Instrumentos para análisis de biocombustibles

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Informe especial
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Lista de algunos instrumentos apropiados, desde la perspectiva de Grabner Instruments
Oliver Sauer , Diciembre 2008

La necesidad de crear combustibles más amigables con el medio ambiente, y la tendencia de mezclar biocombustibles con hidrocarburos ha motivado el crecimiento del mercado de instrumentos para analizar la calidad de los biocombustibles antes de la mezcla, así como el contenido de las mismas. Aquí ofrecemos una lista de algunos instrumentos apropiados, desde la perspectiva de Grabner Instruments, para asegurar el cumplimiento de especificaciones reguladoras y de nuevos estándares.

La necesidad de crear combustibles más amigables con el medio ambiente, y la tendencia a mezclar biocombustibles con hidrocarburos ha motivado el crecimiento del mercado para analizar la calidad de los biocombustibles antes de la mezcla así como el contenido de las propias mezclas. Los proveedores del mercado ofrecen ahora nuevos instrumentos para este tipo de análisis y los estándares se encuentran en una etapa de definición.

Los fabricantes de instrumentos de análisis se están esforzado en cumplir con estándares para analizar biocombustibles, en respuesta al aumento de la proporción de estos en la gasolina y el diesel. Los biocombustibles usados en motores de combustión son biodiesel y bioetanol. Aquí ofrecemos una lista de algunos instrumentos apropiados, desde la perspectiva de Grabner Instruments, para asegurar el cumplimiento de especificaciones reguladoras y de nuevos estándares que se están desarrollando alrededor de nuevas aplicaciones.

Biodiesel
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Fig. 1: Espectro de diferentes concentraciones de FAME en biodiesel: el mayor pico está a 1745 CM-1, y el pico más débil a 1195 cm-1.

La ASTM D6751-07a es la especificación estándar para el biodiesel Blend Stock (B100), para combustibles semi-destilados, en Estados Unidos. Con el IROX-Diesel, de Grabner Instruments, es posible determinar la concentración de biodiesel de acuerdo a la D6751-07a en el combustible diesel en un porcentaje de volumen de 0 a 40, usando espectroscopia FT-IR. El método de medición se encuentra bajo evaluación en el comité de la American Society for Testing and Materials -ASTM- y se convertirá en un método estándar en 2008 [Nuevo Método Estándar para Evaluación por Determinación de Biodiesel (ésteres metílicos de ácidos grasos) en Combustible Diesel Usando Espectroscopia Infrarroja Media]. El borrador real está disponible dentro de la ASTM (WK10753).

Para la determinación del total de biodiesel, el IROX usa un sofisticado modelo matemático para separar picos sobrepuestos (ver figura 1). Además al método de Grabner Instruments, el IROX permite la determinación del contenido FAME de acuerdo al estándar EN 14078.
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Fig. 2: Punto de inflamación del diesel con pequeñas cantidades de MeOH.

Mientras la presión del vapor de la mezcla de biodiesel no se afecta significativamente, incluso por pequeñas cantidades de alcoholes libres, el punto de inflamación del biodiesel cae dramáticamente de 120º C a 60º C con solo una décima del porcentaje de peso de metanol libre (ver figura 2). Con un nuevo método estándar ensayado para instrumentos disponibles, el punto de inflamación de biodiesel puro puede ser controlado.
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Fig. 3: Curvas de destilación de mezclas de biodiesel.

La destilación es una verificación de calidad común para destilados de combustibles. El biodiesel tiende a presionar la curva de destilación hacia puntos de ebullición más altos especialmente en la región T50 (ver figura 3). Esto puede ser verificado con el nuevo MiniDIS en una rápida y verdadera destilación atmosférica, ajustada a D86.

El MiniVis VIS445, un viscómetro que aplica el principio de bola rodante, permite automáticamente monitorear la viscosidad de los combustibles y su dependencia a la temperatura, en un amplio rango. Las mediciones de viscosidad siempre complementan los controles de calidad rutinarios de combustibles.

Bioetanol

Los siguientes estándares aplican para el bioetanol en gasolina: ASTM D4806c-06c es la especificación estándar para “Combustible de etanol desnaturalizado para mezclas con gasolina para uso como combustible en automóviles de motor de ignición por chispa”. ASTM D5798 es la especificación estándar para “Combustible de etanol para motores de automóviles de ignición por chispa”. D 5798 cubre los estándares E75 a E85.
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Fig. 4. Espectro IR de etanol en gasolina. (EtOH Spectrum).

El IROX 2000 de Grabner Instruments puede determinar la concentración de etanol en gasolina hasta en un porcentaje de volumen de 20, mejorando continuamente. El segundo derivado de los picos a 1091cm-1 y 1050cm-1 es usado para el cálculo (ver figura 4). El uso del segundo derivado asegura la eliminación de ramificaciones y cambios en el espectro IR de la gasolina mezclada con etanol. Con diluciones, cuyos factores pueden ser automáticamente explicados por el instrumento, es posible evaluar mayores rangos de concentración.
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Fig. 5: Presión de vapor de mezclas de gasolina y etanol.

Es conocido que la mezcla de etanol afecta el comportamiento de la presión del vapor de la gasolina. Mientras en realidad la presión del vapor del etanol puro es mucho menor que aquella de la gasolina, efectos moleculares incrementan la presión del vapor de la gasolina en mezclas de hasta 8% (ver figura 5). Por tanto, la presión del vapor del etanol mezclado con gasolina necesita ser completamente revisada y reportada. Grabner Instrument está especializado en exámenes de presión del vapor y casi 50% de los combustibles alrededor del mundo son examinados con el MiniVAP VPS. El método ASTM D6378 es especialmente apropiado porque no se necesitan saturación del aire y enfriado, que interfiera con los antes mencionados efectos moleculares.
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Figura 6: Curva de destilación de la mezcla de gasolina y etanol.

Las curvas de destilación de los combustibles de etanol mezclado tienden a mostrar una meseta alrededor del punto azeotrópico de ebullición de 78 ºC. La meseta se extiende hasta el punto donde todo lo de la mezcla azeotrópica, consistente sobre todo de etanol, es completamente destilado. Es virtualmente consistente con el contenido de alcohol. Luego la curva destilación crece marcadamente hasta el punto de ebullición final de la gasolina determinado por sus componentes más pesados (ver figura 6). El MiniDIS de Grabner Instruments permite una buena resolución de este comportamiento de destilación. Gracias al pequeño volumen de muestra junto con los circuitos electrónicos, el instrumento logra un ajuste requerido, con un muy flexible índice de calor.

Panorama de la instrumentación analítica

Para el mercado de la instrumentación, se espera un cambio en el mercado de instrumentos analíticos. Con la lucha mundial por lograr combustibles ambientalmente más inocuos y la exigencia de mezclar biocombustibles con combustibles regulares basados en petróleo, hay una creciente necesidad de analizar tanto la calidad del biocombustible que va a ser mezclado como también las propias mezclas, especialmente, en relación con la concentración. Las compañías vinculadas con este negocio han empezado a adaptar y extender sus instrumentos estándares para tales aplicaciones. Se trabaja en el desarrollo de nuevos estándares específicos que serán pronto lanzados al mercado. Hemos solo dado una visión general de nuestros instrumentos lo que es una parte del mercado total.

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