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Revista CENIC Ciencias Químicas, Vol. 46, pp. 107-116, 2015.
Aplicación de CG-EM en la diferenciación del impacto
ambiental potencial de gasolinas comerciales
Norma Elena Mora-Men, Jose Rivas-Enterrios*, Caroline Bazot*
Centro de Investigaciones del Petróleo (CEINPET). Churruca #481, Cerro. La Habana, Cuba. *École Nationale
de Chimie, Physique et Biologie (ENCPB). 11, rue Pirandello. 75013 Paris, Francia. normae@ceinpet.cupet.cu
Recibido: 1 de marzo de 2014.
Aceptado: 6 de julio de 2015.
Palabras clave: gasolina, CG-EM, hidrocarburos, emisiones
Key words: gasoline, hydrocarbons, GC-MS, emissions
RESUMEN. Una breve introducción sobre el petróleo y las transformaciones básicas que experimenta la industria de
refinación es seguida de la enumeración de los componentes tradicionales de la gasolina y de los procesos
tecnológicos que la originan. Se describen sus principales propiedades físico-químicas y los tipos de emisiones que
produce. Se explica la importancia de la determinación de la composición molecular de las gasolinas en el pronóstico
de sus propiedades de explotación y de su impacto en el medio ambiente. Se alude al rol de las familias químicas que
la componen, y el valor de la información que proporcionan para la diferenciación de gasolinas comerciales que
cumplen con las mismas especificaciones de calidad. La composición molecular de las gasolinas fue determinada
mediante Cromatografía Gaseosa con Espectrometría de Masas (CG-EM) acoplada. Para el análisis cuantitativo se
utilizó un cromatógrafo Agilent 6890N con columna tipo HP-5MS; para el cualitativo – un cromatógrafo HP-890 con
columna HP-1 y un Agilent 19091S-433 con columna HP-5MS. Sobre la base de la determinación de los tipos de
hidrocarburos mayoritarios, contenidos en seis muestras de gasolinas comercializadas en el mercado francés con
calidad “Super-98 sin plomo”, se demuestra que gasolinas comerciales de la misma denominación poseen diferente
estructura química, y por tanto, distintos potenciales de impacto en el medio ambiente.
ABSTRACT. A brief introduction about crude oil and the basic transformations experienced by the refining industry
is followed by a list of the traditional components of gasoline and the technological processes that cause it. The main
physicochemical properties and the types of emissions that it produces were described. The importance of the
determination of the molecular composition of gasoline in the prediction of their exploitation properties and their
impact on the environment was explained. The role of the chemical families that compose gasoline and the value of
the information that they provide for differentiation of commercials gasoline that meets the same quality
specifications are also referred too. Gas Chromatography Mass Spectrometry (GC-MS) was used for determination of
gasoline chemical composition. For quantitative analysis an Agilent 6890N chromatographer with an HP-5MS
column was used; as for qualitative analysis, an HP-890 chromatographer with an HP-1 column; and an Agilent
19091S-433 chromatographer with an HP-5MS column were used. Based on the determination of the types of
majority hydrocarbons contained in six samples of gasoline sold in the French market with quality "Super-98
unleaded", it is shown that commercials gasolines of the same denomination have a different chemical structures and
that reason, dissimilar potential impact on the environment.
INTRODUCCIÓN
Del petra (griego) = roca y oleum (latín) = aceite, el petróleo es la fuente de combustibles más utilizado en la
actualidad. La finalidad principal de la refinación de petróleo es la producción de combustibles, responsables del
aumento de su valor agregado. Uno de ellos, es la gasolina.
La explotación de gasolinas en mecanismos de transformación de energía, específicamente en motores de combustión
interna (MCI) de encendido por chispa (Ciclo Otto), requiere el suministro de la mayor cantidad de energía química
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que contiene, al proceso de combustión. En primera instancia, ello depende de la composición molecular de las
gasolinas.
La combustión de combustibles del petróleo es responsable de la mayor parte de las emisiones de Gases de Efecto
Invernadero. Según datos de la Administración de Información de Energia de los EEUU (US Energy information
Administration, USEIA), en el año 2013 el mundo emitió 11 830,5 millones de toneladas métricas de dióxido de
carbono a causa del consumo de petróleo.1 Se estima que las emisiones de dióxido de carbono relativas a la
combustión representaran 22,0 - 37,0 millones de toneladas en el año 2035, según los dos escenarios de política
energética considerados por la Agencia internacional de Energia (International Energy Agency, IEA), para ese año.2
Tal información coloca el consumo de energía, y las emisiones antropogénicas, en el centro del debate mundial sobre
el cambio climático. En consecuencia, la industria automotriz y la de refinación de petróleo tienen el reto de
proporcionar tecnologías y combustibles más limpios.
Los objetivos de la presente investigación son: determinar la composición molecular de gasolinas que se venden en el
mercado bajo la misma denominación comercial, y evaluar el efecto potencial de su composición molecular en el
medio ambiente.
Fracciones del petróleo
En la Fig.1 se muestran los intervalos de temperatura de ebullición tradicionales de las fracciones que se obtienen en
la columna de destilación atmosférica, y de vacío, en las refinerías de petróleo modernas con perfil de producción de
combustibles.
Los valores de temperatura de ebullición, inicial y final, de cada corte varían en función de la tecnología disponible,
del régimen operacional y de los productos finales de interés comercial. 3
Fig.1. Fracciones tradicionales del petróleo obtenidas industrialmente en la destilación primaria.
La gasolina contiene cientos (o miles) de hidrocarburos pertenecientes a cuatro series homólogas (denominadas
también como “clases de hidrocarburos”): Parafinas (P), Olefinas (O), Naftenos (N) y Aromáticos (A), que
determinan sus propiedades físicas y químicas. A su vez, ellas conforman las características de desempeño del
combustible en el motor. Para estudiar la composición química de las gasolinas, con frecuencia se utiliza la
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determinación de su composición grupal (o “composición hidrocarbonada”), entendida como la suma de
hidrocarburos pertenecientes a cada serie homóloga.
A causa de las diferencias que existen en las propiedades de las fracciones que forman la gasolina comercial, la
naturaleza química de cada una de ellas se clasifica por el carácter químico dominante de sus moléculas, lo que
corresponde a la presencia de la serie homóloga mayoritaria.
Los hidrocarburos presentes en la gasolina contienen de 5–13 átomos de carbono.4 Otros autores sitúan dicho
intervalo entre 4 – 11;5 4 – 20;3 3 – 12.6 Además de hidrocarburos, las gasolinas contienen compuestos
heteroatómicos de: azufre, nitrógeno y oxígeno, en pequeñas concentraciones, que son sustancias no deseadas por sus
efectos corrosivos, por originar envenenamiento en catalizadores, y por el impacto negativo en las emisiones.
La industria produce gasolina buscando cualidades que cumplan los límites que se establecen en las normas de
especificaciones de calidad y en las regulaciones ambientales, del país o región donde se aplican. Aunque durante el
proceso de producción industrial de gasolinas no se considera la distribución de hidrocarburos por tipo y tamaño, tales
características se definen en investigaciones científicas previas, por varias razones:
1) porque en función de la composición molecular de cada fracción se determina el tipo de proceso tecnológico y los
parámetros termodinámicos adecuados para la transformación de sus moléculas, de forma que se alcance la calidad de
gasolina terminada (comercial) proyectada;
2) porque el cumplimiento de las especificaciones de calidad no garantiza el mismo desempeño técnico-económico de
diferentes gasolinas, en las complejas relaciones combustible vs motor vs emisiones: dos gasolinas comerciales que
cumplen las mismas especificaciones, no presentan el mismo rendimiento energético, ni producen la misma cantidad
de emisiones;
3) porque es una huella dactilar de la identidad de cada combustible, que lo vincula al lugar de origen de su
producción, formulación (procedimiento de mezclado de las naftas componentes de la gasolina lista para el mercado)
y distribución.
No existen dos gasolinas con idéntica estructura molecular en toda la industria petrolera alrededor del mundo, excepto
que se trate del mismo producto con diferente etiqueta comercial. Los resultados obtenidos por CG-EM ponen de
relieve la diversidad de componentes presentes en una gasolina terminada, que determinan la complejidad de su
comportamiento en MCI, en iguales condiciones de explotación. La distribución en el espacio de las distintas
moléculas, las interacciones entre ellas, las diferencias en el contenido de energía; así como, su capacidad para
transmitirla total o parcialmente durante la combustión, explica el hecho de que a un mismo estado macroscópico
(termodinámico) del sistema puede corresponderle un número elevado de estados microscópicos diferentes. Las
características de combustión en MCI, y las de sus correspondientes emisiones, están definidas por la eficiencia de
conversión del potencial energético de los combustibles, en calor, determinados, a su vez, por los fenómenos cinéticomoleculares que ocurren durante el proceso.
Basado en los trabajos de Semionov, Emanuel y otras investigaciones, se ha establecido el principio del mecanismo de
las reacciones en cadena de oxidación de los hidrocarburos y de otros compuestos orgánicos, que incluye las etapas
de iniciación; propagación; y terminación, de la cadena. Para la primera etapa (iniciación), la energía de ruptura de
los alcanos es mucho mayor que en los hidrocarburos insaturados y aromáticos: en los primeros alcanza valores de
330-400 kJ/mol; en los últimos – hasta 240 kJ/mol.7
Las propiedades termodinámicas del sistema combustible-motor están afectadas por el conjunto de parámetros que
caracterizan el estado de todas y cada una de las moléculas del combustible, que influyen directamente en su
capacidad antidetonante y volatilidad. De ahí, que el desempeño de las gasolinas en MCI - incluyendo la cantidad y
calidad de sus emisiones - son proporcionales a su estructura hidrocarbonada.
La calidad de la gasolina depende, fundamentalmente, de dos grupos de propiedades:
1. Volatilidad: Mide su tendencia a la evaporación. Es una de las dos propiedades de explotación más
importantes, porque se combustionan en fase vapor. Las gasolinas hierven en intervalos que abarcan desde la
temperatura ambiente hasta 200-220ºC, aproximadamente.
2. Capacidad antidetonante (también denominada “Resistencia a la detonación”): Vincula su composición
química con el comportamiento de sus moléculas en la cámara de combustión del motor.
En los MCI se pueden manifestar varios tipos de combustión:8
a) Normal-cuando la ignición de la mezcla aire/gasolina se inicia por la chispa de la bujía, lo que provoca la
propagación de ondas concéntricas con una velocidad de avance del frente de la llama del orden de 20 - 40 m.s-1,
y los hidrocarburos se queman en dicho frente, de forma suave y progresiva;
b) Anormal-cuando al extenderse el frente de llama, algunos hidrocarburos de una parte de la mezcla aún no
quemada, experimentan el fenómeno de autoignición (algunos autores utilizan el término de “autoinflamación”
o “combustión anticipada”), por causa de la compresión que ejerce sobre ellos la energía liberada por el frente
de llama. Lo expuesto conduce al aumento local de la presión y temperatura en la parte de la cámara de
combustión más alejada de la bujía, donde se favorece la formación de compuestos oxigenados inestables,
fundamentalmente, peróxidos. Cuando la concentración de éstos alcanza cierto valor, los hidroperóxidos,
peróxidos alquílicos, y otros compuestos oxigenados - derivados de sus respectivas oxidaciones parciales - se
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descomponen violentamente, creando ondas de detonación (golpeteo, martilleo, pistoneo, o picado) con
velocidad de propagación de 1500 – 2000 m.s-1. Tales ondas golpean la culata y la cabeza del pistón con la fuerza
y el ruido de un martillazo. En dichas circunstancias, la combustión se denomina combustión detonante y es
donde se produce la mayor cantidad de emisiones tóxicas, distintas al dióxido de carbono. En la Fig. 2 se muestra
el comportamiento típico de la presión vs ángulo de rotación del cigüeñal, en combustión normal, y en
combustión detonante.3
Fig.2. Combustión: normal y detonante en motores de encendido por chispa.
La capacidad de resistencia de los hidrocarburos de las gasolinas a una combustión detonante se representa por el
Número de Octano. En una relación de compresión específica, su valor indica la tendencia a una combustión normal.
Existen varios tipos de números de octanos. Los más generalizados son: Número de Octano Investigativo (Research
Octane Number, RON); y Número de Octano Motor (Motor Octane Number, MON).3 El modo más extendido de
clasificación de las gasolinas comerciales es el Índice de Octano, numéricamente igual a la media aritmética de la
suma RON + MON.
El octano de los hidrocarburos individuales presenta la singularidad de variar su valor, considerablemente, en
dependencia del ambiente químico que rodea cada molécula; lo que significa que es función de la estructura
molecular y la fracción másica, o volumétrica, de cada hidrocarburo en mezcla con los demás. Lo que se denomina
“octano de mezcla” (“blending octane”). En la Tabla 1 se muestran valores de octano de hidrocarburos puros, y los
de “octano de mezcla” en condiciones específicas recreadas para “linealizar” su comportamiento.6,8 Los últimos no
se reproducen, exactamente, en mezclas de composición química diferente.
Tabla 1. Relación: estructura química de hidrocarburos vs Número de Octano
Número de Octano (puro)
Número de
mezcla †
Compuesto
RON
MON
RON
MON
n-heptano
0†††
0
0
0
HIDROCARBUROS
Familias
Alcanos
lineales
cadena larga
de
octano
de
110
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Alcanos lineales gaseosos
n-butano
93,6
91
113
114
Alcanos ramificados
2,2,4-trimetilpentano
octano)
100 ††
100
100
100
Hidrocarburos alicíclicos
Ciclohexano
-
77
110
97
Alquenos lineales
Pent-1-eno
90,9
77,1
152
135
Benceno
-
-
99
91
Tolueno
115
103
124
112
(iso-
Hidrocarburos
aromáticos
†
Octano determinado en una disolución que contiene 20% v/v del hidrocarburo individual en una mezcla de 60/40
isooctano / n-heptano. †† Valor atribuido por convención.
Emisiones de MCI de gasolina
Las principales emisiones de vehículos automotores son: monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NO X),
óxidos de azufre (SOX), compuestos orgánicos volátiles (COV), material particulado (PM), gases tóxicos del aire
(1,3-butadieno, benceno, acetaldehído, formaldehído, etc.), y especies reductoras de visibilidad (amoníaco, sulfatos,
PM2.5, entre otros). El dióxido de carbono (CO2) es un Gas de Efecto Invernadero (GEI) e indica combustión
estequiométrica.
Las emisiones de vehículos automotores se agrupan en 2 clases: Emisiones por el Tubo de Escape y Emisiones
Evaporativas. Las últimas sólo se limitan a emisiones de Compuestos
Orgánicos Totales y se clasifican en: Emisiones Evaporativas del Motor en Caliente; de Operación; Durante la
Recarga de Combustible; Diurnas; y en Reposo.10
El aumento del contenido de hidrocarburos aromáticos en las gasolinas conduce al aumento de emisiones
evaporativas tipo BTEX (Benceno, Tolueno, Etilbenceno, Xilenos) y en las emisiones de escape: hidrocarburos (HC)
no quemados y no-metánicas. La presencia de hidrocarburos alifáticos aumenta las emisiones evaporativas de butanos
y butadienos. Todos con una fuerte acción carcinogénica en el ser humano. A causa de su toxicidad - para el hombre
y el medio ambiente - los compuestos expulsados por los combustibles hacia la atmósfera son objeto de atención
mundial, a través de restricciones a los fabricantes de motores y vehículos, y a la industria petrolera que deben
aumentar, y perfeccionar, los procesos de transformación y mejoramiento de las fracciones de gasolina para producir
combustibles más limpios.
MATERIALES Y MÉTODOS
Las muestras de gasolinas estudiadas corresponden a las marcas: ANTAR, CARREFOUR, ELF, ESSO, FINA y
TOTAL, comercializadas en el mercado francés, y colectadas antes del año 2000. Todas, con grado comercial “Super98 sin plomo”, según especificaciones de la Comunidad Económica Europea.
Las muestras se sometieron al proceso de hidrodestilación, para eliminar el colorante que caracteriza a este tipo de
gasolina comercial. Se recuperó la fase orgánica y se secó sobre MgSO 4 anhidro (p.a). Las gasolinas, desprovistas del
colorante, se sometieron a análisis por CG-EM.
Análisis Cualitativo:
Se utilizó un cromatógrafo de gases Agilent 6890N acoplado a un detector de espectrometría de masas 5973N
(Agilent, USA) y una columna capilar HP-5MS (30 m de longitud, 0,25 mm de diámetro interno y 0,25 μm de
espesor de fase; Agilent, USA), e hidrógeno como gas portador. El programa de temperatura utilizado fue de 40ºC
durante 10 min, se incrementó a 200 °C con una rampa de temperatura de 10 ºC min–1 y se mantuvo isotérmico a esta
temperatura por 10 min. El inyector, en modo splitt (20:01) se mantuvo a 250 ºC. Las temperaturas de la fuente de
ionización y el cuadrupolo fueron 230 °C (máx. 250 °C) y 150 °C (máx. 200 °C), respectivamente. Se inyectó 0,5 µL
de muestra.
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Análisis Cuantitativo:
La cuantificación se realizó por el método del estándar interno, mediante dos estándares: butirato de metilo y
bromobenceno (por sus tiempos de retención en el cromatograma).
Cromatógrafo-1: El análisis mediante cromatografía gaseosa acoplada a un detector de conductividad térmica
(Catarómetro) se realizó en un cromatógrafo HP-890, usando una columna HP-1 (30 m de longitud; 0,53 mm de
diámetro interno; 2,65 μm de espesor de fase), y helio como gas portador. El programa de temperatura utilizado fue
de 30 ºC durante 2 min, se incrementó a 160 °C con una rampa de temperatura de 12 ºC min–1 y se mantuvo
isotérmico a esta temperatura por 2 min. Las temperaturas del inyector y el detector se mantuvieron a 220 ºC,
respectivamente. Se inyectó 1,0 µL de vapor.
Cromatógrafo-2: El análisis mediante cromatografía gaseosa acoplada a un detector de ionización a la llama (FID) se
realizó en un cromatógrafo Agilent 19091S-433, usando columna HP-5MS (30 m de longitud; 0,25 mm de diámetro
interno; 0,65 μm de espesor de fase), e hidrógeno como gas portador (3 ml/min). El programa de temperatura
utilizado fue de 35 ºC durante 1,2 min, se incrementó a 250 °C con una rampa de temperatura de 35 ºC min–1. El
inyector y el detector de ionización a la llama se mantuvieron a 250 y 220 ºC, respectivamente. Se inyectó 1,0 µL de
muestra.
Las gasolinas se almacenaron en tanques metálicos de 5 L, cerrados herméticamente. El vapor dentro de los tanques
se aspiró con jeringuilla de 10 µL y se desechó. Esta operación se repitió diez veces, antes de efectuar la toma de 1 µL
del vapor sometido al análisis.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Mediante CG-EM se determinó la concentración másica porcentual de los hidrocarburos individuales presentes
mayoritariamente en cada muestra de gasolina estudiada. Este grupo de hidrocarburos abarca las moléculas más
representativas de las gasolinas, respecto al número de átomos de carbono (4 – 9) y a su efecto en la capacidad
antidetonante y volatilidad. En la Tabla 2 se muestran los datos de las primeras 39 especies determinadas.
Se observa que la gasolina TOTAL es la de mayor contenido de iso-Pentano (12,18 %m/m), que, por su baja
temperatura de ebullición (27,9ºC), le otorga al motor mayor facilidad de arrancada en frío en climas de bajas
temperaturas, y una alta capacidad antidetonante a la gasolina que lo contiene: RON – 92,3; MON – 90,38. Los
contenidos de: Benceno (4,62 %m/m), Tolueno (18,89 %m/m) y Etilbenceno (5,83 %m/) – para un total de 29,34
%m/m de hidrocarburos aromáticos – son los más altos en relación al resto de las gasolinas, los cuales garantizan una
distribución adecuada de radicales libres de alta estabilidad (mayores requerimientos energéticos para la ruptura de
los enlaces C – C y C – H, respectivamente, en comparación con los alcanos y cicloalcanos)7 durante los regímenes
operacionales más severos del motor; sin embargo, son los hidrocarburos cuyas emisiones inciden más negativamente
en el medio ambiente.
Atendiendo a las características de su composición, la gasolina ANTAR se encuentra en el polo opuesto porque
contiene poca cantidad de aromáticos (18,33 %m/m), y la mayor cantidad de hidrocarburos olefínicos (~5 %m/m), en
comparación con la gasolina anterior. Desde el punto de vista ambiental, los hidrocarburos insaturados ligeros son
indeseables por su participación más activa en la formación de ozono troposférico, y por la producción de mayor
cantidad de óxidos nitrosos, a causa de la mayor temperatura de llama que provee. La cantidad de estos últimos – y
por las mismas razones – también es favorecida por los aromáticos, que son promotores de compuestos órganovolátiles de alta reactividad (especies alquil-aromáticas, como los alquil-bencenos y xilenos) emitidos con los gases
de escape.11
En los trabajos ejecutados en el marco del Programa de Investigación para el Mejoramiento de la Calidad del Aire
de los EEUU (U.S Air Quality Improvement Research Program, AQIRP), encontraron que el benceno representa 74%
de las emisiones de los vehículos de inyección de combustible (fuel-injection) y 56% en los de carburación, más
antiguos. Determinaron que la disminución de 45 a 20% del contenido de aromáticos en las gasolinas estudiadas,
redujeron las emisiones tóxicas al aire entre de 23 – 38% en vehículos equipados con catalizadores en el tubo de
escape. Por otra parte, los resultados de los estudios realizados en el Programa Europeo sobre Emisiones,
Combustibles y Tecnologías Automotriz (European Program on Emissions, Fuels and Engine Technologies, EPEFE)
mostraron que la reducción de aromáticos en las gasolinas es proporcional a la disminución de hidrocarburos no
metánicos (HNM) y monóxido de carbono (CO) en las emisiones. Hallaron que el incremento de NOx, asociado al
contenido de aromáticos, solo se observa en el ciclo de manejo urbano en esta área geográfica; en el ciclo de carretera
– disminuye. Ratificaron los resultados del AQIRP respecto a que la reducción del contenido de aromáticos en la
gasolina, disminuye la concentración del benceno en las emisiones, pero establecieron que aumentan la de
aldehídos.11
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La composición molecular de las gasolinas TOTAL y ANTAR pone de manifiesto aspectos técnicos de operación
respecto al origen de sus proveedores mayoristas; o a las formulaciones (estructura de mezcla de componentes)
efectuadas para la producción comercial. La gasolina TOTAL contiene mayor proporción de nafta reformada, en tanto
que la ANTAR se caracteriza por la presencia de nafta isomerizada; y de nafta craqueada, en menor proporción.
Por el balance entre el total de hidrocarburos parafínicos (normales e iso-) y olefínicos, así como, por el contenido de
aromáticos y naftenos, es posible asegurar que la gasolina ANTAR y
la ELF tienen la misma procedencia, es decir tienen la misma formulación y provienen del
mismo distribuidor mayorista. Diferentes a estas dos, pero con igual formulación de base, ocurre con las gasolinas
CARRE y ESSO. La gasolina FINA está formulada con las mismas naftas de base, a las que se le adicionó 3,59 %m/m
de t-Butiletiléter (Ethyl ter-Butyl Ether, ETBE).
Las estructuras químicas de las gasolinas se compararon a partir del agrupamiento de sus respectivas moléculas en
familias químicas (Tabla 3).
Los grupos de hidrocarburos identificados en cada gasolina revelan que la marca comercial:
1. ANTAR: es alifática; sus emisiones serán más del tipo: alcanos y alquenos de cadena corta.
2. CARRE: presenta una distribución equilibrada entre hidrocarburos alifáticos y aromáticos.
3. ELF: es alifática; la similitud en el contenido de series homologas con la gasolina ANTAR indican, con
notable certeza, que ambas provienen del mismo distribuidor de gasolina.
4. ESSO: presenta una distribución equilibrada entre HC alifáticos y aromáticos; la similitud en el contenido
de series homologas con la gasolina CARRE indican, con apreciable certeza, que provienen del mismo
distribuidor de gasolina. Las emisiones de ambas serán mixtas.
5. FINA: es aromática; obviamente, emitirá cantidades considerables de HC aromáticos.
6. TOTAL: es considerablemente aromática; es la de mayor emisión potencial de BTEX.
En términos de formación potencial de emisiones conviene considerar que, relativamente pequeñas diferencias en los
valores absolutos del contenido de cualquier grupo de hidrocarburos, representan cientos de toneladas de más
emisiones de una gasolina, en relación a otra. Así, por ejemplo, el consumo de 1000T de gasolina TOTAL, respecto a
la gasolina ANTAR, representa un potencial de 253 toneladas más de hidrocarburos aromáticos en la formación de
emisiones aromáticas. Con este mismo consumo, el potencial para emitir a la atmósfera hidrocarburos BTEX es de
184 toneladas más en la primera, que en la segunda. Las cifras presentadas son sólo ilustrativas de la diferencia en el
potencial de emisiones, a partir de la composición molecular. No debe soslayarse que la mayor masa de HC se quema
durante la combustión, o se deposita en el motor en forma de partículas carbonosas (hollín).
Tabla 2. Composición química de las gasolinas comerciales estudiadas, %m/m
No
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
Rt min
2,29
2,43
2,51
2,59
2,66
2,67
2,85
2,95
3,09
3,17
3,32
3,34
3,40
3.72
3,88
4,06
4,30
4,54
4,64
4,84
4,91
5,12
Compuestos
Butano
2-Metilbutano
Pentano
(E)-Pent-2-eno
Diclorometano
2,2-Dimetilbutano
2-Metilpentano
3-Metilpentano
Hexano
2,3-Dimetilbut-2-eno
3-Metilpent-2-eno
t-Butiléter
Metilciclopenteno
1-Metilciclopenteno
Benceno
3-Metilhexano
2,2,3,3-Tetrametilbutano
Heptano
3-Metilhex-2-eno
2-Metilhex-2-eno
Dimetilciclopenteno
Metilciclohexano
ANTAR
1,13
8,06
6,46
0,00
0,00
3,74
11,35
5,02
1,79
2,44
1,00
0,00
2,24
1,05
1,60
1,77
1,34
2,34
0,00
0,00
0,00
0,00
CARRE
1,24
6,47
15,42
0,00
0,22
0,00
4,26
2,62
1,43
1,22
0,49
0,00
1,18
0,38
1,46
1,49
4,64
1,92
0,10
0,00
0,00
0,34
ELF
1,18
8,43
5,38
0,00
0,00
3,93
9,54
4,73
1,36
2,03
0,69
1,99
1,99
0,89
1,47
1,54
3,56
2,12
0,27
0,06
0,30
1,20
ESSO
0,80
8,06
4,80
0,00
0,00
3,65
7,51
4,54
1,57
1,65
0,74
0,00
1,48
0,50
1,93
1,73
2,51
2,34
0,24
0,06
0,00
0,93
FINA
1,00
8,33
2,92
0,00
0,00
3,23
7,12
3,59
0,00
1,01
0,00
3,59
2,15
0,00
2,00
1,75
5,02
2,15
0,00
0,00
0,00
0,78
TOTAL
0,99
12,18
2,08
0,15
0,00
2,30
5,73
3,41
0,19
0,00
0,00
0,80
1,16
0,12
4,62
1,73
0,91
1,59
0,00
0,00
0,00
0,28
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34
35
36
37
38
39
5,35
5,39
5,47
5,64
5,92
6,09
6,35
6,81
6,92
7,09
7,30
7,55
8,22
8,40
8,76
11,91
12,10
2,5-Dimetilhexano
2,4-Dimetilhexano
Etilciclopentano
1,2,4-Trimetilciclopentano
2,3,4-Trimetilpentano
2,3,3-Trimetilpentano
2,3-Dimetilhexano
Tolueno
3-Metilheptano
1,2-Dimetilciclohexano
2,6-Dimetiloctano
1-Etil-3-metilciclopentano
2,4-Dimetilheptano
1,4-Dimetilciclohexano
1,3-Dimetilciclohex-1-eno
Etilbenceno
4-Metiloctano
0,00
0,00
0,00
0,00
1,53
2,53
0,71
13,02
2,42
0,65
0,65
0,21
1,05
0,45
0,43
3,71
0,40
0,00
1,57
0,00
0,00
1,48
1,20
0,59
17,14
1,58
0,00
0,53
0,23
0,00
0,00
0,00
4,02
0,00
0,53
1,06
0,00
0,27
1,06
1,85
0,55
13,5
2,28
0,59
0,42
0,12
0,96
0,37
0,30
3,22
0,00
0,44
0,57
0,28
0,29
0,60
0,70
0,66
17,06
2,65
0,57
0,00
0,24
0,92
0,27
0,00
4,02
0,00
0,00
1,37
0,00
0,00
1,80
2,16
0,00
16,07
2,13
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
3,69
0,00
0,00
0,15
0,00
0,00
0,63
0,75
0,00
18,89
0,94
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
5,83
0,00
Tabla 3. Composición hidrocarbonada de las gasolinas evaluadas
MARCAS DE GASOLINA
FAMILIA QUIMICA
ANTAR
CARRE
ELF
ESSO
FINA
TOTAL
ALIFATICOS (P + O)
56,40
48,25
54,79
47,25
43,58
33,72
AROMATICOS (Ar)
38,58
49,40
37,20
48,19
50,90
63,92
[(P + O) - (Ar)]
17,82
-1,15
17,59
-0,94
-7,32
-30,20
5,02
2,13
6,02
4,56
2,93
1,56
51,38
46,12
48,77
42,69
40,65
32,16
28,83
36,34
27,37
36,00
35,44
47,21
▲=
CICLICOS (N)
[(P + O) - (N)]
BTEX
▲=
A manera de ejemplo, se muestra el cromatograma y el espectro de masa del etilbenceno en la gasolina ELF-98 sin
plomo (Fig.3). Este hidrocarburo, de ocho átomos de carbono, presenta elevados Números de Octano (RON: >100;
MON: 98)6 y una temperatura de ebullición de 136,19ºC. Estas características lo convierten en uno de los aromáticos
más convenientes para proveer alta capacidad antidetonante en las gasolinas, e impacto reducido en las emisiones
evaporativas.
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Fig. 3. Identificación CG-EM del Etilbenceno en la gasolina ELF-98 sin plomo.
CONCLUSIONES
Los resultados que se obtuvieron mediante CG-EM demostraron que gasolinas “iguales”, comercialmente, difieren
en su composición química, y por tanto, en su desempeño en el motor y en la formación potencial de emisiones. Es
posible establecer que las gasolinas de mayor contenido de hidrocarburos aromáticos, se formularon con elevadas
concentraciones de nafta reformada (se descarta la adición de compuestos aromáticos puros), que incrementan las
emisiones de Compuestos Orgánicos Totales, en relación con el resto de las gasolinas. En los gases de escape, se
prevé mayor concentración de hidrocarburos no quemados y material particulado. Son emisoras de la mayor cantidad
de BTEX y de sustancias tóxicas. Las gasolinas que presentan una distribución equilibrada entre los contenidos de
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hidrocarburos alifáticos (especialmente los isoalcanos y las olefinas ramificadas, como los Trimetilpentanos y los
Trimetilpentenos, respectivamente) y los aromáticos (benceno, tolueno, xilenos, y etilbenceno, entre otros),
proporcionan mejor distribución del octano durante los diferentes regímenes de operación del motor, lo que garantiza
mejor: combustión y calidad de las emisiones.
AGRADECIMIENTOS
Los resultados experimentales se obtuvieron en el “Centre de Formation EDF site des Mureaux”. Los primeros se
obtuvieron en TP por los stagiaires en POT 3 (1995-2002). Se recibió apoyo, material y técnico, por Mme Michèle
LUSTIÈRE y por M Sébastien FAUCHER. Fueron beneficiados por los pertinentes consejos de la Dra. Cathérine
PROVELANGHIOU, maître de conférences de la Universidad Paris VI.
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