Optimización en Tanques de Almacenamiento
El Mincyt diseña el Plan Argentina Innovadora 2020, para la construcción de una alianza estratégica entre el sistema Universitario Nacional y el Sistema Productivo. Entre las líneas de acción propuestas son la promoción de la investigación científica universitaria al servicio de YPF Este proyecto surge a partir de la Sanción de la Ley 26.093 que promueve la reformulación de naftas con aditivos oxigenados. Una de las principales dificultades encontradas con el uso de naftas reformuladas con etanol surge cuando, aún con pequeñas cantidades de agua, el sistema se separa en dos fases: i) una fase superior rica en hidrocarburos constitutivos de la nafta mezclados con parte del etanol con que fue reformulada y muy pequeñas cantidades de agua; ii) una fase inferior acuosa que puede llegar a tener una concentración importante de etanol y algunos hidrocarburos, principalmente aromáticos solubles en etanol.
- Nombre y Apellido
- Jonatan Hernan Veliz
- País de Residencia
- Argentina
- Equipo
- Estado de la Iniciativa
- Proyecto
- Objetivo de Desarrollo Sostenible
- Energía asequible y no contaminante
- Problema que resuelve
- RESULTADOS PRELIMINARES Y APORTES DEL GRUPO ( VELIZ J.H. y GRAMAJO M.B.) AL ESTUDIO DEL PROBLEMA EN CUESTIÓN Se ha fijado en el presente plan de trabajo el siguiente objetivo: Investigar la tolerancia de agua en las naftas comerciales con relaciones nafta/agua similares a aquellas que pueden encontrarse en los tanques de almacenamiento de las estaciones de servicio en situaciones no deseables a diferentes temperaturas. La razón de incluir al agua como componente de los sistemas en estudio se debe al hecho que su presencia, aunque en pequeñas cantidades (de hecho así ocurre generalmente), es inevitable en los tanques de provisión y almacenaje de nafta. A los efectos de un mejor entendimiento respecto al significado físico de la expresión “tolerancia de agua”, diremos que ella representa la cantidad de agua (expresada en porcentaje en volumen) que una mezcla puede disolver antes que se produzca separación de fases. Para comprender el trabajo realizado en este capítulo, es conveniente conocer cómo están construidos los tanques de almacenaje en los sistemas de distribución comercial de naftas (estaciones de servicio). La siguiente figura muestra un esquema de dichos tanques. VER Figura 1 En trabajos anteriores [M.B. Gramajo y col. “Water Tolerance and Ethanol concentration in Ethanol - Gosoline Fuels at three temperatures” Energy & Fuels, 18, 334-337 (2004) ISSN 0887-0624 e informes técnicos realizados a la empresa REFINOR S.A.]se ha supuesto que en dichos tanques, cuando ocurre separación de fases, el volumen de agua permanece prácticamente constante, mientras que el volumen de la fase superior rica en nafta varía continuamente a medida que los vehículos cargan combustible. Esto no es más que una consecuencia derivada del hecho de que la bomba sólo aspira la fase que se encuentra por arriba del nivel de tubo de “pesca” del tanque. Esta particularidad ha sido considerada en la experimentación y fue simulada en el laboratorio, al estudiar diversas relaciones de la mezcla nafta/agua. El convenio aludido pretendía obtener información sobre la tolerancia de agua y etanol en nafta común y super a las temperaturas de 0, 10, 20, 30 y 40 ºC por ser temperaturas promedios en la provincia de Tucumán. A tal fin se obtuvieron los equilibrios de fase para cada nafta y a cada temperatura en presencia de agua en cantidad suficiente como para obtener dos fases de volúmenes aproximadamente iguales. El contenido de agua fue determinado por titulación Karl Fischer y el de etanol por cromatografía en fase gaseosa utilizando el método del estándar externo para su cuantificación. Cuando se obtuvieron los primeros resultados de los equilibrios planteados para las tres naftas objeto de estudio con esta metodología, se observó que la concentración de etanol en la fase orgánica (nafta) era sumamente baja en virtud que prácticamente todo el alcohol había sido transferido a la fase acuosa. Analizados estos resultados a la luz de la situación real de los combustibles alojados en los tanques de almacenaje de las estaciones de servicio, se concluyó que la metodología empleada debía ser modificada radicalmente. En otras palabras, los equilibrios deberán ser establecidos adicionando a las naftas una cantidad de agua que guardara relación y concordancia con los niveles de agua que podría esperarse que posean los tanques de almacenaje. La Empresa estableció que estos niveles eran del orden de 0,5% y 0,05% en volumen de agua y que, dichos porcentajes, se los tomaría como el porcentaje en volumen de la purga de los diversos tanques instalados en las estaciones de servicio de su competencia. El cambio de metodología trajo aparejado el hecho que la fase acuosa sea sumamente reducida e inadecuada para retirar muestras de ella para su análisis (aun con la purga de 0,5%). Por ello tuvo que eliminarse la determinación de la concentración de etanol en la fase rica en agua. Paralelamente se observó que las determinaciones de agua por el método de Karl Fischer no siempre proporcionaban resultados reproducibles y por ello se decidió emplear la cromatografía en fase gaseosa para obtener simultáneamente la concentración de etanol y agua en la fase orgánica. A tal fin se utilizó un cromatógrafo HP 6890 con inyector automático acoplado a la ChemStation para el procesamiento de los datos y un detector de conductividad térmica. Tanto agua como etanol fueron cuantificados por el método del estándar externo. Teniendo en cuenta que el nivel de combustible presente en los tanques de almacenaje en las estaciones de servicio es cambiante en cada instante, mientras que el nivel de agua (purga) es constante, se sometieron a equilibrio seis muestras de cada nafta a cada una de las temperaturas estudiadas y para cada uno de los niveles de purga mencionados (0,5% y 0,05%), con la finalidad de simular dicha situación. Para ello, a cada muestra de nafta se le adicionó una determinada cantidad de agua para representar situaciones en las cuales el tanque se encontraba completamente lleno, a la mitad, etc. Esto permite obtener la dependencia del contenido de etanol y de agua en la fase orgánica con el nivel de llenado del tanque para las diversas naftas a cada temperatura ensayada. Por otro lado, el efecto de la temperatura sobre los equilibrios de fase en las condiciones planteadas no fue tan marcado como se esperaba. Del análisis de los resultados obtenidos sobre la tolerancia de agua y etanol se pudo concluir lo siguiente: a) La concentración de Etanol en la fase orgánica disminuye a medida que este se vacía para todas las naftas, para una purga de 0,5%. Un comportamiento similar ocurre con la tolerancia de agua. b) Se observó que la concentración de etanol disminuye entre 47 y 32% del valor con que la nafta original fuera reformulada, y que si concentración original en% volumen pasa de 11% a 6% , lo que significa que ese combustible ha perdido una buena parte de su concentración de oxígeno y podría poseer propiedades antidetonantes menos favorables y, tal vez, no fuera adecuado para ser utilizado en motores de combustión interna modernos. c) A medida que la temperatura aumenta los porcentajes de pérdida de etanol se hacen menores para todas las naftas, para una purga de 0,5%. d) Podría decirse que no existe prácticamente pérdida de etanol para ninguna de las naftas ensayadas para la purga de 0,05% a todas las temperaturas estudiadas, ya que las pequeñas diferencias detectadas caen dentro del error experimental del método utilizado. CONSTRUCCION DE LA HIPOTESIS y JUSTIFICACION GENERAL DE LA METODOLOGIA DE TRABAJO La hipótesis de trabajo es aquella que se encuentra profusamente señalada en las publicaciones e informes técnicos que fueron indicadas anteriormente. Para alcanzar dicho objetivo, se propone: a) construir celdas de vidrio, con camisas termostáticas y agitadores magnéticos apropiados, con capacidad suficiente para simular Tanques de almacenamiento en estaciones de servicio de tal forma que puedan extraerse muestras de ambas fases en presencia agua. b) Estudiar Test Fuel Properties (TFP) (RON,MON,Density, Aromatics%, Olefins%, saturates%, RVP, Heat of combustión) y equilibrio de fases de mezclas etanol y/o metanol con diferentes naftas comerciales YPF en presencia de concentraciones iniciales de agua iguales a 0,5% en volumen respecto al volumen total del tanque de almacenamiento suponiendo el tanque ¾, 5/8, 1/2, 3/8 y 1/4 de su capacidad, para una vez alcanzado el equilibrio termodinámico, analizar la fase superior (nafta) y la inferior (Acuosa) mediante motores patrones, equipo comercial liquido vapor, densímetro, calorímetro, Kart Fischer y cromatografía en fase gaseosa permitiendo conocer el comportamiento de naftas reformuladas con la variación de la concentración del alcohol y con la composición base de la nafta en condiciones no deseables en presencia de agua y establecer la tolerancia de agua de dicha nafta en esas condiciones. c) Aplicar el TFP en naftas in situ de las Estaciones de Servicios YPF de Tucumán, para compararlos con los resultados obtenidos en el Laboratorio. Dichos datos experimentales deberían ser menores a los obtenidos en equilibrio porque estas condiciones no se alcanzan en los tanques de almacenaje debido a que las fases no son agitadas y la temperatura, no necesariamente, permanecerá constante por un tiempo prolongado. Como consecuencia de ello, la situación real (no equilibrio) es ventajosa y las pérdidas de etanol seguramente serán menores a las indicadas. d) Un trabajo complementario sobre el modelado matematico/fisico de las propiedades termodinámicas y de mecanismos de combustión de los sistemas nafta + agua + etanol servirían de perfecto complemento para el análisis de los resultados experimentales. Cabe destacar que el grupo de investigación ya utilizaron modelos de predicción UNIFAC e UNIQUAC para sistemas multicomponentes obteniéndose desviaciones cuadráticas medias del 2% en masa respecto a los datos experimentales.CRONOGRAMA DE TRABAJO: a) Estudiar Test Fuel Properties (TFP) (RON,MON,Density, Aromatics%, Olefins%, saturates%, RVP, Heat of combustión) y equilibrio de fases de mezclas etanol y/o metanol con diferentes naftas YPF permitiendo conocer el comportamiento de naftas reformuladas con la variación de la concentración del alcohol y con la composición base de la nafta. b) Estudiar Test Fuel Properties y equilibrio de fases en las mezclas nombradas anteriormente en presencia de agua.c) Aplicar el TFP en naftas in situ de las Estaciones de Servicios YPF de Tucumán.d) En caso que se encontraran componentes toxicos en la fase acuosa se procederia a planificar una posible solución. Anteriormente el que suscribe hizo una estancia de investigacion en el Intituto Mexicano del Petroleo con una tecnica de extraccion supercritica que tiene varias ventajas y la cual podria ser tenido en cuenta como un modelo de invencion.
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