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24/10/2022

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Introducción al Derecho I

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y
ARQUITECTURA, UNIDAD TICOMÁN

SECCIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIÓN

ANÁLISIS ECONÓMICO AMBIENTAL
DE LA UTILIZACIÓN DE MEZCLAS
GASOLINA-ETANOL.

T E S I S
QUE PARA OBTENER EL GRADO DE:
MAESTRO EN GEOCIENCIAS
Y ADMINISTRACIÓN DE LOS
RECURSOS NATURALES

P R E S E N T A:
ABIGAIL DOLORES RAMÍREZ AYALA
DIRECTOR EXTERNO:
Dr. JOSÉ FELIPE SÁNCHEZ MINERO
DIRECTOR INTERNO:
Dr. DANIEL ROMO RICO

MÉXICO, D. F. NOVIEMBRE 2012
Agradecimientos

Agradecimientos

Agradezco a mi amada escuela el Instituto Politécnico Nacional, en especial a la Sección de
Estudios de Posgrado e Investigación por abrirme las puertas e incentivarme a aprender,
además de proporcionarme el apoyo económico para culminar esta etapa.

A la ESIQIE, por permitirme usar el Laboratorio de Caracterización del Petróleo y sus
Derivados, pieza clave para el desarrollo de la parte experimental de mi tesis y a mis
compañeros de laboratorio.

Agradezco al Dr. José Felipe Sánchez Minero y al Dr. Daniel Romo Rico por haber confiado
en mi persona, por su tiempo, comprensión, paciencia, y por la dirección de este trabajo.
Al Dr. Mario Ulloa, la Dra. Miriam Montiel y Dra. Guadalupe Silva por los consejos, apoyo
y ánimo que me brindaron.

A los profesores integrantes de la Comisión Revisora de Tesis Dr. Miguel García Reyes,
Mtro. Leobardo Salazar Peña y Mtro. Rodrigo Mondragón Guzmán por sus valiosos
comentarios y tiempo dedicado a la corrección este documento.

A mis padres Víctor y Patricia por su amor incondicional, y por enseñarme que con
esfuerzo y dedicación todos las metas se pueden cumplir. A mi hermanas Diana y Nadir
que me acompañaron en esta aventura que significó la maestría y qué, de manera
incondicional, entendieron mis ausencias y malos momentos. A mis sobrinos Sarah,
Marlen, Uziel y Mitzi por las sonrisas brindadas. A mi tíos Ubaldo y Valentín por su interés
durante toda mi formación académica.

A ti Héctor, que desde un principio y hasta el día de hoy sigues dándome ánimo e impulso
para culminar este proceso.

Gracias también a mis queridos compañeros, Adriana, Daniel, Fidel, Adrián, que me
permitieron entrar en su vida durante un poco más de dos años de convivir dentro y fuera
del salón de clase. A mis amigo, Aracely, Josa, Juan, Cristian, Edith, Angie, David, por su
apoyo.

A todos gracias.
Análisis Económico Ambiental de la Utilización de Mezclas Gasolina-Etanol

ÍNDICE GENERAL
Página
Índice de Figuras i
Índice de Tablas ii
Acrónimos y Símbolos iii
Resumen v
Abstract vii
Introducción ix

1. ANTECEDENTES 1
1.1 Industria Petrolera Actual 2
1.2 Gasolina 5
1.3 Oxigenantes de Gasolina 7
1.4 Biocombustibles 9
1.4.1 Etanol 11
1.4.1.1 Producción de Etanol 12
a) Etanol a partir de Caña de Azúcar 13
b) Etanol a partir de Grano de Maíz 15
c) Etanol a partir de Grano de Sorgo 17
1.4.1.2 Mezcla Gasolina-Etanol. 17
a) Etanol como Aditivo 18
b) Etanol como Combustible. 18
1.5 Análisis Económico 20
1.6 Análisis Ambiental 22

2. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL 24
2.1 Preparación de Muestras 25
2.1.1 Gasolina de Pool 25
2.1.2 Mezclas Gasolina-Etanol 25
2.2 Caracterización de Muestras 26
2.2.1 Densidad 27
2.2.1.1 Concepto 27
2.2.1.2 Metodología Experimental 27
2.2.1.3 Resultados 29
2.2.2 Presión de vapor Reid 30
2.2.2.1 Concepto 30
2.2.2.2 Metodología Experimental 31
2.2.2.3 Resultados 32
2.2.3 Poder Calorífico 33
2.2.3.1 Concepto 33
2.2.3.2 Metodología Experimental 33
2.2.3.3 Resultados 35
Análisis Económico Ambiental de la Utilización de Mezclas Gasolina-Etanol

2.2.4 Número de Octano 36
2.2.4.1 Concepto 36
2.2.4.2 Metodología Experimental 37
2.2.4.3 Resultados 38
2.2.5 Análisis PIONA 39
2.2.5.1 Concepto 39
2.2.5.2 Metodología Experimental 39
2.2.5.3 Resultados 41
2.2.6 Concentración de Azufre 43
2.2.6.1 Concepto 43
2.2.6.2 Metodología Experimental 44
2.2.6.3 Resultados 45

3. ANÁLISIS ECONÓMICO DE LAS MEZCLAS GASOLINA-ETANOL 47
3.1 Análisis de Costos de Producción de Etanol 48
3.2 Análisis de Costos de Producción de Mezclas Gasolina-Etanol 52
3.2.1 Escenario 1 52
3.2.2 Escenario 2 54
3.2.3 Escenario 3 55

4. ANÁLISIS AMBIENTAL DE LAS MEZCLAS GASOLINA-ETANOL 57
4.1 Análisis de Azufre 58
4.2 Análisis de Dióxido de Carbono (CO2) 59
4.3 Análisis de Aromáticos 61

Conclusiones 63
Bibliografía 65
Glosario de Términos 70

Análisis Económico Ambiental de la Utilización de Mezclas Gasolina-Etanol

Índice de Figuras
Figura Página

1.1 Consumo mundial de energía primaria en el periodo 1999-2009. 2
1.2 Análisis de producción y consumo de petróleo durante el periodo
de 1930 a 2050.
3
1.3 Reservas de hidrocarburos en México durante el periodo 1982-
2007.
4
1.4 Producción, demanda e importación de gasolina en el periodo
1999-2009.
6
1.5 Producción e importación de oxigenantes para gasolina en el
periodo 2000-2006.
8
1.6 Rutas tecnológicas para la producción de etanol. 12
1.7 Proyección de producción mundial de etanol y biodiesel en el
periodo 1975-2015.
13
1.8 Producción de etanol carburante a partir de la caña de azúcar. 14
1.9 Proceso de molido húmedo de grano de maíz para la producción
de etanol.
16
1.10 Proceso de molido seco de grano de maíz para la producción de
etanol.
16
1.11 Modificaciones necesarias en el motor del vehículo en función de
la concentración de etanol utilizada en el combustible.
19
2.1 Mezclas gasolina-etanol preparadas para este estudio. 26
2.2 Viscosímetro Stabinger SVM 3000 de Anton Paar. 28
2.3 Densidad absoluta de mezclas gasolina-etanol. 29
2.4 Equipo de presión de vapor Koehler. 32
2.5 Presión de vapor Reid (PVR) de mezclas gasolina-etanol. 33
2.6 Bomba calorimétrica del tipo isoperibol 6400 de Parr. 34
2.7 Poder calorífico de las mezclas gasolina-etanol. 35
2.8 Equipo para determinar número de octano Eraspec de Eralytics. 38
2.9 Número de octano de mezclas gasolina-etanol. 38
2.10 Cromatógrafo de gases Clarus 500 de Perkin Elmer para análisis
PIONA.
41
2.11 Análisis PIONA de mezclas gasolina-etanol. 42
2.12 Análisis elemental de mezclas gasolina-etanol. 43
2.13 Espectrómetro de Fluorescencia de rayos X SLFA-2100. 45
2.14 Concentración de azufre en ppm de mezclas gasolina-etanol. 45
3.1 Costos de producción de etanol en México. 48
3.2 Costos de producción de etanol a partir de la caña miel pobre en el
periodo 2006-2010.
50

Análisis Económico Ambiental de la Utilización de Mezclas Gasolina-Etanol

3.3 Comparación del costo de producción de etanol durante el 2010. 51
3.4 Costo de producción de etanol (caña miel pobre), MTBE y TAME
durante el 2010.
53
3.5 Costo de producción de la mezcla E-10, gasolina Magna y gasolina
Premium durante 2010.
54
3.6 Costo de producción de la mezcla E-20, gasolina Magna y gasolina
Premium durante 2010.
55
3.7 Costo de producción de la mezcla E-10, gasolina Magna y gasolina
Premium durante 2010.
56
4.1 Concentración de azufre en ppm de gasolina de pool,mezcla E-10,
E-20 y E-80.
58
4.2 Relación molar H/C de gasolina de pool, mezcla E-10, E-20 y E-80. 60
4.3 Relación molar O/C de gasolina de pool, mezcla E-10, E-20 y E-80. 60
4.4 Concentración de aromáticos en gasolina de pool, mezcla E-10, E-
20 y E-80.
61

Índice de Tablas

Tabla Página

1.1 Producción de gasolinas y tasa de crecimiento en el periodo 1999-
2009.
6
1.2 Componentes de los precios de gasolinas obtenidas en México. 21
2.1 Composición volumétrica de la gasolina de pool. 25

Acrónimos y Símbolos

iii

ANÁLISIS ECONÓMICO AMBIENTAL DE LA UTILIZACIÓN DE MEZCLAS GASOLINA-ETANOL.

Acrónimos y símbolos

ASTM Sociedad Americana para el Ensayo de Materiales, del inglés American Society for
Testing Materials.
BID Banco Interamericano de Desarrollo.
BTU Unidad Térmica de Calor, del inglés British Thermal Unit.
C Carbono.
°C Grados Celsius.
C5 Pentanos.
C12 Dodecanos.
CAA Ley del Aire Limpio, del inglés Clean Air Act.
CO Monóxido de carbono.
CO2 Dióxido de carbono.
Dll Dólar.
dll/litro Dólar por litro.
EE. UU. Estados Unidos.
GEI Gases del Efecto Invernadero.
G Gramos.
g/cm3 Gramo por centímetro cúbico.
GTZ Agencia Alemana de Cooperación Técnica, del inglés
H Hidrógeno.
He Helio.
Kg. Kilogramo.
Kgmol Kilogramo por mol.
KPa Kilopascales.
Lt Litros.
lt/día Litros por día.
Ib/plg2 Libra por pulgada cuadrada.
INPC Índice Nacional del Precios al Consumidor.
Mbd Miles de barriles por día.
MMbd Millones de barriles por día.
MMMbpce Miles de millones de barriles de petróleo crudo equivalente
MMta Millones de toneladas.
MMtpce Millones de toneladas de petróleo crudo equivalente.
μL Micro-litros.
MON Número de octano motor, del inglés Motor Octane Number.
MTBE Metil ter- butil éter, del ingles Methyl Tertiaty Butyl Ether.
Acrónimos y Símbolos

NO Óxido Nitroso.
NOx Óxidos de nitrógeno que generalmente comprenden las especies: NO, NO2 y N2O.
O Oxígeno.
Pemex Petróleos Mexicanos.
ppm Partes por millón.
psi Libra por pulgada cuadrada.
PVR Presión de vapor Reid, del inglés Reid Vapor Pressure.
RON Número de octano de investigación, del inglés Research Octane Number.
Sener Secretaría de Energía.
SNR Sistema Nacional de Refinación.
SO2 Dióxido de Azufre.
SOx Óxidos de azufre que generalmente comprenden las especies: SO2 y SO.
TAME Ter amil- metil éter.
TEP Tetraetilo de plomo, del inglés Tetra-Ethyl Lead.
UBA Ultra bajo azufre.
USD Dólares.
USD/lt Dólares por litro.

Resumen

La utilización de etanol como combustible en mezcla con gasolina es una de las
alternativas más importantes para reducir las importaciones de combustibles de origen
fósil, además, este alcohol permite reducir las concentraciones de azufre y nitrógeno,
cumpliendo así con la legislación ambiental existente.

De acuerdo con lo anterior, en este trabajo se realizó un análisis económico y ambiental
enfocado a la posible utilización de mezclas gasolina-etanol en nuestro país. Primero, se
llevo a cabo la caracterización de las mezclas, para lo cual se preparó una gasolina de pool
a partir de naftas de diferentes plantas de refinación (desintegración catalítica,
reformación, isomerización y alquilación) y en seguida, se adicionó el etanol a la mezcla (0,
20, 40, 60, 80 y 100% volumen de alcohol). Las mezclas fueron caracterizadas por
densidad, presión de vapor Reid (PVR), poder calorífico, número de octano y análisis
elemental.

Los resultados de la caracterización muestran que al incorporar el etanol a la mezcla se
incrementa el número de octano. Por lo tanto, este alcohol puede ser utilizado como
aditivo o en mezcla con gasolina. Sin embargo, el poder calorífico y la presión de vapor de
la gasolina sufre una fuerte caída cuando se incorpora una gran concentración de etanol,
siendo necesario un ajuste al sistema de combustión del auto, además de que la mezcla
gasolina-etanol se consume más rápido que la gasolina.

Para el análisis económico y ambiental de las mezclas gasolina-etanol se propusieron tres
escenarios a partir de los resultados de caracterización. El primero consideró la
incorporación de 10% volumen de etanol (E-10), el segundo la incorporación del 20%
volumen de etanol (E-20) y finalmente, el tercero consideró la incorporación del 80%
volumen de etanol (E-80).

Resumen

Los resultados muestran que el costo de producción de etanol es menor al costo de
producción de los oxigenantes convencionales (MTBE, TAME). Por lo tanto, la mezcla E-10
presenta una gran posibilidad de uso debido a que no es necesario realizar ajustes en el
sistema de combustión del auto. En cuanto a las mezclas E-20 y E-80, si bien el costo de
producción es menor al que presentan las gasolinas puras (Magna, Premium),
posiblemente se requiere de un ajuste al sistema de combustión, lo cual acarrea un costo
de inversión.

Finalmente, el análisis ambiental muestra que al incorporar el etanol en la mezcla se
reduce la concentración de azufre (sólo la mezcla E-80 presenta una concentración de
ultra bajo azufre) y se incrementa la relación molar H/C y O/C (posible reducción en la
formación de dióxido de carbono).

Abstract

vii

Abstract

The use of ethanol as fuel mixed with gasoline is one of the most important alternatives to
reduce imports of fossil fuels also this alcohol can reduce concentrations of sulfur and
nitrogen, in compliance with existing environmental legislation.

According to the above, in this work, economic and environmental analysis focused on the
possible use of gasoline-ethanol blends in our country. First, we conducted the
characterization of the mixtures, which was prepared for a gasoline pool from naphthas
different refining plants (catalytic cracking, reforming, isomerization and alkylation) and
then, the ethanol was added to the mixture (0, 20, 40, 60, 80 and 100% volume of
alcohol). The blends were characterized by density, Reid vapor pressure (RVP), calorific
value, octane and elemental analysis.

The characterization results show that by adding ethanol to the mixture increases the
octane number. Therefore, this alcohol can be used as an additive or as a blend with
gasoline. However, the calorific value and the vapor pressure of the gas undergoes a sharp
decline when incorporating a high concentration of ethanol, necessitating an adjustment
of the car's fuel system, in addition to the gasoline-ethanol mixture is consumed faster
than gasoline.

For economic and environmental analysis of gasoline-ethanol blends three scenarios were
proposed from the characterization results. The first considered the incorporation of 10%
volume of ethanol (E-10), incorporating the second volume of 20% ethanol (E-20) and
finally the third felt incorporating volume of 80% ethanol (E-80 ).

The results show that the ethanol production cost is lower than the production cost of
conventional oxygenates (MTBE, TAME). Therefore, the mixture E-10 has a high possibility
of use because no adjustments are needed in the combustion system of the car. As for
Abstract

viii

blends E-20 and E-80, while the production cost is lower than with pure gasoline (Magna,
Premium), possibly an adjustment is required to the combustion system, resulting in a
cost of investment.

Finally, the environmental analysis shows that incorporating the ethanol in the mixture
reduces the sulfur concentration (only the mixture E-80 has an ultra low sulfur
concentration) and increases the molar ratio H / C and O / C (possible reduction in the
formation of carbon dioxide).

Introducción

Los combustibles obtenidos a partir de la refinación de los hidrocarburos son y seguirán
siendo la principal fuente de energía,debido al menor costo y mayor eficiencia en su
transformación. Sin embargo, provienen de una fuente de energía no renovable, es decir,
finita. Además, en la actualidad se empiezan a encontrar yacimientos de crudo extra-
pesado, el cual posee propiedades físicas y químicas más complejas (alto contenido de
resinas y asfáltenos), así como una alta concentración de contaminantes (azufre,
nitrógeno, metales).

En nuestro país, se extrae crudo pesado y extra-pesado. Por lo tanto, la industria petrolera
nacional realiza cambios periódicos al Sistema Nacional de Refinación (SNR) con el
propósito de procesar este tipo de hidrocarburos. A pesar de lo anterior, la producción de
combustibles como la gasolina está muy por debajo de la demanda nacional. En 2011, de
acuerdo con cifras de gobierno, sólo el 50% de la gasolina que se requiere se produce en
territorio nacional, el restante se importa. Asimismo, para que la gasolina obtenida por el
SNR alcance los estándares requeridos, es necesario importar una cierta cantidad de
metil-ter-butil-éter (MTBE), oxigenante convencional utilizado para mejorar la combustión
de la gasolina.

Lo anterior representa un grave problema debido a que es necesario incrementar
constantemente el valor de este combustible mientras el aumento en las importaciones se
siga presentando. Una de las alternativas para solucionar este problema es promover el
uso de biocombustibles, en un principio como aditivos y posteriormente en mayores
proporciones, es decir; en mezcla con la gasolina.

Los biocombustibles como el etanol se consideran productos renovables, ya que
provienen de la biomasa, principalmente de la caña de azúcar y el grano de maíz. El etanol
Introducción

presenta propiedades físicas y químicas que afectan a la gasolina. Por lo tanto, es
necesario estudiar su efecto en la reformulación del combustible.

Por otro lado, la utilización de etanol requiere de un análisis económico y ambiental,
siendo estos rubros de suma importancia en la actualidad. El análisis económico permite
detallar la viabilidad de este alcohol como combustible, mientras que el análisis ambiental
establece su efecto sobre la mezcla resultante y si esta cumple con los parámetros
establecidos por la legislación ambiental de cierta región (NOM-086-SENER-2005).

A partir de lo anterior, en este trabajo se propone el estudio del efecto del etanol en la
reformulación de una gasolina obtenida en México. El estudio abarca la caracterización,
análisis económico y análisis ambiental de mezclas gasolina-etanol con 0, 20, 40, 60, 80 y
100% volumen de alcohol. Los resultados permitirán evaluar escenarios de estas mezclas y
su posible aplicación en nuestro país.

Para el desarrollo de este trabajo se establecen los siguientes objetivos:

 Preparar las mezclas gasolina-etanol con diferente concentración de alcohol (0, 20, 40,
60, 80 y 100% volumen).

 Caracterizar las mezclas gasolina-etanol mediante densidad, presión de vapor, poder
calorífico, número de octano y análisis elemental.

 Desarrollar un análisis económico utilizando tres escenarios de mezcla gasolina-etanol
(el escenario depende de los resultados de la caracterización).

 Desarrollar un análisis ambiental utilizando tres escenarios de mezcla gasolina-etanol
(el escenario depende de los resultados de la caracterización).
Capítulo I. Antecedentes

CAPÍTULO I.
ANTECEDENTES
Capítulo I. Antecedentes

1.1 Industria Petrolera Actual.

En nuestro planeta, cerca del 89% del consumo total de energía proviene de fuentes no
renovables como el petróleo, gas y carbón; y sólo el 11% es obtenido a partir de fuentes
renovables tales como la energía eólica, geotérmica, hidráulica, mareomotriz, solar y
biomasa [1].

La participación del petróleo como energía primaria se ha mantenido en primer lugar
durante muchas décadas. En particular, durante el 2009 correspondió al 34.8% del total
mundial, seguido del carbón con 29.4%, el gas con 23.8% y finalmente la hidroelectricidad
y energía nuclear con una participación del 6.6 y 5.5%, respectivamente [2,3] (Figura 1.1).

Figura 1.1 Consumo mundial de energía primaria en el periodo 1999-2009 en MMtpce [3].

La enorme dependencia hacia el consumo de petróleo ha provocado graves problemas de
abastecimiento a nivel mundial debido a la alta explotación de yacimientos, costos
crecientes en los campos petroleros con reservas y mayores riesgos enfrentados, además
se presentan problemas relacionados con la emisión de gases formados durante la
combustión de productos derivados del petróleo (principalmente CO2) [4].

Capítulo I. Antecedentes

En la Figura 1.2 se muestra la prospectiva de reservas y producción de crudo hasta el año
2050. De manera general, se observa una tendencia descendente en el descubrimiento de
yacimientos (reservas), mientras que la producción presenta una pendiente creciente. Por
lo tanto, se puede esperar que a los ritmos actuales de consumo de petróleo, la reserva
estuviera limitada para 40 años más [5].

Figura 1.2 Análisis de producción y consumo de petróleo durante el periodo
de 1930 a 2050 en MMMbpce [5].

En suma, las reservas de petróleo crudo han disminuido considerablemente. A finales del
siglo XIX ascendían a 2.2 trillones de barriles, mientras que en la actualidad apenas llegan
a 1.3 trillones de barriles [6]. Además, el consumo sigue en aumento, sobretodo en países
como la India y China, los cuales presentan altos índices de crecimiento interno.

Por su parte, los países de Norte América (Estados Unidos, Canadá y México) poseen el 5%
de las reservas probadas de petróleo a nivel mundial [7]. Sin embargo, nuestro país es el
que presenta una mayor reducción en sus reservas probadas, debido a su lenta reposición
en comparación con la extracción de crudo (tasa de restitución) [8]. Esto, puede generar
varios problemas debido a que a este ritmo dejaríamos de ser un país exportador.
Capítulo I. Antecedentes

En la Figura 1.3 se presenta la evolución de las reservas de hidrocarburos en México hasta
el año de 2007 [9]. De acuerdo con este dato, se prevé que la tendencia decreciente que
presentan las reservas siga su curso y principalmente la mayor afectación se detecta en las
reservas probadas. Esto debido a que entre 1998 y 2007 se presentó una disminución de
reservas probadas de 2.3 veces, por efecto de la reducida actividad en materia de
actividad exploratoria.

Figura 1.3 Reservas de hidrocarburos en México durante el periodo 1982-2007 en MMMbpce [9].

En México, el 92% del consumo de energía primaria proviene de fuentes no renovables,
en donde el 72% corresponde al petróleo crudo [7]. En términos de volumen, el 50% del
petróleo producido en nuestro país se exporta a Estados Unidos (EE. UU.), el 25% se
emplea para producir combustóleo y diesel, el 14% para la producción de gasolinas, el 9%
para petrolíferos y petroquímicos y el 2% restante en la elaboración de turbosina [7].

Capítulo I. Antecedentes

1.2 Gasolina.

La gasolina es una mezcla de hidrocarburos que presentan un rango de ebullición entre 32
y 230°C [10]. En cuanto a número de carbonos, este combustible muestra compuestos que
van desde pentanos (C5) hasta dodecanos (C12) [10]. En particular, los principales
componentes que presenta una gasolina son parafinas (50-80% v/v), olefinas (0-15% v/v) y
aromáticos (15-40% v/v) [11].

La gasolina comercial se obtiene a partir de una gasolina de pool, a la cual se le adicionan
aditivos oxigenantes y antioxidantes [12]. La gasolina de pool se prepara a partir de
gasolinas provenientes de diferentes plantas de refinación como reformación, alquilación,
isomerización y desintegración catalítica[11].

Petróleos Mexicanos (Pemex) elabora y comercializa dos tipos de gasolina: Pemex
Premium (92 octanos) y Pemex Magna (87 octanos). Asimismo, en los últimos años se ha
empezado a distribuir la gasolina Pemex Premium UBA (ultra bajo azufre), la cual contiene
menos de 50 ppm de azufre y cumple con la legislación ambiental existente [13].

Las seis refinerías con las que cuenta el Sistema Nacional de Refinación (SNR) procesan
alrededor de 1.5 millones de barriles de petróleo crudo por día (MMbd) [9]. Sin embargo,
desde mediados de los noventa la capacidad instalada de refinación ha permanecido
prácticamente constante hasta el año 2011, cuando se incorporan las ampliaciones de
Minatitlán [14].

La Tabla 1.1 presenta la producción de gasolina y la tasa de crecimiento que alcanzó cada
centro de refinación en el periodo 1999-2009 [13]. Los resultados muestran que las
refinerías con mayor tasa de crecimiento de producción de gasolina son Cadereyta y
Madero, ya que registraron un aumento de 7.6 y 3.8%, respectivamente. En cuanto a la
producción global de gasolina, esta fue del orden de 455.3 Mbd, lo cual es insuficiente
Capítulo I. Antecedentes

para la demanda interna de este combustible, por lo tanto, es necesario importar
gasolina. Durante el 2011 la importación de gasolina representó aproximadamente el 50%
del consumo interno del país [9, 13].

1999 2009 tmca (%)
SNR 405.3 455.3 1.2
Cadereyta 41 85.2 7.6
Madero 42 61 3.8
Tula 102.2 105.9 0.4
Salamanca 59.1 62.4 0.6
Minatitlán 59.4 46.1 -2.5
Salina Cruz 106.6 94.8 -0.7

Tabla 1.1 Producción de gasolinas y tasa de crecimiento en el periodo 1999-2009 en Mbd [13].

En la Figura 1.4 se presenta el perfil de producción y demanda de gasolina durante el
periodo 1999-2009. Se observa que la brecha entre la producción y la demanda de
gasolina se ha incrementado en los últimos años. Mientras que en 1998 se importaban
137 Mbd, para el 2009 este valor ascendió a 329.1 Mbd [13]. Esto indudablemente
impacta el precio por litro de este combustible, tanto por efecto del crecimiento en los
precios internacionales del petróleo como de la devaluación del peso frente al dólar.

Figura 1.4 Producción, demanda e importación de gasolina en el periodo 1999-2009 en Mbd [13].

Capítulo I. Antecedentes

Es importante considerar que del total de las gasolinas y componentes importados en
2009, el 20% perteneció a la gasolina Premium, el 76.8% a la gasolina Magna y el 3.2% al
metil-ter-butil-éter (MTBE). Según datos de la Sener en la “Prospectiva de petrolíferos
2010-2025”, este volumen en las importaciones implica que 57.4% de cada barril
consumido durante el 2009 se produjo en el país y el restante se adquirió en el extranjero
[13].

En suma, la demanda interna de este combustible seguirá estando por encima de la
producción nacional. Por lo tanto, es necesario buscar nuevas fuentes de energía que
ayuden a reducir el volumen de gasolina importado al país o bien invertir en mayor
capacidad de refinación.

1.3 Oxigenantes de Gasolina.

Para obtener una gasolina con el índice de octano requerido por el consumidor, es
necesario incorporar aditivos oxigenantes a la misma, los cuales favorecen la combustión
completa (formación de CO2) de la gasolina, permitiendo así obtener la mayor cantidad
posible de energía a partir de la quema de este combustible [11,12].

En 1921, Midgley descubrió las propiedades antidetonantes del tetraetilo de plomo (TEP)
[15], el cual fue posteriormente utilizado como aditivo de gasolina [11]. Más adelante, con
la promulgación de la Ley de Aire Limpio (en inglés, Clean Air Act: CAA) en Estados Unidos
(EE. UU.), el uso de este aditivo fue prohibido y sustituido por los compuestos oxigenados
[11]. Los oxigenantes más comúnmente utilizados son el metil-ter-butil-éter (MTBE) y el
ter-amil-metil-éter (TAME). Estos compuestos tienen la característica de poseer un
elevado número de octano, necesario para elevar la calidad de la gasolina [12]. Entre los
oxigenantes disponibles en el mercado el MTBE es el más utilizado, debido a su menor
costo de producción [8], además posee una presión de vapor baja y es compatible con los
sistemas de mezclado y distribución para la gasolina [11].
Capítulo I. Antecedentes

En México, el MTBE es el oxigenante que predomina como aditivo de gasolina [8]. Estados
Unidos es el principal exportador de este producto para América Latina, y gran porcentaje
de sus ventas están encaminadas a satisfacer la demanda de oxigenantes para gasolina de
Pemex [16]. En la actualidad, nuestro país cuenta con plantas de producción de MTBE en 5
de las 6 refinerías del país, con una capacidad de 9.1 Mbd hasta 2006 [13]. Sin embargo, la
producción es insuficiente para satisfacer la demanda interna requerida para la
producción de gasolina Pemex Magna y Pemex Premium, haciendo necesaria la
importación de este compuesto (Figura 1.5).

Figura 1.5 Producción e importación de oxigenantes para gasolina en el periodo 2000-2006 en Mbd [8].

Lo anterior es un problema que debe abordar urgentemente la industria petrolera
nacional, ya que además de importar gasolina, es necesario comprar al exterior una
cantidad de oxigenante para reformular la gasolina obtenida en el SNR.
Consecuentemente, el balance económico es desfavorable, debido a que la importación
de gasolina y oxigenantes consume una gran parte de las divisas adquiridas por
exportación de petróleo crudo, reduciendo la capacidad de maniobra de la balanza en
cuenta corriente.

Por otro lado, estudios recientes confirman la presencia de MTBE en mantos freáticos, lo
cual puede generar problemas de salud [15]. De acuerdo con lo anterior, el MTBE como
Capítulo I. Antecedentes

aditivo de gasolina tendría que ser sustituido por otro compuesto, el cual ofrezca menor
impacto sobre el medio ambiente, reduciendo así los problemas de salud.

Una de las alternativas es la utilización de un biocombustible como el etanol, el cual se
obtiene a partir de materia prima renovable, además de que presenta una nula
concentración de compuestos contaminantes (azufre, nitrógeno, aromáticos) [17-20].

1.4 Biocombustibles.

Los biocombustibles se obtienen a partir de materia prima renovable, pueden ser líquidos,
sólidos o gaseosos [4]. Es posible utilizarlos como aditivos o sustitutos de combustibles
tradicionales como la gasolina y el diesel [21]. Los biocombustibles se clasifican en
primera, segunda, tercera y cuarta generación, de acuerdo a los avances tecnológicos y la
materia prima utilizada para producirlos [22].

Los biocombustibles de primera generación provienen de materias primas de uso
alimenticio (humano o animal) como maíz, caña de azúcar, soya, etc., las cuales tienen un
alto contenido de almidón, azúcar o aceite. También se pueden emplear las grasas
animales, aceites de desecho provenientes de la cocción de alimentos y desperdicios
orgánicos. Este tipo de bioenergéticos fueron los primeros en ser obtenidos, por lo cual la
tecnología empleada en sus procesos (fermentación, transesterificación y digestión
anaeróbica) es de fácil acceso, ya que es la misma que se utiliza para producir alcohol. A
partir de estos procesos se obtiene el etanol, metanol, n-butanol, biodiesel y biogás, entre
otros [22].

Los biocombustibles de segunda generación son aquellos que se obtienen a partir de
materias primas que no tienen algún uso alimenticio, es decir, bagazo de caña de azúcar,
el restrojo del maíz, paja de trigo, aserrín, hojas y ramas secas, y semillas oleaginosas no
Capítulo I. Antecedentes

comestibles (jatrofa). Los procesos para la obtención de etanol a partir de este tipo de
materia prima son más complejos en comparación con los de primera generación [22].

Los biocombustiblesde tercera generación son obtenidos a partir de materias primas no
alimenticias de rápido crecimiento y con una alta densidad energética almacenada,
también se les conoce con el nombre de “cultivos energéticos” (pastos perennes, algas
verdes y verdeazules, etc.). Los procesos de producción para este tipo de energético se
encuentran en desarrollo, pero se ha logrado producir etanol y biodiesel a nivel planta
piloto [22].

Finalmente, los biocombustibles de cuarta generación son producidos a partir de bacterias
genéticamente modificadas, las cuales emplean alguna fuente de carbono para la
producción del biocombustible. Esta generación de combustibles se encuentra en fase
teórica [22].

En México, la producción de etanol puede llevarse a cabo a partir de materias primas
como la caña de azúcar, grano de maíz, sorgo y yuca, entre otros [13, 23]. Los dos
primeros presentan mayores oportunidades, sin embargo, al ser considerados productos
básicos, su uso es tema de gran debate. Si se utilizaran para producir etanol se estaría
obteniendo un biocombustible de primera generación, lo cual representa poco avance en
desarrollo tecnológico interno.

Para la utilización del etanol como combustible, la Secretaría de Energía (Sener) ha
propuesto tres escenarios, los cuales se mencionan a continuación [23]:

Escenario 1: Sustitución de la producción nacional de MTBE y TAME por etil-terbutil-eter
(ETBE), manteniendo las importaciones de MTBE necesarias para satisfacer la demanda de
las gasolinas oxigenadas en las zonas metropolitanas de Guadalajara, Monterrey y el Valle
de México.
Capítulo I. Antecedentes

Escenario 2: Eliminación del empleo de éteres en la formulación de gasolinas,
manteniendo la exigencia de oxigenación de gasolinas en las zonas metropolitanas, lo que
se lograría a través del empleo de etanol.

Escenario 3: En éste escenario se incorporaría el etanol restante para alcanzar un 10%
volumen de alcohol en la gasolina.

1.4.1 Etanol.

El etanol es un alcohol líquido inflamable de olor característico e incoloro; compuesto
principalmente de oxígeno [24] (35% de su masa molecular). La fórmula química de este
alcohol es CH3CH2OH ó C2H5OH; punto de ebullición de 78°C, masa molecular de 46.1
Kg/Kgmol y densidad relativa de 0.8 con respecto a la densidad del agua a 4°C [25].

En la actualidad, el etanol es el biocombustible de mayor importancia a nivel mundial,
producto 100% renovable obtenido a partir de cultivos bioenergéticos y biomasa [25]. En
este sentido, su uso como combustible ha pasado por varias etapas durante diferentes
años [15]. En un principio, Ford diseñó autos que utilizaban etanol como combustible, sin
embargo, el alto precio del grano de maíz aunado a las dificultades para almacenarlo
provocó que la industria cambiara, logrando así, que él petróleo ocupara su lugar en
consecuencia a su bajo costo durante el siglo XX [26, 27].

En la década de los 70ˈs con la crisis del petróleo y la creciente demanda de combustibles
se retomó nuevamente la producción de etanol como carburante [26]. Primero, como
materia prima para la obtención de aditivos como MTBE y ETBE, y en los últimos años
como combustible (mezclas gasolina-etanol hasta con 85% volumen de etanol) [24]. De
acuerdo con lo anterior, se espera que en los próximos años la demanda mundial de
etanol se mantenga en constante crecimiento, principalmente por su utilidad como
combustible [28, 29].
Capítulo I. Antecedentes

1.4.1.1 Producción de Etanol.

Como se ha mencionado antes, existen diferentes materias primas para la elaboración del
etanol (sorgo, yuca, remolacha azucarera, papa, trigo, cebada, caña de azúcar, maíz, etc.)
[13]. No obstante, la melaza obtenida de la fermentación de la caña es la materia prima
más utilizada en países como Brasil e India, mientras que en Estados Unidos y Europa el
etanol carburante se obtiene principalmente del almidón producto de la fermentación del
maíz y los cereales [13, 30].

En general, la mayor parte de la producción mundial de etanol se obtiene mediante un
proceso de fermentación, sólo para el caso de cultivos ricos en almidón es necesario
incluir una etapa de hidrólisis enzimática [24, 28]. En la Figura 1.6 se presenta el esquema
general de producción de etanol a partir de diferente tipo de biomasa.

Figura 1.6 Rutas tecnológicas para la producción de etanol [24].

Capítulo I. Antecedentes

En 2010 se obtuvieron cerca de 70 millones de toneladas (MMta) de etanol a nivel
mundial [1]. En la Figura 1.7 se muestra la proyección de producción de etanol y biodiesel
en el periodo 1975-2015. De manera general, se observa una tendencia ascendente en la
producción de etanol en los próximos años.

Figura 1.7 Proyección de producción mundial de etanol y biodiesel en el periodo 1975-2015 en MMta [1].

En seguida, se presenta un resumen de los principales métodos de producción de etanol
utilizando diferentes materias primas:

a) Etanol a partir de la Caña de Azúcar.

El jugo del tronco de la caña es la principal fuente de azúcar. Alrededor del 70% del azúcar
consumida en el mundo proviene de esta planta. Su cultivo es propio de las zonas
tropicales y subtropicales, y necesita de suelos adecuados para crecer bien, además de
abundante agua. El periodo de crecimiento de la caña es de 11 a 17 meses, dependiendo
de la zona de cultivo y de la variedad de caña plantada. Después de la primera cosecha se
corta y puede retoñar varias veces (a estos cortes se les conoce como zafras) [28].

El proceso de elaboración del etanol a partir de caña de azúcar inicia con un tratamiento
preliminar, en el cual la caña es lavada con agua a 40°C para después pasar por la etapa de
Capítulo I. Antecedentes

acondicionamiento, esta incluye los procesos de trituración, clarificación y filtrado de la
caña de azúcar, todo lo anterior con el fin de extraer el jugo rico en azúcares de la caña
[21].

Posteriormente, el jugo rico en azúcares es fermentado por medio de levaduras o
bacterias. La biomasa es separada del jugo resultante de la fermentación para dar paso a
la obtención del etanol mediante varias operaciones unitarias de separación [18].

En la Figura 1.8 se presenta un esquema para la producción de etanol carburante a partir
de caña de azúcar.

Figura 1.8 Producción de etanol carburante a partir de caña de azúcar [18].

De este proceso se obtienen algunos subproductos como el bagazo de la caña de azúcar,
el cual puede ser quemado para producir vapor de agua o generar electricidad en los
ingenios azucareros [6]. Otro subproducto es el agua residual del proceso de obtención de
etanol, esta agua pasa por un tratamiento de efluentes para ser nuevamente utilizada
como agua de proceso [18]. Finalmente, la vinaza se emplea como fertilizante agrícola [6].

Capítulo I. Antecedentes

b) Etanol a partir del Grano de Maíz.

El grano de maíz al igual que la caña de azúcar es una planta de la familia de las gramíneas
y actualmente se cultiva en todos los continentes. Este insumo, es considerado un
alimento básico [28], no obstante, en EE. UU. es la principal materia prima para la
producción de etanol [25].

La elaboración de etanol a partir del grano de maíz se puede llevar a cabo mediante dos
métodos: proceso de molido húmedo y proceso de molido en seco. La diferencia entre
ambas técnicas radica en la obtención de subproductos como fructuosa, dextrosa, el
sirope, entre otros [31].

El método de molido húmedo es un proceso complejo debido al elevado número de pasos
a seguir en la etapa de pretratamiento para acondicionar la materia prima y separarla en
sus diferentes componentes [31]. En esta etapa, el maíz es “escaldado” en agua caliente
(50°C), dióxidode azufre y ácido láctico, con el fin de separar el almidón del maíz,
ablandar el grano para el proceso de molido y fraccionar las proteínas. El siguiente paso
del proceso es la separación de los subproductos: germen, fécula y fibra, a partir del
germen se obtiene aceite, y centrifugando la fécula se consigue pasta de gluten húmeda,
la cual después de secarse se emplea como alimento para ganado [31].

Posteriormente, el almidón obtenido es fermentado, destilado y deshidratado para
obtener el etanol carburante [18, 31].

En la Figura 1.9 se muestra un esquema del proceso de molido húmedo de grano de maíz
para la producción de etanol.
Capítulo I. Antecedentes

Figura 1.9 Proceso de molido húmedo de grano de maíz para la producción de etanol [31].

Por otro lado, el proceso de molido seco consiste en limpiar y moler el maíz hasta alcanzar
un tamaño de 3 a 5 milímetros, de esta etapa se obtiene una harina con el germen, fibra y
fécula de maíz [31]. En seguida, la harina es hidrolizada para producir una solución
azucarada que consecutivamente será enfriada y se le agregará levadura para que inicie el
proceso de fermentación. De la mezcla anterior se obtiene el etanol, además de granos
secos que pueden ser utilizados como alimento de ganado [31]. En la Figura 1.10 se
observa el proceso de molido seco del grano del maíz para la elaboración de etanol.

Figura 1.10 Proceso de molido seco de grano de maíz para la producción de etanol [31].
Capítulo I. Antecedentes

c) Etanol a partir del Grano de Sorgo.

El sorgo es una planta que pertenece a la familia de las gramíneas, en su variedad de sorgo
dulce puede crecer hasta alcanzar una altura entre 2 y 4 metros. Sus granos son amargos y
pequeños, sin embargo, su tallo es dulce [28]. El grano de sorgo se puede utilizar como
materia prima para la obtención de etanol debido a que posee un alto contenido de
almidón, el cual puede ser fermentado [32].

En nuestro país, se cuenta con poca experiencia en cuanto a su uso para la producción de
bioetanol. Pese a esta limitante, este insumo ya se utiliza en otros países tanto para hacer
jarabes como para la producción de alcohol. Estados Unidos tiene una gran experiencia en
cuanto al tratamiento del sorgo para producir etanol (3.4% del total de la producción total
de alcohol) [28].

El sorgo dulce contiene un jugo rico en azúcares, por tal razón su procesamiento es
semejante al de la caña de azúcar, a tal grado que se puede procesar en las plantas que se
emplean para la producción de etanol a partir de caña de azúcar [28]. De este proceso se
obtienen como subproductos fibra y bagazo con características similares a las de la caña
de azúcar, por lo que se pueden utilizar en la cogeneración de energía o como alimento
para ganado por su alto contenido nutricional [31].

1.4.1.2 Mezcla Gasolina-Etanol.

Estudios previos revelan que el etanol se puede utilizar como combustible ya sea solo o en
mezcla con gasolina [24, 31, 33]. Por consiguiente, se puede establecer la utilidad del
etanol como aditivo (baja concentración del alcohol en la mezcla) o como combustible en
mezcla con gasolina (alta concentración del alcohol en la mezcla). En seguida, se presenta
una breve descripción de cada una de estas posibilidades:

Capítulo I. Antecedentes

a) Etanol como Aditivo.

En la actualidad, el principal uso de etanol es como aditivo sustituto de éteres, los cuales
son convencionalmente mezclados con la gasolina para mejorar las propiedades físicas y
químicas del combustible. La utilización de etanol como aditivo (< 10% volumen de alcohol
en la mezcla) no requiere modificaciones en el motor del vehículo, además, este alcohol
posee un menor poder corrosivo que los éteres, reduciendo así la emisión de monóxido
de carbono (CO) e hidrocarburos parcialmente oxidados a la atmósfera [31, 33].

b) Etanol como Combustible.

Las mezclas gasolina-etanol para motor comenzaron a utilizarse a partir de 1977 en países
como Brasil [24]. En la actualidad, existen países como Estados Unidos, Nicaragua,
Colombia, Argentina, Australia e India, por mencionar algunos ejemplos, que producen
grandes volúmenes de etanol para ser mezclados posteriormente con la gasolina [31].
Estos países adaptaron el E10 (10% volumen de etanol en la mezcla) como punto de
partida para introducir el uso del etanol en sus mercados [24, 34].

Con las mezclas gasolina-etanol el rendimiento del auto varía respecto al combustible
convencional que se emplea actualmente [31, 35, 36]. Algunas de las diferencias que se
pueden presentar son las siguientes:

 Reducción del par motor y de la potencia.
 Aumento de consumo.
 Aumento de la corrosión de las partes metálicas y componentes de caucho.

Consecuentemente, para utilizar etanol a altas concentraciones es necesario hacer ajustes
en el motor (adaptación del sistema de carburación a la relación estequiométrica de la
mezcla gasolina-etanol) del auto [31]. Lo anterior mejora la relación de compresión, eleva
Capítulo I. Antecedentes

la potencia del motor, reduce el consumo de combustible y asegura una mejor
combustión de la mezcla [24, 31].

La Figura 1.11 muestra las modificaciones necesarias al motor del vehículo en función de
la concentración de etanol utilizada. Es importante resaltar que en algunos países como
Brasil, los vehículos ya están acondicionados para utilizar concentraciones media o altas
de etanol sin ningún problema. Este no es el caso de Estados Unidos, en donde la
configuración de los automóviles flexibles es más sencilla debido a que no cuentan con el
sistema auxiliar de arranque en frío, lo que no permite que los motores operen con etanol
puro [24].

Figura 1.11 Modificaciones necesarias en el motor del vehículo en función de la concentración de etanol
utilizada en el combustible [24].

Si bien el etanol como combustible tiene un desarrollo de casi 30 años en el mundo,
existen puntos sin aclarar sobre las propiedades físico-químicas de las mezclas gasolina-
etanol y la relación que tiene con las emisiones finales del motor [33]. Esto podría deberse
a que existen diferentes calidades de gasolinas. Por lo tanto, es necesario realizar una
Capítulo I. Antecedentes

caracterización completa de la mezcla gasolina-etanol a utilizar para entender su efecto en
el sistema de combustión del auto.

Por otro lado, el análisis económico de estas mezclas es también necesario debido a que a
partir de este se puede determinar si es factible su venta al compararlo con el combustible
convencional (gasolina pura). Por lo tanto, la competitividad del etanol en el mercado de
combustibles esta en función del precio del petróleo crudo.

Finalmente, la caracterización de estas mezclas permite también entender el impacto
ambiental que trae consigo la utilización del etanol. Actualmente, la legislación ambiental
presenta fuertes restricciones al uso de combustibles con alta concentración de
contaminantes (azufre, nitrógeno, aromáticos).

1.5 Análisis Económico.

El sector energético tiene un papel determinante en el desarrollo económico y social de
nuestro país [13]. Este contempla la transformación de hidrocarburos y la generación de
electricidad, en donde se emplean a más de 300,000 trabajadores [37]. Además, el
comercio internacional de hidrocarburos es un elemento clave para la generación de
divisas y contribuciones fiscales para el gobierno federal [13, 25].

México es un país exportador de energía primaria, debido principalmente a la exportación
de petróleo crudo, sin embargo, no sucede lo mismo con la energía secundaria (gasolina,
gas natural, petroquímicos, etc.), siendo este un elemento negativo el cual ha estado
presente a lo largo de los años [38].

En cuantoal precio de los productos derivados del petróleo, principalmente la gasolina,
esta en función de los ajustes que realiza en el gobierno federal como consecuencia del
incremento en las importaciones de este combustible [13], así como del costo de
Capítulo I. Antecedentes

transporte. En la actualidad, el precio de la gasolina comercial aún presenta un subsidio
gubernamental, no obstante, este subsidio probablemente tendrá que ser gradualmente
eliminado hasta que el precio de la gasolina alcance su nivel de referencia en el mercado
de Norteamérica (entre 13 o 14 Pesos Mexicanos) [13].

En la Tabla 1.2 se muestran los componentes que se toman en cuenta para establecer el
precio de las gasolinas producidas por Pemex, tanto Magna como Premium. En primera
instancia los componentes que generan el precio del productor, en seguida, el precio al
público, el cual se deriva del precio productor más costos de transporte e impuestos
federales [13].

Pemex Magna Pemex Premium
Precio Productor
Referencia √ √
Ajuste por calidad/Net back √ √
Transporte √ √
Manejo √ √
Precio Público
Precio productor √ √
Flete/ Transporte √ √
Margen Comercial/Servicio √ √
IEPS √ √
IVA √ √

Tabla 1.2 Componentes de los precios de gasolinas obtenidas en México [13].

En suma, el precio de estos combustibles es aquel que tendría en el mercado internacional
ajustado (subsidio), en caso de ser necesario, por diferencias en calidad y por la logística
de transporte. El empleo de precios del mercado internacional busca entre otras cosas
evitar el arbitraje entre los mercados, es decir el que se compre barata en una nación y se
venda más cara en otra.

Capítulo I. Antecedentes

1.6 Análisis Ambiental.

Hoy en día, es del dominio público el calentamiento global que sufre nuestro planeta
provocado en gran medida por la quema de combustibles de origen fósil, los cuales
generan gases de efecto invernadero (GEI) que elevan la temperatura de la atmósfera [39-
43].

Las emisiones vehiculares se clasifican en evaporativas, aquellas que resultan de la
volatilización directa de la gasolina al medio ambiente, y de escape, que son las que
provienen como consecuencia de la oxidación del combustible [11].

Los principales contaminantes de escape de las máquinas de combustión interna son el
dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO), óxidos de azufre (SOX), óxidos de
nitrógeno (NOX) e hidrocarburos sin quemar [44].

El CO2 es el producto de la combustión completa del hidrocarburo, gas de efecto
invernadero, principal compuesto estudiado entorno al calentamiento global, debido a
que su concentración en la atmósfera se ha incrementado fuertemente durante los
últimos años [45].

El CO es un producto de la oxidación incompleta de los hidrocarburos, principalmente; de
los combustibles vehiculares y materiales orgánicos [11]. Este contaminante es tóxico para
los seres humanos. De acuerdo con su concentración en el aire y el tiempo de exposición
produce dolores de cabeza, pérdida de la agudeza visual, decrece la coordinación
muscular (falta de reflejos) y cuando se encuentra en muy altas concentraciones puede
ser fatal [46].

De manera similar, los hidrocarburos sin quemar son producto de la combustión
incompleta del petróleo y sus derivados, así como de la evaporación de la gasolina y
Capítulo I. Antecedentes

disolventes de origen orgánico. Los hidrocarburos que más preocupan son los aromáticos
debido a que pueden estar asociados a problemas de salud como cáncer [44].

Los óxidos de azufre (SOX), contaminantes de la atmósfera son el dióxido de azufre (SO2) y
trióxido de azufre (SO3). Estos contaminantes tienen mucha importancia por su influencia
en las vías respiratorias y el daño sobre la vegetación. Los óxidos de azufre al estar
presentes en la atmósfera reaccionan con el vapor de agua para formar ácido sulfúrico,
que retorna a la corteza terrestre en forma de lluvia ácida [44].

Finalmente, los NOX aparecen cuando la combustión ocurre a altas temperaturas, como es
el caso de los cilindros del motor, en donde el nitrógeno y el oxígeno del aire reaccionan
entre sí, formando estos compuestos [46]. Estos óxidos son tóxicos, de olor irritante y de
color amarillo verdoso, aún a bajas concentraciones irritan los tejidos, principalmente los
ojos y vías respiratorias. Los NOX reaccionan con los hidrocarburos sin quemar para dar la
niebla fotoquímica con la ayuda de la energía solar y formar en ciertos casos compuestos
del tipo nitrato de peroxiacetilo, que causa lagrimeo y ardor de ojos y garganta [44].

En general, todos los contaminantes mencionados son perjudiciales en mayor o menor
grado, siendo necesario regular su emisión, principalmente en centros urbanos en donde
el parque vehicular es grande como la Ciudad de México [44]. Una de las alternativas es la
utilización de combustibles alternos obtenidos a partir de materia prima renovable
(biocombustibles), los cuales presentan una baja concentración de compuestos
contaminantes [47].

En la literatura se ha reportado que al utilizar mezclas gasolina-etanol se consiguen varios
beneficios ambientales, lo más destacable, la reducción de emisiones de CO, SOX, NOX e
hidrocarburos sin quemar [48-52].
Capítulo II. Metodología Experimental

CAPÍTULO II.
METODOLOGÍA EXPERIMENTAL
Capítulo II. Metodología Experimental

2.1 Preparación de Muestras.

2.1.1 Gasolina de Pool.

Para este trabajo se preparó una gasolina de pool (por sus siglas en inglés) a partir de
gasolinas procedentes de diferentes plantas de refinación: catalítica, isomerización,
alquilación y reformación. La gasolina de pool se obtuvo de acuerdo con la concentración
utilizada en los centros de refinación del país. En la Tabla 2.1 se presenta la composición
de dicha gasolina de pool.

Gasolina % Volumen
Catalítica 35
Reformación 35
Isomerización 15
Alquilación 15

Tabla 2.1 Composición volumétrica de la gasolina de pool.

2.1.2 Mezclas Gasolina-Etanol.

Las mezclas gasolina-etanol se prepararon utilizando diferente concentración de alcohol
(0, 20, 40, 60, 80 y 100% volumen de etanol). El etanol utilizado en este estudio fue
abastecido por Sigma- Aldrich con un 99.5% de pureza.

Para facilitar el análisis, las mezclas gasolina-etanol fueron etiquetadas como E-X, en
donde X representa el porcentaje en volumen de etanol en la mezcla. A continuación se
describe el procedimiento utilizado para la preparación de las mezclas gasolina-etanol
(Figura 2.1):

Capítulo II. Metodología Experimental

1. Recolectar con una pipeta la cantidad necesaria de gasolina de pool para las diferentes
mezclas (10, 8, 6, 4, 2 y 0 ml) y colocarla en un matraz volumétrico.

2. Adicionar al matraz que contiene la gasolina de pool la cantidad requerida de etanol
para cada mezcla (0, 2, 4, 6, 8 y 10 ml).

3. Agitar vigorosamente la mezcla durante 5 minutos. En seguida, realizar las diferentes
pruebas de caracterización.

Figura 2.1 Mezclas gasolina-etanol preparadas para este estudio.

2.2 Caracterización de Muestras.

Las mezclas gasolina-etanol fueron caracterizadas mediante diferentes técnicas como
densidad, presión de vapor Reíd (PVR), poder calorífico, número de octano, análisis
elemental (a partir del análisis PIONA por cromatografía de gases) y porcentaje de azufre.

Capítulo II. Metodología Experimental

2.2.1 Densidad.

2.2.1.1 Concepto.

La densidad es una de las propiedades básicas del petróleo crudo y sus derivados, ya que
nos da información en relación al grado de volatilidad que presentan los diferentes
hidrocarburos [53]. En la literatura se ha reportado que la gasolina presentaun rango de
densidad relativa 15-15 (densidad de la gasolina a 15.56°C/ densidad del agua a 15.56°C)
de 0.70 a 0.78 [54]. Este valor esta en función de la concentración de hidrocarburos que
contiene cada gasolina [55]. Cuando el valor de la densidad es bajo, la gasolina contiene
hidrocarburos ligeros de bajo peso molecular (cadenas de hidrocarburos de cuatro a siete
carbonos), mientras que cuando su valor es alto, la gasolina contiene hidrocarburos de
peso molecular elevado (cadenas de hidrocarburos de ocho a doce carbonos).

Por otro lado, la densidad relativa de una gasolina está en función de los grupos
funcionales que la componen como parafinas, olefinas, naftenos y aromáticos. Estudios
previos revelan que los compuestos cíclicos presentan una densidad mayor que los
compuestos alicíclicos [55]. Por lo tanto, naftenos y aromáticos son más densos que
olefinas y parafinas con el mismo número de átomos de carbono. Finalmente, los
compuestos insaturados son más densos que aquellos saturados. Así, un aromático es más
denso que un nafteno, mientras que una olefina es más densa que una parafina. En suma,
los compuestos antes mencionados presentan el siguiente orden descendente de
densidad: aromático ˃ nafteno ˃ olefina ˃ parafina [55].

2.2.1.2 Metodología Experimental.

Para la determinación de densidad de mezclas gasolina-etanol se utilizó un viscosímetro
Stabinger SVM 3000 de Anton Paar (Figura 2.2). La prueba se realizó de acuerdo con el
método ASTM D7042. En seguida, se presenta una breve descripción de la prueba:
Capítulo II. Metodología Experimental

1. Se seleccionó el modo de operación del equipo y se establecieron las condiciones de la
prueba (temperatura de 20°C).

2. Se destapó el filtro de aire, se presionó el botón inicio y se accionó el sistema de
bombeo.

3. Se tomaron 5 ml de muestra usando una jeringa, posteriormente, se comprobó que la
jeringa no presentara burbujas de aire en su interior.

4. Se colocó la jeringa en el puerto de entrada del equipo y se alimentaron 3 ml de
muestra.

5. Se presionó nuevamente el botón inicio para realizar la medición de densidad a la
temperatura requerida.

6. Se tomó el valor de densidad indicado en la pantalla del equipo.

7. Se drenó la muestra y después se limpió el equipo con un solvente no polar (n-
heptano).

Figura 2.2 Viscosímetro Stabinger SVM 3000 de Anton Paar.
Capítulo II. Metodología Experimental

2.2.1.3 Resultados.

En la Figura 2.3 se presenta la densidad absoluta (g/cm3) a 20°C de las mezclas gasolina-
etanol como una función del volumen de etanol incorporado a la mezcla. Los resultados
muestran un aumento en la densidad de la mezcla conforme se adiciona el alcohol. Este
incremento es del orden del 1% del valor original de la gasolina de pool por cada 20% de
volumen de etanol que se incorpora a la mezcla. Por lo tanto, el etanol eleva la densidad
del combustible sin que este afecte fuertemente su desempeño.

Figura 2.3 Densidad absoluta de mezclas gasolina-etanol.

Capítulo II. Metodología Experimental

2.2.2 Presión de Vapor Reid.

2.2.2.1 Concepto.

Los combustibles presentan una presión de vapor, la cual esta en función de los
componentes que lo conforman. Esta propiedad es muy importante durante el
almacenamiento y transporte del combustible, por tanto, es necesario identificar dicho
valor para establecer las condiciones óptimas de manejo del combustible [33].

Estudios previos revelan que el método de Reid es ampliamente utilizado para determinar
esta propiedad [12]. El método tiene por objetivo determinar la presión ejercida por el
combustible en un recipiente sellado a una temperatura (37.8°C ó 100°F). Los resultados
de presión de vapor de Reid (PVR) se expresan en libras por pulgada cuadrada (psi) o
kiloPascales (kPa) [56].

Un combustible con PVR alta denota en su composición la presencia de hidrocarburos
ligeros. En general, una PVR alta genera una mayor evaporación del combustible durante
su almacenamiento, transporte e incluso en el tanque del vehículo, consideraciones que
dan como resultado una mayor emisión de hidrocarburos a la atmósfera [12].

Por el contrario, una PVR baja denota la presencia de hidrocarburos pesados [56]. Esto
provoca una dificultad en el arranque en frio del motor debido a una vaporización
inadecuada, ocasionando así una combustión incompleta, la cual se traduce en emisiones
a la atmósfera de hidrocarburo no quemado o parcialmente oxidado [11].

Capítulo II. Metodología Experimental

2.2.2.2 Metodología Experimental.

La presión de vapor de las mezclas gasolina-etanol se determinó mediante el método
ASTM D323. Para ello, se utilizó un equipo Koehler (Figura 2.4). En seguida, se presenta
una breve descripción del procedimiento empleado para la obtención de esta propiedad:

1. Se seleccionó la temperatura de operación del equipo (100°F). Previamente, se revisó
que el baño del equipo contenía la cantidad de agua destilada necesaria para la
prueba.

2. Se colocaron 150 ml de muestra en la cámara inferior, en seguida, se ensambló esta
sección con la cámara de gases, la cual contiene el manómetro para la determinación
de presión de vapor.

3. Se colocó la cámara en el baño del equipo, se mantuvo en esta área hasta que la
presión adquirió un valor constante.

4. Se extrajo la cámara y se agitó vigorosamente (arriba hacia abajo) en forma vertical. El
procedimiento de agitación se realizó 15 veces.

5. Se colocó nuevamente la cámara en el baño del equipo, se mantuvo en esta área hasta
que la presión fue constante y se tomó la lectura de dicha presión.

6. Se desarrollaron los puntos 4 y 5 hasta que tres lecturas de presión fueron similares.
Este valor se reportó como la presión de vapor del combustible.

7. La cámara se enfrió y se llevó a una campana de extracción, se abrió lentamente la
válvula de desfogue de gases y la fase líquida se colocó en el recipiente de desechos.

Capítulo II. Metodología Experimental

Figura 2.4 Equipo de presión de vapor Koehler.

2.2.2.3 Resultados.

En la Figura 2.5 se presenta la presión de vapor de las mezclas gasolina-etanol a 100°F
como una función de la concentración de etanol. Los resultados muestran que a bajas
concentraciones de etanol (0 a 20% volumen) la mezcla presenta un incremento en dicha
propiedad. Sin embargo, el incremento es relativamente pequeño (~0.5 psi). Por lo tanto,
para este tipo de mezclas no es necesario un ajuste al sistema de combustión del motor.

Por otro lado, a altas concentraciones de etanol (> 20% volumen de alcohol) se observa
una disminución en la presión de vapor de la mezcla. Así, alrededor del 20% volumen de
etanol la mezcla presenta un máximo en su valor de PVR y empieza a decrecer conforme
se adiciona más etanol, principalmente en la región de 80 a 100% volumen de etanol, en
donde se presenta la mayor caída de la PVR (3.0 psi). Esta puede ser la causa de porque no
se utilizan mezclas con más de 85% volumen de etanol en algunos países [24].

Capítulo II. Metodología Experimental

Figura 2.5 Presión de vapor Reid (PVR) de mezclas gasolina-etanol.

2.2.3 Poder Calorífico.

2.2.3.1 Concepto.

El poder calorífico se define como la cantidad de energía por unidad de masa que genera
un combustible durante su reacción de combustión. El poder calorífico se expresa en
calorías por gramo (cal/g) o en unidades de transferencia de calor por libra (BTU/lb) [55].

2.2.3.2 Metodología Experimental.

Para determinar el poder calorífico de las mezclas gasolina-etanol se utilizó una bomba
calorimétrica de tipo isoperibol 6400 de Parr (Figura 2.6). Las pruebas fueron realizadasde
acuerdo con la norma ASTM D-5865. El procedimiento para determinar esta propiedad se
describe a continuación:
Capítulo II. Metodología Experimental

1. Se encendió el equipo y se reguló el flujo de oxígeno seco a la entrada del equipo.

2. Se pesaron entre 0.7 y 0.8 g de muestra, estos fueron colocados en el recipiente porta-
muestra, el cual fue posteriormente colocado en el equipo.

3. Se programó la prueba (nombre de muestra, peso de la muestra).

4. Se realizó la prueba (el tiempo estimado de prueba es del orden de 5 minutos).

5. Se tomó la lectura del poder calorífico de la muestra.

Figura 2.6 Bomba calorimétrica del tipo isoperibol 6400 de Parr.

Capítulo II. Metodología Experimental

2.2.3.3 Resultados.

En la Figura 2.7 se presenta el valor de poder calorífico de las mezclas gasolina-etanol. Los
resultados muestran una disminución en el valor de esta propiedad conforme se adiciona
el etanol a la mezcla. Esto se debe a que el alcohol contiene un átomo de oxigeno en su
fórmula química, lo cual disminuye la concentración de hidrogeno y carbono, siendo estos
los elementos que reaccionan con el oxígeno para generar la energía (poder calorífico).

Figura 2.7 Poder calorífico de mezclas gasolina-etanol.

En suma, los resultados anteriores indican que al incrementarse el contenido de etanol en
la mezcla se espera un consumo más rápido de combustible en el motor del auto, siendo
necesario recargar este combustible en periodos de tiempo más cortos comparado con la
gasolina utilizada actualmente.

Capítulo II. Metodología Experimental

2.2.4 Número de Octano.

2.2.4.1 Concepto.

El número de octano es sin duda la propiedad principal de una gasolina. Es una medida de
la calidad antidetonante del combustible, es decir, su capacidad para detonar en el tiempo
establecido por las condiciones de funcionamiento en un motor normalizado de
combustión interna [56].

Con el combustible de alto octano, el motor opera con alta eficiencia; mientras que con
un combustible de bajo octano la eficiencia del motor disminuye debido a que este no
detona de manera coordinada con la sincronía de los pistones del motor, provocando un
calentamiento y pérdida de la potencia que lleva a un mayor consumo de combustible [11,
12].

El número de octano se puede determinar experimentalmente a partir de dos valores de
octano a diferentes condiciones de prueba: el número de octano de investigación (RON) y
el número de octano de motor (MON) [10, 56]. Posteriormente, se obtiene el número de
octano mediante la siguiente ecuación:

El RON se determina a una velocidad de 600 rpm y simula condiciones de circulación
urbana, mientras que el MON utiliza una velocidad de 900 rpm y simula condiciones de
carretera [12]. Generalmente el RON es un valor mayor al MON y la diferencia entre estos
dos valores se conoce como sensibilidad [56].

Para la determinación del número de octano de gasolinas se utilizan dos hidrocarburos
como referencia, el n-heptano y el isooctano. El primero presenta un valor de octano de 0
Capítulo II. Metodología Experimental

debido a que es una parafina lineal altamente detonante (cero resistencias a la
compresión), mientras que el segundo presenta un número de octano de 100 debido a
que se trata de un isómero antidetonante [56].

2.2.4.2 Metodología Experimental.

El número de octano de las diferentes mezclas gasolina-etanol se determinó por medio de
espectroscopia de infrarrojo utilizando un equipo Eraspec de Eralytics. Las pruebas fueron
realizadas de acuerdo a la norma ASTM D-5845. El procedimiento para determinar este
valor se describe a continuación:

1. Se encendió el equipo y se seleccionó el modo de operación “Gasolina”.

2. Se colocaron 10 ml de muestra en un frasco ámbar.

3. Se colocó la manguera de alimentación al equipo en el frasco ámbar que contiene la
muestra.

4. Se llevo a cabo la medición, el espectro obtenido se comparó con la base de datos del
equipo para determinar el número de octano.

5. Se oprimió el botón Vacío para drenar la muestra del equipo.

En la Figura 2.8 se muestra el equipo utilizado para determinar el número de octano de
estos combustibles:

Capítulo II. Metodología Experimental

Figura 2.8 Equipo para determinar número de octano Eraspec de Eralytics.

2.2.4.3 Resultados.

En la Figura 2.9 se muestra el número de octano de las mezclas gasolina-etanol en función
del porcentaje volumen de alcohol. Los resultados muestran que el número de octano
aumenta a medida que se adiciona etanol a la gasolina.

Figura 2.9 Número de octano de mezclas gasolina-etanol.

Capítulo II. Metodología Experimental

En particular, el número de octano de la gasolina de pool presenta un incremento de 3.6
octanos cada que se incorpora un 20% en volumen de etanol. Esto confirma que el etanol
puede ser utilizado como aditivo o en mezcla a altas concentraciones.

2.2.5 Análisis PIONA.

2.2.5.1 Concepto.

La cromatografía es un método físico de separación de componentes presentes en una
mezcla mediante su grado de afinidad con la fase estacionaria. Así, cada componente
presenta un tiempo de retención sobre la columna, a su salida el analito es quemado en
un detector y su señal es cuantificada para generar un cromatograma [55].

En la industria petrolera esta técnica tiene una amplia aplicación debido a que los
componentes del petróleo y sus derivados poseen un grado diferente de adsorción, el cual
permite llevar acabo la separación de sus componentes [55].

2.2.5.2 Metodología Experimental.

Para este análisis se utilizó un Cromatógrafo Clarus 500 de Perkin Elmer con detector de
ionización de flama (FID). El equipo está diseñado para llevar a cabo el análisis PIONA de
combustibles. Para ello, cuenta con los siguientes accesorios:

 Columna Col-Elite PETRO no polar de 100 m de longitud por 0.25 mm de diámetro
interno y temperatura máxima de operación de 320°C.

 Helio (He), utilizado como gas acarreador. Este gas permite una buena separación de
las bandas del cromatograma, mejorando así el análisis cuantitativo. Además,
Hidrógeno (H2) y Aire, utilizados como gases de detector.
Capítulo II. Metodología Experimental

 Dióxido de carbono (CO2), utilizado para enfriar el horno hasta 5°C (inicio de la
prueba).

 Software DHA, el cual permite la estimación de propiedades físicas y químicas del
combustible a partir de los datos cromatográficos obtenidos.

En seguida, se presenta el procedimiento de prueba para cada una de las muestras
analizadas (Figura 2.10):

1.- Se abrieron los tanques de gases H2, He y Aire.

2.- Se encendió el cromatógrafo y la computadora personal.

3.- Se seleccionó el programa TC Navigator.

4.- Se cargó el método (para este estudio se estructuró el método PIONA con ayuda de
estándares de calibración).

5.- Se abrió el tanque del gas de enfriamiento (CO2).

6. Una vez que se alcanzaron todas las condiciones, el equipo inyectó automáticamente
0.5 micro-litros (μL) de muestra.

7.- Se cerró el tanque de CO2 cuando el programa alcanzó los 40°C.

8.- La prueba se llevó a cabo en un tiempo aproximado de 210 minutos, en donde se
detectaron entre 300 y 400 componentes.

Capítulo II. Metodología Experimental

9.- Al finalizar la prueba; se guardó el cromatograma con la extensión adecuada (*.csv), se
enfrió el horno con el programa de apagado, se cerraron los gases y se apagó el
cromatógrafo.

Figura 2.10 Cromatógrafo de gases Clarus 500 de Perkin Elmer para análisis PIONA.

2.2.5.3 Resultados.

En la Figura 2.11 se presentael análisis PIONA de las mezclas gasolina-etanol en función
del porcentaje volumen de etanol. En general, se observa que al adicionar alcohol a la
mezcla se presenta una disminución en el contenido de parafinas, iso-parafinas, olefina,
naftenos y aromáticos. En contraste, la concentración de compuestos oxigenados se
incrementa debido a que este compuesto (etanol) pertence a este grupo.

Capítulo II. Metodología Experimental

Figura 2.11Análisis PIONA de mezclas gasolina-etanol [Parafinas (■), Iso-Parafinas (■), Olefinas (■),
Naftenos (■), Aromaticos (■) y Oxigenados (■)]

Así, la gasolina de pool sin etanol presenta un 52% de iso-parafinas, 16% de aromáticos,
13% de olefinas, y 8% de naftenos y parafinas. Estos componentes van disminuyendo al
incorporarse el etanol a la mezcla. El valor más importante es quizás la concentración de
aromáticos en la mezcla, ya que estos compuestos son regulados por la legislación
ambiental debido a los problemas de salud asociados a su presencia en la atmósfera.

Por otro lado, a partir del análisis PIONA se determino el análisis elemental de la mezcla
mediante el programa “Analisis Detallado de Hidrocarburos”. Este programa forma parte
de la paquetería del equipo y permite determinar varias propiedades físicas y químicas de
la gasolina, entre ellas este análisis, el cual permite identificar la concentración de
carbono, hidrogeno y oxígeno (en % mol) presente en la muestra (Figura 2.12).

Capítulo II. Metodología Experimental

Figura 2.12 Análisis elemental de mezclas gasolina-etanol en % mol [%C (■), %H (■) y %O (■)].

Al incorporar el etanol a la mezcla se presenta un incremento en la concentración mol de
hidrogeno y principalmente oxígeno, mientras que la concentración mol de carbono
presenta una disminución. Como se mencionó anteriormente, en el tema de poder
calorífico, aunque la concentración de hidrogeno aumenta ligeramente, la concentración
de carbono si disminuye considerablemente, esto afecta fuertemente el poder calorífico
del combustible.

2.2.6 Concentración de Azufre.

2.2.6.1 Concepto.

La determinación del contenido de azufre en gasolina o en cualquier hidrocarburo es de
vital importancia debido a que esta directamente relacionado con su calidad, y por tanto,
en su costo como combustible. Lo anterior debido a que este valor de azufre permite
Capítulo II. Metodología Experimental

diseñar los procesos de hidrotratamiento necesarios para obtener un combustible que
cumpla con la legislación ambiental existente [56].

2.2.6.2 Metodología Experimental.

Para este análisis se uso un espectrómetro de fluorescencia de rayos X SLFA-2100. La
concentración de azufre en la mezcla gasolina-etanol se determinó de acuerdo con la
norma ASTM-4294. En seguida, se establece el procedimiento de prueba para cada una de
las muestras analizadas (Figura 2.13):

1. Se agitó la muestra, evitando con esto, la formación de burbujas de aire.

2. Se coloco en el porta-muestra la mezcla a analizar (alrededor de ¾ partes de su
capacidad).

3. Se cubrió el porta-muestra con una película delgada transparente (membrana) y en
seguida se tapo.

4. Se coloco el porta-muestra en el analizador elemental.

5. Se llevó a cabo la determinación del contenido de azufre. Al final se retiró la muestra y
los accesorios fueron limpiados con solvente.

Capítulo II. Metodología Experimental

Figura 2.13 Espectrómetro de Fluorescencia de rayos X SLFA-2100.

2.2.6.3Resultados.

En la Figura 2.14 se presenta la concentración de azufre en función del porcentaje
volumen de etanol. Los resultados muestran una disminución de este contaminante
conforme se adiciona etanol a la mezcla. Esto debido a que el etanol es un compuesto
libre de azufre y nitrógeno (contaminantes presentes en la gasolina).

Figura 2.14 Concentración de azufre en ppm de mezclas gasolina-etanol.
Capítulo II. Metodología Experimental

Así, cada que se incorpora un 20% volumen de etanol se presenta una disminución de 16
ppm de azufre. Este dato es importante porque de acuerdo con estos resultados cuando
se incorpora más del 40% de volumen de etanol se alcanza la condición ultra bajo azufre
(< 50 ppm de azufre), la cual es necesario cumplir actualmente en nuestro país.
Capítulo III. Análisis Económico de las Mezclas Gasolina-Etanol

CAPÍTULO III.
ANÁLISIS ECONÓMICO DE LAS MEZCLAS
GASOLINA-ETANOL
Capítulo III. Análisis Económico de las Mezclas Gasolina-Etanol

3.1 Análisis de Costos de Producción de Etanol.

Para el análisis de costos de producción de etanol se tomaron como referencia los datos
obtenidos en el estudio: “Potenciales y viabilidad del uso de etanol y biodiesel para el
transporte en México”, el cual fue publicado por la Secretaría de Energía (Sener), el Banco
Interamericano de Desarrollo (BID) y la Agencia de Cooperación Técnica Alemana (GTZ),
en 2006 [23, 38]. En dicho estudio, se consideran cinco insumos para la obtención de
etanol (caña de azúcar, maíz amarillo, sorgo, yuca y remolacha). En la Figura 3.1 se
muestra los datos de costo total de producción de etanol a partir de estos insumos. Los
valores de costo se presentan en dólares americanos (USD).

Figura 3.1 Costos de producción de etanol en México [38].

En general, se observa que los insumos con menores costos de producción de etanol son
la caña de azúcar y el grano de maíz, los cuales oscilan en un rango de 40 y 60 centavos de
dólar (5.4 y 8.1 Pesos Mexicanos) por litro producido, mientras que las materias primas
restantes (sorgo, yuca y remolacha) presentan los costos de producción más altos, entre
69 y 82 centavos de dólar (9.3 y 11.1 Pesos Mexicanos) por litro producido.

Ésta diferencia en los costos de producción de etanol se debe principalmente a que la
caña de azúcar y el grano de maíz se producen en mucho mayor cantidad comparado con
la producción de sorgo y remolacha. En el caso de la yuca, el alto costo tiene que ver con
la inversión de equipo para su procesamiento y la energía suministrada a dicho proceso.
Capítulo III. Análisis Económico de las Mezclas Gasolina-Etanol

En particular, para la caña de azúcar se evalúan cuatro escenarios: caña miel pobre, caña
miel rica, caña jugo directo y caña jugo+hidrólisis. Los resultados muestran que la
producción de etanol a partir de la caña miel pobre y caña jugo directo es la que presenta
menor costo debido a que no es necesario hacer una fuerte inversión en infraestructura y
energía, sin embargo, esta materia prima es básica para la producción de azúcar, por
tanto, es tema de debate su utilización en países como México, en donde el azúcar se
considera un producto básico.

Por otro lado, la producción de etanol a partir de caña jugo+hidrolisis no presenta el
problema anterior debido a que se procesa el bagazo de la caña, sin embargo, es
necesario invertir en infraestructura (planta en donde se lleva a cabo la hidrólisis de la
materia prima en presencia de un catalizador ácido), lo cual eleva el costo de producción.

Partiendo del análisis anterior, para este trabajo se considera la producción de etanol a
partir de la caña miel pobre, siendo esta la materia prima que ofrece un menor costo. Con
el fin de comparar el costo de producción de etanol y los costos de producción de los
oxigenantes convencionales (MTBE y TAME), así como las gasolinas comerciales (Magna
UBA y Premium UBA), a continuación se presenta el procedimiento de conversión de
precios corrientes en un periodo a precios constantes en otro periodo (deflación):

1. Recopilar el Índice Nacional de Precios al Consumidor (INPC) del periodo que se desea
estudiar [57].