Desarrollo de un método para evaluar la conductividad en aceites vegetales y biodiesel
Enviado por Juan Silva
Introducción
El estudio y la determinación de la conductividad térmica, de ciertos líquidos, en el caso particular de aceites vegetales y su variación con la temperatura, ha sido objeto de estudio en varias ocasiones por distintos investigadores, específicamente en los siglos XIX y XX con el objetivo de encontrar y establecer rangos máximos y mínimos de temperaturas en los cuales están sustancias son capaces de transportar energía, o en los cuales dicho transporte es restringido. De esta manera es posible aprovechar los distintos intervalos calóricos, para saber utilizar dichas sustancias en las condiciones más adecuadas para un proceso industrial, como por ejemplo refrigeración en sistemas alimenticios.
Marco teórico
Aceites Vegetales
"El aceite vegetal es un compuesto orgánico obtenido a partir de semillas u otras partes de las plantas en cuyos tejidos se acumula como fuente de energía. Algunos no son aptos para consumo humano, como el de ricino o algodón. Como todas las grasas está constituido por glicerina y tres ácidos grasos" (1).
Obtención de Aceite vegetal
"El aceite vegetal se puede obtener mecánica o químicamente, y generalmente se usa alguna combinación de ambas técnicas.
Método Mecánico: las semillas y frutos oleaginosos se someten a un proceso de prensado. Los residuos de este prensado se aprovechan como alimento para el ganado, por ser un producto muy rico en proteínas. Finalmente se somete al aceite extraído a otro proceso de refinamiento.
Método químico: utiliza disolventes químicos que resultan más rápidos y baratos, además de dar mejor rendimiento. El solvente generalmente usado es el Hexano.
Los aceites hidrogenados se forman a partir de aceite e hidrógeno. La combinación de ambos se realiza en caliente y a presiones elevadas, de modo que el aceite líquido se transforma engrasas o en una sustancia semisólida con la que se elaboran las margarinas. Estos aceites hidrogenados son perniciosos (nocivos) para la salud, ya que contribuyen al aumento de los niveles de colesterol en sangre, mucho más que las grasas vegetales o las animales; debido a su contenido en ácidos grasos trans. Por tal motivo, muchos nutricionistas y médicos, están en contra de su uso en la alimentación" (2).
Biodiesel
"El biodiésel es un biocombustible líquido que se obtiene a partir de lípidos naturales como aceites vegetales o grasas animales, con o sin uso previo,1 mediante procesos industriales de esterificación y transesterificación, y que se aplica en la preparación de sustitutos totales o parciales del petrodiésel o gasóleo obtenido del petróleo.El biodiésel puede mezclarse con gasóleo procedente del refino del petróleo en diferentes cantidades. 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." (3)
Historia
"El motor diésel no fue diseñado, en su concepción, ni para utilizar aceites vegetales ni para utilizar ningún tipo de biocombustible. En 1990 un pequeño motor a diésel opero con aceite vegetal en la feria de París. En 1985 se construyó la primera planta para producir aceite transesterificado en Austria" (4).
Reacción de formación de biodiesel
"El FAME o metilésteres de ácidos grasos producto formado a partir de los triglicéridos contenidos en los aceites vegetales se lo realiza mediante una trans-esterificación la cual tiene lugar de la siguiente manera:
Figura 1Reacción de formación de biodiesel
Fuente:http://www.sefome.gob.mx/foroenergiacolima/Foro%20de%20Energia/pdf16072010/Toscano%20%2816%20Julio%2013%5B1%5D.20%20-%2014.00%29.pdf
Las propiedades físicas, químicas y funcionales del biodiesel resultante va a depender estrictamente del origen de la materia prima es decir del aceite vegetal empleado, del alcohol usado como reactivo y de las condiciones de reacción en el proceso.
Figura 2Estado inicial de la formación de biodiesel
fuente:http://www.corpoica.org.co/SitioWeb/Documento/JatrophaContrataciones/CARACTERISTICAACEITECOMOENTENDER.pdf
Figura 3 Estado inicial de la formación de biodiesel
fuente:http://www.corpoica.org.co/SitioWeb/Documento/JatrophaContrataciones/CARACTERISTICAACEITECOMOENTENDER.pdf
- Estereoquímica de la reacción
"Las grasas y los aceites son mezclas complejas de diferentes triacilgliceroles, en consecuencia, sólo se pueden encontrar relaciones aproximada entre las masas de los reactivos y de los productos de la reacción.Para ello, es necesario estimar el peso molar medio de los triacilgliceroles
Figura 4Pesos molares alcoholes
fuente:http://www.corpoica.org.co/SitioWeb/Documento/JatrophaContrataciones/CARACTERISTICAACEITECOMOENTENDER.pdf
Cálculo del peso molar medio de los ácidos grasos del aceite de girasol a partir de su composición en ácidos grasos:
Figura 5Pesos molares ácidos grasos
fuente:http://www.corpoica.org.co/SitioWeb/Documento/JatrophaContrataciones/CARACTERISTICAACEITECOMOENTENDER.pdf
PM TG= (PMAG– 1) * 3 + 41
PM TG= (281 – 1) * 3 + 41= 881
Peso molar del éster = (ácido graso-1) + (alcohol-17)
Peso molar del éster = (281) + (32-17) = 296 " (5)
Figura 6 Tabla de pesos moleculares para el aceite de girasol
Producción de biodiesel
Figura 7 diagrama de producción de biodiesel
fuente:http://www.corpoica.org.co/SitioWeb/Documento/JatrophaContrataciones/CARACTERISTICAACEITECOMOENTENDER.pdf
Conductividad
Conductividad térmica
"La conductividad de una sustancia se define como "la habilidad o poder de conducir o transmitir calor, electricidad o sonido". Las unidades son Siemens por metro [S/m] en sistema de medición SI y micromhos por centímetro [mmho/cm] en unidades estándar de EE.UU. Su símbolo es "k" o "s".
Conductividad térmica: Se define como la capacidad de una sustancia de transferir la energía cinética de sus moléculas a otras moléculas adyacentes o a sustancias con las que no está en contacto. También se puede definir como la cantidad de calor que se transmite a través de la unidad de espesor de un material, cuando la diferencia de temperatura entre ambas caras es de 1ºC. Es una magnitud intensiva y se mide en las unidades siguientes a través del coeficiente de conductividad térmica:
Coeficiente de conductividad calorífica de aceites vegetales
La conductividad térmica de los aceites grasos y aceites minerales es relativamente pequeña. A continuación se muestran valores de algunos aceites a diferentes temperaturas:
Tabla 3.1.1: Conductividad Calorífica de aceites vegetales
Figura 8 Conductividad Calorífica de aceites vegetales
Fuente: http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/1261/Capitulo7.pdf,
http://books.google.com.ec/books?id=pOQNOei7mIUC&pg=PA457&lpg=PA457&dq=conductividad+de+aceites+vegetales&source=bl&ots=VbNZEljlQF&sig=YtCQ0iaaMGkRU7-Bw5qzEdN3DZs&hl=es-419&sa=X&ei=3SiKUoOxAYXGkQfu-4CoAg&ved=0CD8Q6AEwAg#v=onepage&q=conductividad%20de%20aceites%20vegetales&f=false
Como se observa en la tabla, al incrementarse la temperatura la conductividad de los aceites disminuye, ya que posee una relación inversa frente a la temperatura. Además los aceites son sustancias de densidad menores que la del agua, por esta razón su coeficiente térmico es muy bajo, ya que al ser una propiedad que depende de la temperatura, si esta aumenta la densidad decrece y por tanto el coeficiente de conductividad lo hará también.
Conductividad Eléctrica
"La conductividad eléctrica se define como la capacidad de una sustancia de conducir la corriente eléctrica y es lo contrario de la resistencia. Es una variable que depende de la cantidad de sales disueltas presentes en un líquido y es inversamente proporcional a la resistividad del mismo, la unidad de medición utilizada comúnmente es el Siemens/cm (S/cm) Con métodos convencionales la medida de la conductividad se obtiene aplicando un voltaje entre dos electrodos y midiendo la resistencia de la solución.
Se define como la capacidad de una solución acuosa para transmitir una corriente eléctrica y es igual al recíproco de la resistividad de la solución. Dicha capacidad depende de la presencia de iones; de su concentración, movilidad y valencia, y de la temperatura ambiente. Las soluciones de la mayoría de los compuestos inorgánicos (ej. aniones de cloruro, nitrato, sulfato y fosfato) son relativamente buenos conductores. Por el contrario, moléculas de compuestos orgánicos que no se disocian en soluciones acuosas (ej. aceites, fenoles, alcoholes y azúcares) son pobres conductores de una corriente eléctrica. La determinación de la conductividad es de gran importancia pues da una idea de la cantidad de iones presentes en la solución así como del número de micelas y la forma de estas." (7)
"La conductividad depende de la estructura atómica y molecular del material, por ejemplo los metales son buenos conductores porque tienen una estructura con muchos electrones con vínculos débiles y esto permite su movimiento. La conductividad también depende de otros factores físicos del propio material y de la temperatura.
La conductividad es la relación inversa de la resistividad, por tanto 
y su unidad es el S/m (siemens por metro) o O-1·m-1. Usualmente la magnitud de la conductividad (s) es la proporcionalidad entre el campo eléctrico E y la densidad de corriente J.
La conductividad eléctrica en medios líquidos (Disolución), como los aceites vegetales está relacionada con la presencia de sales en solución, cuya disociación genera iones positivos y negativos capaces de transportar la energía eléctrica si se somete el líquido a un campo eléctrico. Estos conductores iónicos se denominan electrolitos o conductores electrolíticos. Las determinaciones de la conductividad reciben el nombre de determinaciones conductométricas y tienen muchas aplicaciones como, por ejemplo:
En la electrólisis, ya que el consumo de energía eléctrica en este proceso depende en gran medida de ella.
En los estudios de laboratorio para determinar el contenido de sales de varias soluciones durante la evaporación del agua (por ejemplo en el agua de calderas o en la producción de leche condensada).
Para determinar las solubilidades de electrólitos escasamente solubles y para hallar concentraciones de electrólitos en soluciones por titulación" (8).
Coeficiente de conductividad eléctrica en aceites vegetales
"Para los aceites la constante dieléctrica oscila entre 3 y 3,2 en la mayoría de los casos, sin embargo el aceite de resino muestra un valor de 4,7.
La conductancia (G, recíproco de resistencia R) de una solución se mide utilizando dos electrodos químicamente inertes y fijos espacialmente. La conductancia de una solución es directamente proporcional al área superficial del electrodo A, (cm2) e inversamente proporcional a distancia entre los electrodos L, (cm). La constante de proporcionalidad, k (conductividad) es una propiedad característica de la solución localizada entre dos electrodos.
Las unidades de k son 1/ohm-cm ó mho/cm. La conductividad se reporta generalmente en micromhos/cm (&µmho/cm). En el Sistema Internacional de Unidades (SI), el recíproco del ohm es el siemens (S) y la conductividad se reporta en milisiemens/metro (mS/m)." (9)
Electricidad Estática
"El término electricidad estática se refiere a la acumulación de un exceso de carga eléctrica en una zona con poca conductividad eléctrica, un aislante, de manera que la acumulación de carga persiste. Los materiales con los que tratamos en nuestra vida diaria están formados por átomos y moléculas que son eléctricamente neutros porque tienen el mismo número de cargas positivas (protones en el núcleo) que de cargas negativas (electrones alrededor del núcleo). El fenómeno de la electricidad estática requiere de una separación sostenida entre las cargas positivas y negativas, a continuación se muestran las principales causas para que esto sea posible" (10)
Generación de la electricidad estática
"El fenómeno de la generación de electricidad estática se conoce desde hace muchos años al observar la atracción de trozos de papel mediante varillas o barras de materiales aislantes después de haber sido frotadas con una pieza de tela. Para generar electricidad estática es suficiente el contacto o fricción y la separación entre dos materiales generalmente diferentes y no necesariamente aislantes, siendo uno de ellos mal conductor de la electricidad. Los materiales conductores permiten el paso de cargas eléctricas, mientras los aislantes lo obstaculizan. Las cargas electrostáticas negativas son electrones de los átomos de los elementos químicos y las positivas equivalen a la acción de los protones del núcleo atómico privados de los electrones de la última capa. Los electrones situados en la superficie de un material aislante o un conductor aislado no pueden disiparse fácilmente mientras no tengan una vía conductora a tierra. Al no poder circular con facilidad dan lugar a la denominada electricidad estática, a diferencia de la otra electricidad dinámica que circula por los conductores con fines de transmisión y utilización de energía. Los electrones tienen libertad de movimientos de una molécula a otra en los conductores, pero los protones son inseparables del átomo y no pueden moverse a menos que lo haga el propio
átomo. El conjunto de los átomos de los cuerpos sólidos forman estructuras que mantienen la posición de dichos átomos entre sí. En cambio en los líquidos y mucho más en los gases, se tiene un desplazamiento relativo entre los mismos. Esa es la razón porque en los sólidos sólo se mueven los electrones y en los líquidos y gases se pueden mover electrones y protones. La carga originada por este fenómeno se llama carga triboeléctrica y una serie triboeléctrica como la mostrada ayuda a determinar la polaridad de cada uno de los dos materiales cargados. La magnitud de la carga electrostática está relacionada con la posición o distancia relativa entre sí de los materiales en la serie y su signo está determinado por la propensión de un material a ceder o ganar electrones que es lo que en realidad indica tal serie. Así p.e. el frotamiento de una pieza de vidrio y otra de teflón y su posterior separación darán lugar a una carga electrostática negativa sobre la pieza de teflón y otra de igual magnitud y carga positiva sobre la de vidrio. La misma experiencia realizada p.e. con poliester y níquel daría cargas positivas y negativas respectivamente en sus superficies pero con magnitud menor de la cantidad de carga eléctrica en culombios
Figura 9 Ejemplos de generación de cargas electrostáticas
Fuente:http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/FichasTecnicas/NTP/Ficheros/501a600/ntp_567.pdf
En los líquidos inflamables y combustibles la generación se da principalmente cuando se mueven en contacto con otros materiales en procesos de flujo por conducciones y en operaciones de mezclado, vertido, bombeo, filtración o agitación. La electricidad estática se puede acumular en el propio líquido.
En el flujo de gases el fenómeno se acrecienta cuando están contaminados con óxidos metálicos o partículas sólidas y líquidas. Una corriente de gas en esas condiciones dirigida contra un objeto conductor cargará este último excepto en el caso en que esté conectado a tierra o conectado equipotencialmente con la conducción de descarga.
En operaciones de manutención y proceso con polvos y fibras, las descargas electrostáticas causantes de ignición han ocurrido entre un elemento conductor aislado y tierra. No se tiene constancia experimental que una nube de polvo haya tenido ignición por descarga electrostática provocada en su propio seno. " (11)
2.2.4. La electricidad estática como una fuente de ignición efectiva de atmosferas explosivas
"El proceso generador de cargas más común se da por contacto o fricción y separación de dos materiales diferentes en donde Al menos uno de los materiales debe ser un mal conductor de la electricidad como un aislante o conductor aislado en nuestro caso el biodiesel por tener una conductividad muy baja de carga eléctrica, al ser este un líquido la carga normalmente se genera durante bombeo, agitación, filtrado, formación de nieblas, salpicaduras durante el llenado" (12).
2.2.5. Peligros ocasionados por la electricidad estática
"El peligro más destacable es el de incendio o explosión de atmósferas explosivas que son las mezclas de aire con vapores, nieblas, gases o polvos combustibles. Este peligro puede dar lugar a accidentes en las operaciones o procesos con esas materias cuando la cantidad de cargas electrostáticas origina un potencial eléctrico elevado que puede dar lugar a la descarga electrostática. Esta descarga electrostática puede ser el foco de ignición de una atmósfera explosiva, dependiendo por su parte de la energía que posea y siempre que ésta sea igual o superior a la energía mínima de ignición de la atmósfera explosiva presente. La experiencia
demuestra que chispas insignificantes poseen energía suficiente para inflamar mezclas de vapores y gases inflamables con aire. Las atmósferas explosivas de polvos combustibles necesitan descargas algo mayores. Los valores mínimos se dan para atmósferas explosivas de hidrógeno con 0,019 mJ y de disulfuro de carbono con sólo 0,009 mJ.
Las descargas más potentes son en forma de chispas y pueden ocurrir desde conductores aislados, que han tenido un proceso de carga y que se descargan hacia otro conductor cercano, en cuyo caso la capacidad de ignición viene determinada por la energía desprendida en función de la capacidad del condensador eléctrico formado por los dos conductores, su potencial y la cantidad de carga eléctrica que acumula según la conocida fórmula:
W = CV2/2 = QV/2 = Q2/(2C)
Siendo
W = energía desprendida en la descarga en J (julios)
C = capacidad en F (faradios)
V = potencial eléctrico en V (voltios)
Q = cantidad de electricidad en C (culombios) "(13)
Parte experimental
Descripción del equipo y método
Para determinar la conductividad térmica de ciertos líquidos, se diseñó un aparato en función de los parámetros respectivos a medir, el cual consta físicamente por materiales metálicos y funciona eléctricamente, con el paso de una corriente través de la substancia a medir, y los materiales aledaños. El equipo fue diseñado prácticamente de la siguiente manera: una capa delgada horizontal del líquido a medir fue colocada entre dos bloques de aluminio, donde el bloque superior corresponde al ¨bloque caliente¨ y contiene una bobina de calefacción y el bloque inferior corresponde al "bloque frío" y está provisto de aletas radiantes. Para evitar una pérdida de calor desde el bloque caliente hacia sus alrededores, se colocó por encima de este una placa de aluminio como aislante "guarda placa" que posee una bobina de calentamiento subsidiaria y entre ambos se dejó una fina capa de separación de aire para amortiguar la salida del flujo de calor. La corriente que fluye a través de la bobina subsidiaria fue ajustada posteriormente para evitar una caída de temperatura a través de la capa de aire, que pudiera contribuir también a una pequeña perdida de calor desde ambos lados del bloque caliente. Se aseguró que la energía suministrada a la bobina principal de calentamiento fuera transmitida en su totalidad hacia abajo, pasando a través del líquido de prueba. El aparato fue completamente contenido en un horno controlado termostáticamente y se elevó la temperatura hasta alcanzar el valor apropiado para el propósito del experimento. Por este medio aislante las inevitables pérdidas superficiales fueron reducidas de la mejor manera posible, ya que la temperatura del horno se encontraba tan solo 10ºC por debajo de la del bloque caliente.
El aparato se muestra en el siguiente diagrama:
Figura 10 Diagrama del equipo
Los bloques de aluminio utilizados son cilíndricos y con un diámetro de 5 cm, de manera que el área de la capa de ensayo de líquido posea alrededor de unos 20 cm cuadrados. Las temperaturas de las caras de ambos bloques entre los cuales el líquido estaba retenido fueron medidas, asegurándose que cada bloque de aluminio sirviese como brazo y el otro que estuviese formado a base de constantán.
Con el propósito de obtener valores apropiados en las pruebas de cara de ambos bloques, se realizaron agujeros de diámetro pequeño desde los lados de cada uno y en una dirección inclinada hasta alcanzar dichos puntos. A través de los agujeros se insertaron cables de constantán, los cuales estaban provistos de delgadas láminas de vidrio con la finalidad de aislarlos del aluminio, excepto en las caras reales de los bloques donde fueron retenidos firmemente por pequeñas pinzas de aluminio. Las caras reales de los bloques con las parejas en posición estuvieron posicionadas fijamente con un alto grado de exactitud.
Alrededor del extremo superior del bloque frío, se fijó una pequeña galería para mantener el líquido de prueba durante el ensamblaje y proveer suficientes excedentes del mismo para asegurar que la separación entre los bloques frío y caliente esté siempre llena. La galería utilizada estaba compuesta obviamente por muy buenos materiales aislantes, es decir de baja conductividad térmica, puesto que al entrar en contacto con alguno de los líquidos de prueba, se podría modificar la temperatura del bloque frío y producir variaciones indeseables. Además su unión con el aluminio del bloque debe permanecer en estado líquido de acuerdo con la temperatura elevada en el horno.
Después de algunas pruebas, los papeles de asbesto fueron finalmente escogidos. Estos fueron moldeados mientras permanecían húmedos y se aseguraron al bloque de aluminio, por alambre prensado que lo recubría con un número determinado de vueltas para finalmente ser colocados en una ranura poca profunda en el lado del bloque frío.
Posteriormente los papeles de asbesto fueron puestos a secado y se trataron con barniz de baquelita, calentándose hasta una temperatura apropiada. El proceso se repitió por varias veces.
El método de construcción del equipo resulto completamente óptimo y la galería del bloque frío fue finalmente equipada con una floja cubierta de mica. El bloque caliente estuvo formado por dos partes, las cuales se atornillaban juntas y contenían una rejilla de calefacción eléctrica de alambre de nicrom enrollado alrededor de la mica. Para el aislante "guarda placa" se realizó una construcción similar de la rejilla eléctrica y el alambre enrollado de la mica del bloque caliente. La temperatura del bloque caliente podía oscilar entre aproximadamente 20oC y 200oC (cuando sea posible), y las fuentes de poder (energía) fueron variadas en un rango desde 3 a 20 vatios.
Para separar el bloque frio y caliente a una distancia adecuada, se utilizaron tres láminas cortas de varilla de vidrio, que descansaban en los lados de ambos bloques de acuerdo al diámetro de los mismos, de manera interpuesta o intercalada.
El equipo iba tomando forma y cada parte que lo formaba estaba correctamente protegida y recubierta o aislada con los materiales necesarios para la experiencia. Para asegurar más alguna pérdida entre los bloques, la superficie del bloque frío para el caso del agua, se encontró que era más conveniente que sea recubierta utilizando tres piezas pequeñas de placa de sílice, cementadas por una traza de barniz de baquelita ya que se observó que las barras de vidrio tendían a flotar lejos durante el ensamblaje. Algunas pruebas preliminares habían demostrado que el espesor del líquido no debería exceder de 0-5 mm, y en consecuencia las experiencias realizadas fueron dirigidas con espesores que varían entre 0-25 y 0.5 mm. Dentro de la operación del ensamblaje del aparato, fue de poca importancia el evitar la formación de burbujas de aire en la separación de los bloques caliente y frío. El bloque caliente fue movido gradualmente a una posición inclinada juntamente con el líquido y posteriormente llevado cuidadosamente a su posición original (horizontal) con el objetivo que el aire arrastrado a medida que el bloque sufre este cambio gradual de posición se vuelva más y más húmedo por la presencia del líquido.
Los bloques fueron alineados axialmente por medio de tornillos de centrado que se retiraron durante el curso de un experimento. La guarda placa y el bloque caliente estaban similarmente separados por piezas de separación de vidrio y una pareja diferencial servía para indicar la temperatura, aunque sus superficies contaban con el mismo valor.
El equipo fue rodeado por un cercado de metal, el espacio intermedio estaba lleno con lana de amianto, y como se indicó anteriormente fue colocado en el horno especificado. El horno se calentó eléctricamente y se colocó un ventilador con el objetivo de circular el aire dentro del horno y específicamente en la separación entre el bloque caliente y el guarda placa. De esta manera se aseguró la uniformidad de la temperatura alrededor del aparato y su entorno
Correcciones para el cálculo de la conductividad térmica
Pérdida de calor lateral
A pesar de que las pérdidas de calor del bloque caliente fueron controladas con el "guarda placa", se permitió la fuga de calor por los costados del mismo debido a que el espacio circundante estaba lleno con lana de amianto y no perjudicaba la temperatura del horno. Esta pérdida se debió a través de la conducción por la diferencia de temperatura entre el bloque caliente y el metal adjunto y no por otros métodos como la radiación o convección. La magnitud de la corrección fue determinada experimentalmente por la toma de observaciones debajo de las condiciones normales cuando la prueba de líquido fue remplazada por un material de cierta conductividad entre el bloque caliente y frio.
Calor transferido a través del líquido en la galería
Se determinó que la corrección debe restar el valor de la fuente de poder, y a su vez debe ser proporcional a la diferencia de temperatura y a la conductividad del líquido a medirse. Este valor numéricamente se lograba obtener cuando la galería estaba llena como en condiciones normales de experimento y se representa de la siguiente manera:
Donde:
C1: Corrección 1
K: Conductividad del líquido
Y el # 42 tiene unidades de W/oC
La magnitud de esta corrección solo es válida siempre y cuando no exceda del 3 por ciento
Para cada experiencia se utilizó primeramente como líquido de prueba el agua, para establecer las condiciones normales de funcionamiento del equipo y según los valores obtenidos se propuso el factor de corrección.
Pérdidas de calor por evaporación
Una posible pérdida de flujo de calor puede provocarse por la evaporación en la superficie libre del líquido de prueba cuando se encuentra en la galería. Para el caso del agua se analizó este punto, en función de su calor latente de vaporización y por el hecho que las observaciones podían ser tomadas más cerca de su punto de ebullición a diferencia de otros líquidos. Los resultados mostraron que aún a elevadas temperaturas, se perdía alrededor de 1 cm3 por hora del líquido, lo que representa un 5 por ciento en el factor de conversión. Por esta razón este factor no fue tomado en cuenta para los demás líquidos, ya que para estos, el factor era más bajo y el volumen perdido por evaporación era mucho más bajo que el del agua.
Pérdidas de calor por el "guarda placa"
Bajo condiciones normales de operación se encontró posible ajustar la corriente a través del guarda placa calentador, de manera que la diferencia de temperatura entre los dos lados de la capa de aire correspondida a menos de tres micro voltios es de 0,07oC.
Cálculo de la conductividad térmica
Datos y mediciones
Los siguientes datos fueron obtenidos en el presente experimento sobre los líquidos mencionados a una temperatura media de 50oC. En primera instancia fueron realizados para la glicerina y posteriormente para el aceite de oliva, que es un ejemplo de aceite vegetal (líquidos a investigar en este trabajo).
En la parte inferior de la tabla que se muestra a continuación se indica la nomenclatura de cada propiedad que la representa y algunas mediciones extras que se realizaron en los bloques frío y caliente. También se indican las correcciones realizadas a la fuente de alimentación, necesarias para utilizar los datos precisos en el cálculo de la conductividad térmica. La fuente de alimentación fue realizada sobre el bloque caliente.
Tabla 3.3.1: Especificaciones útiles para el cálculo de la conductividad
Figura 11 Tabla de Especificaciones útiles para el cálculo de la conductividad
Mediciones Termopares:
a) Cara Caliente Termopares: (Tres) 2134, 2132, 2133 mV
b) Cara Fría Termopares (Tres) 1945, 1943,1945 mV
Correcciones a la fuente de alimentación
Primera experiencia: Glicerina
Pérdida de lado:
Diferencia de temperatura entre el bloque caliente y la caja metálica 10,53 C
Corrección: 10,53*0,0234 = 0,246 W
Pérdida por exceso de líquido:
Diferencia de temperatura entre el bloque caliente y frío: 4,40oC
Conductividad aproximada 0,00068
Corrección 0,00068 * 4,40 * 42 = 0,126 W
Pérdidas por evaporación: Nulo
Corrección de potencia: 7,574-0,246-0,126 = 7,202 W
Segunda experiencia: Aceite de oliva
Pérdida de lado:
Diferencia de temperatura entre el bloque caliente y la caja metálica 11,73 C
Corrección: 11,73*0,0234 = 0,2744 W
Pérdida por exceso de líquido:
Diferencia de temperatura entre el bloque caliente y frío: 7,60oC
Conductividad aproximada 0,0004
Corrección 0,0004 * 7,6 * 42 = 0,1277 W
Pérdidas por evaporación: Nulo
Corrección de potencia: 7,574-0,2744-0,1277 = 7,172 W
Nomenclatura:
d: Espesor de la capa de ensayo
A: Área de la capa de ensayo
TCC: Temperatura media equivalente de la cara caliente
TCF: Temperatura media equivalente de la cara fría
?T: Descenso de la temperatura sobre la capa de ensayo
TL: Temperatura promedio del líquido
I: Intensidad de corriente
V: Caída de potencial
W: Potencia suministrada
W*: Potencia corregida" (14)
Cálculo de la conductividad térmica a 50oC
Cálculo para la glicerina:
Usando la ecuación 2.1 como general para todos los casos:
Cálculo para el aceite de oliva:
Según la tabla 3.1.1, el aceite de oliva a 50oC presenta una conductividad de 0,143 kcal/mhoC y transformando el valor obtenido a las unidades tabuladas se tiene:
Biocombustibles
4.1. Etanol
4.1.1. Historia
"En 1826 Samuel Morey construye un motor de combustión interna que fue accionado por una mezcla de etanol y trementina.
En 1896 Henry Ford construyó su primer automóvil, el cuadriciclo, para funcionar con etanol puro
Graham Bell Consideró el etanol como el combustible del futuro por sus bajas emisiones atmosféricas
En 1988 Denver, Colorado fue el primer estado enhacer obligatorio el uso de etanol y combustibles oxigenados para el invierno para controlar las emisiones de monóxido de carbonoEl Etanol es utilizado como oxigenante de la gasolina para controlar así las emisiones de monóxido de carbono en la combustión de los automotores (1988) " (15)
4.1.2. Especificaciones del etanol como biocombustible
fuente:http://www.sefome.gob.mx/foroenergiacolima/Foro%20de%20Energia/pdf16072010/Toscano%20%2816%20Julio%2013%5B1%5D.20%20-%2014.00%29.pdf
4.1.3. Aplicaciones de aceites vegetales en campos energéticos
Una aplicación interesante de los aceites vegetales (AV) es la producción metilésteres de ácidos grasos (FAME), principalmente para su utilización como biocomustible (biodiesel), pero también para muchas otras aplicaciones, desde aislantes líquidos en transformadores y capacitores, hasta la fabricación de tintas.
4.2. Biodiesel
4.2.1. Propiedades características del biodiesel
4.2.2. Especificación internacional del biodiesel
Figura 12 Especificación internacional del biodiesel
fuente:http://www.sefome.gob.mx/foroenergiacolima/Foro%20de%20Energia/pdf16072010/Toscano%20%2816%20Julio%2013%5B1%5D.20%20-%2014.00%29.pdf
4.2.3. Comparación de algunas propiedades de los Biodieseles
Figura 13 Comparación de algunas propiedades de los Biodieseles
fuente:http://www.sefome.gob.mx/foroenergiacolima/Foro%20de%20Energia/pdf16072010/Toscano%20%2816%20Julio%2013%5B1%5D.20%20-%2014.00%29.pdf
4.2.4.Diagrama de flujo de producción de biodiesel
Figura 14 Diagrama de flujo de producción de biodieselfuente: http://grupomontevideo.org/ndca/caenergia/wp-content/uploads/2013/06/M%C3%A9todos-alternativos-para-el-control-de-calidad-del-biodiesel1.pdf
Diesel UBA
5.1. Acumulación de carga eléctrica estática de Diesel UBA
Al ser la conductividad de la mayoría de dieseles UBA (diesel Ultra Bajo en Azufre) menor a 1 pS/m la carga se acumula en un tanque receptor, esta acumulación de carga es peligrosa cuando el combustible se mueve en las líneas, filtros o cuando se lo descarga en tanques.
"Por concepto la carga se acumula si la generación excede a la relajación, en el caso del diesel UBA la carga se disipa totalmente con 3 ciclos de relajación:
Relajación completa para 1 pS/m = 54 seg
Relajación completa para 100 pS/m = 0.54 seg
API Señaló en 2003 que los líquidos con una conductividad mayor de 50 pS/m no acumulan carga estática. El Método recomendado para su medición es el ASTM D2624-06" (16)
5.2. Propiedades del diesel UBA
Figura 15 Propiedades del Diesel UBAfuente:http://www.sefome.gob.mx/foroenergiacolima/Foro%20de%20Energia/pdf16072010/Toscano%20%2816%20Julio%2013%5B1%5D.20%20-%2014.00%29.pdf
5.3. Aplicación del Biodiesel como un aditivo de conductividad en el diesel UBA
Al ser el diesel UBA un combustible más noble con el ambiente tiene la desventaja de tener una conductividad eléctrica baja lo cual implica un riesgo en su manipulación y transporte el biodiesel se lo puede utilizar como un aditivo en la cinductividad eléctrica del diesel UBA para que de esta manera aumentar la conductividad y volver menos peligroso el manejo y la manipulación del diesel UBA
5.4.. Diesel UBA con contenido de Biodiesel
Figura 16 Gráfico del diesel UBA con contenido de biodieselFuente:http://www.sefome.gob.mx/foroenergiacolima/Foro%20de%20Energia/pdf16072010/Toscano%20%2816%20Julio%2013%5B1%5D.20%20-%2014.00%29.pdf
En el gráfico anterior se observa como en el mejor de los casos si se toma en cuenta las muestras de diesel 1, 2 y 3 la concentración volumétrica de biodiesel para la mezcla a realizar debe de ser en proporciones superiores a 2.5 % volumen en donde al superar la especificación de no menor a 50 [ps/m] la acumulación de carga eléctrica estática se reducirá por lo tanto el manejo y manipulación del diesel UBA en mezcla con biodiesel será más seguro.
5.5 Estudio de trazabilidad de diesel UBA con Biodiesel
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