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Bueno vamos a seguir con los componentes de tipo olefinico más importantes.
La nafta catalítica: se obtiene por un proceso de cracking catalítico y con un
índice de octano con un RON de 92 a 98 con 0,42 g.TEL/litros, y es uno de los
principales componentes de la gasolina súper.
Nafta de craking en fase de vapor: se obtiene por un proceso catalítico de
cracking en fase de vapor, y como materia prima es muy importante porque
también tiene un elevado índice de octano.
Es un componente, por una parte tenemos gasolinas con un índice de octano de
90 a 98 con 0,42 g.TEL/litros, y también es un componente muy importante en
la petroquímica.
Es decir, las naftas que no tienen suficiente poder antidetonante entonces se
pasan a formar parte de lo que era la nafta química para la industria química.
Nafta polímera (los polímeros): se obtiene por un proceso de polimerización de
olefina. A pesar de tener un elevado índice de octano, se utiliza menos porque es
poco estable, es muy inestable.
COMPONENTES DE AROMÁTICOS MAS IMPORTANTES
Reformado catalítico: que se obtiene por un reformado catalítico, que por
deshidrogenización nosotros obtenemos carbonos aromáticos que tiene un
elevado índice de octano.
RON 90 – 110 con 0,42 g.TEL/litros
Es el componente más ampliamente utilizado en las gasolinas de alto índice de
octano.
Gasolina de pirolisis:
La pirolisis es un proceso complejo con unas instalaciones complejas y son
gasolinas que se obtienen por la obtención de etileno por la pirolisis. Cuando
nosotros obtenemos etileno también se obtienen condensados con puntos de
ebullición cerca de las naftas que contienen aromáticos y olefinas y entonces se
destinan como gasolinas de pirolisis.
Tienen un índice de octano:
RON 90 sin plomo
RON 104 con 0,42 g.TEL/litros (con plomo)
El plomo aumenta el octanaje.
Estos son componentes que tienen ya de por si elevado I.O., y todas las pruebas que
tienen son con plomo y sin plomo.
CARACTERÍSTICAS O REQUISITOS FUNDAMENTALES DE LA GASOLINA
(Condiciones que deben reunir las gasolinas destinadas a los motores de explosión)
Volatilidad:
Los combustibles que alimentan los motores deben ser lo suficientemente
volátiles, para estar en fase gaseosa en unas proporciones adecuadas para que
cuando salte la chispa se produzca la explosión porque de otra manera puede
suceder que si no se encuentran en unas proporciones adecuadas de aire –
combustible, salte la chispa y no se produzca la combustión. Hay unos limites
superior e inferior donde si no está en unas mezclas adecuadas no se produce la
combustión.
La volatilidad podemos decir que es la tendencia a vaporizarse que tiene la
sustancia líquida bajo determinadas condiciones.
El tiempo que tarda una gasolina en vaporizarse es muy pequeño, un motor a
5000rev puede ser de 1centesima de segundo. Entonces si la gasolina es poco
volátil quiere decir que se vaporiza poco tendremos problema de arrancamiento
en frío, tendremos problemas de lo que es el calentamiento del motor, luego la
aceleración del mismo. Si es poco volátil habrá partes que no se quemen de la
gasolina porque tienen partes que tengan unas temperaturas de ebullición muy
altas que luego pasan al carter diluyendo el aceite del carter.
Si se vaporiza mucho pueden aparecer los tapones de vapor que impiden la
alimentación correcta del motor, y por ejemplo si la evaporación es
excesivamente rápida, pues en el caso de un motor con carburador, pues puede
condensar el vapor de agua que lleva el aire formar hielo y lo que hace es
impedir el funcionamiento de las partes móviles del carburador.
La mezcla ideal podemos considerar que es aire, más vapor de gasolina, más
gotitas de gasolina, de tal manera que luego cuando es introducido en cilindro a
la temperatura que tenemos en el cilindro, entonces se vaporiza completamente y
tenemos una buena combustión.
Condiciones generales que deben de reunir las gasolinas destinadas a los motores de
explosión para que funcionen correctamente
Presentar un grado de volatilidad adecuado:
Que se evapore fácilmente en frío de manera que arranque satisfactoriamente en
frió, que el calentamiento sea rápido, que haya una buena distribución, etc.
Luego que tenga una volatilidad media adecuada, de manera que cuando
estemos calentando el motor y acelerando el motor tengamos unos altos vapores
representativos de lo que es el combustible y se vaporice la mayor parte para que
haya una buena distribución.
Si es de baja volatilidad: contiene partes pesadas que no se vaporizan, que luego
pasan al carter diluyendo.
Si es excesivamente volátil puede producir el taponamiento de los conductos, se
producen tapones de vapor que se ven favorecidos por la presión de vapor que
tengas, por las cañerías por donde circula el combustible, por la temperatura que
adquiera, todo esto influye sobre el tapón de vapor.
Tiene mucha influencia también por ejemplo en los motores alternativos de
aviación porque pasamos de una altura a nivel del mar a 13000m en poco
tiempo, de tal manera que como los tanques de combustible están conectados
con la atmosfera por medio de las tuberías de aireación, quiere decir que en un
día normal caluroso, se puede perder hasta un 7% del combustible que llevas por
las tuberías de aireación y son muy volátiles, y se pueden producir los tapones de
vapor.
Los tapones de vapor. Se puede producir un tapón de vapor parcial con lo cual es
malo porque estamos trabajando con mezclas pobres debido a que no le esta
entrando todo el combustible que debería de entrarle, le entra menos. O un tapón
total, con lo cual ya no alimenta nada.
Debe estar libre de productos gomosos:
Debe estar libre de productos gomosos que al depositarse puedan obstruir lo que
son los conductos y las cañerías. Es decir si la gasolina tiene pocas gomas habrá
menos posibilidades de que se peguen las válvulas, hay menos lacas en el motor,
menos lodos en los conductos de admisión, de tal manera que la gasolina se debe
de vaporizar sin dejar ningún tipo de residuos, de tipo resina o lacas.
Gran poder antidetonante para impedir la detonación:
Que evite la detonación, que pueda soportar las relaciones de compresión de los
motores actuales de tal manera que funcione, la combustión se realice de manera
suave y uniforme sin la detonación.
Se debe tener el suficiente índice de octano para poder soportar las altas
relaciones de compresión de los motores actuales.
Debe de estar libre de sustancias corrosivas y abrasivas:
Debe estar libre de lo que es el azufre, que es corrosivo y se suele quitar en
refinerías.
Buena estabilidad:
Para impedir la oxidación y formación de gomas en el almacenamiento.
Gran poder calorífico:
Afecta a la Potencia obtenida y a la cantidad de Km. que podemos recorrer por
litro
Olor satisfactorio:
No influye para el comportamiento del motor, pero si afecta a los clientes, es
decir que les guste como huele la gasolina, es una cosa absolutamente comercial.
Bajo punto de inflamación:
Debe estar por debajo de la temperatura ambiente.
La utilización y manejo seguro de los combustibles se basa en dos parámetros: el
punto de inflamación y la temperatura de autoinflamación.
El punto de inflamación no tiene ninguna influencia en cuanto al
comportamiento del motor, pero si en cuanto a almacenamiento y manejabilidad
del combustible.
De ahí que los combustibles líquidos, hay unas normativas que los clasifican en:
o Peligrosidad A1 cuyo punto de inflamación está por debajo de
21º(gasolinas)
o Peligrosidad A2 cuyo punto de inflamación está entre 21 y 55º
(petróleos)
o Peligrosidad A3 cuyo punto de inflamación está entre 55 y 100º (gases)
El punto de inflamación es la temperatura a la cual los vapores que se
desprenden a la presión atmosférica dan “un caudal” cuando se les acerca la
llama.
Si nosotros seguimos calentando el combustible y sigue emitiendo vapores llega
un momento en que se quema la llama, se arde, durante al menos 5s. y ese sería
el punto de combustión.
Entre el punto de inflamación y el punto de combustión hay diferencia que
puede variar de 15 a 30º.
La determinación del punto de inflamación está perfectamente normalizada, hay
una serie de normativas:
o Por tanto tenemos para los líquidos que se inflaman por debajo de79º,
tenemos el procedimiento de baso cerrado TAI, que consiste en: la
muestra se introduce en un baso que tiene una tapa, y esta lleva una
salida tubular, y se va calentando con un baño, van saliendo los vapores
por la salida tubular y se va calentando la llama, entonces cuando se
produce el fogonazo, éste será el punto de inflamación que decíamos
anteriormente.
o Por debajo de 49 grados se utiliza uno que es similar que es el de Abel,
no se que de caña, que es similar al anterior.
o Y luego el de Cleveland que es para mayor de 79º, y este es de baso
abierto.
El sistema de baso abierto es igual, vas acercando la llama según vas calentando hasta
que se produce el fogón.
Luego la temperatura de autoinflamación es la temperatura a la cual el combustible se
inflama, arde espontáneamente sin chispa.
Para determinar la temperatura de autoinflamación se realiza un ensaño en un matraz
que se calienta en un baño, se va inyectando el combustible y se mide el tiempo que
tarda en inflamarse y la temperatura a la cual se inflama.
Entonces luego sacamos una curva del siguiente tipo:
Y la tangente a la curva es la temperatura mínima de autoinflamación de este
combustible.
Desde el punto de vista de que la temperatura de la gasolina está por debajo de la
temperatura ambiente
Porque hemos dicho que entre T de combustión y la T de inflamación hay una
diferencia entre de 15 a 30º.
Entonces si yo tengo a 40º, si yo estuviese por debajo de la temperatura ambiente yo
tendría que calentar el combustible como otros 15 más, lógicamente no lo calentamos
porque la temperatura de inflamación está por debajo de la temperatura ambiente.
Desde el punto de vista de seguridad.
PRODUCTO PI (ºC) TAI (ºC)
Gasolina de aviación (AVGAS) -40 720
JP-4 -20 -
JET A 40 650
GASÓLEO 65 -
Aceites Hidráulicos (AH) 150 430
Aceites Lubricantes (AL) 200 360
PI=punto de inflamación.
TAI=temperatura de autoignición de estos componentes.
Ahí tenemos lo que es distintos combustibles con las temperaturas.
Ahí vemos como para los motores de encendido provocado interesa combustibles
volátiles porque se vaporizan bien, se mezclan bien los vapores con el aire y además nos
permite utilizar sistemas sencillos de mezcla, como puede ser sistemas de inyección a
los carburadores vemos como tiene temperaturas de autoinflamación alta que nos
permiten tener mayores relaciones de compresión sin que se produzca la detonación.
En el caso por ejemplo de los motores diesel necesitamos combustibles con
temperaturas de autoinflamación bajas, porque nosotros lo que hacemos es comprimir el
aire y luego inyectamos el combustible, y entonces lo que tenemos son compuestos más
pesados que tienen moléculas más largas y se rompen rápidamente estas moléculas y no
se que. Nos interesan combustibles con temperaturas de autoinflamación baja, como
pueden ser los no se que.
Entonces desde el punto de vista de seguridad por ejemplo son peligrosos los
compuestos más ligeros no por la temperatura de autoinflamación que es elevada, pero
sin embargo se adquieren concentraciones explosivas a bajas temperaturas, y para que
se produzca la combustión necesitamos echar la mezcla aire-combustible en adecuadas
proporciones. Es peligroso porque a bajas temperaturas ya tenemos concentraciones
explosivas importantes de tal manera de que si hay cualquier chispa se produce la
explosión.
En el punto de vista de no se que los compuestos más pesados, por ejemplo los aceites
hidráulicos de los aceites lubricantes tiene una temperatura de autoignición por ejemplo
en los cilindros baja, o relativamente baja. Eso quiere decir que si hay fugas después del
calentamiento puede haber peligro de autoinflamación del motor.
En el caso de la aviación, tenemos riesgo de incendio por tres cosas: misil, rayo,
electricidad estática.
Y luego hay unas normativas que miden la resistencia entre dos puntos. Y luego con un
rayo con lo cual se revisten los depósitos con aluminio, de tal manera que cuando lo
alcanza el rayo solo se perfora una pequeña parte del aluminio y no “extiende” la
electricidad.
ENTONCES VAMOS A VER LOS ENSAYOS QUE SE REALIZAN EN LA
GASOLINA:
No hay un ensayo único que pueda predecir con exactitud el comportamiento que pueda
tener una gasolina en un motor porque hay muchos parámetros los cuales pueden afectar
al comportamiento de la gasolina en el motor, de tal manera que un mismo modelo de
vehículo con el mismo motor puede tener un comportamiento la gasolina de manera
diferente incluso puede tener un I.O. adecuado pero a lo mejor luego no tiene una
presión de vapor adecuada, ni una volatilidad adecuada, ni un contenido de gomas
adecuado. Es decir el comportamiento de las gasolinas depende de muchos parámetros.
Entonces vamos a ver lo que es la destilación de las gasolinas:
Como la presión de vapor Reid no es suficiente para ver la volatilidad de la
gasolina puesto que solo hace referencia a los compuestos más volátiles y no hace
referencia a los compuestos más pesados que requieren diferentes temperaturas
mayores, temperaturas de ebullición, nosotros tenemos que hacer otro ensayo para ver
la volatilidad de la gasolina que es la destilación.
La destilación podemos decir que es el calentamiento de un líquido hasta su
vaporización parcial, procedimiento por el cual separamos las partes más ligeras de las
partes más pesadas, se requieren mayores temperaturas de ebullición, entonces luego
estos vapores los hacemos pasar a un sistema de condensación, un sistema de
enfriamiento y vuelven a ser líquidos. Entonces este paso de líquido a vapor y luego de
vapor a líquido es lo que llamamos la destilación de la gasolina. Este procedimiento nos
permite separar los distintos compuestos de la gasolina según los puntos de ebullición
que tenga, y nos permitirá mejor estudiar su estructura física así como su composición
química.
Luego nosotros representamos en el eje Y las temperaturas a la cual se destila y
en el eje X el tanto por ciento de destilado y trazamos las curvas de destilación.
Entonces el sistema de destilación está totalmente normalizado, y lo que se hace
es coger un matraz y se hecha 100cm3 de gasolina y se calienta de forma homogénea de
tal manera que hay una normativa incluso que dice que la primera gota tarda en caer de
10 a 15 minutos, y luego la velocidad de condensación es de 4 a 5 cm3/min.
Entonces nosotros en el tapón del matraz hemos insertado un termómetro que
nos va a medir las temperaturas. Entonces nosotros empezamos a calentar y cuando
aparece la primera gota ese es el punto inicial de ebullición.
Se continúa la destilación y nosotros luego vamos tomando referencia por
ejemplo de 10cm en 10cm medimos la temperatura. Otras veces lo que se suele hacer es
controlar, por ejemplo lo que se hace mucho en gasolina de aviación, controlar los
condensado a 75, 105 y 135 grados, pero lo normal es ir controlando el tanto por ciento
que se va condensando.
Luego llegamos al punto final de ebullición que es la máxima temperatura que
tenemos en el termómetro cuando se ha evaporado todo el combustible y empieza ya a
decrecer porque se están descomponiendo térmicamente los residuos que hay. Luego se
cogen los residuos en la probeta, se meten se enfrían y se miden.
Entonces a lo que se ha recogido en la probeta, se le llama recogido, y a ese
recogido le restamos el residuo y tenemos las perdidas por destilación (condensación,
como queramos). Esas perdidas por destilación se refieren a que hay unos productos que
son muy volátiles, entonces esas pérdidas por destilación añaden al 10% no se que.
Como estamos diciendo que tenemos el residuo que se lo restamos al recogido y
nos da el tanto por ciento de los elementos que no se condensan con la destilación. La
normativa lo que llevan son una serie de fórmulas que lo que hacen son unas
correcciones de las temperaturas esas, corrige las temperaturas para repartir eso que no
se a condensado en las diferentes temperaturas que tenemos.
Tú tenías inicialmente 100, si tu le restas el recogido más el residuo, y tienes lo
que se ha perdido.
AHORA NOS VAMOS A LA FOTOCOPIA 23 DE LAS QUE EL NOS DIO, a las de
las tres Curvas de destilación:
Entonces arriba tenemos curvas de dos gasolinas. Se hacen a Presión atmosférica
Abajo tenemos una curva de destilación completa donde hemos puesto los
incondensables más el residuo.
Los inconfensables que es el 10% inicial que es la parte que se pierde, y luego tenemos
el residuo.
Esta curva es correspondiente a un petróleo. Lo que varía respecto a las otras curvas son
las temperaturas. Tenemos una parte que se hace a destilación atmosférica, otra parte
que se hace al vacío; se hace al vacío porque estamos ya con temperaturas muy altas y
se puede producir craqueado y obtener productos ligeros de otros pesados, es decir
estamos palpando los resultados, se hace al vació por esta situación.
Ahí tenemos la curva completa con la cantidad de incondensables y con el residuo.
Como puntos más importantes de esta curva de destilación:
o El punto inicial de destilación no nos indica mucho
o Tenemos lo que es el punto del 10% de destilado.
o Tenemos lo que es el punto del 50% de destilado.
o Tenemos lo que es el punto del 90% de destilado.
o Se puede añadir si se quiere el punto final de ebullición.
Un punto del 10% bajo, da idea de un buen arranque en frío, de que se vaporiza bien en
frío y puede arrancar perfectamente en frío. Hay por ahí un formula de un tal Dinkinson
y Brown que dice que para que arranque bien en frío no debe haber una diferencia entre
la Temperatura ambiente y la Temperatura del 10% es, por ejemplo si la Temperatura
ambiente es de -29ºC, la Temperatura del 10% no debe ser mayor de 36ºC. Si es de
18ºC no debe ser mayor de 53ºC.
Temperatura Ambiente Temperatura 10%
-29 <36ºC
-18 <53ºC
-7 <71ºC
45 <87ºC
Entonces la Temperatura del 10% baja, lo que hace es favorecer el arranque en frío,
pero tiene también un inconveniente, es decir, que tiene muchas partes volátiles, pero al
tener muchas partes volátiles se pueden formar tapones de vapor que se ven favorecidos
por los conductos que están calientes, por la presión de vapor Reid que sea
excesivamente alta o por la volatilidad que sea alta. Entonces habrá que retocar todos
esos puntos para obtener un combustible que no nos de demasiados tapones de vapor.
08/05/06
CURVAS DE DESTILACION
El otro día estuvimos viendo lo de la destilación de las gasolinas y decíamos que
como puntos importantes teníamos el punto inicial, que tenía una importancia relativa,
el pto. del 10%, donde ya se había destilado una determinada cantidad, el pto. del 50%,
el del 90% y también podríamos añadir el pto. final de ebullición.
Punto Inicial: Tiene una importancia relativa
Punto del 10%
Ya se ha destilado una determinada cantidad. Hace referencia a la
facilidad de arranque en frío. Si tenemos una Tª del 10% baja, se produce una
buena vaporización y un buen arranque en frío.
Si esta temperatura resulta ser muy baja se pueden producir tapones de
vapor y formación de hielo. Si hay muchos poros, o las tuberías son muy
rugosas, esto produce un calentamiento que favorece la formación de tapones de
vapor. La aparición de tapones de vapor se puede evitar subiendo la Tª del 10%,
bajando la presión de vapor y rediseñando el circuito. El problema es que no
puedo subir la Tª del 10% a voluntad, la gasolina tiene la que tiene. La única
solución es quitar compuestos volátiles y a partir de ahí empiezo la destilación.
Con lo cual ya quitando la parte más volátil, bajando la presión de vapor y
subiendo la Tª, tendremos menos problemas de formación de tapones de vapor.
Si la Tª del 10% es alta, tenemos menos compuestos volátiles, y necesito
mayor temperatura para que se vaporice el combustible.
La formación de hielo esta relacionada con esta Tª. Si la Tª del 10% es
muy baja, tenemos muchos compuestos volátiles, se produce la vaporización, y
lo que ocurre es que absorbe todo el calor y puede dar lugar a la formación de
hielo.
Lo normal es llegar a soluciones de compromiso. Si 2 combustibles
tienen igual presión de vapor, la que tenga la Tª 10% mas baja será mas volátil, y
tendrá más tendencia a formación de tapones vapor.
Punto del 50%
Mientras el 10% nos daba una idea de la facilidad de arranque, esta nos
da idea sobre el tiempo de calentamiento del vehículo y sobre la aceleración y
distribución.
Si tenemos una Tª alta, tenemos un combustible poco volátil, y
necesitaremos mucho tiempo de calentamiento (necesitamos tener mucho tiempo
el starter para que se caliente el motor) porque no se vaporiza bien. Se pueden
producir incluso sustancias líquidas que se depositan en el cárter.
Debe proporcionar, calentamiento rapido, una aceleración rápida y una
buena distribución.
Vamos a ver, si tenemos una tª alta, tendremos un calentamiento lento,
una aceleración lenta, y una mala distribución en el cilindro. Conviene llegar a
soluciones de compromiso que nos proporcionen una máxima cantidad de
combustible vaporizado para que se caliente rápido, se acelere bien, y haya una
buena distribución en el cilindro.
Punto del 90%
Está relacionada con las fracciones menos volátiles que podamos tener.
Es decir, nos da idea de la suciedad del motor porque un pto del 90% alto, quiere
decir que tenemos bastantes sustancias pesadas que luego se depositan en lo
émbolos, cilindros… El plomo tetraetilo también tienen tendencia a depositarse
en esas sustancias más pesadas que luego forman depósitos. Además, pueden
quedar partes liquidas que por se pesadas no se evaporan bien y que entran al
cárter, diluyendo el aceite. En tiempo frío, el aceite no tiene coge la temperatura
adecuada para vaporizar ese combustible que le ha entrado y por lo tanto esos
líquidos diluyen el aceite.
En conclusión, lo ideal es un 10% adecuado para que arranque bien, un
50% que de una volatilidad media, para que el tiempo de calentamiento sea
corto, se acelere bien, nos de una buena distribución y un consumo bajo. Un
90% debe ser algo intermedio ya que los productos pesados se pueden depositar,
por lo que lo ideal es que tenga una pequeña porción de productos pesados que
sirvan para lubricar.
Punto final de ebullición (P.F)
No viene en las especificaciones pero está relacionado con las colas de la
gasolina (partes pesadas). Cuando la diferencia entre la tº del punto final de
ebullición y del 90% está es superior a/ está entre 40 y 50ºC (dice las dos cosas,
no hay quien entienda a este tio, pero creo que es entre, porque la segunda vez
creo que lo consultó en su hoja), quiere decir que aparecen muchas colas que
pueden diluir el aceite.
PRESIÓN DE VAPOR REID.
Es uno de los valores que nos mide la volatilidad de la gasolina, y se mide por el
método Reid. Nos mide tendencia de la gasolina a formar tapones de vapor. La
temperatura a la se mide es 100ºF (37,8ºC).
La presión de vapor se mide en:
KPacmkginlb 22
Se admite q para que no se produzcan grandes tapones de vapor, la presion de
vapor Reig no debe pasar las 7 lb/in2, o lo que es lo mismo 0,49 kg/cm
2, a la tª de
37´8ºC (100ºF).
Ensayo
Consiste en medir el incremento de presión que se registra cuando que dejamos
vaporizar una gasolina en un baño que está a 37,8ºC.
El sistema está formado por 2 cámaras cilíndricas, una donde va la gasolina, y
otra de un volumen cinco veces la anterior (V2=5V1) donde va el aire, y un manómetro.
Se acopla el conjunto (la cámara de gasolina, la cámara de aire y el manómetro), se
agita, se mete en un baño que está a la temperatura de 37,8ºC, la gasolina se vaporiza y
aumenta la presión. Llega un momento en el que alcanzamos el valor máximo, y ya de
ahí no pasa. Ese valor máximo es la Presión de Vapor Reid. Como veis es un ensayo
muy sencillo.
Es el método que se ha utilizado tradicionalmente, pero hay otros:
automático: Norma D5190
vaporetto: Norma D5191, que no sabe exactamente como va.
Se aplican tanto a la gasolina con como sin plomo. Esta todo normalizado, en las
gasolinas de aviación, para motores alternativos, el valor este es de 35- 50 kpa, y el
JP4, por ejemplo, está entre 14-22.
Luego tenemos una expresión:
liquidagasolina
vaporgasolina
V
V
L
V
Relación Vapor-Liquido
Tiene la norma D2533.
Entonces, es un método estandarizado que lo que hace es relacionar el volumen
de gasolina que se vaporiza a partir de un determinado volumen de gasolina líquida, a
una determinada temperatura. Es decir, nosotros tenemos la liquida y la ponemos a una
determinada temperatura, luego vemos la cantidad de vapor de gasolina que aparece.
Así, establecemos la relación entre ese vapor y ese líquido.
En automoción, en motores alternativos, tenemos un valor máximo de 20. En
EE.UU., se usan estos valores a distintas temperaturas para las diferentes gasolinas que
tienen. Entonces, la temperatura a la que se alcanzan estas relaciones están muy
relacionadas con el comportamiento de la gasolina en el motor y, por ejemplo, cuanto
más alta es la temperatura a la que se alcanza la relación v/l=20, quiere decir que
tenemos una menor tendencia a la formación de vapor. Cuanto menor sea la tª en la que
se alcanza V/L=20, tenemos menos problemas de aceleración del motor.
En Europa se usa este valor:
)(%º707)( VCEKPaRVPVLI
Donde:
VLI, es el indicador de la volatilidad de la gasolina
RVP, presión de vapor Reig
E70ºC, volumen de gasolina evaporado a 70ºC (en % en volumen)
Una presión de vapor alta indica la presencia de compuestos volátiles, que
pueden dar lugar a la aparición de tapones de vapor (vapor lock).
Como decíamos el otro día, si los tapones de vapor son parciales, lo que hace es
que la temperatura de la gasolina sea pobre porque no le llega suficiente combustible,
Si es total quiere decir que no le llega ningún tipo de combustible.
PROPIEDADES ANTIDETONANTES DE LA GASOLINA
Entonces, una de las características más importantes de las gasolinas y que ha
servido como base para la clasificación de las gasolinas es la resistencia a la detonación
y que se mide con el índice de octano.
Existe una estrecha relación entre el poder antidetonante de la gasolina y la
relación de compresión, es decir, entre la relación de compresión y el índice de octano.
Recordamos que a mayor relación de compresión, mayor rendimiento tiene el motor.
GRAFICO de la relación de compresión frente al Índice de octano.(evolución histórica)
La obtención de gasolinas de alto índice de octano, es una solución de
compromiso entre el coste de obtención de la gasolina y el rendimiento máximo que se
le pueda sacar del motor.
Fenómenos de detonación por picado
No son solamente de pendientes del comportamiento fis. químico de la mezcla aire
combustible, sino también de las características de funcionamiento y diseño del motor.
Era preciso establecer una sistema que nos permitiera medir las propiedades
antidetonantes de las gasolinas y dado que no había una teoría q se ajustara a unas bases
científicas para su obtención, se ideo un sistema empírico--- comparativo con una serie
de combustibles patrones y que se sigue usando en la actualidad para valores inferiores
a 100. Para este sistema, primero, se normalizan los combustibles de referencia, que
como sabéis son el heptano e isoctano. Luego tenemos un motor normalizado, de
relación de compresión variable, los métodos necesarios para la determinación de estos
indices de octano que son:
- Research F1, norma ASTM D2699
- Motor F2, norma ASTM D2700
Y luego también, se normalizan los medidores de la intensidad de detonación (knok
meter).
COMBUSTIBLES PATRONES O DE REFERENCIA
La calidad antidetonante de la gasolina se expresa en función de una escala
empírica ideada por Edward Graham, basándose en dos hidrocarburos. El isoctano (2-2-
4 trimetil pentano), que se le asignó un valor de 100, por ser el hidrocarburo que mayor
relación de compresión admitía sin detonar, y luego el Heptano, que le dio un valor de
0, por ser el combustible que menor relación de compresión admitía sin detonar.
El número de octano de una gasolina se obtiene comparando su comportamiento,
con el de una mezcla de Isoctano y Heptano, así cuando el comportamiento es igual al
de la mezcla se dice que tiene un número de octano igual a la proporción de isoctano
que tiene la mezcla.
Por ejemplo, una gasolina se dice que tiene un índice de octano n, cuando su
comportamiento en cuanto a detonación como n partes de isoctano y 100-n partes de
Heptano. Una gasolina de IO=96, se comporta en cuento a detonación como 96 partes
de Isoctano y 4 partes de Heptano.
Bien, entonces la referencia primaria de los combustibles primarios para la
obtención de los indices de octano menores a cien se basan en Isoctano y Heptano. Para
valores superiores a 100, se utilizaban dos escalas que eran:
*Ampliada
Isoctano + Heptano + 0,88 ml TEL/l
Y luego se utilizó el valor detonante que era (isoctano para unas determinadas
cantidades de plomo) :
Isoctano + 0,13 ml plomo = 105
Que se utilizaron hasta obtener lo que era el índice de potencia mecánica. El
índice de potencia mecánica en realidad es la escala del valor detonante traducida al
indice de potencia mecánica, por ejemplo tengo yo unos valores, como el de una
gasolina que era isoctano + 0,13 ml de plomo, se corresponde con un indice de potencia
mecánica de lo que sería ahora 105. Porque para medir el índice de potencia mecánica
utilizamos isoctano más plomo.
¿Cuándo se determina el índice de octano de la gasolina, se considera solo el
hidrocarburo, no lleva aditivos antidetonantes? No, hidrocarburos solo.
INDICE DE POTENCIA MECÁNICA
Posteriormente a la creación de las escalas, se encontraron hidrocarburos menos
detonantes que el isoctano. Y se desarrollaron por ejemplo las gasolinas 100/130,
100/115, y luego las 100/145. Para medir la capacidad antidetonante de estas gasolinas
se utiliza el índice de potencia mecánica, que como ya hemos dicho utiliza el
combustible patrón: isoctano + plomo.
El índice de potencia mecánica es la máxima potencia que se puede obtener con
un combustible sin detonar, respecto a la que se obtiene con uno de isoctano, también
antes de detonar. La relación entre esas dos potencias es el índice de potencia mecánica.
Entonces, el índice de potencia mecánica 100/130, quiere decir que 100, es el
comportamiento en mezcla pobre, y 130 es el comportamiento en mezcla rica. Quiere
decir que en mezcla rica, saca un 30% más de potencia que sacaría con el isoctano.
Entonces, en la actualidad como digo los números de octano se basan en el
índice de potencia mecánica que tiene por patrón isoctano + plomo, y el índice de
octano normal que tiene por combustible patrón la mezcla entre isoctano y heptano.
Los inconvenientes que representan las escalas de referencia son los siguientes, e
primer lugar, los números de octano no guardan relación con el rendimiento en cuanto a
la escala. Que quiero decir con eso, la subida del 10% del índice de octano en la parte
inferior de la escala, supone un menor aumento de potencia que si la subida es en la
parte superior de la tabla.
.-Ejemplo
Tenemos un motor que desarrolla 59 cv. y está preparado para una gasolina de
IO=50, Si se modifica para una gasolina de IO=70, la potencia sube a 71 cv. Eso
supone un 20%.
Pero si por ejemplo tenemos un motor que tenga 78 cv, y esta preparado para
una gasolina por ejemplo de IO=80, y subimos a IO=100, sacamos una potencia de 100
cv, que supone un incremento de 22 cv.
¿Un incremento de potencia de 3 en el índice de octano puede subir mucho? No
creo que suba mucho. Cuando preparamos un motor para otro índice de octano, no
sólo modificamos la gasolina que usamos sino que hay que modificar el motor casi
completamente. Hay que preparar el motor para que tenga mayor relación de
compresión. Porque sólo echando una gasolina de mayor índice de octano no ganas
más potencia, sólo que está mas desahogado en cuanto a problemas de detonación.
Pero si pueden aparecer más depósitos de plomo.
Como ya veremos el día siguiente hay otros indices de octano, como es el
número de octano en carretera que se calcula para cargas variables y todas estas
cosas, que no es lo mismo que cuando el motor está en un banco.
En cuanto al tema de las escalas, decir que hay una discontinuidad del número
de octano en torno al valor de 100, porque no hay una continuidad en la hecha con
isoctano y Heptano, es decir, nosotros tenemos aquí una escala de isoctano y heptano
que tendrá un valor de 10 a 100 y luego a partir de 100 tendremos otra escala. Entonces,
en estos valores de 100 no hay una continuidad de la escala, es decir que yo puedo
trabajar y decir bueno pues yo la gasolina de IO=98, hecha por isoctano y heptano, y de
100 con plomo tetraetilo, ¿puedo sacar yo una gasolina intermedia mezcla de las dos y
que me salga una de 99? No, porque no hay continuidad en las escalas porque son
escalas distintas.
9 – 5 - 06
METODOS DE ENSAYO PARA LA OBTENCIÓN DEL IO
Pueden existir gasolinas con un índice de octanos menores que 0 pero estas no son
usadas comúnmente.
Para hallar el poder antidetonante se realiza un ensayo en el cual lo primero que hay que
hacer es normalizar el combustible de la siguiente manera:
Para índices menores a 100 se usaba el heptano-isoctano.
Para índices mayores a 100 se usaba el isoctano+plomo tetraetilo.
Pueden existir gasolinas con un índice de octanos menores que 0 pero estas no son
usadas comúnmente.
A continuación se normaliza también el motor de ensayos en laboratorio. Este es un
motor monocilíndrico, de 4t, y de relación de compresión variable. La relación de
compresión variable se obtiene mediante un mecanismo con un tornillo sin fin. Este
motor lleva en el carburador 3 cubetas: una para el combustible cuyo poder
antidetonante se quiere medir; y las otras 2 para meter los combustibles patrón.
También lleva sendos sistemas de graduación de la riqueza y de calentamiento del aire.
Luego también tenemos unos medidores de intensidad de detonación, los cuales
también están normalizados pues no se puede dejar que esto lo determine la capacidad
auditiva del operario, basados en 2 tipos de transductores:
Uno de intensidad electromecánico de membrana, que consiste en una
membrana deformable que actúa sobre una varilla y esta varilla cierra un
circuito eléctrico de tal manera que en el circuito eléctrico hay una resistencia
que se calienta mas o menos dependiendo del como de abierto o cerrado este el
circuito (que lo determina la varilla), en definitiva, depende de la intensidad y
frecuencia de los saltos que pega a varilla;
Transductor inductivo que se basa en medir la permeabilidad magnética de una
varilla de Ni cuando es sometida a una determinada presión. Este es más
moderno.
Condiciones para los métodos de ensayo de poderes antidetonantes para los distintos
métodos están el la hoja nº 24 que nos dio Pons.
La temperatura del aceite no esta en la hoja pero es 57 ºC, con viscosidad SAE-30,
presión aceite 0,75 – 2,10 Kg/cm2, para todos y el apartado de “AVANCE AL
ENCENDIDO” para el método “MOTOR”, que pone que es variable entre 19-26 ºC es
para relaciones de compresión de entre 5 y 7.
Existe otro metido de ensayo que consiste en alimentar nuestro motor con el
combustible problema y regulamos la riqueza para que nos de la máxima intensidad de
detonación. Una vez tenemos esa riqueza lo que hacemos es variar la relación de
compresión para obtener 55 unidades de intensidad de detonación que nos marca la
detonación. Luego tomamos 2 combustibles patrones de isoctano-heptano cuyo numero
de octanos no difiera entre los 2 de mas de 2 unidades y que nos de una intensidad de
detonación un poco por encima de 55 y el otro un poco por debajo de 55 y luego por
interpolación se obtiene el índice de octanos.
Índice de Picado (IP) = NO mezcla patrón 1 + NO problema (NO mezcla patrón 1-NO
mezcla patrón 2).
(Representación grafica)
IP Ref.1
Problema
Ref.2
Relación 90 90,7 92 NO
Comb/aire Por
interpolación
El índice de picado y la intensidad de detonación es lo mismo.
SENSIBILIDAD DE LA GASOLINA.
Las condiciones de ensayo del método research son más suaves que las del método
motor. Esto hace que halla diferencias en el NO determinado por uno u otro método
excepto en la gasolina muy detonantes que son prácticamente iguales. Esto mide la
sensibilidad de la gasolina.
Sensibilidad= NO Research – NO Motor.
Esta sensibilidad depende de los hidrocarburos que compongan esta gasolina.. Por
ejemplo los parafínicos son poco sensibles.
El método Research nos orienta sobre la calidad antidetonante de las gasolinas cuando
van a operar en condiciones poco severas(bajo régimen de giro) y el método Motor justo
al contrario.
NO EN CARRETERA
Hasta ahora hemos obtenido el NO en unas condiciones fijas y así no sabríamos cual es
el comportamiento de la gasolina cuando trabajamos con un vehículo (carga variable,
régimen variable...). Para esto se usa el NO en carretera. Lo que hace es variar un poco
la intensidad de detonación en función de los avances. Hay 2 método:
Método UNIONTOWN- Ajustamos el vehículo con las recomendaciones del
fabricante, se calienta el motor, se pone el carretera a velocidad de 16km/h, se
mete la directa (es las 3º marcha, este Pons sigue en el año 3 A.C.) y se acelera a
fondo, hasta obtener la intensidad máxima de detonación y luego lo que se hace
es repetir el ensayo con combustibles patrón hasta alcanzar esa intensidad de
detonación. Hay otro método = que este que lo que hace es sacar varias
intensidades de detonación, con la velocidad, y saca unas curvas, donde se
corten esta la solución.
Método MODIFIELD- Dando un avance al encendido muy pequeño y se va
acelerando hasta que no se oye el picado del comb. Aquí se obtienen un punto
de avance al encendido y velocidad. Se repite el ensayo avanzando 2º el
encendido. Así se obtiene una curva. A continuación se hace lo mismo con el
combustible problema, se saca otra curva y en la intersección esta la solución.
REGLA- NO Motor < NO en carretera < NO Research.
Como ocurre esto para la certificación de los motores se emplea un índice que es:
INDICE DE ACTUACIÓN EN CARRETERA O EL INDICE
ANTIDETONANTE
Que es una media entre los 3. Se usa en USA.
DEPRECIACIÓN DE CARRETERA= NO en carretera - NO Research
VARIABLES QUE ACTUAN SOBRE EL NO
Cambio de humedad, 20%-90% baja el NO –4 ptos.
Aumento de la altitud, 0-1000 m baja NO –9 ptos. Pq la presión de entrada es
menor. No se favorece la detonación. Hay una ecuación que es la siguiente:
RO= P/40,3 + 0,014 *(P^2/40,3)
Con P – variación de la presión atm en mm Hg.
RO - Variación NO
Aumento de 4º AE supone que necesitamos +4 ptos. En el NO.
Depósitos en el pistón a partir de 16000km supone + ptos.
Aumento de la temperatura de 60-94ºC supone +6.
La variación, en el apartado de los depósitos no se ven afectados si la gasolina es con
plomo o sin plomo.
Si se utiliza un aceite multigrado (SAE-30) puedes llegar a necesitar un combustible 3 o
4 ptos menos de si es monogrado.
RELACION DE LOS HIDROCARBUROS DE LAS GASOLINAS CON EL
INDICE DE OCTANOS
El aumento del peso molecular de los hidrocarburos es desfavorable para el IO.
La existencia de cadenas ramificadas en los hidrocarburos eleva la calidad
antidetonante.
La presencia de dobles enlaces entre los átomos de carbono o instauración, eleva
el IO. Hexeno-1 76, Hexeno-2 93
El IO es tanto mayor cuanto mas próximo al centro de la molécula se encuentre
el doble enlace. N-propil ciclohexano 18, Isopropil ciclohexano 36
En los hidrocarburos ciclicos, son de gran influencia, los tipos de cadenas de
estos anillos. Ciclohexano 77 MON, cliclopentano 85 MON
Una mayor instauración de los hidrocarburos del ciclo, supone un mayor IO.
Ciclohexano 77, Benceno 3
16-05-06
LA DETONCACIÓN EN UN MOTOR DEPENDE DE:
Diseño del motor:
o Cámara de combustible que tenga:
Materiales
Culata
Émbolo
Geometría
o Relación de compresión
o Tamaño del motor
Condiciones de operación.
o Carga
o Regimenes de giro
o Reglaje: avances en el encendido y temperatura de refrigeración.
o Condiciones ambientales.
Presión ambiental.
Temperatura ambiental
Humedad
Formación de depósitos en la cámara de combustión: Hace que la relación de
compresión aumente porque disminuye el tamaño de ella. Al formarse más
depósitos a lo largo del tiempo, un motor viejo necesita una gasolina con un
mayor índice de octano que uno igual nuevo.
Los fenómenos de detonación están controlados por la presión y temperatura y relación
tiempo de residencia de la mezcla / tiempo de retardo
Esto ocurre porque al aumentar la relación de compresión aumentan la presión y
temperatura y además si hay sobrealimentación aumenta la tendencia a la detonación.
En motores de aviación aparecen dos alternativas:
Lograr relaciones de compresión para lograr consumo más pequeño.
Sobrealimentar mucho para obtener potencias mas elevadas.
Entonces, en una aspiración normal de consiguen de P.M.I. 150-180 psi, Relación de
compresión 5-9 utilizando una gasolina de índice de octano 60-100.
Sobrealimentación: 520 psi para relación de compresión de 5 e índice de octano de 100.
Lo que pasa que antes en los aviones se trataba de conseguir una carga mayor pero
ahora se intenta aumentar la relación de compresión para conseguir un menor consumo
utilizando la sobrealimentación de forma breve sobre todo para el despegue.
Presión de admisión: Mayor carga, mayor P, Tª de final de compresión y también se
reduce el tiempo de retardo y aumenta la tendencia a detonar. La tendencia a detonar se
supone que aumenta con aumentar la presión cuando la mariposa esta abierta y si se
cierra se resuelven los problemas de detonación.
Tª de admisión: lo mismo de antes.
Tª de trabajo: influye en la Tª de la mezcla final la Tª de trabajo depende del
sistema de refrigeración que tengamos: aire o liquida. Si es por aire estará 50-100
grados mas caliente.
Inyección agua, agua mezcla con metanol: Se produce una refrigeración por la
evaporación del agua o del alcohol, por tanto al enfriar reduce la tendencia a detonar.
Avance del encendido: Se toma antes del P.M.S. para que la combustión se
acerque a un proceso a volumen constante. Avance muy pronto: perdida de potencia por
gases ya quemados. Ha de ser adecuado y si hay detonación habría que retrasarlo.
Tiempo de residencia:
Régimen de giro: a medida que aumentamos las vueltas, el motor empieza a ser
mas adiabático y hay mayor temperatura porque no le da tiempo para
refrigerarse, por tanto aumenta la detonación.
Velocidad del émbolo, mayor velocidad de la llama, se reduce tiempo de
residencia de la mezcla y se quema antes de darse la detonación
De estas dos predomina la segunda. Por tanto un aumento del régimen de giro reduce
también la detonación por aumentar la velocidad del pistón.
Geometría: Forma de la cámara, forma del émbolo, disposición de las válvulas,
lo que bajan, distribución de temperaturas del émbolo, posición de bujías e inyectores.
Tiempo de retardo de la inanición lo relacionamos con la dosificación. Tanto mezcla
pobre como mezcla rica reduce la detonación. En la mezcla rica el combustible se
vaporiza y refrigera y es una táctica utilizada en aviones. En la mezcla pobre el exceso
de aire nos elimina el calor.
Tipo de combustible: adecuado para cada motor para soportar la relación de
compresión del motor.
Siguiendo con los ensayos:
No entra.
Fin
23-05-06
GASOLINAS SIN PLOMO
Cuando estaba la gasolina sin plomo, se introdujeron los catalizadores para
eliminar la contaminación de los gases de escape. Sin embargo, en los vehículos
equipados con catalizadores se vio que al usar gasolina con plomo, ésta atacaba al
platino que los constituye, cargándoselos. Fue necesario entonces eliminar el plomo
tetraetilo de las gasolinas, trayendo consigo una reducción en el I.O. y se hace entonces
necesario añadir otros aditivos que reduzcan la detonación, así como mezclar
combustibles de alto octanaje (isobutano), pero exentos de plomo, con otros de menor
índice de octano, y se trata normalmente del platforming, alquilatos e isomerizados de
altos contenidos en isoparafinas y aromáticos.
- Alquilación: podemos obtener isoctano mezclando isobutileno con un
catalizador de ácido sulfúrico para obtener gasolinas de alto valor (isoctano).
- Platforming: es un proceso altamente selectivo para convertir los
constituyentes de la gasolina de destilación directa de bajo N.O. Es un proceso de
deshidrogenización de naftenos que los transformamos en aromáticos con catalizadores
de Platino.
En los combustibles tratados en platforming con altos contenidos en isoparafinas
y aromáticos, echamos como antidetonantes aditivos no metálicos:
Metil-terbutil-eter (MTBE) en proporciones del 3 al 15% de volumen.
Metanol con proporciones de un 2 a un 3%
Mezclas de alcoholes u otros alcoholes superiores de hasta 8 átomos.
Una pequeña proporción de plomo de 0,013 g/l.
Entonces el índice de octano de las gasolinas sin plomo es de 96 RON (86 MON)
para la super, y de 91 RON (82,5 MON) para la normal.
Entonces, la utilización de la gasolina sin plomo en los motores más antiguos pues
quedaba supeditada a una serie de razones, a saber:
Las gasolinas tienen el suficiente índice de octano... no hay problema en el N.O a
utilizar ya que las gasolinas actuales tienen el suficiente N.O como para no detonar, sin
embargo el plomo tiene un carácter lubricante que lubricaba las válvulas, asientos y
guías de éstas. Eliminando el plomo, eliminábamos esta lubricación de las válvulas
asientos y guías pudiendo llegar al gripado de la válvula de escape. Lo que se ha hecho
ha sido modificar el material de estos elementos para poder utilizar la gasolina sin
plomo porque le quitamos el carácter lubricante al plomo y puede causar problemas en
las válvulas y guías. También se le han echado una serie de aditivos especiales para
sustituir la lubricación del plomo.
En cuanto a los catalizadores, ya para 1993 se utilizaron en medio mundo 6.000.000
de vehículos que utilizaban catalizadores (... no lo dice, pero lo patentó la casa sueca
SAAB). Están constituidos fundamentalmente por una estructura cerámica de alúmina
cubierta de metales preciosos (platino, paladio, rodio). Los catalizadores actúan como
un horno quemando los gases de escape, trabajando a una temperatura de de 400 a 800
ºC.
Tenemos los catalizadores de 2 vías que eliminan los hidrocarburos
inquemados y monóxidos de carbono.
Tenemos los de 3 vías que eliminan en un 50% los óxidos de nitrógeno y los
hidrocarburos inquemados y monóxidos de carbono (en un 80 a 90%).
El de 3 vías también lleva la sonda “lambda” que cuando hay una desviación lo que
hace es corregirla: lo que hace es controlar la riqueza de la mezcla (inyectores y
carburador) mediante los gases de escape.
Entonces de un tubo de escape sale oxígeno, nitrógeno, anhídrido carbónico, vapor
de agua y pequeños contaminantes permitidos. Entonces cuando un catalizador funciona
a pleno rendimiento quema hasta un 80-90 % de los gases de escape. Los catalizadores
suelen tener una vida media entre 70.000 y 80.000 Km y son piezas muy sensibles que
les puede afectar cualquier cosa; los Mitsibishi no-sé-qué les atacaba el azufre se los
cargaba y los tuvieron que cambiar. Entonces nosotros teníamos que utilizar los
catalizadores porque se utilizaba gasolina sin plomo... Si hemos de sustituirlo hay que
quemar antes un par de depósitos par eliminar el plomo. También, si se consume mucho
aceite también le afecta al catalizador o ciertos aditivos que se le pueda echar a la
gasolina sin plomo. En los motores de 2 tiempos (que queman aceite) también se puede
utilizar porque llevan aditivos que limpian todo eso (pa que te’enteres!). En cuanto a
medidas tomadas para reducir la emisión de contaminantes está la ULEV (ultra low
emission vehicle –año 2000-) de California, USA, la cual impulsó la “recirculación de
gases” al arrancar el automóvil. Hasta que el catalizador no alcanza la temperatura de
funcionamiento (350-400 ºC), éste no purifica los gases de escape y ocurre desde que se
arranca el motor hasta que transcurren unos minutos. Entonces lo que se hace es
recircular los gases en una cámara interna dispuesta para ello debajo del maletero, hasta
que el catalizador ha alcanzado la temperatura de trabajo y es cuando se hacen pasar los
gases por el mismo.
LA SUSCEPTIBILIDAD AL PLOMO.(22:20)
En el año 1922, Mideley - Boyd, descubrieron lo que es la acción del plomo
tetraetilo sobre la gasolina; es decir, descubrieron que al introducir plomo tetraetilo, el
índice de octano aumentaba. Entonces se han hecho muchos estudios para investigar la
acción de los compuestos de plomo sobre la combustión de la gasolina, y lógicamente la
acción antidetonante se debe a una serie de circunstancias que están ahí e iremos
viendo.
Def.: Llamamos susceptibilidad al plomo a la variación del índice de octano en
la gasolina con la variación del plomo tetraetilo. Los efectos sobre el índice de octano
de la gasolina con la variación del plomo tetraetilo depende de la composición de la
gasolina y de la naturaleza de los compuestos químicos que tenga. Por otra parte, no hay
proporción entre la concentración de plomo y el aumento del N.O.; no hay linealidad
entre la proporción de plomo y el aumento del índice de octano.
La acción antidetonante se debe a:
1. El plomo tetraetilo homogeniza la temperatura de la mezcla carburada; al
ser el plomo un buen conductor del calor, evita la formación de puntos
cálidos.
2. Absorbe el calor evitando que las moléculas de la mezcla alcancen una
energía de activación elevada disminuyendo la velocidad de reacción.
3. Captura electrones evitando la formación de radicales activos, que son
los desencadenantes de las reacciones entálpicas en cadena y que
aumentan la velocidad de reacción. Tenemos aquí una reacción; se
rompe; y aparecen aquí unos electrones que los captura evitando que
desencadenen las reacciones entálpicas.
4. Evita la formación de peróxidos que son altamente reactivos, y son los
que inician la formación de radicales libres que son los que causan las
reacciones entálpicas.
5. Por último, el plomo también funciona como un catalizador negativo:
ralentiza todas las reacciones.
LA SUSCEPTIBILIDAD DEBIDA AL AZUFRE. (26:20)
Depende de los compuestos que (mueve la pizarra y no se oye nada) tenga
esa gasolina. Hay una ecuación que nos mide la eficacia de la adición del plomo
tetraetilo en la gasolina para un determinado contenido de azufre, hallada por el señor
Livingston:
1·
100
nSK
Valores para K y n, según el tipo de azufre:
K n
Mercaptanos 11,7 0,68
Sulfuros 7,3 0,68
Disulfuros 10,5 0,68
Tiofenos 7,4 1
Dependiendo del compuesto que tengamos, tenemos unos valores para alfa, n y K.
Alfa: eficacia de la adición del plomo tetraetilo (con azufre)
El contenido de azufre viene en tanto por uno en peso.
Ej.: ¿Cuál sería la eficacia del plomo tetraetilo con un 2 % de contenido de azufre
Mercaptano?
%55102,0·7,11
100
1·
10068,0
nSK
Eso quiere decir que la eficacia del plomo es de un 55% nada más, dado que el azufre
merma la capicidad antidetonante del plomo. Es decir, la eficacia del plomo sería
solamente de un 55% de la que tendríamos si no tuviese azufre. Por lo tanto, tendría que
echar el doble de plomo para obtener la misma subida del I.O. (que una gasolina que no
tuviese azufre, se entiende).
ESPECIFICACIONES DE LA GASOLINA.
Las especificaciones de la gasolina suelen tener una especificaciones muy similares (si
tú lo dices, ilustrísimo Pons...). Generalmente se suelen denominar las gasolinas por el
índice de octano y tenemos por ejemplo la 97 con plomo, la Eurogrado de 96 I.O. sin
plomo, la 98 sin plomo. En europa (y españa!), tenemos la 92 con plomo y en EE.UU la
Premium (super) y luego las normales con un relativamente bajo poder antidetonante
(95 I.O.). Las gasolinas para automóviles son las que más se utilizan se llaman
MOGAS, tienen una serie de especificaciones con carácter internacional que las
cumplen todos los países y que las especifican unos organimos oficiales (INTA, OTAN,
NATO ..); lo único que varía es el nombre del organimos, que cada uno tiene el suyo.
Las especificaciones suelen ser similares, pero con pequeñas variaciones que se deben a
la climatología y las distintas condiciones ambientales (Presión de vapor,
temperatura...que en un mismo país –españa- puede variar la Pv de invierno a verano y
entonces puede variar).
Tenemos una tabla de especificaciones:
La densidad ya la vimos el otro día, la volatilidad y la presión de vapor
Reid también...
Se exige una cierta volatilidad proporcional a los compuestos de ligeros
que tiene, se puede ver en la curva de destilación cómo se limitan la
proporción de destilados y las temperaturas a las que se obtiene. Se
puede ver como la Eurogrado dice que el volumen evaporado a 70 ºC
debe estar entre el 15- 45 % (limita incluso el volumen evaporado porque
se exige una cierta volatilidad), a 100 ºC tiene que estar entre 40-65% y a
180 ºC dice que debe haberse evaporado el 85% por lo menos. El límite
está en 215 ºC; esto te asegura que no haya excesivos componentes
pesados.
En cuanto a la interpretación vapor-líquido ya vimos lo que era...
En cuanto a la presencia del compuesto de azufre en la combusitón, que
produce anhídrido sulfuroso e incluso ácido sulfúrico que son
contaminantes (malos-malos!) y son corrosivos para las partes metálicas.
Se puede ver también como está limitado el contenido de azufre (0,05%
en peso para la “sin plomo”, un 0,7% en peso para la “con plomo”).
En cuanto la corrosividad, se hacían unos ensayos par determinar la
corrosividad de las gasolinas.
Las impurezas también tenían mucha importancia los hidrocarburos no-
sé-qué, las olefinas. Las olefinas se oxidaban y se transformaban en
gomas de alto peso molecular y como tienen un alto I.O., si se
descomponen bajan el I.O. Además, se pueden pegar en las válvulas de
admisión y se pueden depositar incluso en el conducto de admisión.
Estos compuestos se van descomponiendo y van adquiriendo poco a
poco mayor peso molecular (se forman una especie de granitos de goma
pegajosos) que se pegan en la parte interior del depósito y luego se
desprenden, pueden obstruir las válvulas de alimentación y crean una
serie de depósitos en la cámara de combustión y en los no-se-que.
Entonces se controla el contenido de estas gomas y se controla las gomas
actuales (recién salido de refinería) y dice que debe ser inferior a 5 mg
por cada 100 ml de gasolina.
La estabilidad a la oxidación, que es el periodo de inducción, es el
tiempo en el que la gasolina es estable (que aguanta sin descomponerse,
sin deteriorarse) y lo cifra en 240 ó 260 min.
El plomo tetraetilo está limitado en 0,15 g/l en las normales y en 0,013
g/l en las sin plomo.
El contenido Benceno también está limitado a su vez por el peligro de la
carciogenésis (vamos, que produce cáncer) y lo cifra en un máximo de
5% en volumen.
Nota: En el apartado “e”, las siglasVLI significan la relación “vapor-líquido”.
Continuación de las especificaciones 24 – 05- 06
Para el índice de octano de una mezcla hay una fórmula que se obtiene de esta manera
)()( ONByON iT donde
TON)( Número de octano de la mezcla bien en medida B-RON o B-MON
y Fracción volumétrica en % en volumen de cada factor o componente
)( ONB Valor de octano de mezcla de cada fracción bien dado en B-RON o B-
MON
Con esto sale un valor del índice de octano de la mezcla bastante aproximado
A pesar de todo ello las mezclas deben cumplir con las especificaciones internacionales
en cuanto a valor de octanaje y características físicas y químicas así como otras de tipo
técnico como pueden ser la volatilidad, estabilidad, etc. Por lo que al final acaban
echándose aditivos para que terminen de cumplir la normativa.
ADITIVOS MÁS IMPORTANTES
Inhibidores
Los inhibidores evitan que los hidrocarburos inestables se descompongan en polímeros.
Se echan en una proporción de 0,01% (no va a preguntar proporciones en el examen)
El más importante es el 2-6 diter butil paracresol y el más moderno el 2-6 diter butil
fenol.
Desactivadores metálicos
También se utilizan los métodos desactivadores metálicos, aditivos desactivadores
metálicos porque determinadas partes metálicas, fundamentalmente las de cobre, son
nocivas para la gasolina, por ejemplo, si la gasolina permanece mucho tiempo en el
depósito, el propio metal del depósito puede acelerar el proceso de formación de gomas
y para esto se le echan estos desactivadores metálicos.
Colorantes
Luego están los colorantes que sirven para distinguir las distintas gasolinas. Éstos se
deben echar en pequeñas proporciones porque si no se pueden depositar en el sistema de
alimentación. Pueden llegar a colorear el aceite del cárter o las zonas donde se vaporiza
la gasolina, pero no pasa nada.
El colorante más utilizado es el Dupont oil blue (nombre comercial) cuyo nombre
científico es el 1-4 Disopropilamina antroquinona
Antidetonantes
En cuanto a los aditivos antidetonantes, el más importante de todos es el plomo
tetraetilo (viene del inglés Tetra ethyl lead – TEL) cuya ecuación de reacción para
obtenerlo es PbNaClPbHCClHCNaPb 344445252 . Otro es el plomo
tetrametilo 43HCPb (TML)
En los países en los que todavía se utiliza se usan tanto el TEL como el TML o como
una mezcla de ambos al 50% que tiene el nombre de dietil dimetil plomo.
Luego, para la eliminación del plomo lo que se hace es echar compuestos halogenados.
El plomo que se deposita en las válvulas, émbolo, etc. para la eliminación de éstos
compuestos de plomo se utiliza lo que es el dibromuro de etileno 242 BrHC
fundamentalmente para las gasolinas de aviación, o el bicloruro de etileno 242 ClHC
para las gasolinas de automoción. Entonces lo que se hace es que se echan estos
halógenos, salen bromuros y cloruros de plomo, que son gases, y se eliminan. Se tienen
que echar en la proporción adecuada para eliminar totalmente los compuestos de plomo.
Como el plomo es venenoso se eliminó de las gasolinas, pero para aumentar el índice de
octano era necesario introducir grandes concentraciones de benceno y aromáticos que se
ha demostrado que son cancerígenos. Entonces, como solución se las echan alcoholes y
éteres. Éstos aumentan el índice de octano pero también aumentan la presión de vapor, y
esto no es deseable. En los años 70 ya se utilizaban gasolinas con 10% de etanol, 15%
de metil ter butil eter, 15% de ter butil alcohol y mezclas de TBA y etanol. El problema
de ésta solución es el aumento de la presión de vapor, que con las gasolinas con plomo
o con aromáticos se controlaba con butano, que era barato, pero con éstas es más
complejo.
Existe un nuevo concepto que aparece en los 90 que son las gasolinas reformuladas, que
son gasolinas sin plomo y con un contenido de un 2% en peso de oxígeno. Este 2% en
peso de oxigeno equivale a un 15% de MTBe (metil ter butil eter). Además de este 2%
de oxígeno tiene un máximo de un 1% en volumen de benceno y un 25% en volumen de
aromáticos.
COMBUSTIBLES PARA REACTORES
Introducción
Con la aparición e los motores a reacción se tuvo que establecer otro tipo de
combustibles y lubricantes ya que la concepción de este tipo de motores también era
distinta, entonces con el nombre de combustibles para la aviación nos referimos
generalmente a los combustibles utilizados para turborreactores aunque existe la
posibilidad de usarlos en automoción (pero nunca al contrario).
Éstos combustibles se obtienen por destilación directa del crudo y encontramos dos
tipos, los que tienen amplio corte de destilación y un flash point (punto de inflamación)
bajo (son muy volátiles ya que al tener un amplio corte de destilación engloban muchos
componentes volátiles). Por otro lado están los que tienen un estrecho corte de
destilación, por lo tanto son menos volátiles y un flash point más alto.
Originariamente se utilizaba el queroseno de iluminación ya que es menos volátil que la
gasolina y la temperatura de auto inflamación es más elevada que, por ejemplo, el gasoil
y además tenía gran disponibilidad. Para utilizarlo como combustible tenía que cumplir
unas características como que tuviera un punto de inflación inferior a 38º y que la cura
de destilación quede por debajo de 220ºC el 50% en volumen, 250º para el 90% y el
punto final de ebullición por debajo de los 300ºC.
Generalmente los querosenos se obtienen por destilación directa ya que los que se
obtienen por procedimientos de cracking no son adecuados porque no cumplen con las
especificaciones en cuanto a estabilidad y gomas.
Combustibles para reactores
Estos combustibles se nombran con las letras JP (jet petrol) y van desde el JP1 al JP8
Amplio corte de destilación: son mezclas de gasolinas y querosenos
Estrecho corte de destilación: abarcan entre un 20 – 30% del crudo. Dentro de
éstos tenemos las de un flash point de 38º, que son las que utilizan normalmente
los turborreactores, y luego tenemos las de un flash point más elevado, alrededor
de 60º que son para aviación embarcada.
JP1
Fue el primer combustible para reactores (el JP1 y el JET A1 eran más o menos lo
mismo). Era un combustible que se comportaba satisfactoriamente en cuanto al motor.
Fue desechado porque las posibilidades de obtenerlo eran muy pequeñas (del orden del
5% del crudo) Tenía una baja presión de vapor y un punto de cristalización de -60ºC.
JP2
No se llegó a fabricar nunca ya que resultaba muy cara y el incremento de potencia que
se obtenía era muy pequeño.
JP3
Tenía un amplio corte de destilación (tenía una disponibilidad del 50% del crudo). Al
tener tanta disponibilidad era muy volátil y hay que tener en cuenta que los aviones
vuelan a gran altura donde la presión es muy baja y provoca inestabilidad provocando la
formación de tapones de vapor y pérdidas. Debido a esto se desechó.
Se destilaba a 115ºC el 20% en volumen, a 244ºC el 90% y la presión de vapor era de 5
a 7psi.
JP4
Es menos volátil que el JP3 y es el que se utiliza en la aviación militar. Tiene un 35 –
40% de disponibilidad y una presión de vapor de 2 – 3 psi.
Es adecuado tanto para vuelo subsónico como para supersónico moderado y presenta
buenas características en cuanto a la combustión.
JP5
Es una variedad del JP1 y es especial para aviación embarcada ya que tiene un punto de
inflamación de 60ºC, debido a este punto de inflamación elevado se usa en aviación de
Mach 2, debido al calentamiento del avión. Tiene una disponibilidad del 5%.
JP6
Era un desarrollo del JP5. Se dejó de fabricar porque tenía un punto de inflamación muy
bajo, alrededor de 24ºC.
JP7
Especificación americana MIL-T-38219
Es un proyecto para aviación de Mach 3. Tiene baja presión de vapor (2,7 psi) y una
gran estabilidad térmica a 300ºC.
JP8
Especificación MIL-T-83133.
Es menos volátil que el JP4 y es el que le está sustituyendo
JET B
Era el anterior al JP4. No se utiliza.
JET A
Muy parecido al JP1. No se utiliza
JET A1
Es el que se utiliza en aviación civil. Tiene un punto de cristalización de -47ºC.
Está previsto por la OTAN para todos sus vehículos terrestres.
Es igual que el JP8 pero con los correspondientes aditivos.
Nomenclatura OTAN
JET A1 F35 (aviación civil)
JP4 F40 (aviación militar)
JP5 F44 (aviación embarcada)
JP8 F34 (aviación militar)
25 – 5 - 06
GASOLINAS DE AVIACIÓN
Se tuvieron que adaptar las industrias para poder obtener combustibles para estos
motores.
Al final de la década de los 30 se aprecia el diferente comportamiento
antidetonante en mezclas pobres y ricas para la misma relación de compresión, es
entonces cuando aparecen y se catalogan los diferentes tipos de gasolinas de aviación.
Los tipos de gasolinas que vamos a estudiar serán las gasolinas 80/87, 91/96,
100/130 y 115/145 (numeración obtenida a partir del índice de potencia mecánica)
ahora relegadas a la aviación ligera. Esto lo que provoca es la creación de las gasolinas
130/170 y 200/300, utilizables en motores de reacción.
Composición y principales tipos de hidrocarburos:
Están formadas por hidrocarburos en los que predominan las isoparafinas,
parafinas altamente ramificadas y pequeñas proporciones de hidrocarburos aromáticos.
En concreto:
- Parafinas: (50-60%), lo lleva porque da resistencia a la preignición y da
estabilidad para no desarrollar la tendencia a formar polímeros (p.ej
isoparafinas)
- Compuestos cíclicos de tipo nafteno (no + de 30%) son buenos para
aviación pero no supera el porcentaje indicado debido a su alto coste y a
su bajo calor de combustión (bajo contenido de hidrógeno)
- Aromáticos: (no + de 10%), con buenas cualidades antidetonantes, pero
son caros y tienen un bajo poder calorífico, mal funcionamiento en
mezclas pobres y son caros.
- Olefinas: (está limitado a un 5% por su tendencia a descomponerse en
polímeros)
Por lo tanto, hemos enumerado los aditivos con efectos antidetonantes,
antioxidantes, y nos faltaría nombrar los antidepósitos, que son los encargados de evitar
la aparición de puntos calientes, y la posible preignición.
Los hidrocarburos más abundantes son el isoctano y el isopentano, y como
hemos dicho contiene pequeñas cantidades de aromáticos, así como pequeñas
proporciones de oxígeno y azufre (en cantidades limitadas por normativa internacional)
Tipos principales de gasolinas de aviación: (Fuerzas aéreas británicas hasta 1973)
Grado 73 80/87 (F-
12)
91/96 100/130 (F-
18) 100 LL
115/145 (F-
22)
Plomo
tetraetilo
0 0-0.13 1.05 1.05 1.21
Color Incolora Incolora Azul Verde Verde
Utilización Aviación
Ligera
Aviación
Ligera
Potencias
medias
Transporte
de medio
alcance
Transporte
de largo
alcance
Posteriormente en EEUU, se desarrollo otro tipo, el 108/135 (parecido al 115/145 pero
con 0.8 ml/l de plomo).
En la actualidad solo se usan los siguientes tipos:
- 100LL: Está coloreada de color azul artificialmente. Contiene 0.58 g/l
de plomo tetraetilo. Poder calorífico L=43.2 MJ/kg. Esta gasolina es en
realidad la 100/130.
- 115/145, contiene 1.29 g/l de plomo tetraetilo. Poder calorífico: L=43.9
MJ/kg. Color púrpura.
CARACTERÍSTICAS FÍSICO-QUÍMICAS DE LAS GASOLINAS DE
AVIACIÓN SEP 2002
Propiedades antidetonantes
Se necesitan gasolinas con elevados índices de octano. Por esto al emplear
gasolinas con I.O >100, usamos otra escala llamada índice de potencia mecánica (IPM).
Además puesto que el I.O varía, para la misma relación de compresión, si usamos
mezcla pobre o rica, se obtienen dos valores.
115/145 (p.ej): El primer número indica las características antidetonantes en
mezcla pobre y se obtiene por el método “AVIATION”. Se halla con mezclas pobres
análogas a las condiciones de crucero.
El segundo número nos indica las características antidetonantes con mezcla rica
y sobrealimentada en condiciones de máxima potencia (despegue por ejemplo) y se
obtiene con el método “SUPERCHARGE” o “MOTOR”.
Así para entender la numeración aportada, estudiaremos el caso del ejemplo:
- El 115 significa que en mezclas pobres se obtiene un 15% mas de
potencia que con el isoctano
- Y del mismo modo para mezclas ricas con el 145
Esta escala tiene un valor máximo de 160 con 1.6 cm3 de plomo tetraetilo. Para
valores >160 deberemos utilizar otros combustibles de referencia, como por
ejemplo el triptano (2,2,3 trimetilbutano), menos detonante que el isoctano. Con
0.8 cm3 de plomo tetraetilo y con triptano obtendremos una PMI de 440 PSI, en
cambio con isoctano y con 0.6 cm3 de plomo tendremos 230 PSI.
MÉTODO AVIATION: Regulamos la riqueza de mezcla para que nos de la máxima
temperatura en la cámara tras regular la riqueza, con la ayuda de una bujía térmica y un
termopar, y con esta riqueza variamos la relación de compresión hasta justo antes de
producirse la detonación. Tomamos ese valor de temperatura como la temperatura de la
línea de calibración. Luego introducimos el combustible patrón hasta obtener la misma
temperatura de calibración, variando solo los % de los componentes.
Valores <100,, isoctano + heptano
Valores >100,, isoctano + plomo tetraetilo
MÉTODO SUPERCHARGE O MOTOR: Fijamos una relación de compresión de 7 a
1800 rpm, y para distintas dosificaciones de mezcla, y para distintas dosificaciones
obtenemos diferentes valores de presión media indicada cuando aumentamos la
sobrealimentación hasta que surja una detonación. Con esto obtenemos la gráfica del
carburante del problema, y junto con las dos gráficas patrón (obtenidas ensayando los
patrones del mismo modo) e interpolando máximos obtenemos el plomo tetraetilo. Con
esta cantidad de plomo, volvemos a la gráfica AVIATION y sacamos el IPM.
(¡FALTAN LAS GRÁFICAS DE AMBOS MÉTODOS! Las hizo en la pizarra)
Volatilidad
Los combustibles de aviación tienen menos productos volátiles al principio y
menos productos pesados al final. Su curva de volatilidad tiene un corte mas estrecho.
Tiene menor presión de vapor que las de automoción, por lo que no hay
formación de tapones de vapor. Esta entre 0.38 (en verano) y 0.50 (invierno).
Poder calorífico
Interesa obtener la mayor energía por unidad de peso y volumen:
100LL,, L=10400 kcal/kg
115/145,, L=10500 kcal/kg
Contenido de azufre
No interesa porque produce corrosión en las partes metálicas y de los depósitos.
Está limitado a un 0.05 % en peso.
Punto de cristalización
Hay que tener cuidado puesto que la temperatura disminuye con la altura.
Interesa que cualquier hidrocarburo tenga un punto de cristalización inferior a -60 ºC.
DIFERENCIAS ENTRE LAS GASOLINAS DE AVIACIÓN Y DE
AUTOMOCIÓN (ESTA TAMBIÉN HA CAÑIDO)
1. Las gasolinas de automoción son más volátiles que las de aviación: El intervalo
de destilación es mayor en las gasolinas de automoción, lo que indica que
tenemos productos más ligeros y son más volátiles. Por tanto se pueden producir
pérdidas de presión en conductos y tapones de vapor en el caso de usar gasolina
de automoción en aviación:
Pvautomoción=0.7 kg/cm2
Pvaviación=0.5 kg/cm2
2. Los métodos de valoración de las propiedades antidetonantes son distintos (IO e
IPM): Antes mirábamos estas propiedades fijándonos en mezclas
estequiométricas, y ahora lo miramos con mezclas ricas y pobres.
3. Las gasolinas de aviación tienen mayor estabilidad al almacenamiento que las de
automoción. Las de automoción tienen mayor proporción de olefinas, por lo que
son menos estables. Las olefinas tienen tendencia a la oxidación dando lugar a la
formación de compuestos gomosos. Por eso se limita el contenido de olefinas.
4. Las gasolinas de automoción, por sus hidrocarburos componentes, son más
disolventes de las juntas y los cierres de los motores, por lo que no son
adecuadas para los motores de aviación. Al presentar mayor contenido en azufre
las de automoción, aumenta en estas la corrosividad.
5. Variación en cuanto a la adición de plomo tetraetilo (gasolinas etiladas). A las
gasolinas de aviación se les añade plomo tetraetilo junto con bicloruro de
etileno. En la combustión el plomo se oxida y se produce óxido de plomo que se
coloca en los asientos de las válvulas. Hay que añadir halógenos para que los
óxidos se transformen en haluros de plomo que son más volátiles y se pueden ir
con los gases de escape.
NOTA: Composición de las gasolinas etiladas:
Plomo tetraetilo,, 61.42 %
Dibromuro de etileno,, 35.38 %
Queroseno,, 2.65 % (para estabilizar)
Colorante,, 0.25 %
29 – 05 – 06
COMBUSTIBLES DE TIPO IMPROPIO (TAMBIÉN HA CAÍDO)
Son los combustibles que se utilizan en motores no diseñados para ellos.
El JP4 o el Queroseno no se pueden utilizar en motores alternativos, ni siquiera de
aviación por tener una volatilidad baja y por tanto tienen una vaporización mala en frío
y una mala distribución. En el caso del queroseno, llegamos a la detonación fácilmente.
Se pueden mezclar gasolinas con JP4 o queroseno pero siempre en motores de
baja relación de compresión y que no utilicen gasolinas con plomo.
Se pueden utilizar combustibles de una viscosidad menor en un motor diseñado
para un combustible de una densidad mayor, pero no al reves.
Aún así, hay algún motor por ahí que permite la utilización de JP4 en lugar de
gasolina.
En los combustibles para turborreactor, no hay una unificación, existen 2
criterios:
Criterio Americano: que utilizan combustibles muy volátiles.
Criterio Ingles: que utilizan menos volátiles.
En gasolinas tampoco existe una unificación por motivos económicos.
Un motor que utilice un índice de octano de 90, podemos utilizarlo con uno de
95 sin problemas, pero si contiene plomo, este nos dejará un exceso de residuos. En
cambio si lo hacemos al revés, tendremos problemas de detonación.
En caso de que tengamos que utilizar un combustible de un indice de octanaje
menor, siempre cogeremos como máximo uno que tenga 1 solo grado menos.
COMBUSTIBLES PARA DIESEL
El MEC solo comprime aire y se inyecta el combustible directamente en el
cilindro ya que la temperatura de autoignición del diesel es en torno a los 450ºC.
El gasoil es la fracción más pesada obtenida después del petróleo y lo
utilizaremos en motores de regímenes altos (>1000 rpm) e intermedios (500 – 1000
rpm). Para los mas lentos se utiliza el fuel-oil.
En un motor diesel, la combustión es más lenta (debido al tiempo de inyección),
y el tiempo que transcurre desde que inyectamos el combustible, hasta que se
autoinflama se le llama tiempo de retardo.
La calidad del combustible vendrá determinada en gran medida por ese tiempo
de retardo:
T.R. elevados: Combustible malo, posible detonación diesel, destructivo.
T.R. bajos: Combustible de mejor calidad.
La inyección se regula para conseguir una combustión a P=cte. Y el correcto
funcionamiento de la misma depende de dos factores principales:
Químicos (composición del combustible)
Mecánicos (capacidad de precisión de la inyección).
Proceso de combustión
El periodo de retardo suele estar comprendido entre 2-3 milisegundos, y este
tiempo se emplea en un 10% en la vaporización y mezcla y el resto en la oxidación.
Este periodo se hace más determinante cuanto más rápido es el motor, ya que un
elevado tiempo de retardo implica una acumulación excesiva de combustible lo que
lleva a una combustión incontrolada y muy potente que puede dañar al motor.
El ritmo de subida de la presión dependerá de la cantidad de combustible que
hemos inyectado antes de la ignición del combustible y por tanto depende del tiempo de
retardo.
Un buen combustible tendrá un tiempo de retardo bajo.
Número de cetano
Es un factor que nos da una idea del tiempo de retardo de un combustible. Para
medirlo se hacen experimentos en un motor normalizado de relación de compresión de
7/1 – 40/1, con una temperatura de 98- 102ºC y unas 900rpm. Se toman como
hidrocarburos de referencia el Cetano (que se le otorga un valor de 100) y el
alfametilnaftaleno (que se le da un valor de 0).
Por ejemplo, un motor de indice de cetano de 60, se comporta igual que una
mezcla de 60 partes de cetano y 40 de alfametil.
Proceso de ensayo
Inyectamos 13º antes del PMS.
Lo hacemos a P=cte.
Manteniendo estos 13º jugamos con las mezclas de manera que se consiga 1 punto por
encima y otro por debajo de la relación de compresión.
Son procesos muy costosos que requieren muchos ensayos.
El número de cetano está relacionado con la estructura química del combustible:
Aromáticos, Parafínicos ramificados: Índice bajo
Parafínicos de cadena larga: Índice alto
Olefinas y naftalenos: Índice intermedio.
Los combustibles que tengan índices de octano altos, tendrán índices de cetanos bajos
(y viceversa)
Características de índice de cetano:
Es inversamente proporcional al tiempo de retardo.
Índices altos:
- Buen arranque en temperaturas bajas.
- Aumento progresivo y suave de la presión en el cilindro.
- Aumento del rendimiento del motor.
- Combustión más rápida, menos humos, menos carbón en cabeza de
cilindro y menos lacas en faldas y camisa.
Índices muy altos:
- Tiempo de retardos muy bajos con lo que no se hace una buena
combustión al no conseguirse una buena mezcla. Se produce la
ignición antes de tiempo.
Índices bajos:
- Brusca elevación de presión, detonación.
- Vibraciones, humos que afectan a las articulaciones del motor.
- Baja el rendimiento ya que hay picos de presión en torno a los 230
Kg/cm2 y hay una deformación del ciclo que disminuye el
rendimiento.
Índices muy bajos:
- El combustible está mucho tiempo a elevada temperatura y se destila
produciendo una oxidación destructiva y una dilución del aceite
disminuyendo la lubricación.
Otros factores:
- V de propagación: Si tenemos un índice de cetano alto y una
velocidad pequeña, aparecen muchos residuos.
- Rpm: a bajas rpm, el tiempo de retardo no es muy relevante y
además, al ser normalmente motores más sólidos, aguantan mejor las
posibles detonaciones.
- Situación de inyector, cámara de combustión…. (solo los ha
nombrado, no ha dicho nada de ellos)
Los números de cetano mínimos recomendados son:
45-50 Motores rápidos
35-45 Motores intermedios
25-35 Motores lentos
Para mejorar el índice de cetano se le pueden añadir aditivos al combustible:
- Nitrato de Etilo: un 1% mejora entre 10-12 unidades
- Nitrito de etilo: lo mismo que el anterior.
- Nitrato de amilo: una adición de 0.5-4% mejora entre 10-35 unidades.
- Acetón peróxido: se puede mejorar 10-35 unidades.
Estos son productos difíciles de hallar y caros y además explosivos.
Hoy en día se utiliza uno que también es explosivo, Nitrato de Isoctilo.
Índice de cetano calculado
Con la fórmula de la fotocopia se halla la x (que según Pons es el ICC) y
después se mete en la siguiente fórmula:
2
0.49083 1.06577 0.0010552Icc x x
Y de aquí calculamos el ICC (índice de cetano calculado). Como el error es tan
pequeño se utiliza simplemente la fórmula de la fotocopia tomando como lo que en
realidad es x como Icc.
Existen también Nomogramas que permiten hacer este cálculo para
hidrocarburos de destilación directa y Cracking catalítico, pero no en hidrocarburos
puros o sintéticos.
Índice diesel
La temperatura de anilina e aquella en que 2 volúmenes de anilina y gasoil
permanecen disueltos, por debajo son inmiscibles.Los aromáticos tienen un punto de
anilina bajo y por tanto un indice diesel bajo y por tanto son un combustible peor que
los de cadena larga que ocurre lo contrario.
Ejemplo:
15º
15º
0.8348 141.5131.5 38
73º
38 163.462
100
APIPA C
Indicediesel ID
Propiedades de los combustibles diesel
Poderes caloríficos:
- Gasoleo A: 10500 Kcal/Kg.
- Gasoleo B (tintado): 10500 Kcal/Kg.
- Gasoleo C 10300 Kcal/Kg.
Residuos:
Para prever los residuos, se calcula la cantidad de carbono que tiene el combustible
mediante los índices Conradson y Rombsbottom
Viscosidad:
Da una idea de la capacidad de pulverización de combustible. A mayor viscosidad,
mayor tamaño de gota, mayor energía cinética y mayor penetración (distandia que
penetra el chorro de combustible) lo que produce una mala combustión.
Si la viscosidad es pequeña se vaporiza bien pero si es muy pequeña, se forman dos
zonas en la cámara, una de mezcla rica cerca del inyector y otra de mezcla pobre lo que
perjudica a la combustión.
Por tanto lo ideal es una viscosidad intermedia.
Impurezas:
La principal es el azufre que perjudica tanto en frio como en caliente, ya que el vapor de
agua que se forma en las paredes del cilindro se junta con este formando ácido sulfurico
altamente corrosivo.
El máximo contenido que se permite es 0.05% en gasoleo A y 0.2% en gasoleos B y C.