Análisis 101: Estudio de gasolina (E10)
Una gasolina (E10) posee las siguientes características:
Se sabe que el peso molecular es aproximadamente 124 g/mol (el peso molecular de una gasolina está entre 60 y 150 g/mol).
Obtener:
Poder calorífico del combustible
Entalpía de formación
Relación aire/combustible
Temperatura adiabática de la llama
Número de octano y número de cetano
Diagrama de Ostwald
A nivel molecular, las gasolinas están compuestas por cientos de compuestos, que estructuralmente se pueden dividir en cuatro grupos principales: parafinas, olefinas, cicloparafinas y aromáticos. También puede contener compuestos oxigenados, como alcoholes, éteres y diferentes aditivos con funciones diversas como incrementar el octanaje, evitar la oxidación del combustible o mejorar la combustión. Durante el proceso de refinación se trata de eliminar el contenido de compuestos sulfurados.
Los alcanos o parafinas son el componente mayoritario de las gasolinas. Se pueden subdividir en no ramificados (n-alcanos) y ramificados (isoalcanos). Dado que la resistencia a la autoginición es más elevada en los alcanos ramificados la presencia de estos es deseable en las gasolinas. Los cicloalcanos, también presentes en la gasolina, son hidrocarburos de naturaleza cíclica y alifática. Algunas gasolinas presentan más de un 40% de este tipo de hidrocarburos en su composición.
Los hidrocarburos aromáticos presentes en las gasolinas incluyen principalmente la fracción BTEX (benceno, tolueno, etilbenceno y xileno), además de otros de mayor peso molecular como el isopropilbenceno y el 1,3,5-trimetilbenceno. Los aromáticos representan una de las fracciones más pesadas de la gasolina. Dado que los octanajes de los compuestos aromáticos se encuentran entre los más altos de aquellos hidrocarburos que forman parte de las gasolinas, por mucho tiempo fueron componentes importantes de este combustible. Sin embargo, en las últimas décadas, ha habido una clara tendencia internacional a limitar su presencia debido a su toxicidad.
En la actualidad, la composición de la gasolina ha evolucionado a favor de parámetros ambientales, la eliminación de componentes como el azufre e hidrocarburos aromáticos, o la adición de compuestos oxigenados, tienen como función: reducir las emisiones, mejorar la calidad del aire, y optimizar el rendimiento del combustible en el motor.
El etanol es uno de los componentes que normalmente se mezcla con la gasolina fósil. El nombre del grado de gasolina y, en consecuencia, su etiqueta en la bomba dependen del porcentaje de etanol y otros oxigenados como MTBE, ETBE o metanol. E5 contiene hasta un 5% de etanol, mientras que E10 contiene hasta un 10% de etanol.
E70 contiene 70% de etanol y 30% de gasolina, mientras que E75 contiene 75% de etanol. Estas mezclas de invierno se utilizan en los Estados Unidos y Suecia para vehículos de combustible flexible, E85 durante el clima frío. La reducción estacional del contenido de etanol a una mezcla de invierno E85 es obligatoria para evitar problemas de arranque en frío a bajas temperaturas.
La fórmula empírica es introducida directamente por el usuario:
Ajustamos los carbonos para obtener el peso molecular de 124 g/mol:
Verificamos: C/H molar = 1/2.0514 = 0.4874
El valor de LHV se aproxima al citado en el enunciado.
Las correlaciones empleadas por ThermoCombustion son las siguientes:
MON = -406.14 + 508.04*(H/C) - 173.55*(H/C)^2 + 20.17*(H/C)^3
MN = 1.624*MON - 119.1
La correlación de MON depende de la relación H/C molar. La correlación MON no es válida para relaciones H/C<2.5 o para concentraciones de inertes superiores al 5%.
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