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CAPÍTULO 5. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS En este capítulo se mostrarán los resultados experimentales de densidad, tensión superficial y espumación de las soluciones acuosas preparadas con las alcanolaminas 1-amino-2-propanol (MIPA) y 2-piperidinaetanol (2-PE). Todos los resultados generados para densidad y tensión superficial fueron obtenidos a condiciones de presión atmosférica y a una temperatura de 298.15 K, en el caso de estabilidad de espuma los experimentos se realizaron a 313.15 K. La experimentación se realizó en el Instituto Mexicano del Petróleo en los laboratorios del Área de Investigación en Termofísica, para ello se utilizaron los aparatos mencionados en la sección anterior. Cabe destacar que para la medición de densidad y de tensión superficial de las soluciones acuosas de MIPA y 2-PE, se utilizaron las mismas muestras, preparadas en viales de 4 cm3 dadas en concentración en fracción molar. En el caso de los resultados de espumación, las concentraciones de las soluciones acuosas no fueron las mismas, aquí se prepararon soluciones de 50 cm3 en porcentajes de masa/masa. En el caso de las soluciones utilizadas para la densidad y la tensión superficial, las concentraciones en fracción molar estudiadas se decidieron a partir de un artículo encontrado en la bibliografía. Para la MIPA, las concentraciones se tomaron de un artículo de la universidad de Vigo en España, [Álvarez, et al., 2003]; dicho artículo es el único que hace experimentación de tensión superficial sobre esta alcanolamina, y que con fines de reproducir los resultados y compararlos con los publicados, se decidió experimentar sobre la misma línea de resultados, aunque con un método diferente y más preciso. Para la amina 2-PE, no existen datos en la literatura que hayan experimentado con soluciones acuosas o a las condiciones ya mencionadas, así es que también se prepararon soluciones que tuvieran las mismas concentraciones molares que la MIPA, con el objetivo de comparar qué alcanolamina tiene una densidad y tensión superficial menor. Es necesario recordar al lector, que los resultados de densidad, así como los de espumación y tensión superficial reportados en este trabajo de tesis, son completamente nuevos y se obtuvieron a partir de la necesidad de hacer un banco de datos para la caracterización de las propiedades termofísicas de dichas soluciones, y que en un futuro podrán servir como mitigantes de los problemas de espumación ocasionados en los procesos de purificación de gases amargos, en específico en el proceso de endulzamiento de gas natural. 5.1 ELABORACIÓN DE LAS MEZCLAS A ESTUDIAR En este trabajo de tesis se estudiaron dos sistemas: el primer sistema conformado por agua + 1amino-2-propanol (MIPA), y el segundo sistema de agua + 2-piperidinaetanol (2-PE), en propiedades de densidad, tensión superficial y espumación. Los resultados experimentales de densidad y tensión superficial se obtuvieron con soluciones preparadas en todo el intervalo de concentración, en fracción molar y con un volumen de 4 cm3. Para los resultados de espumación, se prepararon mezclas de (10, 50 y 30) % masa en matraces de 50 cm3. En la Tabla 5.1.1 se muestran las propiedades obtenidas de las fichas de seguridad (MSDS – Material Safety Data Sheet) de los componentes utilizados para preparar las soluciones. Tabla 5.1.1. Densidad y masa molecular del agua, MIPA y 2-PE. Compuesto Masa Molecular (g/mol) Agua 18.0153 MIPA 75.11128 2-PE 129.2037 Densidad (g/cm3) 0.997 0.954 1.01 Las soluciones acuosas de MIPA y 2-PE se prepararon por el método de pesada. Para la densidad y la tensión superficial se tomaron en cuenta las concentraciones en fracción molar que proponía el artículo de Álvarez et al. (2003). En las Tablas 5.1.2 y 5.1.3, se muestran las concentraciones en fracción molar preparadas de la alcanolamina (x1) y la masa en gramos (M), que se utilizó para preparar las soluciones en viales de 4 cm3. Para las soluciones acuosas de 2-PE se tomaron en cuenta las mismas concentraciones que las de MIPA debido a la falta de información sobre la experimentación de la alcanolamina. 2 Tabla 5.1.2. Concentraciones en fracción molar preparadas para las soluciones acuosas de MIPA. (x1) MIPA + (1-x1) Agua. Compuesto: MIPA Nombre de la mezcla x1 M1 (g) 0.0000 AGUA PURA MIPA 1 MIPA 2 MIPA 3 MIPA 4 MIPA 5 MIPA 6 MIPA 7 MIPA 8 MIPA 9 MIPA 10 MIPA PURA 0.0000 0.2181 0.3976 0.7912 1.1866 1.5702 1.9548 2.3348 2.7089 3.0877 3.4504 3.8161 0.0135 0.0259 0.0564 0.0934 0.1378 0.1935 0.2611 0.3587 0.4898 0.6826 1.0000 M2 (g) 4.0000 3.8191 3.5917 3.1760 2.7640 2.3565 1.9542 1.6698 1.1614 0.7715 0.3848 0.0000 Tabla 5.1.3. Concentraciones en fracción molar preparadas para las soluciones acuosas de 2-PE. (x1) 2-PE + (1-x1) Agua. Compuesto: 2-PE Nombre de la mezcla x1 M1 (g) M2 (g) AGUA PURA 2-PE 1 2-PE 2 2-PE 3 2-PE 4 2-PE 5 2-PE 6 2-PE 7 2-PE 8 2-PE 10 2-PE PURA 0.0000 0.0125 0.0259 0.0565 0.0931 0.1378 0.1933 0.2644 0.3586 0.6832 1.0000 0.0000 0.3332 0.6416 1.2054 1.7033 2.1476 2.5446 2.9027 3.2271 3.7924 4.0400 4.0000 3.6701 3.3647 2.8066 2.3135 1.8736 1.4806 1.1260 0.8048 0.2452 0.0000 En el caso del estudio de índice de estabilidad de espuma, se prepararon soluciones acuosas diferentes y en mayor volumen que las empleadas para la tensión superficial, en este caso el volumen preparado fue de 50 cm3 y las concentraciones de las alcanolaminas MIPA y 2-PE fueron del (10, 30 y 50) % masa respectivamente. Además también se prepararon soluciones acuosas al (10 y 30) % masa de la alcanolamina 2-amino-2-metil-1-propanol (AMP), con el objetivo de comparar contra datos publicados dentro del Instituto Mexicano del Petróleo y como trabajo 3 complementario que permite obtener un mejor panorama de los resultados de índice de estabilidad de espuma. 5.2 RESULTADOS EXPERIMENTALES DE DENSIDAD Los resultados de densidad generados en este trabajo para las soluciones acuosas de las alcanolaminas MIPA y 2-PE se muestran en las Tablas 5.2.2 y 5.2.3, estos resultados se generaron a partir de un periodo de oscilación promedio, proveniente de la toma de diez datos y con los valores de las constantes A y B reportadas en el Apéndice C en el sistema de Nitrógeno-Agua con las ecuaciones mencionadas en el Método para medir la Densidad de soluciones acuosas de alcanolaminas, en la sección 4.3. Los resultados de densidad para las soluciones acuosas de la alcanolamina MIPA tienen una incertidumbre ± 0.0004 g/cm 3, mientras que las soluciones con 2-PE tienen una incertidumbre de ± 0.0002 g/cm3. De igual forma en la Tabla 5.2.1 se muestran las constantes A y B del densímetro, para cada sistema estudiado. Se estableció que el mejor intervalo de medición para los dos sistemas estudiados de MIPA y 2-PE era el de N2 como límite inferior, y H2O como límite superior. Las mediciones de los periodos de oscilación para obtener la densidad experimental de las alcanolaminas se realizaron a 298.15 K. Tabla 5.2.1. Constantes A y B del densímetro en el sistema Nitrógeno-Agua para la medición de las soluciones acuosas de MIPA y 2-PE a 298.15 K. Compuesto Sistema Constante A (g/cm3) 2 3 Constante B (g s /cm ) MIPA 2-PE Nitrógeno-Agua Nitrógeno-Agua -4.611627 -1.0873238 0.096545 0.1439716 Para obtener la densidad experimental de las soluciones acuosas de las alcanolaminas, se utilizó la ecuación general del densímetro: A B 2 (Ec.4.3.1) donde: es la densidad en unidades de g/cm 3, ( A, B ) son constantes obtenidas de establecer el intervalo de medición de densidad; es el periodo promedio de oscilación en 1/s, registrado para cada concentración de la alcanolamina. 4 Tabla 5.2.2. Concentración en fracción molar (x1) de las soluciones de MIPA estudiadas, registro del promedio del periodo de oscilación y las densidades obtenidas en el intervalo de N2-H2O, a 298.15 K. Nombre de la solución Concentración molar x1 AGUA PURA MIPA 1 MIPA 2 MIPA 3 MIPA 4 MIPA 5 MIPA 6 MIPA 7 MIPA 8 MIPA 9 MIPA 10 MIPA PURA 0.0000 0.0135 0.0259 0.0564 0.0934 0.1378 0.1935 0.2511 0.3587 0.4898 0.6826 1.0000 Periodo Densidad 1/s 7.621937 7.621976 7.622335 7.623578 7.625465 7.626874 7.626998 7.625001 7.620410 7.613137 7.605237 7.593324 g/cm3 0.9970 0.9971 0.9976 0.9995 1.0022 1.0043 1.0045 1.0016 0.9948 0.9841 0.9725 0.9550 Tabla 5.2.3. Concentración en fracción molar (x1) de las soluciones de 2-PE estudiadas, registro del promedio del periodo de oscilación y las densidades obtenidas en el intervalo de N2-H2O, a 298.15 K. Periodo Densidad 1/s 3.804949 3.814182 3.817454 3.822917 3.826275 3.828309 3.828990 3.828493 3.826664 3.818651 g/cm3 0.9970 1.0072 1.0108 1.0168 1.0205 1.0227 1.0235 1.0229 1.0209 1.0121 1.0000 3.810830 *Resultados extrapolados 1.0035 Nombre de la solución Concentración molar x1 AGUA PURA 2-PE-1 2-PE-2 2-PE-3 2-PE-4 2-PE-5 2-PE-6 2-PE-7 2-PE-8 2-PE-10 2-PE PURA* (sólido) 0.0000 0.0125 0.0259 0.0565 0.0931 0.1378 0.1933 0.2644 0.3586 0.6832 Para la densidad experimental de las soluciones acuosas de 2-PE, las mediciones de los periodos se realizaron de la misma forma descrita en el método, sin embargo, estos resultados están extrapolados, ya que el sistema de referencia que da el intervalo de medición Nitrógeno-Agua no establece un límite superior mayor al del agua, y por lo tanto las densidades de las soluciones acuosas de 2-PE están por arriba del intervalo, es decir, la densidad del agua es menor a la densidad 5 de la alcanolamina 2-PE. Además el resultado de densidad de 2-PE PURA está extrapolado, ya que el periodo de oscilación del densímetro no se obtuvo, ya que la 2-PE a 298.15 K es sólida. En las siguientes Figuras se muestra la representación gráfica de los resultados experimentales de las soluciones acuosas de ambas alcanolaminas. Figura 5.2.4. Gráfica de la densidad experimental de las soluciones acuosas de MIPA como función de la concentración, a 298.15 K. 6 Figura 5.2.5. Gráfica de la densidad experimental de las soluciones acuosas de 2-PE como función de la concentración, a 298.15 K. En las Tablas 5.2.6 y 5.2.7 se muestran todos los registros de periodos de oscilación tomados para cada muestra de solución acuosa en los sistemas estudiados de MIPA y 2-PE. 7 Tabla 5.2.6. Registro de los periodos de oscilación para las soluciones acuosas de MIPA. Compuesto Temperatura (K) AGUA Periodo (1/s) Compuesto Temperatura (K) MIPA 1 Periodo (1/s) Compuesto Temperatura (K) MIPA 2 Periodo (1/s) Compuesto Temperatura (K) MIPA 3 Periodo (1/s) Compuesto Temperatura (K) MIPA 4 Periodo (1/s) Compuesto Temperatura (K) MIPA 5 Periodo (1/s) 298.157 7.621939 298.151 7.621976 298.155 7.622340 298.150 7.623576 298.143 7.625469 298.145 7.626878 298.158 7.621943 298.150 7.621976 298.155 7.622338 298.151 7.623578 298.140 7.625462 298.150 7.626870 298.150 7.621944 298.151 7.621976 298.155 7.622337 298.152 7.623580 298.142 7.625460 298.147 7.626875 298.149 7.621938 298.151 7.621976 298.154 7.622336 298.151 7.623581 298.151 7.625460 298.147 7.626874 298.151 7.621937 298.150 7.621976 298.152 7.622335 298.149 7.623581 298.156 7.625467 298.146 7.626874 298.151 7.621937 298.149 7.621976 298.152 7.622330 298.148 7.623581 298.156 7.625471 298.144 7.626875 298.147 7.621936 298.149 7.621976 298.151 7.622331 298.147 7.623578 298.145 7.625469 298.146 7.626874 298.147 7.621933 298.149 7.621976 298.150 7.622334 298.145 7.623576 298.146 7.625465 298.142 7.626874 298.148 7.621932 298.148 7.621976 298.150 7.622333 298.143 7.623574 298.142 7.625463 298.146 7.626872 298.148 7.621931 298.146 7.621976 298.147 7.622331 298.144 7.623572 298.142 7.625463 298.145 7.626873 Promedio 298.151 7.621937 298.149 7.621976 298.152 7.622335 298.148 7.623578 298.146 7.625465 298.146 7.626874 Desv. Std 0.004 0.000004 0.002 0.000000 0.003 0.000003 0.003 0.000003 0.006 0.000004 0.002 0.000002 Compuesto Temperatura (K) MIPA 6 Periodo (1/s) Compuesto Temperatura (K) MIPA 7 Periodo (1/s) Compuesto Temperatura (K) MIPA 8 Periodo (1/s) Compuesto Temperatura (K) MIPA 9 Periodo (1/s) Compuesto Temperatura (K) MIPA 10 Periodo (1/s) Compuesto Temperatura (K) MIPA PURA Periodo (1/s) 298.141 7.626992 298.155 7.625005 298.143 7.620413 298.149 7.613133 298.159 7.605248 298.147 7.593315 298.150 7.626995 298.157 7.625005 298.143 7.620410 298.150 7.613133 298.154 7.605247 298.150 7.593318 298.156 7.626999 298.154 7.625005 298.143 7.620410 298.151 7.613133 298.150 7.605238 298.148 7.593319 298.153 7.627001 298.157 7.625003 298.143 7.620409 298.152 7.613138 298.147 7.605236 298.146 7.593320 298.151 7.627001 298.157 7.625001 298.145 7.620408 298.154 7.613140 298.149 7.605234 298.147 7.593322 298.152 7.626999 298.154 7.625000 298.146 7.620410 298.158 7.613143 298.150 7.605234 298.146 7.593323 298.152 7.626999 298.157 7.625000 298.144 7.620410 298.157 7.613143 298.150 7.605234 298.147 7.593326 298.149 7.627001 298.154 7.624993 298.145 7.620411 298.154 7.613139 298.158 7.605226 298.149 7.593327 298.153 7.626999 298.153 7.624998 298.143 7.620411 298.154 7.613134 298.149 7.593331 298.149 7.626998 298.152 7.625000 298.146 7.620411 298.152 7.613131 298.149 7.593335 Promedio 298.151 7.626998 298.155 7.625001 298.144 7.620410 298.153 7.613137 298.152 7.605237 298.148 7.593324 Desv. Std 0.004 0.000003 0.002 0.000004 0.001 0.000001 0.003 0.000004 0.004 0.000007 0.001 0.000006 8 Tabla 5.2.7. Registro de los periodos de oscilación para las soluciones acuosas de 2-PE. Compuesto Temperatura (K) AGUA Periodo (1/s) Compuesto Temperatura (K) 2-PE-1 Periodo (1/s) Compuesto Temperatura (K) 2-PE-2 Periodo (1/s) Compuesto Temperatura (K) 2-PE-3 Periodo (1/s) Compuesto Temperatura (K) 2-PE-4 Periodo (1/s) 298.157 3.804949 298.154 3.814180 298.158 3.817455 298.153 3.822917 298.153 3.826275 298.158 3.804948 298.155 3.814180 298.159 3.817453 298.153 3.822917 298.153 3.826273 298.154 3.804947 298.154 3.814180 298.159 3.817453 298.153 3.822916 298.152 3.826275 298.152 3.804948 298.154 3.814182 298.156 3.817454 298.154 3.822917 298.151 3.826275 298.155 3.804948 298.154 3.814182 298.156 3.817454 298.153 3.822917 298.152 3.826276 298.154 3.804949 298.154 3.814182 298.157 3.817454 298.153 3.822917 298.153 3.826276 298.152 3.804949 298.154 3.814183 298.156 3.817454 298.150 3.822918 298.153 3.826276 298.153 3.804950 298.155 3.814182 298.157 3.817454 298.152 3.822918 298.149 3.826276 298.153 3.804950 298.150 3.814184 298.153 3.817454 298.152 3.822917 298.148 3.826274 298.150 3.804951 298.152 3.814184 298.156 3.817455 298.151 3.822918 298.151 3.826274 Promedio 298.154 3.804949 298.154 3.814182 298.157 3.817454 298.152 3.822917 298.152 3.826275 Desv. Std 0.002 0.000001 0.002 0.000002 0.002 0.000001 0.001 0.000001 0.002 0.000001 Compuesto Temperatura (K) 2-PE-5 Periodo (1/s) Compuesto Temperatura (K) 2-PE-6 Periodo (1/s) Compuesto Temperatura (K) 2-PE-7 Periodo (1/s) Compuesto Temperatura (K) 2-PE-8 Periodo (1/s) Compuesto Temperatura (K) 2-PE-10 Periodo (1/s) 298.153 3.828307 298.157 3.828987 298.153 3.828491 298.155 3.826664 298.157 3.818665 298.153 3.828308 298.157 3.828987 298.154 3.828493 298.157 3.826665 298.151 3.818665 298.152 3.828308 298.155 3.828987 298.151 3.828493 298.158 3.826663 298.153 3.818661 298.151 3.828308 298.155 3.828988 298.149 3.828493 298.157 3.826664 298.153 3.818657 298.152 3.828308 298.155 3.828989 298.152 3.828494 298.159 3.826664 298.155 3.818654 298.153 3.828308 298.156 3.828990 298.152 3.828493 298.159 3.826664 298.156 3.818649 298.153 3.828309 298.151 3.828992 298.151 3.828493 298.159 3.826663 298.156 3.818644 298.149 3.828310 298.152 3.828993 298.150 3.828494 298.158 3.826665 298.153 3.818640 298.148 3.828312 298.152 3.828993 298.159 3.828495 298.155 3.826664 298.153 3.818637 298.151 3.828311 298.151 3.828993 298.149 3.828495 298.156 3.826665 298.153 3.818637 Promedio 298.152 3.828309 298.154 3.828990 298.152 3.828493 298.157 3.826664 298.154 3.818651 Desv. Std 0.002 0.000002 0.002 0.000003 0.003 0.000001 0.002 0.000001 0.002 0.000011 9 5.3 RESULTADOS EXPERIMENTALES DE VOLUMEN MOLAR DE EXCESO Los resultados de densidad de las soluciones acuosas de MIPA y 2-PE permiten también calcular la propiedad de volumen molar de exceso, que sirve para conocer las desviaciones del comportamiento respecto de la idealidad, lo que permite deducir las interacciones moleculares de la alcanolamina con el agua. La ecuación de volumen molar de exceso, fue obtenida de la referencia bibliográfica [Sastry et al., 2004] que permite calcular el volumen molar de exceso de un sistema binario: VmE x1M 1 x2 M 2 12 xM x M 1 1 2 2 2 1 (Ec. 5.3.1) donde: 1=alcanolamina y 2=agua; x1 y x2 son las fracciones molares de cada compuesto, M 1 y M2 son las masas moleculares de cada componente, en g/mol; ρ 1 y ρ2 son las densidades de cada componente, en g/cm3 y ρ12 es la densidad de la solución, en g/cm3. A la primera parte de la ecuación se le considera como volumen real de la mezcla, y a la segunda parte de la ecuación (la parte ubicada en el paréntesis) se le denomina volumen ideal de la mezcla. Por lo tanto, el volumen molar de exceso es la diferencia entre el volumen real y el volumen ideal de la mezcla. Los valores derivados del volumen molar de exceso para los sistemas MIPA + agua, y 2-PE + agua, se incluyen en las Tablas 5.3.1 y 5.3.2, además se muestran en forma gráfica en las Figuras 5.3.3 y 5.3.4. 10 Tabla 5.3.1. Volumen molar de exceso de las soluciones acuosas de MIPA, a 298.15K. (1=MIPA, 2=H 2O). Densidad (g/cm3) Fracción Molar Masa Molecular V. real V. ideal V. exceso (g/mol) (cm3/mol) (cm3/mol) (cm3/mol) Vm E Compuesto x1 x2 ρ 12 ρ1 ρ2 M1 M2 Vr Vi MIPA PURA 1.0000 0.0000 0.9550 0.9550 0.9970 75.1113 18.0153 78.6506 78.6506 0.0000 MIPA 10 0.6826 0.3174 0.9725 0.9550 0.9970 75.1113 18.0153 58.6012 59.4223 -0.8210 MIPA 9 0.4898 0.5102 0.9841 0.9550 0.9970 75.1113 18.0153 46.7224 47.7403 -1.0178 MIPA 8 0.3587 0.6413 0.9948 0.9550 0.9970 75.1113 18.0153 38.6993 39.8019 -1.1026 MIPA 7 0.2511 0.7489 1.0016 0.9550 0.9970 75.1113 18.0153 32.3044 33.2834 -0.9791 MIPA 6 0.1935 0.8065 1.0045 0.9550 0.9970 75.1113 18.0153 28.9332 29.7912 -0.8580 MIPA 5 0.1378 0.8622 1.0043 0.9550 0.9970 75.1113 18.0153 25.7718 26.4166 -0.6449 MIPA 4 0.0934 0.9066 1.0022 0.9550 0.9970 75.1113 18.0153 23.2934 23.7244 -0.4310 MIPA 3 0.0564 0.9436 0.9995 0.9550 0.9970 75.1113 18.0153 21.2460 21.4845 -0.2385 MIPA 2 0.0259 0.9741 0.9976 0.9550 0.9970 75.1113 18.0153 19.5384 19.6356 -0.0972 MIPA 1 0.0135 0.9865 0.9971 0.9550 0.9970 75.1113 18.0153 18.8414 18.8873 -0.0459 AGUA PURA 0.0000 1.0000 0.9970 0.9550 0.9970 75.1113 18.0153 18.0687 18.0687 0.0000 Tabla 5.3.2. Volumen molar de exceso de las soluciones acuosas de 2-PE, a 298.15K. (1=2-PE, 2=H2O). Densidad (g/cm3) Fracción Molar Masa Molecular V. real V. ideal V. exceso (g/mol) (cm3/mol) (cm3/mol) (cm3/mol) Compuesto x1 x2 ρ 12 ρ1 ρ2 M1 M2 Vr Vi Vm E AGUA PURA 0.0000 1.0000 0.9970 1.0035 0.9970 129.2037 18.0153 18.0687 18.0687 0.0000 2-PE-1 0.0125 0.9875 1.0072 1.0035 0.9970 129.2037 18.0153 19.2670 19.4523 -0.1853 2-PE-2 0.0259 0.9741 1.0108 1.0035 0.9970 129.2037 18.0153 20.6725 20.9355 -0.2629 2-PE-3 0.0565 0.9435 1.0168 1.0035 0.9970 129.2037 18.0153 23.8966 24.3224 -0.4258 2-PE-4 0.0931 0.9069 1.0205 1.0035 0.9970 129.2037 18.0153 27.7978 28.3734 -0.5756 2-PE-5 0.1378 0.8622 1.0227 1.0035 0.9970 129.2037 18.0153 32.5966 33.3210 -0.7244 2-PE-6 0.1933 0.8067 1.0235 1.0035 0.9970 129.2037 18.0153 38.6022 39.4640 -0.8619 2-PE-7 0.2644 0.7356 1.0229 1.0035 0.9970 129.2037 18.0153 46.3512 47.3337 -0.9825 2-PE-8 0.3586 0.6414 1.0209 1.0035 0.9970 129.2037 18.0153 56.7022 57.7601 -1.0579 2-PE-10 0.6832 0.3168 1.0121 1.0035 0.9970 129.2037 18.0153 92.8572 93.6883 -0.8311 2-PE PURA (sólido) 1.0000 0.0000 1.0035 1.0035 0.9970 129.2037 18.0153 128.7539 128.7531 0.0009 11 Figura 5.3.3. Volumen molar de exceso de las soluciones acuosas de MIPA, a 298.15 K. Figura 5.3.4. Volumen molar de exceso de las soluciones acuosas de 2-PE, a 298.15 K. 12 5.4 RESULTADOS EXPERIMENTALES DE TENSIÓN SUPERFICIAL Las mediciones de tensión superficial se realizaron a 298.15 K con el equipo FTA 200, mediante el método de gota colgante. En el caso de los resultados experimentales obtenidos de tensión superficial para MIPA, tienen una incertidumbre de ± 0.24 mN/m. Los resultados obtenidos se compararon con los datos del artículo de Álvarez et al. (2003), ya que es el único trabajo publicado que hace referencia a esta alcanolamina. Los resultados se muestran en la Tabla 5.4.1 y en la Figura 5.4.2. Tabla 5.4.1. Tabla de comparación de tensión superficial de soluciones de MIPA, a 298.15 K. Tensión superficial de MIPA @298.15 K Compuesto AGUA PURA MIPA 1 MIPA 2 MIPA 3 MIPA 4 MIPA 5 MIPA 6 MIPA 7 MIPA 8 MIPA 9 MIPA 10 MIPA PURA LITERATURA Tensión Sup. X MIPA (mN/m) 0.0000 72.010 0.0125 66.340 0.0259 62.200 0.0565 56.950 0.0931 53.590 0.1378 51.070 0.1933 49.000 0.2644 47.180 0.3586 45.400 0.4894 43.430 0.6832 40.970 1.0000 37.380 EXPERIMENTAL Tensión Sup. X MIPA (mN/m) 0.0000 71.837 0.0135 63.884 0.0259 61.889 0.0564 57.125 0.0934 53.073 0.1378 50.243 0.1935 46.550 0.2511 44.573 0.3587 41.723 0.4898 39.230 0.6826 37.168 1.0000 35.300 Figura 5.4.2. Comparación de datos de tensión superficial de las soluciones acuosas de MIPA. 13 En el caso de la alcanolamina 2-PE, los resultados experimentales obtenidos no se pueden comparar con una referencia bibliográfica, ya que no existen datos reportados de esta propiedad; por lo tanto los resultados experimentales se hicieron en la misma concentración en fracción molar y temperatura en la que se realizaron las mediciones de MIPA. La incertidumbre de los resultados generados para la alcanolamina 2-PE fue de ± 0.26 mN/m. Tabla 5.4.3. Tensión superficial experimental de soluciones de 2-PE, a 298.15 K. Tensión superficial de 2-PE @298.15 K Compuesto X 2-PE Tensión Sup. (mN/m) AGUA 0.0000 71.811 2-PE-1 0.0125 44.639 2-PE-2 0.0259 43.312 2-PE-3 0.0565 42.378 2-PE-4 0.0931 42.058 2-PE-5 0.1378 41.332 2-PE-6 0.1933 41.442 2-PE-7 0.2644 40.012 2-PE-8 0.3586 39.579 2-PE-10 0.6832 38.621 Figura 5.4.4. Resultados experimentales de tensión superficial de las soluciones acuosas de 2-PE. 14 Para las soluciones acuosas de la alcanolamina 2-PE, el resultado de tensión superficial a la concentración molar de 2-PE PURA no se puede obtener, ya que a 298.15 K la alcanolamina se encuentra en estado sólido. Cada uno de los puntos reportados para la tensión superficial mostrados en las Tablas 5.4.1 y 5.4.3 es el promedio de las quince repeticiones que se hicieron, es decir, se hicieron quince gotas frescas que mostraran un comportamiento similar, en este caso, cerca de cinco o diez de los primeros datos se desechan por no mostrar una repetitividad en su comportamiento. En las Tablas 5.4.5 y 5.4.6 se muestran los quince puntos registrados para obtener el promedio de la tensión superficial de las soluciones acuosas de MIPA Y 2-PE, respectivamente. 15 Tabla 5.4.5. Registro de los resultados de tensión superficial para las soluciones acuosas de MIPA. Nombre Densidad (g/cm3) XMIPA AGUA 0.9970 0.0000 Nombre Densidad (g/cm3) XMIPA MIPA 1 0.9971 0.0135 Nombre Densidad (g/cm3) XMIPA MIPA 2 0.9976 0.0259 Nombre Densidad (g/cm3) XMIPA MIPA 3 0.9995 0.0564 Nombre Densidad (g/cm3) XMIPA MIPA 4 1.0022 0.0934 Nombre Densidad (g/cm3) XMIPA Temperatura Tensión S. Temperatura Tensión S. Temperatura Tensión S. Temperatura Tensión S. Temperatura Tensión S. Temperatura (K) (mN/ m) (K) (mN/ m) (K) (mN/ m) (K) (mN/ m) (K) (mN/ m) (K) Promedio Desv. Std. MIPA 5 1.0043 0.1378 Tensión S. (mN/ m) 298.082 298.078 298.124 71.882 72.084 71.776 298.130 298.125 298.003 63.751 63.856 63.094 298.182 298.156 298.215 61.708 61.863 61.717 298.312 298.219 298.044 56.163 56.981 57.104 298.193 298.173 298.169 52.878 52.470 52.907 298.147 298.155 298.142 50.325 50.002 50.284 298.044 298.039 298.244 298.073 298.135 71.645 71.390 71.464 72.174 71.988 298.037 298.056 298.057 298.078 298.067 63.990 63.916 64.098 63.550 63.607 298.169 298.195 298.229 298.165 298.114 61.477 61.824 61.776 61.745 61.608 298.498 298.080 298.179 298.554 298.448 57.446 57.353 57.412 57.542 56.883 298.168 298.150 298.159 298.147 298.159 53.375 53.077 52.984 52.915 53.557 298.142 298.146 298.164 298.159 298.175 50.311 50.290 50.403 50.367 50.179 298.023 298.116 298.140 298.124 297.975 72.127 71.897 71.645 71.852 72.015 298.174 298.046 298.809 298.655 298.370 63.950 64.198 63.570 63.863 64.278 298.273 298.202 298.161 298.111 298.091 62.297 62.132 62.097 61.824 62.286 298.331 298.227 298.130 298.117 298.078 57.206 57.313 57.413 57.139 56.281 298.144 298.157 298.161 298.148 298.160 53.059 53.400 52.998 52.886 53.700 298.152 298.154 298.180 298.142 298.163 50.404 50.096 49.903 50.447 50.345 298.162 71.760 298.267 64.488 298.470 62.041 298.210 57.208 298.152 52.474 298.147 50.156 298.130 298.099 0.065 71.862 71.837 0.230 298.130 298.200 0.238 64.047 63.884 0.342 298.396 298.209 0.103 61.933 61.889 0.240 298.155 298.239 0.159 57.438 57.125 0.410 298.146 298.159 0.013 53.411 53.073 0.359 298.153 298.155 0.012 50.139 50.243 0.159 16 Nombre Densidad (g/cm3) XMIPA MIPA 6 1.0045 0.1935 Nombre Densidad (g/cm3) XMIPA MIPA 7 1.0016 0.2511 Nombre Densidad (g/cm3) XMIPA MIPA 8 0.9948 0.3587 Nombre Densidad (g/cm3) XMIPA MIPA 9 0.9841 0.4898 Nombre Densidad (g/cm3) XMIPA MIPA 10 Compuesto: 0.9725 0.6826 Densidad (g/cm3) XMIPA Temperatura Tensión S. Temperatura Tensión S. Temperatura Tensión S. Temperatura Tensión S. Temperatura Tensión S. Temperatura (K) (mN/ m) (K) (mN/ m) (K) (mN/ m) (K) (mN/ m) (K) (mN/ m) (K) Promedio Desv. Std. MIPA PURA 0.9550 1.0000 Tensión S. (mN/ m) 298.175 46.714 298.131 44.769 298.459 41.677 298.119 39.049 298.203 37.215 298.174 35.752 298.183 298.170 298.181 298.183 298.211 46.284 46.374 46.353 46.711 46.578 298.172 298.241 298.340 298.340 298.287 44.556 44.731 44.849 44.342 44.343 298.582 298.534 298.484 298.417 298.089 41.749 41.379 41.513 42.270 41.880 298.119 298.163 298.147 298.136 298.165 39.302 38.930 39.225 39.157 39.437 298.175 298.186 298.149 298.184 298.192 36.925 37.406 37.506 37.557 37.106 298.221 298.245 298.224 298.191 298.191 35.491 35.411 35.220 35.377 35.381 298.189 298.222 298.227 298.198 298.194 46.548 46.890 46.417 46.538 46.507 298.092 298.144 298.006 297.974 298.865 44.651 44.338 44.555 44.708 44.457 298.124 298.098 298.089 298.131 298.101 41.888 41.397 42.071 41.792 41.574 298.304 298.297 298.214 298.194 298.161 39.236 39.402 39.306 39.189 39.210 298.168 298.176 298.157 298.220 298.229 37.438 36.726 36.999 36.975 37.078 298.180 298.171 298.186 298.187 298.219 35.250 35.300 35.350 35.254 35.434 298.176 46.639 298.713 44.649 298.095 41.647 298.193 39.255 298.195 37.471 298.201 34.908 298.169 298.160 46.404 46.677 298.578 298.385 44.494 44.383 298.125 298.094 41.647 41.595 298.207 298.148 39.236 39.283 298.184 298.186 36.985 37.092 298.183 298.185 34.969 35.245 298.146 298.186 0.022 46.622 46.550 0.165 298.244 298.301 0.252 44.772 44.573 0.175 298.133 298.237 0.193 41.773 41.723 0.239 298.160 298.182 0.056 39.232 39.230 0.125 298.181 298.186 0.021 37.035 37.168 0.250 298.174 298.195 0.022 35.157 35.300 0.204 17 Tabla 5.4.6. Registro de los resultados de tensión superficial para las soluciones acuosas de 2-PE. Nombre 3 Densidad (g/cm ) X2-PE Temperatura (K) Promedio Desv. Std. AGUA 0.9970 0.0000 Tensión S. Compuesto: 3 Densidad (g/cm ) X2-PE (mN/ m) Temperatura (K) 298.150 298.149 298.058 298.243 297.276 71.606 72.100 71.509 71.607 71.868 298.222 298.197 298.134 298.127 298.250 2-PE-1 1.0072 0.0125 Tensión S. Compuesto: 3 Densidad (g/cm ) X2-PE (mN/ m) Temperatura (K) 298.154 298.155 298.154 298.154 298.154 44.501 44.809 44.740 44.604 44.362 71.737 71.843 71.942 72.500 71.850 298.154 298.155 298.154 298.154 298.154 298.250 298.300 298.300 298.287 71.593 71.520 71.605 71.869 298.289 298.149 0.252 72.017 71.811 0.265 2-PE-2 1.0108 0.0259 Tensión S. Compuesto: 3 Densidad (g/cm ) X2-PE (mN/ m) Temperatura (K) 298.154 298.155 298.154 298.154 298.154 43.556 43.373 43.425 43.528 42.263 44.726 44.625 44.541 44.700 44.826 298.154 298.155 298.154 298.154 298.154 298.154 298.154 298.155 298.150 44.914 44.999 44.649 43.992 298.152 298.154 0.001 44.600 44.639 0.242 2-PE-3 1.0168 0.0565 Tensión S. Compuesto: 3 Densidad (g/cm ) X2-PE 2-PE-4 1.0205 0.0931 Tensión S. (mN/ m) Temperatura (K) 298.154 298.155 298.154 298.154 298.154 42.464 42.377 42.440 42.448 41.939 298.154 298.155 298.154 298.154 298.154 42.205 42.071 42.229 41.968 42.463 43.507 43.075 43.301 43.580 43.524 298.154 298.155 298.154 298.154 298.154 42.224 42.430 42.415 42.429 42.359 298.154 298.155 298.154 298.154 298.154 41.439 42.047 42.186 42.121 42.017 298.154 298.154 298.155 298.150 43.332 43.179 43.427 43.303 298.154 298.154 298.155 298.150 42.333 42.375 42.460 42.495 298.154 298.154 298.155 298.150 42.114 41.868 41.987 41.969 298.152 298.154 0.001 43.308 43.312 0.324 298.152 298.154 0.001 42.475 42.378 0.139 298.152 298.154 0.001 42.186 42.058 0.223 (mN/ m) 18 Nombre 2-PE-5 Desv. Std. 2-PE-6 Nombre 2-PE-7 Nombre 2-PE-8 Nombre 2-PE-10 1.0227 Densidad (g/cm ) 1.0235 Densidad (g/cm ) 1.0229 Densidad (g/cm ) 1.0209 Densidad (g/cm ) 1.0121 X2-PE 0.1378 X2-PE 0.1933 X2-PE 0.2644 X2-PE 0.3586 X2-PE 0.6832 Temperatura (K) Promedio Nombre Densidad (g/cm ) 3 Tensión S. 3 (mN/ m) Temperatura (K) 298.154 298.155 41.021 40.335 298.154 298.154 298.154 298.154 298.155 Tensión S. 3 (mN/ m) Temperatura (K) 298.154 298.155 40.977 41.033 41.192 41.608 41.487 41.823 41.345 298.154 298.154 298.154 298.154 298.155 298.154 298.154 298.154 298.154 298.154 41.693 41.013 41.797 41.405 41.533 298.155 298.150 298.152 298.154 0.001 Tensión S. 3 (mN/ m) Temperatura (K) 298.154 298.155 39.908 39.709 41.737 41.678 41.329 41.879 41.579 298.154 298.154 298.154 298.154 298.155 298.154 298.154 298.154 298.154 298.154 41.270 41.538 40.789 41.916 41.620 41.282 41.139 298.155 298.150 41.300 41.332 0.377 298.152 298.154 0.001 Tensión S. 3 Tensión S. (mN/ m) Temperatura (K) 298.154 298.155 39.584 39.389 298.154 298.155 38.439 38.617 39.649 40.033 39.953 39.899 39.979 298.154 298.154 298.154 298.154 298.155 39.461 39.587 39.652 39.628 39.630 298.154 298.154 298.154 298.154 298.155 38.602 38.242 37.889 38.324 38.652 298.154 298.154 298.154 298.154 298.154 40.391 39.507 40.047 40.000 40.668 298.154 298.154 298.154 298.154 298.154 39.532 39.745 39.679 39.492 39.534 298.154 298.154 298.154 298.154 298.154 38.757 39.000 38.865 38.802 39.002 41.236 41.660 298.155 298.150 40.074 40.292 298.155 298.150 39.592 39.624 298.155 298.150 38.772 38.680 41.386 41.442 0.334 298.152 298.154 0.001 40.075 40.012 0.289 298.152 298.154 0.001 39.559 39.579 0.090 298.152 298.154 0.001 38.672 38.621 0.296 (mN/ m) 19 5.5 RESULTADOS EXPERIMENTALES DE ÍNDICE DE ESTABILIDAD DE ESPUMA Con la ecuación 4.5.1, en el método para medir el índice de estabilidad de espuma, se visualizó el comportamiento de espumación a 313.15 K para las soluciones acuosas de MIPA y 2-PE; se utilizó como gas burbujeador el gas natural de una línea comercial de suministro. determinaciones experimentales se realizaron Las 3 con un volumen de la solución de 25 cm en concentraciones preparadas de (10, 30 y 50) % masa de la alcanolamina y con un flujo constante de gas natural de 10.5 cm3/s. Además el tubo de espumación tenía un área fija de 6.324 cm 2. Cada 5 minutos se hacía un registro de la altura que tenía la espuma hasta llegar a los 90 minutos, en el que se observó que el sistema alcanzaba el estado estacionario. La toma de decisión sobre las condiciones a las que se realizó el experimento de espumación, dependió de un artículo en la bibliografía [Águila-Hernández et al., 2007], mismo que fue realizado dentro del Instituto Mexicano del Petróleo. Los resultados de este trabajo de tesis sirven para complementar dicha información, dando un panorama general del comportamiento del índice de estabilidad de espuma de diferentes alcanolaminas utilizadas o propuestas para ser empleadas en los procesos de endulzamiento de gases amargos. Los resultados experimentales del índice de estabilidad de espuma para la alcanolamina MIPA se muestran en la Tabla 5.5.1 y en forma gráfica en la Figura 5.5.2. Para las concentraciones de (10 y 50) % masa, las corridas donde se registraban las alturas de la espuma para calcular el índice de estabilidad de espuma se hicieron una sola vez, en el caso de la concentración de 30 % masa de MIPA se hicieron siete corridas, de las cuales se hizo un promedio de las últimas cuatro corridas que se consideraron como buenas, ya que las demás tenían poca reproducibilidad. 20 Tabla 5.5.1. Tabla de índice de estabilidad de espuma de soluciones acuosas de MIPA en concentración de (10, 30 y 50) % masa, a 313.15 K, empleando gas natural. Compuesto: MIPA 10% 30% masa masa Tiempo/ min ∑/ s ∑/ s 7.06 3.12 0 6.82 3.16 5 6.74 2.72 10 6.39 2.69 15 6.10 2.72 20 6.08 2.34 25 6.41 2.60 30 5.90 2.75 35 6.37 2.89 40 5.99 3.05 45 5.82 3.11 50 5.84 3.37 55 5.92 3.43 60 5.77 3.55 65 5.77 3.62 70 6.11 3.88 75 5.86 4.76 80 5.88 4.72 85 5.82 4.76 90 50% masa ∑/ s 1.61 1.49 1.37 1.27 1.37 1.36 1.36 1.30 1.28 1.22 1.19 1.16 1.04 1.06 0.96 0.93 0.89 0.89 0.86 Figura 5.5.2. Gráfica de índice de estabilidad de espuma contra tiempo de las soluciones acuosas de MIPA, a 313.15 K. 21 Como se puede observar en la gráfica anterior el comportamiento de las soluciones acuosas de la alcanolamina MIPA depende de la concentración. La tendencia de dichas soluciones muestra un comportamiento lineal que tiende a ir bajando hasta llegar a un punto en el que la espuma es constante y se estabiliza en una misma altura dentro del tubo de espumación. Estos resultados muestran que el sistema llegó al estado estacionario a partir de los 50 minutos de experimentación, tiempo en el cual el índice de estabilidad de espuma no varía. Para la solución acuosa de MIPA de 10 % masa, el índice de estabilidad de espuma se vuelve constante con un valor de alrededor de 6 segundos. En el caso de la solución de 50 % masa el índice de estabilidad de espuma permanece estacionario en el valor de 1 segundo. Para la concentración de la solución acuosa de 30 % masa de MIPA, el experimento se repitió cuatro ocasiones con la finalidad de establecer la reproducibilidad de su comportamiento. Los resultados obtenidos del índice de estabilidad de espuma presentan un comportamiento poco constante ya que la reproducibilidad de los datos fue muy difícil de obtener a las mismas condiciones en los que se desarrolló el experimento. La reproducibilidad de las diferentes corridas experimentales es superior a la incertidumbre experimental determinada. En la Tabla 5.5.3 y en la Figura 5.5.4, se muestran los datos experimentales del índice de estabilidad de espuma de las soluciones acuosas de la alcanolamina 2-PE. Las corridas a (10, 30 y 50) % masa se hicieron una sola vez a condiciones de temperatura de 313.25 K y un flujo constante de gas natural de 10.5 cm3/s. 22 Tabla 5.5.3. Tabla de índice de estabilidad de espuma de soluciones acuosas de 2-PE en concentración de (10, 30 y 50) % masa, a 313.15 K, empleando gas natural Compuesto: 2-PE 10% 30% masa masa Tiempo/ min ∑/ s ∑/ s 7.00 2.35 0 6.93 2.74 5 6.84 2.44 10 6.86 2.47 15 6.57 3.28 20 6.62 4.72 25 6.66 4.46 30 6.46 4.31 35 6.61 4.42 40 6.62 4.22 45 7.15 4.82 50 7.30 4.84 55 7.56 3.84 60 7.80 4.18 65 7.80 4.09 70 7.94 3.92 75 8.04 4.03 80 8.17 3.90 85 8.04 4.03 90 50% masa ∑/ s 0.67 0.75 0.71 0.71 0.76 0.86 0.81 0.88 0.85 0.85 0.97 1.00 1.10 1.13 1.26 1.35 1.50 1.50 1.49 Figura 5.5.4. Gráfica de índice de estabilidad de espuma contra tiempo de las soluciones acuosas de 2-PE, a 313.15 K. 23 Como trabajo complementario también se hicieron dos corridas experimentales para obtener la altura de la espuma formada por la alcanolamina 2-amino-2-metil-1-propanol (AMP) en soluciones acuosas de (10 y 50) % masa. El objetivo de hacer estos experimentos nació de la necesidad de ver el comportamiento del índice de estabilidad de espuma en un marco general y como complemento del trabajo publicado por el Instituto Mexicano del Petróleo en el artículo de Águila-Hernández, et al. (2007), donde se hicieron corridas a las mismas condiciones mencionadas de tres alcanolaminas, N-metildietanolamina (MDEA), Dietanolamina (DEA) y AMP. Los resultados experimentales en las concentraciones de (10 y 50) % masa de las alcanolaminas MDEA y DEA corresponden a la bibliografía, mientras que los resultados de MIPA, 2-PE y AMP corresponden al presente trabajo de tesis. En el caso de los resultados de índice de estabilidad de espuma para la concentración de 30 % masa, MDEA, DEA y AMP corresponden al artículo, y sólo MIPA y 2-PE son nuevos resultados experimentales. En las Tabla 5.5.5 se muestran los índices de estabilidad de espuma para cada concentración y cada alcanolamina, respectivamente. Tabla 5.5.5. Índice de estabilidad de espuma soluciones acuosas de DEA, MDEA, AMP, MIPA y 2-PE a 313.15 K, en concentraciones de (10, 30 y 50) % masa. Soluciones acuosas 10 % masa Tiempo/ min 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 DEA MDEA AMP MIPA 2PE ∑/ s 10.84 11.90 12.35 12.42 12.44 12.64 12.73 12.76 12.81 12.84 12.91 13.02 13.05 13.09 13.00 12.81 12.69 12.56 12.47 ∑/ s 10.87 10.62 10.65 10.79 10.77 10.63 10.67 10.77 10.71 10.65 10.54 10.67 10.72 10.72 10.62 10.72 10.81 10.71 10.90 ∑/ s 11.66 11.80 11.61 11.54 11.32 10.69 10.54 10.53 10.59 10.60 10.75 10.76 10.88 10.82 10.84 10.87 10.83 10.80 10.63 ∑/ s 7.06 6.82 6.74 6.39 6.10 6.08 6.41 5.90 6.37 5.99 5.82 5.84 5.92 5.77 5.77 6.11 5.86 5.88 5.82 ∑/ s 7.00 6.93 6.84 6.86 6.57 6.62 6.66 6.46 6.61 6.62 7.15 7.30 7.56 7.80 7.80 7.94 8.04 8.17 8.04 Soluciones acuosas 30 % masa 2DEA MDEA AMP MIPA PE Soluciones acuosas 50 % masa 2DEA MDEA AMP MIPA PE ∑/ s 7.16 9.96 11.08 11.48 11.68 11.84 12.00 12.06 12.03 11.98 11.88 11.68 11.54 11.37 11.25 11.11 11.00 10.93 10.66 ∑/ s 1.44 4.02 7.15 8.12 9.20 9.42 9.65 9.71 9.89 9.73 9.62 9.54 9.48 9.45 9.43 9.43 9.43 9.32 9.20 ∑/ s 1.59 1.97 4.52 9.04 9.28 9.39 9.46 9.59 9.59 9.81 9.70 9.27 9.54 9.49 9.30 9.15 9.42 9.42 9.15 ∑/ s 2.97 1.95 1.70 1.88 2.21 4.00 4.89 5.87 6.61 7.04 7.30 7.63 7.88 8.00 8.26 8.23 8.21 8.22 8.17 ∑/ s 3.12 3.16 2.72 2.69 2.72 2.34 2.60 2.75 2.89 3.05 3.11 3.37 3.43 3.55 3.62 3.88 4.76 4.72 4.76 ∑/ s 2.35 2.74 2.44 2.47 3.28 4.72 4.46 4.31 4.42 4.22 4.82 4.84 3.84 4.18 4.09 3.92 4.03 3.90 4.03 ∑/ s 1.43 1.78 2.90 4.06 4.95 5.29 5.39 5.66 5.95 6.06 6.22 6.09 6.34 6.45 6.00 6.26 6.14 5.52 4.88 ∑/ s 1.43 1.98 2.61 2.70 2.59 2.45 2.25 2.07 1.89 1.64 1.64 1.51 1.52 1.46 1.37 1.41 1.03 1.06 1.06 ∑/ s 1.61 1.49 1.37 1.27 1.37 1.36 1.36 1.30 1.28 1.22 1.19 1.16 1.04 1.06 0.96 0.93 0.89 0.89 0.86 ∑/ s 0.67 0.75 0.71 0.71 0.76 0.86 0.81 0.88 0.85 0.85 0.97 1.00 1.10 1.13 1.26 1.35 1.50 1.50 1.49 En las siguientes figuras se graficó el comportamiento que muestran las alcanolaminas en solución acuosa a diferente concentración. 24 Figura 5.5.6. Gráfica de índice de estabilidad de espuma contra tiempo de las soluciones acuosas de concentración 10 % masa a 313.15 K. Figura 5.5.7. Gráfica de índice de estabilidad de espuma contra tiempo de las soluciones acuosas de concentración 30 % masa a 313.15 K. 25 Figura 5.5.8. Gráfica de índice de estabilidad de espuma contra tiempo de las soluciones acuosas de concentración 50 % masa a 313.15 K. Todos los resultados de índice de estabilidad de espuma generados en este trabajo de tesis tienen una incertidumbre de ± 0.13 s-1, dicho parámetro se obtuvo de un cálculo de incertidumbre acumulada asociada al experimento. Además en las siguientes tablas se muestran todos los resultados de las alturas de espumación registrados de las corridas de MIPA, 2-PE y AMP. 26 Tabla 5.5.9. Registro de las alturas, e índice de estabilidad de espuma para las soluciones acuosas de MIPA. Corrida 1 Temp. /°C Muestra V Muestra ho hi hf Área/ cm2 Altura/ mm 16 39.64 Solución acuosa de MIPA 30% masa 25 cm3 48.740 52.905 52.135 6.324 Flujo/cm3s1 10.5 Corrida 2 Temp. /°C Muestra V Muestra ho hi hf Área/ cm2 Altura/ mm 16 40.37 Solución acuosa de MIPA 30% masa 25.000 cm3 48.837 52.559 51.139 6.324 Flujo/cm3s1 10.5 MIPA Tiempo/ min 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 Altura /cm 62.825 64.060 65.071 64.020 61.700 61.690 61.740 62.040 62.840 63.135 63.645 63.581 63.690 63.915 63.660 63.850 63.875 64.077 64.135 Temp./ °C 36.17 38.03 38.09 38.4 39.71 39.94 41.17 40.14 40.14 40.14 40.14 40.14 40.14 40.14 40.14 40.14 40.14 40.14 40.14 ∆h/ cm ∑/ s 9.920 11.155 12.166 11.115 8.795 8.785 8.835 9.135 9.935 10.230 10.740 10.676 10.785 11.010 10.755 10.945 10.970 11.172 11.230 5.98 6.72 7.33 6.70 5.30 5.29 5.32 5.51 5.99 6.17 6.47 6.43 6.50 6.64 6.48 6.60 6.61 6.73 6.77 Corrida 3 Temp. /°C Muestra V Muestra ho hi hf Área/ cm2 Altura/ mm 16 39.69 Solución acuosa de MIPA 30% masa 25.000 cm3 48.365 52.387 52.280 6.324 Flujo/cm3s1 10.5 MIPA Tiempo/ min 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 Altura /cm 56.762 55.840 55.532 55.200 56.724 57.735 58.715 59.450 59.706 59.765 60.335 60.645 61.233 62.014 61.423 61.700 61.723 61.965 61.712 Temp./ °C 40.49 40.25 40.18 40.17 40.07 40.10 40.25 40.36 40.59 40.62 40.75 40.84 40.59 40.07 39.78 39.69 39.92 40.95 41.27 ∆h/ cm 4.203 3.281 2.973 2.641 4.165 5.176 6.156 6.891 7.147 7.206 7.776 8.086 8.674 9.455 8.864 9.141 9.164 9.406 9.153 ∑/ s 2.53 1.98 1.79 1.59 2.51 3.12 3.71 4.15 4.31 4.34 4.69 4.87 5.23 5.70 5.34 5.51 5.52 5.67 5.52 MIPA Tiempo/ min 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 Altura /cm 55.814 55.370 54.820 54.385 54.638 54.775 55.544 56.705 57.118 57.583 57.710 57.730 58.065 58.213 58.515 58.470 58.779 59.300 62.470 Temp./ °C 40.22 40.06 39.98 39.93 40.26 40.38 40.81 41.13 39.87 39.33 40.19 41.13 40.73 40.27 40.33 40.22 40.20 30.25 38.77 ∆h/ cm ∑/ s 3.427 2.983 2.433 1.998 2.251 2.388 3.157 4.318 4.731 5.196 5.323 5.343 5.678 5.826 6.128 6.083 6.392 6.913 10.083 2.07 1.80 1.47 1.20 1.36 1.44 1.90 2.60 2.85 3.13 3.21 3.22 3.42 3.51 3.69 3.67 3.85 4.17 6.08 27 Corrida 4 Temp. /°C Muestra V Muestra ho hi hf Área/ cm2 Altura/ mm 16 40.19 Solución acuosa de MIPA 30% masa 25 cm3 48.710 52.531 51.879 6.324 Flujo/cm3s1 10.5 Corrida 5 Temp. /°C Muestra V Muestra ho hi hf Área/ cm2 Altura/ mm 16 40.47 Solución acuosa de MIPA 30% masa 25 cm3 48.650 52.385 51.600 6.324 Flujo/cm3s1 10.5 MIPA Tiempo/ min 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 Altura /cm 58.400 58.744 58.400 58.734 58.787 57.440 57.775 58.085 58.036 58.367 58.020 58.442 58.512 58.562 58.669 59.375 61.638 61.783 62.093 Temp./ °C 40.69 40.14 39.45 39.97 40.20 40.38 40.40 40.19 39.64 40.17 40.61 40.73 40.95 39.48 40.53 40.70 40.03 39.73 39.65 ∆h/ cm ∑/ s 5.869 6.213 5.869 6.203 6.256 4.909 5.244 5.554 5.505 5.836 5.489 5.911 5.981 6.031 6.138 6.844 9.107 9.252 9.562 3.54 3.74 3.54 3.74 3.77 2.96 3.16 3.35 3.32 3.52 3.31 3.56 3.60 3.63 3.70 4.12 5.49 5.58 5.76 Corrida 6 Temp. /°C Muestra V Muestra ho hi hf Área/ cm2 Altura/ mm 16 40.45 Solución acuosa de MIPA 30% masa 25.000 cm3 48.718 52.400 51.550 6.324 Flujo/cm3s1 10.5 MIPA Tiempo/ min 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 Altura /cm 57.028 57.636 57.683 57.660 57.340 57.519 58.035 58.475 58.610 58.323 58.600 58.459 59.500 59.710 60.270 61.150 61.120 61.200 61.369 Temp./ °C 39.41 40.08 40.16 40.29 40.55 40.74 40.77 40.81 40.17 40.72 41.05 40.15 40.45 40.86 40.64 40.89 40.74 40.46 40.02 ∆h/ cm 4.643 5.251 5.298 5.275 4.955 5.134 5.650 6.090 6.225 5.938 6.215 6.074 7.115 7.325 7.885 8.765 8.735 8.815 8.984 ∑/ s 2.80 3.16 3.19 3.18 2.99 3.09 3.41 3.67 3.75 3.58 3.75 3.66 4.29 4.41 4.75 5.28 5.26 5.31 5.41 MIPA Tiempo/ min 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 Altura /cm 56.465 55.981 55.430 54.900 55.080 55.060 55.376 55.375 55.783 56.140 56.667 57.034 57.241 57.735 57.638 57.673 58.870 58.450 57.920 Temp./ °C 39.47 40.10 40.12 40.21 40.24 40.40 40.61 40.94 40.15 40.37 40.53 40.59 40.74 40.91 40.57 40.87 40.69 40.87 40.19 ∆h/ cm ∑/ s 4.065 3.581 3.030 2.500 2.680 2.660 2.976 2.975 3.383 3.740 4.267 4.634 4.841 5.335 5.238 5.273 6.470 6.050 5.520 2.45 2.16 1.83 1.51 1.62 1.60 1.79 1.79 2.04 2.25 2.57 2.79 2.92 3.22 3.16 3.18 3.90 3.65 3.33 28 Corrida 7 Temp. /°C Muestra V Muestra ho hi hf Área/ cm2 Altura/ mm 16 39.74 Solución acuosa de MIPA 30% masa 25 cm3 48.661 52.577 51.873 6.324 Flujo/cm3s1 10.5 Corrida 8 Temp. /°C Muestra V Muestra ho hi hf Área/ cm2 Altura/ mm 16 40.56 Solución acuosa de MIPA 50% masa 25 cm3 48.660 52.675 52.100 6.324 Flujo/cm3s1 10.5 MIPA Tiempo/ min 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 Altura /cm 57.505 57.532 55.877 55.530 55.416 55.635 56.400 56.719 57.350 57.421 57.989 58.465 58.512 58.738 59.079 59.350 59.459 59.350 59.500 Temp./ °C 40.08 39.90 39.83 39.83 39.92 30.01 40.04 40.03 39.60 40.03 40.65 41.08 40.66 40.63 39.92 40.73 40.68 40.69 40.68 ∆h/ cm ∑/ s 4.928 4.955 3.300 2.953 2.839 3.058 3.823 4.142 4.773 4.844 5.412 5.888 5.935 6.161 6.502 6.773 6.882 6.773 6.923 2.97 2.99 1.99 1.78 1.71 1.84 2.30 2.50 2.88 2.92 3.26 3.55 3.58 3.71 3.92 4.08 4.15 4.08 4.17 Corrida 9 Temp. /°C Muestra V Muestra ho hi hf Área/ cm2 Altura/ mm 147.5 40.26 Solución acuosa de MIPA 10 % masa 25 cm3 48.777 52.173 51.610 6.324 Flujo/cm3s1 10.55 MIPA Tiempo/ min 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 Altura /cm 55.350 55.146 54.950 54.779 54.950 54.927 54.927 54.829 54.791 54.700 54.650 54.605 54.395 54.428 54.265 54.213 54.146 54.159 54.104 Temp./ °C 41.27 41.36 40.10 40.39 40.54 40.69 40.43 40.58 40.87 39.72 39.75 39.77 40.72 40.58 41.08 41.42 40.92 40.35 40.10 ∆h/ cm 2.675 2.471 2.275 2.104 2.275 2.252 2.252 2.154 2.116 2.025 1.975 1.930 1.720 1.753 1.590 1.538 1.471 1.484 1.429 ∑/ s 1.61 1.49 1.37 1.27 1.37 1.36 1.36 1.30 1.28 1.22 1.19 1.16 1.04 1.06 0.96 0.93 0.89 0.89 0.86 MIPA Tiempo/ min 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 Altura /cm 63.950 63.550 63.414 62.834 62.350 62.310 62.862 62.010 62.800 62.171 61.883 61.914 62.046 61.800 61.793 62.363 61.956 61.977 61.877 Temp./ °C 39.68 39.41 39.68 40.64 40.49 40.39 40.12 39.92 40.22 40.63 40.74 40.76 40.58 40.50 40.39 40.24 40.22 40.19 40.15 ∆h/ cm ∑/ s 11.777 11.377 11.241 10.661 10.177 10.137 10.689 9.837 10.627 9.998 9.710 9.741 9.873 9.627 9.620 10.190 9.783 9.804 9.704 7.06 6.82 6.74 6.39 6.10 6.08 6.41 5.90 6.37 5.99 5.82 5.84 5.92 5.77 5.77 6.11 5.86 5.88 5.82 29 Tabla 5.5.10. Registro de las alturas, e índice de estabilidad de espuma para las soluciones acuosas de 2-PE. Corrida 10 Temp. /°C Muestra V Muestra ho hi hf Área/ cm2 Altura/ mm 147.5 Corrida 11 Temp. /°C 40.54 Muestra Solución acuosa de 30 % 2-PE V Muestra 25 cm3 ho 48.814 hi 52.873 hf 52.529 Área/ cm2 6.324 Altura/ Flujo/cm3s1 mm 147.5 10.55 40.48 Solución acuosa de 10 % 2-PE 25 cm3 48.489 53.316 52.630 6.324 Flujo/cm3s1 10.55 2-PE Tiempo/ min 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 Altura /cm 64.999 64.879 64.732 64.764 64.281 64.359 64.430 64.100 64.350 64.367 65.240 65.500 65.920 66.330 66.334 66.559 66.728 66.942 66.726 Temp./ °C 40.37 39.54 40.11 40.80 41.29 41.19 40.24 39.52 39.24 39.66 40.95 40.00 41.47 41.06 40.34 40.50 40.84 41.33 40.59 ∆h/ cm 11.683 11.563 11.416 11.448 10.965 11.043 11.114 10.784 11.034 11.051 11.924 12.184 12.604 13.014 13.018 13.243 13.412 13.626 13.410 ∑/ s 7.00 6.93 6.84 6.86 6.57 6.62 6.66 6.46 6.61 6.62 7.15 7.30 7.56 7.80 7.80 7.94 8.04 8.17 8.04 Corrida 12 Temp. /°C 40.47 Muestra Solución acuosa de 50 % 2-PE V Muestra 25 cm3 ho 47.016 hi 52.875 hf 52.910 Área/ cm2 6.324 Altura/ Flujo/cm3s1 mm 147.5 10.55 2-PE Tiempo/ min 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 Altura /cm 56.795 57.450 56.942 57.000 58.348 60.750 60.318 60.060 60.245 59.907 60.920 60.947 59.273 59.847 59.704 59.420 59.591 59.383 59.600 Temp./ °C 39.95 40.44 41.05 38.60 43.73 41.69 40.27 39.69 39.97 40.38 40.97 40.78 40.17 39.91 39.90 40.40 40.89 41.41 40.00 ∆h/ cm 3.922 4.577 4.069 4.127 5.475 7.877 7.445 7.187 7.372 7.034 8.047 8.074 6.400 6.974 6.831 6.547 6.718 6.510 6.727 ∑/ s 2.35 2.74 2.44 2.47 3.28 4.72 4.46 4.31 4.42 4.22 4.82 4.84 3.84 4.18 4.09 3.92 4.03 3.90 4.03 2-PE Tiempo/ min 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 Altura /cm 54.000 54.134 54.065 54.065 54.150 54.304 54.225 54.335 54.285 54.295 54.500 54.535 54.705 54.765 54.980 55.125 55.375 55.375 55.365 Temp./ °C 40.88 40.59 39.03 39.55 40.99 41.30 41.00 40.39 39.26 40.61 40.61 40.31 39.85 39.51 40.45 41.16 41.27 41.70 40.49 ∆h/ cm ∑/ s 1.125 1.259 1.190 1.190 1.275 1.429 1.350 1.460 1.410 1.420 1.625 1.660 1.830 1.890 2.105 2.250 2.500 2.500 2.490 0.67 0.75 0.71 0.71 0.76 0.86 0.81 0.88 0.85 0.85 0.97 1.00 1.10 1.13 1.26 1.35 1.50 1.50 1.49 30 Tabla 5.5.11. Registro de las alturas, e índice de estabilidad de espuma para las soluciones acuosas de AMP. Corrida 13 Temp. /°C Muestra V Muestra ho hi hf Área/ cm2 Altura/ mm 147.5 Tiempo/ min 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 Corrida 14 Temp. /°C Muestra V Muestra ho hi hf Área/ cm2 Altura/ mm 147.5 40.59 Solución acuosa de 10 % AMP 25 cm3 48.876 53.064 52.706 6.324 Flujo/cm3s-1 10.55 Altura /cm 72.513 72.756 72.435 72.317 71.942 70.890 70.650 70.625 70.732 70.746 71.006 71.008 71.215 71.121 71.150 71.200 71.126 71.087 70.800 Temp./ °C 40.14 40.24 40.39 40.65 40.24 40.12 40.38 40.70 40.64 40.77 40.80 40.70 40.64 40.69 40.74 40.91 40.73 40.75 41.03 Dh/ cm 19.449 19.692 19.371 19.253 18.878 17.826 17.586 17.561 17.668 17.682 17.942 17.944 18.151 18.057 18.086 18.136 18.062 18.023 17.736 AMP ∑/ s 11.66 11.80 11.61 11.54 11.32 10.69 10.54 10.53 10.59 10.60 10.75 10.76 10.88 10.82 10.84 10.87 10.83 10.80 10.63 Tiempo/ min 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 40.57 Solución acuosa de 50 % AMP 25 cm3 48.870 53.142 53.050 6.324 Flujo/cm3s-1 10.55 Altura /cm 55.521 56.441 57.500 57.650 57.455 57.235 56.900 56.600 56.295 55.875 55.875 55.663 55.675 55.575 55.422 55.500 54.865 54.905 54.905 Temp./ °C 40.48 40.87 41.23 40.20 39.67 39.90 41.67 41.50 40.95 40.24 39.02 40.24 40.81 41.89 40.92 39.88 40.68 40.01 40.75 Dh/ cm 2.379 3.299 4.358 4.508 4.313 4.093 3.758 3.458 3.153 2.733 2.733 2.521 2.533 2.433 2.280 2.358 1.723 1.763 1.763 AMP ∑/ s 1.43 1.98 2.61 2.70 2.59 2.45 2.25 2.07 1.89 1.64 1.64 1.51 1.52 1.46 1.37 1.41 1.03 1.06 1.06 31 32
