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Este nuevo tipo de análisis facilita el control de nuevos combustibles como el biodiésel

Espectroscopia NIR en el control de una red de distribución de combustible

Jorge Puente, especialista FTIR de Perkin Elmer España; Antonio Díaz, jefe de laboratorio de CLH Madrid25/03/2010
La distribución y almacenamiento de combustibles es un reto logístico muy importante para asegurar la calidad del suministro desde una estación de servicio para automóviles hasta un aeropuerto. Esta tarea necesita una extensa red de infraestructuras, y también de herramientas adecuadas para el control de la calidad del combustible, asegurando que el mismo cumple todos los requerimientos de especificaciones y certificados de composición. En los últimos años el biodiésel se ha convertido en un combustible alternativo muy importante debido a sus beneficios medioambientales, esto ha significado introducir nuevos controles para asegurar la calidad. Se han desarrollado nuevas normativas que regulan el biodiésel y sus mezclas con combustibles fósiles.

Espectroscopía FT-NIR

La espectroscopia NIR es una técnica analítica que permite análisis sencillos, sin manipulación de muestras y con resultados de calidad en unos segundos. Esto la convierte en una técnica idónea para el control in situ en las plantas de almacenamiento. El espectrofotómetro FT-NIR Spectrum 100N de PerkinElmer es una analizador flexible, con grandes especificaciones técnicas para asegurar resultados robustos y reproducibles.

La herramienta AVI (Instrumento Virtual Absoluto) permite el desarrollo de calibraciones en el laboratorio central de Madrid, y la exportación de las mismas a los instrumentos periféricos instalados en las plantas de almacenamiento. Esto simplifica el desarrollo de calibraciones y métodos de trabajo, asegurando la reproducibilidad de resultados entre los diferentes instrumentos instalados en las plantas de almacenamiento.

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Espectrofotómetro FT-NIR Spectrum 100N de PerkinElmer.
PerkinElmer lleva muchos años trabajando con muestras de combustibles y desarrollando soluciones analíticas en técnicas de cromatografía y espectroscopia. Recientemente ha desarrollado analizadores de biodiésel según los métodos normalizados vigentes.

CLH y la logística de combustibles en España

CLH (Compañía Logística de Hidrocarburos) es la compañía líder en el mercado español para el transporte y almacenamiento de combustibles, con una red de oleoductos de más de 3.800 kilómetros y 37 plantas de almacenamiento con capacidad para 6,7 millones de metros cúbicos.

CLH dispone de 7 laboratorios de control coordinados desde el laboratorio central de Madrid, con más de 60 años de experiencia y una excelente reputación en el sector. En estos laboratorios se analizan muestras de productos petrolíferos, diésel, gasolina, queroseno de aviación, biodiésel, bioetanol y aditivos, siguiendo métodos normalizados EN y ASTM.

Instalaciones CLH en España.
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Aplicaciones de espectroscopia NIR en análisis de la mezcla de biodiésel

Los esteres metílicos de ácidos grasos, denominados biodiésel o Fame, se obtienen de una reacción de transesterificación de aceites vegetales con alcoholes de cadena corta.

Los motores diésel emplean mezclas de gasóleo y biodiésel, siendo especialmente importante conocer la proporción de esta mezcla. Se utilizan notaciones abreviadas según el porcentaje por volumen de biodiésel en la mezcla: B100 en caso de utilizar sólo biodiésel, u otras notaciones como B5, B15, B30 o B50, donde la numeración indica el porcentaje por volumen de biodiésel en la mezcla.

Este biodiésel ofrece como ventaja un descenso de las emisiones de CO2 y SOx, aunque obliga a nuevos controles para asegurar su correcto uso en los motores convencionales.

El método de análisis para la determinación de la mezcla esta normalizado en EN14078.

La técnica NIR ofrece la posibilidad de conocer en unos segundos el contenido de biodiésel en muestras de gasóleo (ver figura 1). Para ello se emplean calibraciones desarrolladas por métodos quimiométricos, algoritmo PLS1, usando como datos de referencia los obtenidos por el método normalizado EN14078.

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Figura 1: Espectros NIR de B0 (gasóleo) y B100 (biodiésel).

Análisis de etanol, MTBE y ETBE en gasolina

EtOH (C2H5OH –etanol–), MTBE (C5H12O –Metil tert-butil éter–) y ETBE (C6H14O –Etil tert-butil éter–) son compuestos oxigenados presentes en la gasolina para mejorar la combustión y el índice de octano. Estos productos han reemplazado el plomo en la gasolina.

El análisis de estos compuestos oxigenados esta normalizado en UNE-EN-13132 por cromatografía de gases. Este análisis dura más de 30 minutos. La técnica FT-NIR permite reducir los tiempos de análisis a menos de un minuto, y simplificar el análisis eliminando la preparación de muestra (ver figura 2).

Las calibraciones se desarrollaron siguiendo algoritmos PLS1, y tomando como datos de referencia los análisis de cromatografía de gases. Se ha obtenido una excelente correlación entre los valores medidos por FT-NIR y los analizados por el método normalizado.

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Figura 2: Espectros NIR de gasolinas con diferentes concentraciones de compuestos oxigenados.

Análisis de bioetanol

El bioetanol se produce por la fermentación de los azúcares contenidos en la materia orgánica de las plantas. En este proceso se obtiene el alcohol hidratado, con un contenido aproximado del 5% de agua, que tras ser deshidratado se puede utilizar como combustible.

El bioetanol mezclado con la gasolina produce un biocombustible de alto poder energético con características muy similares a la gasolina pero con una importante reducción de las emisiones contaminantes en los motores tradicionales de combustión. El etanol se usa en mezclas con la gasolina en diferentes proporciones desde E5 o E10 (5 y 10% de etanol en gasolina) hasta E85 (etanol con un 15% de gasolina para vehículos FFV –Fuel Flexible Vehicles–).

El contenido de gasolina y humedad son las principales características a controlar en muestras de bioetanol (ver figura 3). La técnica FT-NIR permite el análisis de composición de mezcla gasolina-etanol así como la determinación del contenido en humedad.

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Figura 3: Espectros NIR de diferentes mezclas etanol-gasolina.

Conclusión

El desarrollo de nuevos combustibles supone la necesidad de aumentar los controles de calidad. CLH apuesta por la tecnología FT-NIR de PerkinElmer para aumentar el número de controles analíticos de muestras de gasóleo, biodiésel, gasolina y bioetanol en todas sus plantas de recepción y almacenamiento. Con la técnica FT-NIR se puede analizar de una manera sencilla la muestra y obtener resultados fiables en tan solo unos segundos.

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