1 Etanol w3 Gasolina

Magna w2

1 0,0000 5,0952 0,0000 5,0019

0 2 0,0000 5,0845 0,0000 4,9991

3 0,0000 5,1025 0,0000 5,0008

1 0,5142 4,4826 0,4927 4,4798

10 2 0,5007 4,4836 0,5010 4,4548

3 0,4904 4,4728 0,4965 4,4652

1 0,9906 4,0674 1,0067 4,0012

20 2 1,0021 4,0783 1,0112 3,9934

3 1,0002 4,0738 0,9957 3,9918

1 2,0318 2,9925 1,9992 3,0001

40 2 2,0110 2,9800 2,0076 2,9986

3 2,0224 2,9957 1,9956 2,9989

1 3,0110 2,0455 2,9766 1,9654

60 2 3,0273 2,0214 2,9693 1,9508

3 3,0297 2,0527 2,9927 1,9576

1 3,3233 1,6888

65 2 3,3167 1,6793

3 3,3061 1,6858

1 3,4799 1,5106 3,4509 1,4812

70 2 3,4820 1,5032 3,4671 1,4840

3 3,4852 1,4972 3,4655 1,4901

1 3,7255 1,2802

75 2 3,7196 1,2775

3 3,7208 1,2764

1 4,0034 1,0065 3,9589 0,9880

80 2 3,9899 1,0011 3,9451 0,9989

- 81 -

Tabla I.6.- Pesos de agua (w1), gasolina (w2) y etanol (w3) utilizados en la

determinación de la curva binodal a T = 318,15 K

Concentración

Nominal w3

(%)

Corrida

Pesos (g)

Etanol w3 Agua w1 Etanol w3 Gasolina

Magna w2

1 0,0000 5,0852 0,0000 5,0760

0 2 0,0000 5,0915 0,0000 5,0761

3 0,0000 5,1100 0,0000 5,0507

1 0,5186 4,4923 0,4929 4,4415

10 2 0,5024 4,5044 0,5004 4,4537

3 0,5142 4,4834 0,4967 4,4476

1 1,0119 4,0090 0,9629 3,9807

20 2 0,9986 3,9989 0,9545 3,9929

3 1,0002 4,0087 0,9418 3,9894

1 1,9198 2,8263 1,9786 2,9781

40 2 1,9178 2,8265 1,9749 2,9620

3 1,9080 2,8523 1,9845 2,9636

1 3,0198 2,0403 2,9536 1,9719

60 2 3,0056 2,0588 2,9670 1,9827

3 3,0223 2,0377 2,9699 1,9751

1 3,2101 1,7895

65 2 3,1993 1,7934

3 3,2176 1,7901

1 3,5023 1,5022 3,4572 1,4813

70 2 3,4878 1,5063 3,4479 1,4786

3 3,4853 1,4978 3,4526 1,4800

1 3,7243 1,2814

75 2 3,7188 1,2756

3 3,7197 1,2802

1 3,9815 0,9987 3,9429 1,0025

80 2 3,9742 1,0098 3,9218 0,9892

3 3,9865 0,9869 3,9399 0,9958

- 82 -

Cantidad en peso del tercer componente del sistema ternario (agua/ gasolina) para

alcanzar el punto de turbidez.

Tabla I.7.- Pesos de agua (w1), y gasolina sintética (w2) utilizados para alcanzar el

punto de turbidez en la determinación de la curva binodal a T = 298,15 K

w3 /w1

Concentración

nominal

(porcentaje

peso)

Pesos de Gasolina sintética w2 (g)

Corrida Corrida Corrida Valor

promedio

w2

Desviación

estándar de

w2 1 2 3

Etanol/ Agua

0 0,0105 0,0112 0,0128 0,0115 0,0010

10 0,0187 0,0166 0,0158 0,0170 0,0012

20 0,0210 0,0270 0,0245 0,0242 0,0025

40 0,0343 0,0356 0,0341 0,0347 0,0007

60 0,051 0,0489 0,05445 0,0515 0,0023

70 0,1245 0,1185 0,1232 0,1221 0,0026

75 0,4987 0,4800 0,4942 0,4910 0,0080

80 0,6368 0,6348 0,63625 0,6360 0,0008

w3 /w2

Concentración

nominal

(porcentaje

peso)

Pesos de Agua w1 (g)

Corrida Corrida Corrida Valor

promedio

w1

Desviación

estándar de

w1 1 2 3

Etanol/

Gasolina

sintética

0 0,0089 0,0071 0,0074 0,0078 0,0008

10 0,0164 0,0151 0,0158 0,0158 0,0005

20 0,0556 0,0543 0,0537 0,0545 0,0008

40 0,1722 0,1765 0,1706 0,1731 0,0025

60 0,3623 0,3588 0,3600 0,3604 0,0015

65 0,5111 0,5019 0,5188 0,5106 0,0069

70 0,4900 0,4924 0,4897 0,4907 0,0012

80 0,7232 0,7289 0,7305 0,7275 0,0031

- 83 -

Tabla I.8.- Pesos de agua (w1), y gasolina sintética (w2) utilizados para alcanzar el

punto de turbidez en la determinación de la curva binodal a T = 308,15 K

w3 /w1

Concentración

nominal

(porcentaje

peso)

Pesos de Gasolina sintética w2 (g)

Corrida Corrida Corrida Valor

promedio

w2

Desviación

estándar de

w2 1 2 3

Etanol/ Agua

0 0,0129 0,0133 0,013 0,0131 0,0002

10 0,0208 0,02 0,0197 0,0202 0,0005

20 0,025 0,0278 0,0270 0,0266 0,0012

40 0,053 0,054 0,0511 0,0527 0,0012

60 0,0871 0,0881 0,0876 0,0876 0,0004

70 0,2045 0,2049 0,2071 0,2055 0,0011

75 0,463 0,4656 0,463306 0,4640 0,0012

80 0,7700 0,7670 0,7760 0,7710 0,0037

w3 /w2

Concentración

nominal

(porcentaje

peso)

Pesos de Agua w1 (g)

Corrida Corrida Corrida Valor

promedio

w1

Desviación

estándar de

w1 1 2 3

Etanol/

Gasolina

sintética

0 0,0111 0,0128 0,0112 0,0117 0,0008

10 0,0456 0,0498 0,0489 0,0481 0,0018

20 0,074 0,0789 0,0711 0,0747 0,0032

40 0,2105105 0,217924 0,2069226 0,2118 0,0046

60 0,4098 0,4156 0,4082 0,4112 0,0032

65 0,5761251 0,5992801 0,5761251 0,5838 0,0109

70 0,5811 0,5823 0,5859 0,5831 0,0020

80 0,8656 0,8640 0,8591 0,8629 0,0028

- 84 -

Tabla I.9.- Pesos de agua (w1), y gasolina sintética (w2) utilizados para alcanzar el

punto de turbidez en la determinación de la curva binodal a T = 318,15 K

w3 /w1

Concentración

nominal

(porcentaje

peso)

Pesos de Gasolina sintética w2 (g)

Corrida Corrida Corrida Valor

promedio

w2

Desviación

estándar de

w2 1 2 3

Etanol/ Agua

0 0,014 0,0187 0,0141 0,0156 0,0022

10 0,0321 0,0336 0,0375 0,0344 0,0023

20 0,0412 0,0365 0,0405 0,0394 0,0021

40 0,1038 0,1004 0,1051 0,1031 0,0020

60 0,1401 0,1367 0,1222 0,1330 0,0078

70 0,3152 0,3091 0,3069 0,3104 0,0035

75 0,5311 0,5329 0,5374327 0,5338 0,0027

80 1,052 1,041 1,0513 1,0481 0,0050

w3 /w2

Concentración

nominal

(porcentaje

peso)

Pesos de Agua w1 (g)

Corrida Corrida Corrida Valor

promedio

w1

Desviación

estándar de

w1 1 2 3

Etanol/

Gasolina

sintética

0 0,0181 0,0195 0,0185 0,0187 0,0006

10 0,0596 0,0572 0,0569 0,0579 0,0012

20 0,101 0,099 0,0976 0,0992 0,0014

40 0,2501 0,2421 0,2485 0,2469 0,0035

60 0,4355 0,4388 0,4349 0,4364 0,0017

65 0,6001 0,5971 0,5979 0,5984 0,0013

70 0,6579 0,6478 0,65915 0,6550 0,0051

80 1,0208 1,0201 1,0227 1,0212 0,0011

- 85 -

Tabla I.10.- Pesos de agua (w1), y gasolina Magna (w2) utilizados para alcanzar el

punto de turbidez en la determinación de la curva binodal a T = 298,15 K

w3 /w1

Concentración

nominal

(porcentaje

peso)

Pesos de Gasolina sintética w2 (g)

Corrida Corrida Corrida Valor

promedio

w2

Desviación

estándar de

w2 1 2 3

Etanol/ Agua

0 0,0110 0,0112 0,0128 0,0117 0,0008

10 0,0190 0,0156 0,0215 0,0187 0,0024

20 0,0343 0,0398 0,0353 0,0365 0,0024

40 0,0480 0,0472 0,0482 0,0478 0,0004

60 0,0783 0,0767 0,0674 0,0741 0,0048

70 0,1782 0,1766 0,1786 0,1778 0,0009

75 0,4201 0,4156 0,4203 0,4187 0,0022

80 0,8498 0,8534 0,8513 0,8515 0,0015

w3 /w2

Concentración

nominal

(porcentaje

peso)

Pesos de Agua w1 (g)

Corrida Corrida Corrida Valor

promedio

w1

Desviación

estándar de

w1 1 2 3

Etanol/

Gasolina

sintética

0 0,0085 0,0072 0,0077 0,0078 0,0005

10 0,0191 0,0178 0,0177 0,0182 0,0006

20 0,0790 0,0702 0,0737 0,0743 0,0036

40 0,2108 0,2156 0,2050 0,2105 0,0043

60 0,4123 0,4093 0,4073 0,4096 0,0020

65 0,5111 0,5019 0,5188 0,5106 0,0069

70 0,5801 0,5744 0,5843 0,5796 0,0041

80 0,8700 0,8656 0,8663 0,8673 0,0019

- 86 -

Tabla I.11.- Pesos de agua (w1), y gasolina Magna (w2) utilizados para alcanzar el

punto de turbidez en la determinación de la curva binodal a T = 308,15 K

w3 /w1

Concentración

nominal

(porcentaje

peso)

Pesos de Gasolina w2 (g)

Corrida Corrida Corrida Valor

promedio

w2

Desviación

estándar de

w2 1 2 3

Etanol/ Agua

0 0,0154 0,016 0,0156 0,0157 0,0002

10 0,0344 0,0439 0,0268 0,0350 0,0070

20 0,0375 0,0353 0,0386 0,0371 0,0014

40 0,0745 0,0781 0,0619 0,0715 0,0069

60 0,133 0,1376 0,142575 0,1377 0,0039

70 0,3122 0,3145 0,30735 0,3114 0,0030

75 0,56 0,5765 0,5734382 0,5700 0,0072

80 1,154 1,1564 1,166325 1,1589 0,0053

w3 /w2

Concentración

nominal

(porcentaje

peso)

Pesos de Agua w1 (g)

Corrida Corrida Corrida Valor

promedio

w1

Desviación

estándar de

w1 1 2 3

Etanol/

Gasolina

0 0,019 0,0181 0,019 0,0187 0,0004

10 0,0499 0,0406 0,04525 0,0453 0,0038

20 0,0964 0,0992 0,091425 0,0957 0,0032

40 0,2763 0,2654 0,2745571 0,2721 0,0048

60 0,48654 0,4794 0,49746 0,4878 0,0074

65 0,5066 0,5026 0,5154 0,5082 0,0053

70 0,6842 0,6988 0,6915 0,6915 0,0060

80 0,6842 0,6988 0,6915 0,6915 0,0060

- 87 -

Tabla I.12.- Pesos de agua (w1), y gasolina Magna (w2) utilizados para alcanzar el

punto de turbidez en la determinación de la curva binodal a T = 318.15 K

w3 /w1

Concentración

nominal

(porcentaje

peso)

Pesos de Gasolina w2 (g)

Corrida Corrida Corrida Valor

promedio

w2

Desviación

estándar de

w2 1 2 3

Etanol/ Agua

0 0,0154 0,016 0,0156 0,0157 0,0002

10 0,0344 0,0439 0,0268 0,0350 0,0070

20 0,0375 0,0353 0,0386 0,0371 0,0014

40 0,0745 0,0781 0,0619 0,0715 0,0069

60 0,133 0,1376 0,142575 0,1377 0,0039

70 0,3122 0,3145 0,30735 0,3114 0,0030

75 0,56 0,5765 0,5734382 0,5700 0,0072

80 1,154 1,1564 1,166325 1,1589 0,0053

w3 /w2

Concentración

nominal

(porcentaje

peso)

Pesos de Agua w1 (g)

Corrida Corrida Corrida Valor

promedio

w1

Desviación

estándar de

w1 1 2 3

Etanol/

Gasolina

0 0,019 0,0181 0,019 0,0187 0,0004

10 0,0499 0,0406 0,04525 0,0453 0,0038

20 0,0964 0,0992 0,091425 0,0957 0,0032

40 0,2763 0,2654 0,2745571 0,2721 0,0048

60 0,48654 0,4794 0,49746 0,4878 0,0074

65 0,5066 0,5026 0,5154 0,5082 0,0053

70 0,6842 0,6988 0,6915 0,6915 0,0060

80 0,6842 0,6988 0,6915 0,6915 0,0060

- 88 -

Tabla I.13.- Índices de refracción experimentales obtenidos en el ELL del sistema

gasolina sintética – etanol –agua a T = 298.15 K

Fase Línea de

Unión

Índice de refracción (nD) experimental (T = 298.15 K)

Corrida Corrida Corrida Valor

promedio

nD

Desviación

estándar de

nD 1 2 3

Gasolina

sintética

1 1,4265 1,4266 1,4267 1,4266 0,0001

2 1,4264 1,4264 1,4262 1,4263 0,0001

3 1,4261 1,4258 1,4260 1,4260 0,0001

4 1,4250 1,4245 1,4250 1,4248 0,0002

5 1,4233 1,4233 1,4235 1,4234 0,0001

6 1,4224 1,4233 1,4235 1,4231 0,0005

7 1,4200 1,4205 1,4200 1,4202 0,0002

Agua

1 1,3430 1,3425 1,3430 1,3428 0,0002

2 1,3545 1,3547 1,3547 1,3546 0,0001

3 1,3629 1,3625 1,3629 1,3628 0,0002

4 1,3644 1,3645 1,3644 1,3644 0,0000

5 1,3700 1,3705 1,3703 1,3703 0,0002

6 1,3728 1,3730 1,3730 1,3729 0,0002

7 1,3754 1,3754 1,3750 1,3753 0,0001

- 89 -

Tabla I.14.- Índices de refracción experimentales obtenidos en el ELL del sistema

gasolina sintética – etanol – agua a T = 308.15 K

Fase Línea de

Unión

Índice de refracción (nD) experimental (T = 308.15 K)

Corrida Corrida Corrida Valor

promedio

nD

Desviación

estándar de

nD 1 2 3

Gasolina

sintética

1 1,4265 1,4266 1,4267 1,4266 0,0001

2 1,4264 1,4264 1,4262 1,4263 0,0001

3 1,4261 1,4258 1,4260 1,4260 0,0001

4 1,4250 1,4245 1,4250 1,4248 0,0002

5 1,4233 1,4233 1,4235 1,4234 0,0001

6 1,4224 1,4233 1,4235 1,4231 0,0005

7 1,4200 1,4205 1,4200 1,4202 0,0002

Agua

1 1,3430 1,3425 1,3430 1,3428 0,0002

2 1,3545 1,3547 1,3547 1,3546 0,0001

3 1,3629 1,3625 1,3629 1,3628 0,0002

4 1,3644 1,3645 1,3644 1,3644 0,0000

5 1,3700 1,3705 1,3703 1,3703 0,0002

6 1,3728 1,3730 1,3730 1,3729 0,0002

7 1,3754 1,3754 1,3750 1,3753 0,0001

- 90 -

Tabla I.15.- Índices de refracción experimentales obtenidos en el ELL del sistema

gasolina sintética – etanol – agua a T = 318.15 K

Fase Línea de

Unión

Índice de refracción (nD) experimental (T = 318.15 K)

Corrida Corrida Corrida Valor

promedio

nD

Desviación

estándar de

nD 1 2 3

Gasolina

sintética

1 1,4156 1,4156 1,4156 1,4156 0,0000

2 1,4152 1,4153 1,4153 1,4153 0,0000

3 1,4151 1,415 1,4151 1,4151 0,0000

4 1,415 1,4145 1,4147 1,4147 0,0002

5 1,4137 1,414 1,4137 1,4138 0,0001

6 1,412 1,4121 1,4115 1,4119 0,0003

7 1,4105 1,4102 1,4101 1,4103 0,0002

Agua

1 1,3435 1,3434 1,3433 1,3434 0,0001

2 1,3501 1,35 1,35 1,3500 0,0000

3 1,3546 1,3547 1,3546 1,3546 0,0000

4 1,3588 1,3587 1,3586 1,3587 0,0001

5 1,369 1,3692 1,3692 1,3691 0,0001

6 1,372 1,3722 1,3722 1,3721 0,0001

7 1,3729 1,3732 1,373 1,3730 0,0001

- 91 -

Tabla I.16.- Índices de refracción experimentales obtenidos en el ELL del sistema

gasolina Magna – etanol – agua a T = 298.15 K

Fase Línea de

Unión

Índice de refracción (nD) experimental (T = 298.15 K)

Corrida Corrida Corrida Valor

promedio

nD

Desviación

estándar de

nD 1 2 3

Gasolina

sintética

1 1,4263 1,4264 1,4261 1,4263 0,0001

2 1,4260 1,4259 1,4260 1,4260 0,0000

3 1,4257 1,4259 1,4257 1,4258 0,0001

4 1,4253 1,4255 1,4255 1,4254 0,0001

5 1,4243 1,4243 1,4245 1,4244 0,0001

6 1,4229 1,4230 1,4229 1,4229 0,0000

7 1,4224 1,4225 1,4225 1,4225 0,0000

Agua

1 1,3428 1,3430 1,3428 1,3429 0,0001

2 1,3510 1,3507 1,3505 1,3507 0,0002

3 1,3545 1,3545 1,3546 1,3545 0,0000

4 1,3582 1,3581 1,3582 1,3582 0,0000

5 1,3680 1,3682 1,3682 1,3681 0,0001

6 1,3710 1,3705 1,3705 1,3707 0,0002

7 1,3732 1,3730 1,3725 1,3729 0,0003

- 92 -

Tabla I.17.- Índices de refracción experimentales obtenidos en el ELL del sistema

gasolina Magna – etanol – agua a T = 308.15 K

Fase Línea de

Unión

Índice de refracción (nD) experimental (T = 308.15 K)

Corrida Corrida Corrida Valor

promedio

nD

Desviación

estándar de

nD 1 2 3

Gasolina

sintética

1 1,4263 1,4264 1,4261 1,4263 0,0001

2 1,4260 1,4259 1,4260 1,4260 0,0000

3 1,4257 1,4259 1,4257 1,4258 0,0001

4 1,4253 1,4255 1,4255 1,4254 0,0001

5 1,4243 1,4243 1,4245 1,4244 0,0001

6 1,4229 1,4230 1,4229 1,4229 0,0000

7 1,4224 1,4225 1,4225 1,4225 0,0000

Agua

1 1,3428 1,3430 1,3428 1,3429 0,0001

2 1,3510 1,3507 1,3505 1,3507 0,0002

3 1,3545 1,3545 1,3546 1,3545 0,0000

4 1,3582 1,3581 1,3582 1,3582 0,0000

5 1,3680 1,3682 1,3682 1,3681 0,0001

6 1,3710 1,3705 1,3705 1,3707 0,0002

7 1,3732 1,3730 1,3725 1,3729 0,0003

- 93 -

Tabla I.18.- Índices de refracción experimentales obtenidos en el ELL del sistema

gasolina Magna – etanol – agua a T = 318.15 K

Fase Línea de

Unión

Índice de refracción (nD) experimental (T = 318.15 K)

Corrida Corrida Corrida Valor

promedio

nD

Desviación

estándar de

nD 1 2 3

Gasolina

sintética

1 1,4156 1,4156 1,4156 1,4156 0,0000

2 1,4152 1,4153 1,4153 1,4153 0,0000

3 1,4151 1,415 1,4151 1,4151 0,0000

4 1,415 1,4145 1,4147 1,4147 0,0002

5 1,4137 1,414 1,4137 1,4138 0,0001

6 1,412 1,4121 1,4115 1,4119 0,0003

7 1,4105 1,4102 1,4101 1,4103 0,0002

Agua

1 1,3435 1,3434 1,3433 1,3434 0,0001

2 1,3501 1,35 1,35 1,3500 0,0000

3 1,3546 1,3547 1,3546 1,3546 0,0000

4 1,3588 1,3587 1,3586 1,3587 0,0001

5 1,369 1,3692 1,3692 1,3691 0,0001

6 1,372 1,3722 1,3722 1,3721 0,0001

7 1,3729 1,3732 1,373 1,3730 0,0001

- 94 -

Tabla I.19.- Fracción masa en el ELL del sistema gasolina sintética – etanol – agua a T

= 298.15 K

Fase Línea de

Unión

Componente

(w)

Fracción masa componente en equilibrio w (T = 298.15 K)

Corrida Corrida Corrida Valor

promedio

w

Desviación

estándar de

w 1 2 3

Gasolina

sintética

1 Agua 0,0016 0,0016 0,0017 0,0017 0,0000

Gasolina 0,9918 0,9918 0,9884 0,9907 0,0016

2 Agua 0,0019 0,0016 0,0016 0,0017 0,0001

Gasolina 0,9751 0,9918 0,9918 0,9862 0,0079

3 Agua 0,0022 0,0025 0,0022 0,0023 0,0001

Gasolina 0,9551 0,9384 0,9584 0,9506 0,0088

4 Agua 0,0025 0,0026 0,0026 0,0026 0,0000

Gasolina 0,9350 0,9317 0,9317 0,9328 0,0016

5 Agua 0,0029 0,0028 0,0027 0,0028 0,0001

Gasolina 0,9117 0,9150 0,9250 0,9172 0,0057

6 Agua 0,0028 0,0029 0,0031 0,0029 0,0001

Gasolina 0,9184 0,9117 0,8983 0,9095 0,0083

7 Agua 0,0043 0,0043 0,0043 0,0043 0,0000

Gasolina 0,8737 0,8720 0,8737 0,8732 0,0008

Agua

1 Agua 0,8541 0,8474 0,8528 0,8515 0,0029

Gasolina 0,0040 0,0041 0,0040 0,0040 0,0000

2 Agua 0,6433 0,6414 0,6433 0,6427 0,0009

Gasolina 0,0063 0,0064 0,0063 0,0063 0,0000

3 Agua 0,4596 0,4371 0,4296 0,4421 0,0128

Gasolina 0,0091 0,0095 0,0096 0,0094 0,0002

4 Agua 0,4108 0,3958 0,4071 0,4046 0,0064

Gasolina 0,0099 0,0102 0,0100 0,0100 0,0001

5 Agua 0,2342 0,2416 0,2354 0,2371 0,0032

Gasolina 0,0495 0,0409 0,0481 0,0462 0,0038

6 Agua 0,1682 0,1560 0,1597 0,1613 0,0051

Gasolina 0,1277 0,1421 0,1378 0,1358 0,0061

7 Agua 0,1572 0,1560 0,1536 0,1556 0,0015

Gasolina 0,1407 0,1421 0,1450 0,1426 0,0018

- 95 -

Tabla I.20.- Fracción masa en el ELL del sistema gasolina sintética – etanol – agua a T

= 308.15 K

Fase Línea de

Unión

Componente

(w)

Fracción masa componente en equilibrio w (T = 308.15 K)

Corrida Corrida Corrida Valor

promedio

w

Desviación

estándar de

w 1 2 3

Gasolina

sintética

1 Agua 0,0028 0,0027 0,0027 0,0027 0,0001

Gasolina 0,9905 0,9929 0,9929 0,9921 0,0011

2 Agua 0,0036 0,0030 0,0025 0,0030 0,0005

Gasolina 0,9786 0,9881 0,9953 0,9873 0,0068

3 Agua 0,0036 0,0040 0,0036 0,0037 0,0002

Gasolina 0,9786 0,9738 0,9786 0,9770 0,0022

4 Agua 0,0044 0,0052 0,0044 0,0047 0,0004

Gasolina 0,9667 0,9547 0,9667 0,9627 0,0056

5 Agua 0,0077 0,0069 0,0077 0,0074 0,0004

Gasolina 0,9190 0,9309 0,9190 0,9229 0,0056

6 Agua 0,0108 0,0108 0,0111 0,0109 0,0002

Gasolina 0,8737 0,8737 0,8689 0,8721 0,0022

7 Agua 0,0187 0,0182 0,0176 0,0182 0,0004

Gasolina 0,8185 0,8247 0,8333 0,8255 0,0061

Agua

1 Agua 0,8206 0,8123 0,8189 0,8172 0,0036

Gasolina 0,0050 0,0051 0,0050 0,0051 0,0000

2 Agua 0,5753 0,5732 0,5753 0,5746 0,0010

Gasolina 0,0109 0,0110 0,0109 0,0110 0,0000

3 Agua 0,4245 0,4360 0,4245 0,4283 0,0054

Gasolina 0,0162 0,0158 0,0162 0,0161 0,0002

4 Agua 0,2882 0,2808 0,2783 0,2824 0,0042

Gasolina 0,0403 0,0446 0,0460 0,0436 0,0024

5 Agua 0,2450 0,2524 0,2462 0,2479 0,0032

Gasolina 0,0655 0,0612 0,0648 0,0638 0,0019

6 Agua 0,1404 0,1391 0,1404 0,1399 0,0006

Gasolina 0,1873 0,1902 0,1873 0,1883 0,0014

7 Agua 0,1283 0,1276 0,1264 0,1274 0,0008

Gasolina 0,2152 0,2167 0,2197 0,2172 0,0018

- 96 -

Tabla I.21.- Fracción masa en el ELL del sistema gasolina sintética – etanol – agua a T

= 318.15 K

Fase Línea de

Unión

Componente

(w)

Fracción masa componente en equilibrio w (T = 318.5 K)

Corrida Corrida Corrida Valor

promedio

w

Desviación

estándar de

w 1 2 3

Gasolina

sintética

1 Agua 0,0041 0,0044 0,0035 0,0040 0,0004

Gasolina 0,9912 0,9862 0,9989 0,9921 0,0052

2 Agua 0,0054 0,0042 0,0044 0,0047 0,0005

Gasolina 0,9735 0,9887 0,9862 0,9828 0,0067

3 Agua 0,0073 0,0073 0,0076 0,0074 0,0002

Gasolina 0,9481 0,9481 0,9430 0,9464 0,0024

4 Agua 0,0082 0,0091 0,0081 0,0085 0,0005

Gasolina 0,9354 0,9227 0,9366 0,9316 0,0063

5 Agua 0,0105 0,0110 0,0116 0,0110 0,0005

Gasolina 0,9049 0,8973 0,8897 0,8973 0,0062

6 Agua 0,0139 0,0139 0,0129 0,0135 0,0004

Gasolina 0,8592 0,8592 0,8719 0,8634 0,0060

7 Agua 0,0164 0,0164 0,0164 0,0164 0,0000

Gasolina 0,8267 0,8267 0,8267 0,8267 0,0000

Agua

1 Agua 0,8488 0,8439 0,8555 0,8494 0,0048

Gasolina 0,0072 0,0073 0,0072 0,0072 0,0000

2 Agua 0,5901 0,5722 0,5722 0,5782 0,0085

Gasolina 0,0201 0,0206 0,0206 0,0205 0,0002

3 Agua 0,4286 0,4107 0,4286 0,4227 0,0085

Gasolina 0,0248 0,0253 0,0248 0,0250 0,0002

4 Agua 0,3354 0,3306 0,3306 0,3322 0,0023

Gasolina 0,0428 0,0443 0,0443 0,0438 0,0007

5 Agua 0,2569 0,2504 0,2461 0,2511 0,0044

Gasolina 0,0774 0,0822 0,0854 0,0817 0,0033

6 Agua 0,1683 0,1693 0,1683 0,1686 0,0005

Gasolina 0,1679 0,1659 0,1679 0,1673 0,0010

7 Agua 0,1533 0,1523 0,1533 0,1530 0,0005

Gasolina 0,1962 0,1982 0,1962 0,1969 0,0010

- 97 -

Tabla I.22.- Fracción masa en el ELL del sistema gasolina Magna – etanol – agua a T =

298.15 K

Fase Línea de

Unión

Componente

(w)

Fracción masa componente en equilibrio w (T = 298.15 K)

Corrida Corrida Corrida Valor

promedio

w

Desviación

estándar de

w 1 2 3

Gasolina

sintética

1 Agua 0,0018 0,0017 0,0016 0,0017 0,0001

Gasolina 0,9902 0,9930 0,9957 0,9930 0,0022

2 Agua 0,0019 0,0019 0,0021 0,0020 0,0001

Gasolina 0,9875 0,9875 0,9820 0,9856 0,0026

3 Agua 0,0022 0,0025 0,0023 0,0024 0,0001

Gasolina 0,9792 0,9710 0,9765 0,9756 0,0034

4 Agua 0,0033 0,0038 0,0033 0,0035 0,0002

Gasolina 0,9490 0,9353 0,9490 0,9444 0,0065

5 Agua 0,0050 0,0050 0,0048 0,0049 0,0001

Gasolina 0,9023 0,9023 0,9078 0,9041 0,0026

6 Agua 0,0058 0,0050 0,0048 0,0052 0,0005

Gasolina 0,8776 0,9023 0,9078 0,8959 0,0131

7 Agua 0,0042 0,0034 0,0042 0,0040 0,0004

Gasolina 0,8707 0,8772 0,8707 0,8729 0,0031

Agua

1 Agua 0,8508 0,8579 0,8508 0,8532 0,0034

Gasolina 0,0058 0,0057 0,0058 0,0058 0,0001

2 Agua 0,7601 0,7523 0,7523 0,7549 0,0037

Gasolina 0,0049 0,0051 0,0051 0,0050 0,0001

3 Agua 0,4327 0,4483 0,4327 0,4379 0,0073

Gasolina 0,0137 0,0132 0,0137 0,0135 0,0002

4 Agua 0,3695 0,3648 0,3695 0,3679 0,0022

Gasolina 0,0198 0,0207 0,0198 0,0201 0,0004

5 Agua 0,2218 0,2202 0,2218 0,2212 0,0007

Gasolina 0,0895 0,0913 0,0895 0,0901 0,0008

6 Agua 0,1548 0,1531 0,1531 0,1536 0,0008

Gasolina 0,1618 0,1655 0,1655 0,1642 0,0017

7 Agua 0,1325 0,1359 0,1325 0,1337 0,0016

Gasolina 0,2097 0,2024 0,2097 0,2073 0,0035

- 98 -

Tabla I.23.- Fracción masa en el ELL del sistema gasolina Magna – etanol – agua a T =

308.15 K

Fase Línea de

Unión

Componente

(w)

Fracción masa componente en equilibrio w (T = 308.15 K)

Corrida Corrida Corrida Valor

promedio

w

Desviación

estándar de

w 1 2 3

Gasolina

sintética

1 Agua 0,0026 0,0025 0,0030 0,0027 0,0002

Gasolina 0,9915 0,9946 0,9854 0,9905 0,0038

2 Agua 0,0031 0,0033 0,0031 0,0032 0,0001

Gasolina 0,9823 0,9792 0,9823 0,9813 0,0015

3 Agua 0,0036 0,0033 0,0036 0,0035 0,0001

Gasolina 0,9730 0,9792 0,9730 0,9751 0,0029

4 Agua 0,0042 0,0039 0,0039 0,0040 0,0001

Gasolina 0,9607 0,9669 0,9669 0,9648 0,0029

5 Agua 0,0058 0,0058 0,0055 0,0057 0,0001

Gasolina 0,9300 0,9300 0,9361 0,9320 0,0029

6 Agua 0,0084 0,0080 0,0084 0,0083 0,0002

Gasolina 0,8850 0,8890 0,8850 0,8864 0,0019

7 Agua 0,0103 0,0099 0,0099 0,0100 0,0002

Gasolina 0,8650 0,8690 0,8690 0,8677 0,0019

Agua

1 Agua 0,8300 0,8270 0,8300 0,8290 0,0014

Gasolina 0,0058 0,0059 0,0058 0,0058 0,0000

2 Agua 0,7025 0,7129 0,7198 0,7117 0,0071

Gasolina 0,0052 0,0049 0,0047 0,0050 0,0002

3 Agua 0,5810 0,5810 0,5776 0,5799 0,0016

Gasolina 0,0089 0,0089 0,0090 0,0089 0,0000

4 Agua 0,4257 0,4293 0,4257 0,4269 0,0017

Gasolina 0,0065 0,0055 0,0065 0,0061 0,0005

5 Agua 0,2039 0,1952 0,1952 0,1981 0,0041

Gasolina 0,1198 0,1304 0,1304 0,1269 0,0050

6 Agua 0,1308 0,1353 0,1353 0,1338 0,0021

Gasolina 0,2334 0,2244 0,2244 0,2274 0,0042

7 Agua 0,1110 0,1128 0,1173 0,1137 0,0026

Gasolina 0,2730 0,2694 0,2604 0,2676 0,0053

- 99 -

Tabla I.24.- Fracción masa en el ELL del sistema gasolina Magna – etanol – agua a T =

318.15 K

Fase Línea de

Unión

Componente

(w)

Fracción masa componente en equilibrio w (T = 318.15 K)

Corrida Corrida Corrida Valor

promedio

w

Desviación

estándar de

w 1 2 3

Gasolina

sintética

1 Agua 0,0039 0,0039 0,0039 0,0039 0,0000

Gasolina 0,9916 0,9916 0,9916 0,9916 0,0000

2 Agua 0,0044 0,0043 0,0043 0,0043 0,0001

Gasolina 0,9820 0,9844 0,9844 0,9836 0,0011

3 Agua 0,0045 0,0047 0,0045 0,0046 0,0001

Gasolina 0,9796 0,9772 0,9796 0,9788 0,0011

4 Agua 0,0047 0,0053 0,0050 0,0050 0,0003

Gasolina 0,9772 0,9653 0,9701 0,9709 0,0049

5 Agua 0,0063 0,0059 0,0063 0,0061 0,0002

Gasolina 0,9462 0,9534 0,9462 0,9486 0,0034

6 Agua 0,0084 0,0083 0,0090 0,0085 0,0003

Gasolina 0,8982 0,8993 0,8925 0,8967 0,0030

7 Agua 0,0101 0,0104 0,0105 0,0103 0,0002

Gasolina 0,8812 0,8778 0,8767 0,8786 0,0019

Agua

1 Agua 0,8405 0,8417 0,8430 0,8417 0,0010

Gasolina 0,0063 0,0063 0,0063 0,0063 0,0000

2 Agua 0,6516 0,6552 0,6552 0,6540 0,0017

Gasolina 0,0110 0,0108 0,0108 0,0109 0,0001

3 Agua 0,4925 0,4889 0,4925 0,4913 0,0017

Gasolina 0,0206 0,0208 0,0206 0,0206 0,0001

4 Agua 0,3452 0,3486 0,3521 0,3486 0,0028

Gasolina 0,0406 0,0396 0,0386 0,0396 0,0008

5 Agua 0,1957 0,1916 0,1916 0,1930 0,0019

Gasolina 0,1266 0,1354 0,1354 0,1324 0,0041

6 Agua 0,1659 0,1574 0,1574 0,1602 0,0040

Gasolina 0,1627 0,1852 0,1852 0,1777 0,0106

7 Agua 0,1279 0,1153 0,1237 0,1223 0,0053

Gasolina 0,2638 0,2975 0,2750 0,2787 0,0140

Anexo II Curvas de calibración gasolina sintética – Índice de refracción

- 100 -

Anexo II Curvas de Calibración Sistemas gasolina – etanol – agua

- Sistema Gasolina sintética

Figura II.1 Curva calibración fracción masa agua – Índice de refracción a 298.15 K

Figura II.2 Curva calibración fracción masa gasolina sintética – Índice de refracción a 298.15 K

1,32

1,34

1,36

1,38

1,4

1,42

1,44

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

Ind

ice

de

Re

fra

cció

n

Agua Fracción Masa

Fracción masa de Agua - Índice de Refracción

Series1

1,32

1,34

1,36

1,38

1,4

1,42

1,44

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

Ind

ice

de

Ref

racc

ión

Fracción masa gasolina sintética

Fracción masa Gasolina sintética - Indice de refracción

Series1

- 101 -

Figura II.3 Curva calibración fracción masa agua – Índice de refracción a 308.15 K

Figura II.4 Curva calibración fracción masa gasolina sintética – Índice de refracción a

308.15 K

1,32

1,33

1,34

1,35

1,36

1,37

1,38

1,39

1,4

1,41

1,42

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

ïnd

ice

de

refr

acci

ón

Fracción masa Agua

Fracción masa Agua - Índice de Refracción

1,32

1,33

1,34

1,35

1,36

1,37

1,38

1,39

1,4

1,41

1,42

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

ïnd

ice

de

refr

acci

ón

Fracción masa gasolina sintética

Fracción masa gasolina sintética - índice de refracción

- 102 -

Figura II.5 Curva calibración fracción masa agua – Índice de refracción a 318.15 K

Figura II.6 Curva calibración fracción masa gasolina sintética – Índice de refracción a

318.15 K

1,32

1,33

1,34

1,35

1,36

1,37

1,38

1,39

1,4

1,41

1,42

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Índ

ice

de

refr

acci

ón

Fracción masa gasolina sintética

Fracción masa gasolina sintética - Índice de refracción

1,32

1,33

1,34

1,35

1,36

1,37

1,38

1,39

1,4

1,41

1,42

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

Índ

ice

de

refr

acci

ón

Fracción masa Agua

Fracción masa de Agua - Índice de Refracción

- 103 -

Curvas de calibración Gasolina Magna – Índice de refracción

Figura II.7 Curva calibración fracción masa agua – Índice de refracción a 298.15 K

Figura II.8 Curva calibración fracción masa gasolina Magna – Índice de refracción a 298.15 K

1,32

1,34

1,36

1,38

1,4

1,42

1,44

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

Índ

ice

de

refr

acci

ón

Fracción masa Agua

Fracción masa Agua - Índice de Refracción

1,32

1,34

1,36

1,38

1,4

1,42

1,44

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Índ

ice

de

refr

acci

ón

Fracción masa Gasolina Magna

Fracción masa gasolina Magna - Índice de refracción

- 104 -

Figura II.9 Curva calibración fracción masa Agua – Índice de refracción a 308.15 K

Figura II.10 Curva calibración fracción masa gasolina Magna – Índice de refracción a

308.15 K

1,3200

1,3300

1,3400

1,3500

1,3600

1,3700

1,3800

1,3900

1,4000

1,4100

1,4200

1,4300

0,0000 0,2000 0,4000 0,6000 0,8000 1,0000 1,2000

Índ

ice

de

ref

racc

ión

Fracción masa Agua

Fracción masa Agua -Índice de refracción

1,3200

1,3300

1,3400

1,3500

1,3600

1,3700

1,3800

1,3900

1,4000

1,4100

1,4200

1,4300

0,0000 0,2000 0,4000 0,6000 0,8000 1,0000 1,2000

Índ

ice

de

refr

acci

ón

Fracción masa Agua

Fracción masa gasolina Magna -Índice de refracción

- 105 -

Figura II.11 Curva calibración fracción masa agua – Índice de refracción a 318.15 K

Figura II.12 Curva calibración fracción masa gasolina Magna– Índice de refracción a

318.15 K

1,3200

1,3300

1,3400

1,3500

1,3600

1,3700

1,3800

1,3900

1,4000

1,4100

1,4200

1,4300

0,0000 0,2000 0,4000 0,6000 0,8000 1,0000 1,2000

Índ

ice

de

ref

racc

ión

Fracción masa agua

Fracción masa agua - índice de refracción

1,3200

1,3300

1,3400

1,3500

1,3600

1,3700

1,3800

1,3900

1,4000

1,4100

1,4200

1,4300

0,0000 0,2000 0,4000 0,6000 0,8000 1,0000 1,2000

Índ

ice

de

re

frac

ció

n

Fracción masa agua

Fracción masa gasolina Magna - índice de refracción

- 106 -

Anexo III

III. 1 Procedimiento determinación del índice de refracción

Para medir el índice de refracción se utilizará un refractómetro Erma modelo 16044, por

medio del siguiente procedimiento:

- Ajustar la escala del refractómetro.

- Comprobar que el prisma este limpio. Utilizar una pipeta para aplicar su muestra líquida al

prisma. Tener cuidado de no tocar el prisma con el extremo de la pipeta, esto puede rasguñar

el cristal suave del prisma.

- Colocar de 2 a 3 gotas de solución en el centro de la superficie del prisma.

- Cerrar cuidadosamente el prisma secundario.

- Encender la lámpara usando el interruptor en el lado izquierdo. Ajustarla lámpara para

asegurar el brillo adecuado en el prisma de medición.

- Observar por el ocular, girar la perilla de compensación de color hasta que aparezca una

línea clara y definida en el campo de visión.

- Girar la perilla de medición alineando la línea delimitadora con las líneas de intersección

(ajuste claro y oscuro al centro)

- Mover la palanca de la parte inferior izquierda y leer en la escala superior el índice de

refracción y repetir la operación en función del número de soluciones a usar. Registrar el

índice de refracción. Después leer el termómetro y registrarla temperatura.

- Después de terminar, limpiar el refractómetro

III. 2 Procedimiento de determinación de composición mediante Cromatografía de gases

Para la determinación de la concentración de cada componente en cada una de las fases en

equilibrio de los sistemas analizados, se utilizará la técnica del estándar interno.

Se prepararan varias muestras de diferente concentración y composición conocida en el

intervalo totalmente miscible con el objeto de cubrir el intervalo de concentración en el que se

espera determinar la región de medición del equilibrio líquido - líquido.

Para la preparación de la mezclas de concentración conocida se utilizan viales de 1 ml de

capacidad. En los viales se coloca el estándar interno con una masa constante de 0,2 gramos

- 107 -

que se debe medir con una balanza analítica que permita medir hasta la décima de miligramo

y después se agregan los demás componentes del sistema a estudiar con ayuda de una jeringa

en cada vial.

Los sistema se preparan de tal manera que cubra todo el intervalo de medición para los

análisis de fases en equilibrio, Se sugiere tentativamente preparar 14 mezclas para realizar la

curva de calibración de los sistema ternarios para los sistemas formados por benceno

ciclohexano y etanol acuoso.

Una vez que se preparen las mezclas, se agitan perfectamente para que sean homogéneas y

posteriormente se realiza el análisis en el cromatógrafo de gases.

De cada muestra de composición conocida se realizan tres inyecciones al cromatógrafo de

gases para obtener el área de cada componente y el área del estándar interno para obtener la

relación de áreas respectiva.

De las pesadas se obtiene la relación de pesos de los componentes y del estándar interno.

Con los cocientes de las áreas cromatograficas y de los pesos se hace el ajuste a una recta de

la relación de áreas en función de la relación de pesos para cada componente y se debe tener

un ajuste lineal

- 108 -

Anexo IV Análisis de reactivos y materias utilizadas

IV.1 Análisis de composición de Gasolina (Magna Pemex, 2012)

- 109 -

Cromatograma de la gasolina Magna

- 110 -

V.2 Análisis de calidad de etanol anhidro (EPPetroecuador, 2011)

- 111 -

Anexo IV

Fotos de equipos usados en el trabajo experimental

- 112 -