Determinación de densidad y viscosidad de mezclas que contienen etanol, heptano y decano hasta 363 K y 20 MPa

Abstract

RESUMEN: En este trabajo se estudiaron propiedades volumétricas (P,v,T) de mezclas alcohol + hidrocarburos presentes en la gasolina, así como también las propiedades de transporte (P,η,T) de fluidos puros (etanol, heptano y decano). Los datos volumétricos y viscosidades de fluidos puros y mezclas reportados en este trabajo serán de utilidad para mejorar gasolinas que utilizan alcohol para el aprovechamiento de los combustibles en México. Se determinaron propiedades volumétricas por densimetría de tubo vibrante (DTV) de mezclas binarias etanol + heptano, etanol + decano y la mezcla ternaria etanol + heptano + decano, a temperaturas de 313 a 363K y presiones de hasta 20 MPa. Las composiciones elegidas en las mezclas binarias cubren el intervalo completo (0 a 1.0) en composición (fracción molar). En el caso de la mezcla ternaria se eligieron las siguientes composiciones: 0.05 y 0.15 del etanol en la mezcla. El equipo experimental utilizado está basado en el método estático-sintético y consiste, principalmente, de un densímetro de tubo vibrante (DTV) comercial (Anton-Paar 512/P) y una celda de titanio. La calibración del DTV se realizó por el método clásico de calibración, utilizando dos fluidos de referencia, en este caso agua y nitrógeno, para así determinar las densidades de las mezclas binarias y ternarias ya mencionadas. La determinación experimental de densidades, utilizando el DTV, se realizaron a las mismas condiciones de temperatura y presión, tanto en la calibración con nitrógeno y agua, como en las mezclas estudiadas. Esto con el objetivo de minimizar la incertidumbre experimental en la determinación de densidades de las mezclas binarias y ternarias, que en este trabajo se determinó del orden de ± 0.2 kg/m3. Una ecuación empírica de 6 parámetros fue utilizada para representar las propiedades volumétricas de las mezclas binarias y ternarias. Para esto fue necesario ajustar los 6 parámetros, a composición fija, utilizando el método de Levenberg-Marquardt. Como resultado del ajuste, se determinó una desviación máxima, de los datos calculados con el modelo respecto a los datos experimentales del orden de ± 0.04%. Los datos volumétricos en fase líquida reportados en este trabajo de tesis, sirvieron para calcular los volúmenes de exceso, la expansividad isobárica y la compresibilidad isotérmica de las mezclas estudiadas. Finalmente, se determinaron viscosidades dinámicas de tres fluidos puros (etanol, heptano y decano) a temperaturas de 293.15 a 353.15 K y presiones hasta 30 MPa. El equipo utilizado está basado en el método de flujo capilar desarrollado por Alfredo Pimentel Rodas (1). Los datos obtenidos experimentalmente fueron comparados con trabajos publicados previamente en literatura internacional, determinándose una desviación menor al ± 1.0%. ABSTRACT: in this work volumetric properties ( P , v , T) of mixtures containing alcohol + hydrocarbons presents in gasoline were studied as well as the transport properties ( P , η , T) of pure fluids (ethanol , heptane and decane) . The volumetric data of mixtures and viscosities of pure fluids reported in this paper will be useful to improve gasoline using alcohol to the use of fuels in Mexico. Volumetric properties of the binary mixtures ethanol + heptane, ethanol + decane and the ternary system ethanol + heptane +decane were determined using a vibrating tube densimeter (DTV), at temperatures from 313 to 363K and pressures up to 20 MPa. In binary mixtures, the compositions chosen covering the entire range (0 to 1.0) in composition (molar fraction).In the case of the ternary mixture the following compositions were selected: 0.05 and 0.15 in the mixture of ethanol. The experimental equipment used is based on the static - synthetic method and mainly consists of a Commercial (Anton Paar 512/P) vibrating tube densimeter (DTV) and a cell of titanium. The calibration of DTV was performed by the conventional method of calibration using two fluids of reference, in this case water and nitrogen, in order to determine the densities of the binary and ternary mixtures mentioned above. The experimental determination of densities of the mixtures studied, using the DTV, were performed at the same conditions of temperature and pressure that in the instrument calibration. This aims to minimize the experimental uncertainty in the density determination of binary and ternary mixtures, in this work are determined to the order of ± 0.2 kg/m3. An empirical equation of 6 parameters was used to represent the volumetric properties of the binary and ternary mixtures. For this, it was necessary to fit the 6 parameters (to fixed composition), using the Levenberg Marquardt method. As a result of the adjustment, a maximum deviation, of the experimental data compared with the calculated data with the model, was determined of the order of ± 0.04 %. The volumetric liquid-phase data reported in this work were used to calculate excess volumes, isobaric expansivity and isothermal compressibility of the studied mixtures. Finally, dynamic viscosities of three pure fluids (ethanol, heptane and decane) were determined at temperatures from 293.15 to 353.15 K and pressures up to 30 MPa. The experimental equipment used is based on the capillary flow method developed by Alfredo Pimentel Rodas (1). The experimentally data obtained were compared with previously published work in international literature, determining a deviation of less than ± 1.0 %.