“predicciÓn de propiedades de mezclas gasolina-etanol
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA PETROLERA
“PREDICCIÓN DE PROPIEDADES DE MEZCLAS
GASOLINA-ETANOL MEDIANTE
ESPECTROSCOPIA DE INFRARROJO”
TESIS QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE
INGENIERO QUÍMICO PETROLERO
P R E S E N T AN
SERGIO MARES FLORES
DANIEL PÉREZ CASTILLO
A S E S O R
DR. JOSÉ FELIPE SANCHEZ MINERO
MAYO 2013
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AGRADECIMIENTOS
Brindamos nuestro más sincero agradecimiento al Proyecto SIP-IPN-20121386 “Análisis
Físico, Químico y Ambiental de la Incorporación de ETBE a Gasolina Comercial” así
como a todas las personas que hicieron posible la realización y culminación de este trabajo.
Al Dr. Felipe Sánchez Minero por su participación en la dirección del presente trabajo de
tesis, por su tiempo, paciencia, consejos y ayuda para poder sacar adelante este trabajo.
A Dios por darnos salud y vida para poder concluir una etapa más de nuestras vidas y por
bendecirnos con una maravillosa familia, por todo esto y más le estamos muy agradecidos
sabiendo que se encuentra siempre a nuestro lado.
Daniel Pérez Castillo
El siguiente trabajo esta dedicado con mucho cariño a mi Mamá y a mi Papá así como a
mis hermanos, como un pequeño gesto de agradecimiento por enseñarme siempre a seguir
adelante y nunca darme por vencido sin importar las dificultades que enfrente en mi camino
pero sobre todo por darme la Vida, Amor y un buen Ejemplo a seguir.
Sergio Mares Flores
A mi mamá por darme la vida, por los consejos que me dio, por la motivación, por las
dificultades y sacrificios que pasaste para que mi hermano y yo saliéramos adelante, por el
amor y paciencia que me tiene a pesar de que a veces no lo merezco. Solo quiero que sepas
que siempre te estaré agradecido GRACIAS MAMÁ TE QUIERO.
A mi papá por haberme infundado una disciplina y un carácter que me han servido a lo
largo de mi vida, por sus consejos, por su apoyo, por esas enseñanzas y por ese sacrificio
que al igual que mi mamá pasaste para que pudiera terminar con una etapa más en mi vida
gracias papá.
A mi hermano Erick por apoyarme a pesar que a veces no lo demuestra, por ser un ejemplo
para mí.
A mi tía María Guadalupe y a mi abuela Agustina que al igual que mis padres me
apoyaron a lo largo de esta etapa, pasando incluso dificultades de todo tipo. Las quiero
como si fueran mis madres también.
Hoy y siempre estaré agradecido con a mi familia ya que sin su cariño y comprensión no
hubiera podido salir adelante ya que nunca me dejaron caer, guiándome siempre a seguir
adelante y lograr nuevos objetivos. Por todo esto y más los quiero mucho.
5
Por ultimo agradecemos a nuestros compañeros de la carrera que a lo largo de ese tiempo
fuimos como una familia, viviendo momentos y experiencias que se me quedaran
grabadas en nuestra memoria, esperando poder contar con ellos en las siguientes etapas de
nuestra vida (Areli Arcos,Daniel Muñoz Medrano, Fernando Navarro León, Daniel
Fernando Hernández Calderón, Malinalli Pérez Vigueras, Juan José Domínguez Grajales,
Omar Salmerón, Gabino Rangel Galicia, Erick Quiroga Guayoso, Roque Cruz, Yamily
Reyes, Nadya Haydee y Liliana Hernández)
GRACIAS POR SU AMISTAD.
6
INDICE
Pág.
Resumen 11
Introducción 13
Capitulo I. Antecedentes
1.1 Gasolina 16
1.1.1 Definición 16
1.1.2 Propiedades Físicas y Químicas 17
1.1.3 Análisis Internacional 19
1.1.4 Análisis Nacional 20
1.2 Etanol 22
1.2.1 Definición 22
1.2.2 Análisis Internacional 23
1.2.3 Análisis Nacional 24
1.3 Espectroscopia de Infrarrojo 25
1.3.1 Definición 25
1.3.2 Descripción de la Prueba 25
1.3.3 Interpretación del Espectro de Infrarrojo 27
1.4 Predicción de Propiedades 28
1.4.1 Predicción de Propiedades de Gasolina 28
1.4.2 Predicción de Propiedades de Mezclas Gasolina-Etanol 29
7
Capitulo II. Caracterización
2.1 Preparación de Muestras 30
2.1.1 Preparación de Gasolina de Pool 30
2.1.2 Preparación de Mezcla Gasolina-Etanol 30
2.2 Caracterización de Muestras 31
2.2.1 Espectroscopia de Infrarrojo 31
2.2.2 Numero de Octano, Presión de Vapor y Poder Calorífico 32
Capitulo III. Análisis de Resultados
3.1 Análisis Cualitativo de IR 35
3.2 Análisis Cuantitativo de IR 37
Capitulo IV. Predicción de Propiedades de Mezclas Gasolina-Etanol
4.1 Factor de mezcla FCO 41
4.2 Estimación de Parámetros 43
Conclusiones 45
Bibliografía 46
Anexos 49
8
INDICE DE FIGURAS
Pág.
Figura 1.1 Demanda de productos petrolíferos en Mbpd durante el periodo
1999-2009.
19
Figura 1.2 Producción de gasolina Magna y Premium durante el periodo
1999-2009 en Mbpd.
21
Figura 1.3 Producción de gasolina en el sistema nacional de refinación
durante el periodo 1999-2009 en Mbpd.
22
Figura 1.4 Producción de etanol a nivel internacional durante el periodo
1999-2009 en Mtpe.
24
Figura 1.5 Esquema de los componentes que presenta un equipo de IR. 26
Figura 2.1 Espectrofotómetro de infrarrojo Spectrum GX de Perkin Elmer. 31
Figura 2.2 Número de Octano de mezclas gasolina-etanol 32
Figura 2.3 PVR de mezclas gasolina-etanol 33
Figura 2.4 Poder calorífico de mezclas gasolina-etanol 34
Figura 3.1 Espectros de IR de mezclas gasolina-etanol en la región de
4000 a 2500 cm-1
.
35
Figura 3.2 Espectros de IR de mezclas gasolina-etanol en la región de 1650
a 850 cm-1
.
36
Figura 3.3 Contribución de áreas de espectros IR de mezclas gasolina-
etanol.
38
Figura 3.4 área bajo la curva a 1050 cm-1
de cada una de las mezclas
gasolina-etanol.
39
9
Figura 4.1Propiedades fisicas y quimicas de mezclas gasolina-etanol en
funcion del factor FCO.
42
Figura 4.2Grafica de paridad (experimental vs calculado) de propiedades
fisicas y quimicas de mezclas gasolina-etanol.
44
10
INDICE DE TABLAS
Pág.
Tabla 1.1 Demanda de productos del petróleo por región para el año 1999 y
2009 en Mbpd.
20
Tabla 1.2 Propiedades físicas y químicas de gasolinas comercializadas en
México.
21
Tabla 1. 3 Propiedades físicas y químicas del etanol. 23
Tabla 1.4 Vibración de grupos funcionales en el IR medio (4000 a 650 cm-1
). 27
Tabla 2.1 Composición volumétrica de la gasolina de pool. 30
Tabla 3.1 Área bajo la curva a 1050 cm-1
y área bajo la curva total de cada
espectro IR de mezclas gasolina-etanol.
40
Tabla 4.1 Valores de FCO de cada una de las muestras gasolina- etanol en la
región 1050 cm-1
41
11
RESUMEN
La producción de gasolina en nuestro país está por debajo de la demanda requerida por lo
vehículos de transporte. Por lo tanto, es necesario importar una cantidad considerable de
este producto. Esto representa un grave problema en las finanzas internas debido a que el
precio de venta internacional de la gasolina está por encima del precio nacional, siendo
necesario subsidiar el valor restante o en su caso incrementar de manera constante el precio
de gasolina hasta que sea similar al valor internacional.
Una de las alternativas para solucionar el problema de importación es la utilización de
biocombustibles, ya sea como aditivos o en una mayor concentración en mezcla con
gasolina. En este sentido, el etanol aparece como el producto más viable, ya que cumple
con los requerimientos de combustible y se puede obtener en grandes cantidades del
territorio nacional.
De usarse una mezcla gasolina-etanol, es necesario conocer las propiedades físicas y
químicas de la misma. Esto permitirá hacer los ajustes necesarios durante el transporte,
venta y consumo de esta mezcla combustible. Consecuentemente, se requiere de una
caracterización completa de las mezclas gasolina-etanol e incluso proponer modelos
matemáticos de predicción de propiedades a partir de valores experimentales obtenidos con
técnicas que presentan bajo costo y un tiempo corto de prueba.
Así, en este trabajo se obtuvieron modelos para la predicción de numero de octano, presión
de vapor y poder calorífico de mezclas gasolina-etanol a partir de datos experimentales de
infrarrojo (IR). Los resultados muestran un aumento constante en la intensidad y área bajo
la curva de la banda a 1050 cm-1
conforme se adiciona etanol a la mezcla. Esta banda es
característica de la vibración del grupo OH de alcoholes. Por lo tanto, este valor fue
utilizado para obtener un factor FCO y posteriormente dicho factor es utilizado para
proponer los modelos de predicción.
12
Los modelos de predicción de numero de octano, presión de vapor y poder calorífico,
alcanzaron un alto grado de correlación (R2>0.98). Esto se confirma en las gráficas de
paridad, las cuales comparan el valor experimental con el valor calculado, el cual es
obtenido con el modelo matemático propuesto.
13
INTRODUCCIÓN
La gasolina es uno de los principales productos derivados del petróleo. Su producción
presenta un valor ascendente a través del tiempo debido al constante incremento de
vehículos de transporte. Este combustible está compuesto de hidrocarburos parafinicos, iso-
parafinicos, olefínicos, nafténicos y aromáticos. Además, presenta compuestos de azufre,
los cuales son considerados contaminantes. Antes de ser comercializada, la gasolina se
mezcla con oxigenantes, anti-oxidantes y dispersantes, los cuales mejoran sus propiedades
físicas y químicas, cumpliendo así con la legislación ambiental existente (NOM-086-
SEMARNAT-SENER-SCFI-2005).
Los oxigenantes utilizados actualmente son el metil-terbutil-eter (MTBE) y el teramil-
metil-éter (TAME). Sin embargo, estudios recientes revelan la presencia de MTBE en
mantos freáticos [1,2]. Por lo tanto, la utilización de estos éteres puede provocar problemas
de salud. Una de las alternativas para sustituir los éteres es la utilización de
biocombustibles como el etanol, el cual es obtenido a partir de materia prima renovable,
además de que no presenta compuestos de azufre.
En la actualidad ya se implementa la utilización de etanol como combustible, ya sea a bajas
concentraciones (aditivo de gasolina) o a altas concentraciones (mezclas gasolina-etanol).
Por consiguiente, es necesario caracterizar estas mezclas para establecer el efecto del etanol
en la reformulación de la gasolina. Una de las técnicas más utilizadas para caracterizar los
combustibles es la espectroscopia de infrarrojo (IR) debido a su bajo costo y corto tiempo
de prueba [3].
En la literatura se muestran estudios relacionados con la presencia de compuestos
oxigenados como el etanol en gasolina mediante IR y análisis de modelos para la
predicción de propiedades de gasolina a partir de datos experimentales de IR [4, 5,6].
14
Tomando en cuenta lo anterior, en este trabajo se propone la obtención de modelos
matemáticos para la predicción de propiedades físicas y químicas de mezclas gasolina-
etanol a partir de datos experimentales de IR.
Para cumplir este cometido se establecen los siguientes objetivos particulares:
Preparar una gasolina de pool a partir de gasolinas provenientes de diferentes plantas de
refinación (reformación, alquilación, isomerización y desintegración catalítica).
Preparar mezclas gasolina-etanol con diferente concentración de alcohol (0, 20, 40, 60,
80 y 100% volumen de etanol).
Caracterizar las mezclas gasolina-etanol mediante las técnicas de IR-medio (4000 a 850
cm-1
), numero de octano, presión de vapor y poder calorífico.
Obtener los modelos matemáticos para la predicción de propiedades de mezclas
gasolina-etanol a partir de datos experimentales de IR.
Para cubrir los objetivos anteriores se desarrollaron los siguientes capítulos:
En el Capítulo 1 se presentan los aspectos fundamentales de los combustibles: gasolina y
etanol. Una breve descripción de sus propiedades físico-químicas más importantes, la
demanda en el mercado nacional e internacional, y la descripción de la teoría de infrarrojo y
su enfoque hacia el análisis de mezclas gasolina-etanol.
En el Capítulo 2 se describe la metodología experimental para la formulación de una
gasolina base a partir de gasolinas provenientes de diferentes plantas de refinación. La
preparación de mezclas gasolina-etanol con diferente concentración de etanol y las técnicas
de caracterización utilizadas para el análisis de estas mezclas, particularmente la
espectroscopia de infrarrojo.
15
En el Capítulo 3 se realiza un análisis cualitativo y cuantitativo de los espectros de IR que
presentan las diferentes mezclas gasolina-etanol. En particular, se establece la banda que
caracteriza la presencia de etanol en la mezcla con gasolina (1050 cm-1
).
En el Capítulo 4 se establece un análisis para la obtención de modelos de predicción de
propiedades físicas y químicas de mezclas gasolina-etanol. A partir de los datos
experimentales de IR se obtiene un factor característico de la presencia de etanol en la
mezcla (FCO). En seguida, este factor es utilizado para la obtención de los modelos de
predicción.
16
1. ANTECEDENTES
1.1 Gasolina
1.1.1 Definición
La gasolina es el principal derivado del petróleo crudo debido a su alto consumo en
sistemas de combustión interna. Está compuesta de carbono, hidrogeno, oxigeno, azufre,
nitrógeno y trazas de metales. Presenta cadenas de carbonos que van desde pentanos hasta
dodecanos, divididos en compuestos parafinicos, iso-parafinicos, olefínicos, naftenícos y
aromáticos.
La gasolina comercial es una mezcla de varias gasolinas obtenidas en diferentes plantas de
refinación (isomerización, reformación, alquilación y desintegración catalítica). Además de
que contiene aditivos oxigenantes (MTBE, TAME), los cuales mejoran sus propiedades
físicas y químicas. A continuación se presenta un resumen de las diferentes gasolinas
obtenidas en los centros de refinación:
Gasolina de Reformación: Proceso que mejora la calidad antidetonante (octanaje) de las
gasolinas, ya que en esta planta se obtiene una mezcla con alta concentración de
hidrocarburos cíclicos insaturados (benceno, tolueno y xilenos). Esta unidad fue diseñada
para elevar el octanaje de las naftas pesadas.
Gasolina de Alquilación: El proceso de alquilación comprende la combinación de una
olefina con un hidrocarburo parafínico o aromático, en presencia de un catalizador (ácido
fluorhídrico o sulfúrico). Como producto se obtienen iso-parafinas, las cuales presentan un
mayor octanaje que las parafinas lineales.
Gasolina de Isomerización: Proceso mediante el cual se altera la estructura de una molécula
sin adicionar o sustraer algún átomo de la misma. Como productos se obtienen iso-
17
parafinas con alto número de octano. Así, los hidrocarburos lineales de la gasolina se
ramifican para formar isómeros.
Gasolina de Desintegración Catalítica: Proceso que consiste en descomponer moléculas
grandes de hidrocarburos en moléculas más simples de mayor valor agregado. Para ello, se
utilizan catalizadores ácidos. De esta planta se obtienen gases, gasolina y diesel a partir de
gasóleos.
1.1.2 Propiedades Físicas y Químicas
Las propiedades físicas y químicas de la gasolina son muy importantes ya que permiten la
toma de decisiones en cuanto al almacenamiento, transporte y consumo de este producto. A
continuación se presentan algunas de las propiedades más relevantes:
Curva de Destilación: La gasolina es una mezcla de varios hidrocarburos los cuales
presenta un intervalo de ebullición (normalmente de 40 a 230ºC). Por tanto, es necesario
obtener la curva de destilación de este producto para establecer sus componentes. En la
industria petrolera se utilizan diversas curvas de destilación, las más comunes son la ASTM
(de acuerdo con la normatividad existente) y la TBP (punto de ebullición verdadero).
La curva de destilación puede arrojar varios resultados. Por ejemplo, al 10% de destilado la
temperatura de ebullición debe ser inferior a 70ºC para asegurarse que existen suficientes
componentes volátiles para un arranque en frío. A un 50% de destilado, la temperatura de
ebullición debe ser inferior a 140ºC para asegurar una volatilidad correcta y una máxima
potencia durante la aceleración del motor. Finalmente, a un 90% de destilado, la
temperatura de ebullición debe ser inferior a 190ºC para evitar depósitos en el motor como
dilución del aceite.
Densidad: Es una propiedad intensiva de la materia definida como la relación de la de un
objeto dividida por su volumen, por lo tanto, cuanto mayor sea la densidad de un
compuesto, más pesado será. La gasolina presenta un intervalo de densidad absoluta de 0.7
18
a 0.8 g/ml a condiciones normales de temperatura y presión (20ºC y 1 atmosfera). Si la
gasolina contiene muchos volátiles su densidad será menor, mientras que si presenta una
alta concentración de naftas pesadas su densidad será mayor.
Presión de Vapor: Es la presión de la fase gas o vapor de un sólido o un líquido a una
temperatura determinada en la que la fase líquida y el vapor se encuentra en equilibrio
dinámico. Su valor es independiente de las cantidades de líquido y vapor presentes mientras
existan ambas. Esta propiedad posee una relación inversamente proporcional con las
fuerzas de atracción intermoleculares debido a que cuanto mayor sea el módulo de las
mismas mayor deberá ser la cantidad de energía entregada (ya sea en forma de calor u otra
manifestación) para vencerlas y producir el cambio de estado. La gasolina normalmente
presenta valores de presión de vapor en el rango de 6 a 9 psi a 100ºF.
Relación Hidrogeno/Carbono (H/C):Esta relación es muy importante debido a que informa
la concentración de compuestos saturados o insaturados que puede presentar un
combustible como la gasolina. Así, cuando la relación H/C se eleva, se espera la presencia
de una mayor concentración de hidrocarburos saturados, mientras que cuando la relación
H/C desciende, la concentración de saturados decrece.
Por otro lado, se espera que si la relación H/C desciende, la cantidad de dióxido de carbono
(CO2) generado será menor, lo cual representa un beneficio ambiental en el entendido que
los hidrocarburos son la principal fuente generadora de este gas de efecto invernadero.
Número de Octano: Es la principal propiedad de la gasolina debida a que está directamente
relacionada con el rendimiento del motor del vehículo. Es la medida de su calidad
antidetonante, es decir, la resistencia que ofrece a la detonación mientras el pistón llega
hasta su máxima compresión (punto de quemado de combustible). Las gasolinas actuales
presentan valores de número de octano entre 90 y 100, dependiendo de la concentración de
oxigenantes presentes en la misma.
19
Poder Calorífico: Es la cantidad de calor que entrega un kilogramo de combustible al
oxidarse en forma completa. El poder calorífico expresa la energía máxima que puede
liberar la unión química entre un combustible y el comburente (O2). En la industria se
presentan dos magnitudes de poder calorífico: el superior (PCS) y el inferior (PCI).
Concentración de Azufre: La presencia de azufre en la gasolina es un parámetro importante
a caracterizar debido a que está directamente relacionado con la calidad del combustible, y
por consiguiente, con su costo en el mercado. En la actualidad, la legislación ambiental
marca la utilización de gasolina con ultra bajo contenido de azufre (< 50 ppm de azufre).
1.1.3 Análisis Internacional
La demanda de petróleo alcanzó 84,077 millones de barriles por día (Mbpd)durante 2009,
lo cual representa un aumento constante a través del tiempo. En la Figura 1.1 se muestra la
cantidad de destilados obtenidos durante el periodo 1999-2009. Se observa que los
destilados ligeros presentan un incremento de 23,948 Mbpd durante 1999 a 27,173 Mbpd
durante 2009, lo cual representa un 13.4%.
Figura 1.1 Demanda de productos petrolíferos en Mbpd durante el periodo 1999-2009. [7]
20
Por otro lado, en la Tabla 1.1 se muestra la producción de combustibles por región en el
año 1999 y 2009, respectivamente. Para los destilados ligeros se observa que el mayor
incremento en la demanda le corresponde a Asia Pacifico, lo cual se debe a que en esta
región están integrados países como China con un alto crecimiento económico. En
contraste, Europa muestra una disminución en la demanda de ligeros debido a que se han
empezado a utilizar combustibles alternos.
Norte América Centro y
Sudamérica
Europa Rusia Medio Oriente África Asia Pacifico
1999 2009 1999 2009 1999 2009 1999 2009 1999 2009 1999 2009 1999 2009
Destilados
Ligeros
9,998 10,803 1,65 1,812 4,386 3,328 880 1,112 899 1,583 582 719 5,553 7,817
Destilados
Intermedios
6,628 6,332 1,625 2,011 6,69 7,642 1,022 1,222 1,513 2,257 1,006 1,356 7,613 9,326
Combustóleo 1,415 814 715 791 2,093 1,491 936 421 1,3 1,776 501 420 3,694 3,083
Otros 5,245 4,877 915 1,04 2,877 2,947 877 1,21 978 1,53 401 586 3,657 5,771
Tabla 1.1Demanda de productos del petróleo por región para el año 1999 y 2009 en Mbpd. [8]
A partir de lo anterior, se espera que en los próximos años aumente la demanda de
destilados ligeros (gasolina) hasta llegar a un máximo, el cual puede ser a corto plazo
debido al fuerte incremento en el uso de biocombustibles, así como a la utilización de autos
con energía eléctrica.
1.1.4 Análisis Nacional
En la Tabla 1.2 se presentan algunas propiedades físicas y químicas de las gasolinas
comerciales de nuestro país (Magna y Premium). La principal diferencia entre estas
gasolinas en su número de octano, mientras la Premium tiene 92 octanos, la Magna tiene 87
octanos.
Lo anterior está directamente relacionado con la concentración de oxigenantes que presenta
cada gasolina. Así, la Premium muestra una mayor concentración de metil-terbutil-eter
(MTBE) que la Magna.
21
Gasolina Premium Magna
Numero de Octano 92 87
Gravedad específica @ 20/4 °C 0.70 – 0.80 0.70 – 0.80
Presión de vapor @ 37.8 °C (psi) 6.5 – 7.8 lb/pulg2 9.0 – 11.5 lb/pulg
2
Tabla 1.2 Propiedades físicas y químicas de gasolinas comercializadas en México. [9]
En cuanto al consumo de gasolina, en la Figura 1.2 se muestra la producción interna de
gasolina Magna y Premium en el periodo 1999-2009. Así, la gasolina Magna se produce en
mayor cantidad que la gasolina Premium (en promedio, 20 veces más). Esto puede deberse
a que la gasolina Magna presenta las características necesarias para una buena combustión
y menor costo que la Premium.
Figura 1.2 Producción de gasolina Magna y Premium durante el periodo 1999-2009 en Mbpd. [10]
En particular, se observa que mientras la gasolina Magna presenta un ligero incremento en
su producción en los últimos años, la gasolina Premium muestra una producción casi
constante.
En la Figura 1.3 se muestra la producción de gasolina en el sistema nacional de refinación
durante el periodo 1999-2009. En general, se observa que la producción de gasolina ha
permanecido casi constante durante los últimos diez años, lo cual puede ser negativo para
22
las finanzas de Petróleos Mexicanos. La refinería de Tula es la que contribuye con un
mayor volumen de gasolina, sin embargo, Cadereyta presenta un incremento considerable
en la producción de este combustible debido a la reconfiguración realizada en los últimos
años. Este tipo de cambios se prevén para otros centros de refinación como Madero y
Minatitlán.
Figura 1.3 Producción de gasolina en el sistema nacional de refinación durante el periodo 1999-2009 en
Mbpd. [10]
De acuerdo con lo anterior, es necesario importar una cantidad casi similar a la producida
en territorio nacional para abastecer la demanda actual de este combustible. Así, hoy en día
se importan alrededor de 450 Mbpd. Esto indudablemente afecta el precio de la gasolina, el
cual se ha incrementado en los últimos años.
1.2 Etanol
1.2.1 Definición
Se conoce también como alcohol etílico, líquido incoloro e inflamable con un punto de
ebullición de 78 °C, masa molecular de 46 kg/kgmol, de naturaleza polar (soluble en agua)
y ampliamente utilizado como bebida alcohólica. Sin embargo, en los últimos años su
23
producción presenta un fuerte incremento debido a que puede ser utilizado como
combustible, ya sea como aditivo o a altas concentraciones en mezcla con gasolina.
En la Tabla 1.3 se presentan algunas de las propiedades físicas y químicas más importantes
del etanol. En comparación con la gasolina, este compuesto muestra una mayor densidad y
numero de octano, sin embargo, su poder calorífico es menor debido a la concentración de
oxigeno que presenta, esto lo hace un combustible de rápido consumo comparado con la
gasolina.
Parámetro Etanol
Poder calorífico inferior (KJ/Kg) 28,225
Densidad (Kg/L) 0.792
RON 102-130
MON 89-96
Presión de vapor (KPa) 15-17
Tabla 1. 3 Propiedades físicas y químicas del etanol. [11]
También su presión de vapor es inferior a la que presenta la gasolina, por lo tanto, si se
utiliza puro es necesario reconfigurar el sistema de combustión para asegurar un quemado
parejo en el cilindro del motor.
1.2.2 Análisis Internacional
La producción de biocombustibles como el etanol a partir de cultivos sustentables que
utilicen tierras no destinadas a la producción de alimentos y a su vez no utilicen agua que
pueda ser destinada al consumo humano, aparece como una alternativa creciente a nivel
internacional, principalmente en países como Estados Unidos y Brasil (Figura 1.4).
24
Figura 1.4 Producción de etanol a nivel internacional durante el periodo 1999-2009 en Mtpe. [12]
Así, la producción de alcohol se ha incrementado de 9,269 millones de toneladas de
petróleo crudo equivalente (Mtpe) en 1999 a 38,418 Mtpe en 2009 (4 veces). En particular,
Estados unidos es el que presenta un mayor incremento en la producción de etanol,
ubicándose como el principal productor a nivel mundial.
1.2.2 Análisis Nacional
En México, desde hace varios años se produce etanol a partir de la caña de azúcar en los
diferentes ingenios del país, sin embargo, su uso está directamente relacionado con la
industria de bebidas.
No obstante de contar con capacidad instalada para producir mayor cantidad, los ingenios
no la utilizan debido a que la demanda es limitada y el insumo es cíclico. En promedio, la
capacidad utilizada es de 44% respecto a la capacidad instalada.
Otro detalle muy importante es que de acuerdo con los registros estadísticos, la producción
de etanol ha disminuido en los últimos años. Así, en 1988 se produjeron 70 millones de
litros, mientras que en 2004 se obtuvieron solo 35 millones de litros.
25
A principios de 2008 el Congreso de la Unión aprobó la Ley de Promoción y Desarrollo de
Bioenergéticos. Las líneas actuales de desarrollo de biocombustibles en México parten de
dos materias primas con niveles altos de producción en el país, la caña de azúcar y el grano
de maíz. Por lo tanto, se propone la utilización del trigo, sorgo, yuca y remolacha azucarera
o betabel, además de algas verdes, todos para la producción de biocombustibles como el
etanol.
1.3 Espectroscopia de Infrarrojo
1.3.1 Definición
La espectrofotometría infrarroja (IR) es una herramienta para la elucidación de propiedades
moleculares de los compuestos químicos. La técnica se basa en la vibración de los enlaces
que presenta una estructura química debido al paso de un haz de luz a través de la muestra a
estudiar.
Así, se ha encontrado que ciertas agrupaciones atómicas dan lugar a bandas de absorción de
energía en un determinado intervalo de frecuencias, independientemente de la naturaleza
del resto de la molécula. La existencia de estas bandas características de grupos funcionales
permite una amplia utilización de la espectroscopia IR en la determinación estructuras
químicas.
1.3.2 Descripción de la Prueba
Los equipos de IR se clasifican de acuerdo con la técnica de medición utilizada. Los
equipos de IR dispersivos fueron los primeros en desarrollarse y funcionan sobre la base de
la irradiación secuencial de la muestra con radiaciones de IR a diferentes frecuencias. Los
equipos de IR con transformada de Fourier (FT-IR) se basan en determinaciones
interferometricas, en donde la muestra se somete a la irradiación simultánea proveniente de
la fuente IR policromática. Los equipos FT-IR que suministran la información en forma
digitalizada se han impuesto frente a los de tipo dispersivo en las últimas décadas por la
26
rapidez, sensibilidad y resolución. En la Figura 1.5 se muestran los principales
componentes del equipo de IR.
Figura 1.5 Esquema de los componentes que presenta un equipo de IR. [13]
El espectrofotómetro de infrarrojo está equipado con una fuente de emisión de radiación
infrarroja, la cual normalmente es una barra de material cerámico. La radiación emitida por
esta fuente se divide en dos haz al atravesar una serie de espejos. Un haz pasa por una celda
que contiene una disolución del compuesto orgánico (haz de la muestra) que se desea
estudiar, mientras que el otro haz atraviesa una celda que solo contiene el disolvente
empleado (haz de referencia). Los dos haces de luz se dirigen hacia un dispositivo que
permite el paso alternado de ellos (interruptor rotatorio).
La acción del interruptor permite alternar la llegada al detector del haz de la muestra con la
llegada del haz de referencia, pudiéndose comparar estas señales mediante una serie de
circuitos electrónicos. Como la absorción por el disolvente es la misma en ambas celdas, el
efecto de este se puede restar y el registrador recibe solo las señales debidas a la absorción
de la muestra.
27
Estas radiaciones, separadas por su valor de longitud de onda, pasan a través de una ranura
y llegan a un detector. El detector es una bobina de alambre cuya resistencia depende de la
intensidad de la radiación, generándose así el espectro de IR de la muestra.
1.3.3 Interpretación del Espectro de Infrarrojo
La espectrometría de infrarrojo es sumamente útil para determinaciones cualitativas de
compuestos orgánicos mediante la deducción de estructuras moleculares a partir de las
vibraciones que presentan sus enlaces o grupos funcionales. La región del infrarrojo se
divide en tres regiones: IR cercano (<650 cm-1
), IR medio (4000 a 650 cm-1
) e IR lejano
(15000 a 4000 cm-1
).
En la mayoría de los casos, la región de mayor importancia o fundamental es la de IR
medio, ya que la mayoría de los equipos de IR cubren ésta región. En la Tabla 1.4 se
muestra el número de onda al cual vibran los diferentes grupos funcionales.
Familia Grupo funcional Banda (cm-1) Asignación
Alcanos
CH3
2880-2975 v C-H CH2
CH
CH3 1435 – 1470 δ C-H asim
1370 – 1385 δ C-H sim
C=C no conjugada 1650 v C=C
C=C conjugada 1600 v C=C
Aromáticos
3030-3080 ν C-H
1600 (1580) y 1500
(1450) ν C=C
Alcoholes y Fenoles ROH y Fenoles 1200 - 1400 δ O-H
Tabla 1.4 Vibración de algunos grupos funcionales en el infrarrojo medio (4000 a 650 cm-1
). [14]
28
Las absorciones de los enlaces hidrógeno-X (X=O, N, C) dominan la región de número de
onda elevado. Los compuestos orgánicos presentan una gran cantidad de enlaces C-H, los
cuales presentan vibraciones en la región de 3000-2800 y 1500-1350 cm-1
, dependiendo del
tipo de grupo (metil o metileno).
La vibración del grupo O-H permite dilucidad la presencia de alcoholes. Las bandas
características de este grupo funcional aparecen alrededor de los 3350 cm-1
y en la región
de 1250 a 1000 cm-1
.
Los grupos aromáticos (C=C) presentan bandas características por arriba de 3000 cm-1
y
alrededor de 1600 cm-1. Además, en la zona de 1000 a 800 cm-1
aparecen una serie de
bandas relacionadas con vibraciones C-H de anillos aromáticos.
Finalmente, la región de 1200 a 700 cm-1
se conoce como huella digital debido a que en
esta zona cada compuesto presenta un conjunto de bandas de absorción característico, el
cual no se repite para dos o más compuestos.
1.4 Predicción de Propiedades
1.4.1 Predicción de Propiedades de Gasolina
En la literatura se presentan diversos trabajos relacionados con la caracterización de
gasolina mediante espectroscopia de infrarrojo. Algunos de ellos solo muestran un análisis
cualitativo, mientras que otros presentan un análisis cualitativo, el cual puede ser útil para
la predicción de propiedades físicas y químicas de la gasolina.
Uno de estos trabajos consultados, está relacionado con la predicción del número de octano
en gasolinas mediante espectroscopia de infrarrojo por transformada de Fourier (FT-IR)
[15]. En particular, se clasificaron cinco regiones de absorción, las cuales corresponden a
bandas de compuestos alifáticos y aromáticos. La intensidad de estas bandas fue utilizada
29
para obtener modelos de predicción de numero de octano de investigación (RON) con un
coeficiente de correlación (R2) superior a 0.95.
Por su parte, otro investigador desarrollo un procedimiento experimental y computacional
para predecir simultáneamente varias propiedades de la gasolina (número de octano de
investigación, numero de octano de motor, concentración de aromáticos, concentraciones
de olefinas, concentración de parafinas, concentración de oxigenados) a partir de un
espectro de infrarrojo (IR) [16]. Los modelos propuestos alcanzaron un coeficiente de
correlación (R2) con valores de 0.94 a 0.99.
Estudios más recientes demuestran que la calidad de una gasolina se puede estudiar
mediante cromatografía de gases y espectroscopia de infrarrojo (IR)[17]. Para ello se
estudiaron alrededor de 45 gasolinas con diferente número de octano y composición
química. Un trabajo similar predice propiedades de gasolinas a partir de datos
experimentales de IR y un análisis matemático (regresión lineal múltiple) [18,19].
1.4.2 Predicción de Propiedades de Mezclas Gasolina-Etanol
En cuanto a la predicción de propiedades de mezclas gasolina-etanol a partir de datos
experimentales de IR, en la literatura no se observan trabajos. Solo se presentan algunos
estudios relacionados con el análisis cualitativo de muestras gasolina-oxigenante mediante
IR. En este sentido, se ha desarrollo un método de determinación directa y simultanea de
algunos oxigenantes (benceno, tolueno y MTBE) mediante IR [20], mientras que en otros
casos se establece un mecanismo para la determinación de alcoholes (C1 a C4) y MTBE en
gasolina a partir de IR. [16]
30
II. CARACTERIZACION
2.1 Preparación de Muestras
2.1.1 Preparación de Gasolina Pool
Para la realización de este trabajo se preparó una gasolina base a partir de gasolinas que
provienen de diferentes plantas de refinación (reformación, isomerización, alquilación y
desintegración catalítica).
Gasolina % Volumen
Catalítica 35
Reformación 35
Alquilación 10
Isomerización 10
Base 10
Tabla 2.1 Composición de la gasolina de pool en porcentaje volumen.
2.1.2 Preparación de Mezcla Gasolina-Etanol
La gasolina base se mezcló con etanol a diferentes concentraciones (0, 20, 40, 60, 80 y 100
% volumen de alcohol). El etanol empleado en este estudio fue proveído por Sigma-Aldrich
con una concentración de 99.5 % peso. Las mezclas gasolina-etanol fueron etiquetadas
como EX, en donde X representa el % volumen de etanol en la mezcla.
31
2.2 Caracterización de Muestras
2.2.1 Espectroscopia de Infrarrojo
Las muestras fueron caracterizadas con un espectrofotómetro Spectrum GX de Perkin
Elmer (Figura 2.1). Los espectros fueron obtenidos en el modo de Transmitancia utilizando
4 escaneos en la región de IR medio (4000 a 850 cm-1
).
Figura 2.1 Espectrofotómetro de infrarrojo Spectrum GX de Perkin Elmer.
A continuación se presenta el procedimiento de prueba utilizado para caracterizar las
diferentes mezclas gasolina-etanol mediante IR:
1) Se abrió el programa “Spectrum” y se encendió el láser del espectrofotómetro de
infrarrojo.
2) Se alineó el ATR universal y se utilizó alcohol isopropílico para limpiar la zona en
donde se coloca la muestra.
3) Se monitoreó la energía del equipo, la cual debe ser del orden del 5 al 15% de la energía
total (cuando se utiliza ATR).
4) Se definieron las condiciones de prueba (región de análisis: 4000 a 650 cm-1
, número de
escaneos: 4, salida: transmitancia).
5) Se generó el espectro del medio ambiente (background).
6) Se generó el espectro de línea base (single bean).
32
7) Se colocó 1 ml de muestra en el anillo porta-muestra, el cual fue previamente colocado
en el equipo para que el haz de luz pase a través de la muestra.
8) Se generó el espectro de la muestra (sample).
9) El espectro en el modo Transmitancia fue convertido al modo Absorbancia para su
análisis cualitativo y cuantitativo.
2.2.2 Numero de Octano, Presión de Vapor y Poder Calorífico
En un trabajo previo se determinó el número de octano, la presión de vapor y el poder
calorífico de las mezclas gasolina-etanol. Estos datos fueron utilizados en este trabajo para
la obtención de modelos matemáticos que predicen estas propiedades a partir de datos
experimentales de IR.
En la Figura 2.2 se presenta el número de octano de mezcla gasolina-etanol en función del
volumen de alcohol en la mezcla. En general, se observa que al incorporarse el etanol a la
mezcla se incrementa el número de octano de la misma (~3.5 octanos por cada 20%
volumen de etanol).
Figura 2.2 Numero de Octano de mezcla gasolina-etanol en función de la concentración de etanol en la
mezcla.[21]
75
80
85
90
95
100
105
0 20 40 60 80 100
Nu
me
ro d
e o
ctan
o,
RO
N+M
ON
/2
Etanol, % Volumen
33
En la Figura 2.3 se muestra la presión de vapor (PVR) de mezcla gasolina-etanol en función
del volumen de alcohol en la mezcla. Los resultados muestran un ligero aumento en la
presión de vapor de la mezcla a bajas concentraciones de etanol, mientras que a
concentraciones mayores al 20 % volumen de alcohol, se observa una disminución en la
presión de vapor de la mezcla hasta llegar a un valor cercano a 2.0 psi cuando se utiliza
etanol puro.
Figura 2.3 Presión de vapor de Reid de mezcla gasolina-etanol en función de la concentración de etanol en la
mezcla.[21]
Finalmente, en la Figura 2.4 se presenta el poder calorífico de la mezcla gasolina-etanol en
función del volumen de alcohol en la mezcla. Se observa que al adicionar etanol a la
mezcla disminuye el poder calorífico de la misma (~600 kcal/kg de combustible por cada
20% volumen de etanol).
Lo anterior se debe a que el etanol contiene en su estructura un átomo de oxígeno, el cual
no se oxida (este solo favorece la combustión), disminuyendo así la energía producida por
la quema del combustible.
0
2
4
6
8
10
0 20 40 60 80 100
PV
R a
10
0°F
, psi
Etanol, % Volumen
34
Figura 2.4 Poder Calorífico de mezcla gasolina-etanol en función de la concentración de etanol en la
mezcla. [21]
6000
7000
8000
9000
10000
11000
0 20 40 60 80 100
Po
de
r C
alo
rifi
co, K
cal/
Kg
Etanol, % Volumen
35
III. ANALISIS DE RESULTADOS
3.1 Análisis Cualitativo de IR
La Figura 3.1 presenta los espectros de IR de mezclas gasolina-etanol en la región de 4000
a 2500 cm-1
. Los resultados muestran cinco bandas asociadas a estas mezclas (3650, 3320,
2970, 2920 y 2870 cm–1
).
En general, se observa que la intensidad de dichas bandas se incrementa cuando el etanol es
incorporado a la mezcla. La banda a 3650 cm-1
es relatada al estiramiento libre del enlace
O-H[22], mientras que la banda a 3320 cm-1
es asociada a la vibración inter-molecular O-
H[23].Por lo tanto, el aumento en la intensidad de estas bandas está en función del
contenido de etanol en la mezcla.
Figura 3.1 Espectros de IR de mezclas gasolina-etanol en la región de 4000 a 2500 cm-1
.
Por otro lado, las bandas a 2970 y 2870 cm-1
son asociadas al estiramiento asimétrico y
simétrico del grupo metilo (CH3-), respectivamente [24]. Los resultados muestran que
cuando el etanol es incorporado a la mezcla la intensidad de ambas bandas aumenta. Esto se
36
debe a que el etanol presenta una mayor concentración de grupos metilo que la gasolina
base, ya que su relación metil/metileno (CH3–/–CH2–) es superior a la que exhibe una
gasolina. Consecuentemente, al incrementarse la concentración de alcohol en la mezcla hay
una mayor cantidad de grupos metilo, mientras que los grupos metileno disminuyen (2920
cm-1
, estiramiento asimétrico de grupos metileno).
La Figura 3.2 presenta los espectros de IR de mezclas gasolina-etanol en la región de 1650
a 850 cm-1
. De manera similar al análisis anterior, los resultados muestran un aumento en la
intensidad de las bandas asociadas a los grupos metilo (1465 y 1380 cm-1
) cuando el etanol
es incorporado a la mezcla.
Figura 3.2 Espectros de IR de mezclas gasolina-etanol en la región de 1650 a 850 cm-1
.
Además, se observa un incremento en la intensidad de la bandas a 1250, 1090 y1050 cm-1
.
Previamente, se ha reportado en la literatura que estas bandas están asociadas con la
presencia de alcoholes, principalmente la banda a 1050 cm-1
(estiramiento del enlace C-O),
la cual es característica de alcoholes primarios como el etanol. [25]
37
Finalmente, las bandas a 980 y 880 cm-1
presentan un aumento en su intensidad conforme
se incorpora el etanol a la mezcla, esto es debido a que corresponden a vibraciones C-O y
O-H, respectivamente.[25]
3.2 Análisis Cuantitativo de IR
Los datos experimentales fueron utilizados para determinar el área bajo la curva que
presenta cada una de las bandas del espectro de IR. Para ello, se utilizó un método de
deconvolución de áreas localizado en el programa Omnic. En el Anexo A se describe
ampliamente el procedimiento realizado para el cálculo del área bajo la curva.
En la Figura 3.3 se muestra la contribución de áreas del espectro IR de cada una de las
mezclas gasolina-etanol (E-0, E-20, E-40, E-60, E-80 y E-100). En general, se observa un
incremento de bandas cuando se incorpora el etanol a la mezcla, principalmente aquellas
que son altamente características de este compuesto (3320, 1250, 1090 y 1050 cm-1
). En
cuanto a las bandas características de la gasolina, estas siguen presentes aun cuando se
incorpora el etanol. Sin embargo, su verdadera contribución se puede apreciar cuando se
normalizan las áreas totales del espectro, en donde el incremento constante de las bandas de
etanol contribuye fuertemente al área total del espectro.
38
Figura 3.3 Contribución de áreas de espectros IR de mezclas gasolina-etanol.
39
Por otro lado, en la Figura 3.4 se muestra el espectro parcial del área bajo la curva a 1050
cm-1
para cada una de las mezclas gasolina-etanol. Se observa claramente que al adicionar
etanol a la mezcla se presenta un incremento en la intensidad y área bajo la curva de esta
banda.
Como se ha mencionado antes, esta banda es característica de la vibración C-O de
alcoholes. Por lo tanto, el área bajo la curva de esta banda puede ser utilizada como un
parámetro para establecer el efecto del etanol en mezcla con gasolina.
Figura 3.4Área bajo la curva a 1050 cm-1
de cada una de las mezclas gasolina-etanol.
Finalmente, en la Tabla 3.1 se presenta el valor de área bajo la curva a 1050 cm-1
y el área
total de cada uno de los espectros de mezclas gasolina-etanol. Los resultados muestran un
aumento en el área bajo la curva a 1050 cm-1
conforme se va incorporando etanol a la
mezcla. De manera similar, se observa un incremento en el área total conforme va
aumentando el contenido de etanol en la muestra. Este valor fue determinado para
normalizar los espectros obtenidos y encontrar así la verdadera contribución del alcohol en
la mezcla gasolina-etanol.
40
Muestra A1050 cm-1
AT cm-1
E-0 0.3824 50.9380
E-20 4.6770 107.1560
E-40 8.3180 124.0260
E-60 16.1950 164.0910
E-80 19.2150 165.9260
E-100 23.6290 170.3530
Tabla 3.1Área bajo la curva a 1050 cm-1
y área bajo la curva total de cada espectro IR de mezcla
gasolina-etanol.
41
IV. PREDICCION DE PROPIEDADES DE MEZCLAS
GASOLINA-ETANOL
4.1 Factor de Mezcla FCO
A partir de los valores del área bajo la curva a 1050 cm-1
(A1050) y el área bajo la curva total
(AT), se determinó un factor (FCO) para cada una de las muestras gasolina-etanol, el cual
representa el efecto del etanol en la mezcla (Tabla 4.1).
Muestra FCO= A1050/AT
E-0 0.0075
E-20 0.0436
E-40 0.0671
E-60 0.0987
E-80 0.1158
E-100 0.1387
Tabla 4.1 Valores de FCO para cada una de las muestras gasolina-etanol.
En seguida, las propiedades de mezclas gasolina-etanol (número de octano, presión de
vapor y poder calorífico) fueron graficadas en función del factor FCO para obtener un
modelo matemático de ajuste, el cual sea capaz de predecir estas propiedades a partir del
valor de FCO (Figura 4.1).
A continuación se presentan los modelos para la predicción de propiedades de mezclas
gasolina-etanol en su forma general:
b F a NO CO
c F b F a - PVR CO
2
CO
c F b F a - H CO
2
COM
42
Figura 4.1 Propiedades fisicas y quimicas de mezclas gasolina-etanol en función del factor FCO.
80
85
90
95
100
105
0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15
Nú
mer
o d
e O
ctan
o
(R+
M/2
)
FCO
0
2
4
6
8
0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15
PV
R,
psi
a 1
00ºF
FCO
6000
7000
8000
9000
10000
11000
0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15
Pod
er C
alo
rífi
co, K
cal/
Kg
FCO
43
4.2 Estimación de Parámetros
Los parámetros de los modelos matemáticos propuestos para la predicción de propiedades
de mezclas gasolina-etanol fueron obtenidos mediante el método de minimización de
Powell, el cual se localiza en el programa Scientist de MicroMath (Anexo B).
Los datos de entrada al programa fueron los valores experimentales de dichas propiedades
y los valores de FCO, así como los modelos propuestos. Los datos de salida fueron los
valores calculados de estas propiedades y el valor de los parámetros presentes en los
modelos.
La función objetivo del análisis fue el factor de correlación (R2), el cual presento un valor
superior a 0.98 para todos los modelos evaluados. A continuación se presentan las modelos
de predicción de propiedades de mezclas gasolina-etanol:
80.6 F 30.71 NO CO
6.3 F 54.4 F 602.5- PVR CO
2
CO
10200 F 17340 F 64330 H CO
2
COM
En la Figura 4.2 se presentan las gráficas de paridad (experimental vs calculado) de las
propiedades de mezclas gasolina-etanol (número de octano, presión de vapor y poder
calorífico). En general, se alcanza un alto grado de ajuste entre los valores experimentales
y calculados (punto de intercepción a 45°). Consecuentemente, estos modelos se pueden
considerar para estimar las propiedades de mezclas gasolina-etanol.
44
Figura 4.2 Grafica de paridad de propiedades de mezclas gasolina-etanol.
45
CONCLUSIONES
A partir de los resultados obtenidos en este estudio, se pueden establecer las siguientes
conclusiones:
El etanol presenta varias bandas de absorción de IR, la banda a 1050 cm-1
es la que
representa mejor el efecto de este alcohol en mezcla con una gasolina. Lo anterior
debido a que la intensidad y área bajo la curva de esta banda muestra un incremento
constante conforme se adiciona etanol a la mezcla.
El factor de mezcla FCO obtenido a partir del análisis de IR es útil para la obtención de
modelos matemáticos que predicen propiedades físicas y químicas de mezclas gasolina-
etanol. Esto debido a que al graficar las propiedades de estas mezclas en función del
factor FCO se obtienen curvas con una tendencia definida, a partir de la cual se proponen
el modelo matemático de predicción.
Los modelos matemáticos propuestos presentan un alto grado de ajuste para la
estimación de propiedades de mezclas gasolina-anterior. Lo anterior debido a que
durante la estimación de los parámetros presentes en los modelos se alcanzó un factor
de correlación (R2) superior a 0.98.
46
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48
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transform infrared spectroscopy. Vib. Spectroscopy: 15, 219-228.
49
ANEXOS
50
Anexo A.
Procedimiento para determinar el área bajo la curva de los espectros de IR por el método de
deconvolución de áreas.
1.- Abrir archivo en el programa Omnic.
2.- Dar click en el menú “Procesar” y en seguida se selecciona la herramienta “Corrección
Línea Base Automática”.
3.- Dar click en el menú “Procesar” y en seguida se selecciona la herramienta “Suavizado”,
se selecciona el valor de 48.212 cm-1
.
4.- Dar click en el menú “Mostrar” y en seguida se selecciona la herramienta “Visualizar
Limite”, se selecciona el valor de 4000 a 850 cm-1
.
5.- Dar click en el menú “Analizar” y en seguida se selecciona la herramienta “Peak
Resolve”.
6.- Una vez seleccionada la herramienta de localización de picos, se establecen los
siguientes parámetros:
Find Peaks → Lorentzian
Sensitivity → Low
FWHH → 40,000
Noise Target → 10.00
Baseline → Linear
7.- Después de establecer los parámetros anteriores se selecciona la herramienta “Find
Peaks”.
51
8.- A partir de los picos generados se selecciona la herramienta “Peaks”, se dan de alta los
picos característicos de la mezcla (aquellos obtenidos en el análisis cualitativo) y se dan de
baja aquellos no considerados en dicho análisis.
9.- Dar click sobre cada uno de los datos y anclar el pico mediante la selección del número
de onda al cual aparece.
10.- Se selecciona la herramienta “FitPeaks”, esto genera una serie de espectros, los cuales
si se suman dan por resultado el espectro original.
11.- Dar click en “Anadir” y seleccionar en otra ventana, esto mandara los datos a una
nueva ventana, en donde se puede seleccionarse y guardarse cada uno de los espectros.
12.- Los espectros se guardan con la extensión CSV Text, para posteriormente poder
utilizarse en el programa OriginLab.
52
Anexo B.
Procedimiento para determinar los coeficientes que presentan los modelos de predicción de
propiedades de mezclas gasolina-etanol.
1. Editar el archivo ejecutable, el cual está estructurado por variables dependientes,
variables independientes, modelos matemáticos y valores iniciales.
2. Editar el archivo de datos, el cual requiere de los valores experimentales.
3. Editar el archivo de parámetros, el cual define los parámetros de los modelos
matemáticos, además de que es necesario establecer un límite (valor mínimo y valor
máximo).
4. Definir la función objetivo, la cual para este trabajo es el factor de correlación R2, y se
programó para que aceptara resultados siempre y cuando su valor fuera superior a 0.98.
5. Compilar los archivos anteriores.
6. Seleccionar el método de ajuste de parámetros. Para este estudio se seleccionó el
método de minimización de Powell.
7. Analizar los resultados (factor de correlación, valores de parámetros y valores
calculados).