Para el mejor ahorro de combustible y principalmente para mejorar las características ambientales de nuestro querido Ecuador, es importante conocer las características de los combustibles que debemos utilizar en nuestros vehículos. Para el Fiat Spazio 1.3 de motor Fiat-Lancia para Brasil, recomiendo gasolina Super aditivado con elevador de octanaje debido a su alta relación de compresión. Esto tomando en cuenta que una gasolina extra de 80 octanos dañaría el motor por las constantes contraexplosiones a temperatura alta, además el elevador de octanaje le ayuda a la gasolina super de 87 octanos a intentar alcanzar los 116 octanos del Etanol. A esto debo sugerir que el peor daño que puede ocurrir es el sobrecalentamiento del motor, o el mayor desembolso por el combustible, pero no es mayor cosa.

Por otro lado, todos los técnicos de motores térmicos sabemos cuan importante es el número de octano del combustible que utilizamos en nuestros vehículos a gasolina, así mismo, es necesario saber cual es el número de cetano utilizado en nuestros motores diesel (el porcentaje de azufre y composición), y es sabido que nuestro país tiene de los peores diesel de América (solo superado por Bolivia); sin embargo, es increíble que no existe control o concordancia entre los combustibles disponibles en el mercado y las necesidades de los motores, este desconocimiento obliga a los técnicos a realizar ajustes adicionales a los sistemas de inyección e ignición para lograr un buen rendimiento.

En el caso del Spazio 1.3; portador de un motor de alta relación de compresión, de características del cilindro Diámetro mayor a la Carrera (cuadrado, tendiente a motor supercuadrado ó corto), resulta necesario cargar la mezcla con gasolina super (a pesar de ser un motor a carburador), lo que a su vez genera cierta perdida de eficiencia a bajas temperaturas, mas es necesario, para no tener problemas de contraexplosiones a altas temperaturas provocadas por alto tráfico urbano y recorrido normal. A continuación describo algunas características y conocimientos importantes.



PRINCIPALES COMBUSTIBLES UTILIZADOS EN MOTORES
DE COMBUSTIÓN INTERNA

El petróleo es una compleja solución principalmente de hidrocarburos y compuestos que contienen nitrógeno, oxígeno y azufre; la mayoría de los petróleos también contienen mínimas cantidades de níquel y vanadio. Todo esto hace que se difieran sus propiedades físicas y químicas entre crudos ligeros y crudos asfálticos más pesados.

carbono 83-87%
oxígeno 0.1-1.5%
hidrógeno 10-14%
Azufre 0.1-0.5%
nitrógeno 0.1-1.5%
metales (niquel-vanadio) 10-500 ppm

El petróleo no se usa como combustible porque es más valioso refinado, en obtención de productos.

El crudo puede separarse en fracciones equivalentes por destilación, en el rango de ebullición para gasolina, querosín, gasoleo (diesel), aceite, lubricante y residuo. Mediante craqueo térmico o catalítico, se puede convertir querosín o gasoleo o el residuo en gasolina o fracciones de punto más bajo de ebullición y coque residual.

Se puede utilizar reformación catalítica, la isomerización, alquilación, polimerización, hidrogenización y combinaciones de estos procesos catalíticos para mejorar los productos intermedios de la refinación y obtener bases de gasolinas mejoradas o destilados.

Los productos terminados son mezclas de estos productos básicos más ciertos aditivos.

Gráfico1: Curvas representativas de destilación.

LA GASOLINA

Es una mezcla compleja de hidrocarburos destilada dentro de los límites de 100 a 400 ºF. Las gasolinas comerciales son mezclas entre gasolinas de destilación directa, craqueadas, reformadas y naturales. Entre 7 y 11 átomos de carbón.

- Gasolina de destilación directa.- se recupera del petróleo crudo por destilación. Contiene gran proporción de hidrocarburos normales de serie parafínica; su número de octano es demasiado bajo para ser usado en motores modernos y debe ser reformada y mezclada con otros productos para mejorar sus propiedades de combustión.
- Gasolina craqueada.- se fabrica al calentar bajo presión las fracciones de destilación de petróleo crudo o los residuos o calentando estos con o sin presión en presencia de un catalizador. Los hidrocarburos más pesados se rompen en moléculas más pequeñas, algunas de las cuales se destilan en el rango y como gasolinas. El número de octano de la gasolina craqueada es superior al de la destilación directa.
- Gasolina reformada.- se obtiene haciendo pasar fracciones de gasolina sobre catalizadores, de manera que los hidrocarburos de bajo número de octano experimenten un reordenamiento molecular que originen componentes de alto octanaje. Como catalizador se emplea platino y otros metales depositados sobre una base de sílice y alumina o ambos.
- Gasolina natural.- Obtenida del gas natural por licuefacción de constituyentes que hierven en el rango de las gasolinas, ya sea por compresión y enfriamiento o por absorción en aceite. Esta gasolina es demasiado volátil para uso general, mas se le puede impartir características apropiadas mediante destilación o mezcla; la mezcla con gasolinas ajusta su volatilidad y se adapta mejor a las condiciones climáticas.

La hidrogenación catalítica.- Mejora el grado de las gasolinas y los básicos del craqueo (el número de octano, elimina el azufre y el nitrógeno, incrementa la estabilidad en almacenamiento), con el fin de mezclarlos o someterlos a una refinación posterior.

Sus principales características son: volatilidad, calidad contra golpeteo (detonación) y antidetonante (valores de octanaje). La volatilidad es la facilidad con la cual se vaporiza, para que no entren gotas de gasolina líquida en los cilindros, pues estas lavan el aceite de las paredes. En las refinerías, la gasolina se hace más volátil para climas fríos y menos volátil para calientes. La calidad contra golpeteo determina si existirá una combustión normal o anormal en el cilindro; El golpeteo por chispa o la detonación puede causar graves daños al motor, ya que los golpes sobre el pistón a más de una perdida de potencia, ejercerán una elevada carga sobre los cojinetes y otros componentes, como consecuencia los pistones pueden astillarse y romperse. Una detonación severa puede llevar a una preingnición sin control que a la vez sobrecalienta y puede hacer perforaciones en los pistones.

La detonación también puede causarse por factores mecánicos, mezclas pobre o excesos de depósitos de carbón, la forma de la cámara de combustión entre otras, esto puede ser solucionado utilizando un combustible de mayor octanaje.

Aquí, es importante aclarar que la detonación (golpeteo metálico o cascabeleo) es una segunda explosión, no controlada, de mezcla en la cámara de un motor encendido por chispa, que se presenta una vez que la chispa ha ocurrido en la bujía. La preignición (ignición superficial) es la ignición de la mezcla antes de que ocurra la chispa en la bujía, causada por una válvula de escape o bujía caliente, depósitos de carbón; esto causa retumbos en el motor con sonido de golpe sordo no agudo.


La gasolina es llamada también bencina, nafta. La energía de 1lt es 34, 78 Mega Julios (48,31 MJ/kg). Peso específico de la super es o,73- 0,76 kg/dm3 y de 0,71-0,74 para la normal. Su densidad es 720gr/L. La temperatura de inflamación aproximada es 380ºC, la propagación de llama es rápida con una combustión más corta.

Propiedades y especificaciones de las gasolinas para motores (ASTM D129)
Se consideran cinco clases de volatilidad de la misma, se indican los requerimientos de índice antidetonante (se debe tomar en cuenta el clima y la altitud):
Clase A.- baja volatilidad, para minimizar el cierre de vapor originado por la formación excesiva de vapor durante su uso en lugares cálidos.
Clase E.- alta volatilidad, para arranque fácil en clima frío.
Otras clases, son de volatilidad intermedia

Gráfico 2: Especificaciones de gasolinas (ASTM D439)

Gráfico 3: requisitos antidetonantes de gasolinas

Características antidetonantes (ASTM D439)

Limita la salida de potencia del motor y la economía de combustible. Se define como el promedio entre el número de octano de investigación (ROM, research octane number) y el del motor (MON, motor octane number).

ROM.- Es una medida de comportamiento antidetonante en condiciones de funcionamiento suaves con velocidades de bajas a medias del motor.
MON.- indicativo de comportamiento antidetonante en condiciones severas de aceleración de potencia con velocidades de motor relativamente altas.
Con ambos números se puede obtener (traducir) una correlación aproximada para determinar el número de octano de carretera.
Ecuador extra 80 0ctanos y 87 Super (revista Carburando 04-04-2009 pag.7)
Ordinaria 89-92
Super 97-99
Euro-super 99
Euro super plus 98
En españa la extra es de 95-98 y la super de 97 oct.
En Bolivia utilizan 85 octanos

Aditivos para gasolina para motores

Las ventajas de usar aditivos químicos para mejorar el comportamiento de la gasolina es un medio para alcanzar altas niveles de calidad. El TETRAETILO DE PLOMO (TEL, tetroethyllead), empleado desde 1950 puede mejorar las características de combustión con gran costo ecológico. Desde 1960 se usan mezclas con TETRAMETILO DE PLOMO y otros productos alquílicos de plomo muy contaminantes. Los compuestos de plomo se añaden como un fluido que también contiene dibromuro de etileno y dicloruro de etileno como depuradores, los cuales provocan la volatización de los compuestos de plomo y que estos salgan por el escape, estos son altamente tóxicos (mayor octanaje=mayor contenido de plomo 2.5 g/gal.) no deben ser utilizados sino solo para motores, además disminuyen la vada del catalizador. El la actualidad se usa gasolina sin plomo, con octanaje aceptable. ASTM D439 define el contenido máximo de plomo para
combustibles sin plomo
bajo contenido de plomo
contenido convencional de plomo
Nota: se supone que el plomo también lubrica los asientos de válvula.

Se emplean COMPUESTOS DE FÓSFORO para reducir el ensuciamiento de las bujías, modificar la formación de depósitos en las cámaras de combustión y eliminar los problemas de encendido superficial.

Otros ADITIVOS incluyen antioxidantes para inhibir la formación de gomas, desactivadores de metales para reducir el efecto catalítico de los iones cobre, inhibidores de la corrosión y agentes anticongelantes, detergentes para el carburador y controles de depósitos en las válvulas de admisión.

GASOLINAS PARA AVIACIÓN

las gasolinas para motores de pistón de los aviones tiene grado de ebullición mas angosto (menor número de componentes de bajo y de alto punto de ebullición). Los componentes de bajo punto de ebullición se eliminan para evitar el cierre de vapor, prevenir la formación de hielo en el carburador y reducir las pérdidas por evapración en tierra y en el aire. La eliminación de componentes de alto punto de ebullición es para lograr una mejor distribución hacia los cilindros y reducir la dilución en el cárter.
Tres grados de gasolinas de aviación:

Gráfico 4: Gasolinas para aviación (ASTM D910)



Especificaciones:

Gráfico 5: Especificaciones de Gasolinas para aviación (MIL G 5572E)

GASOLINA PARA MOTORES A CHORRO O TURBINAS DE AVIACIÓN

éstos no están limitados por requerimientos antidetonantes (no pueden ser usados en motores de pistón), tienen rangos de ebullición más amplios (gasolina y querosina) para suministrar una mayor disponibilidad.


QUEROSINA (cocinetas, iluminación, calefacción)

Pruebas de calidad:
Menos volátil que la gasolina
punto de inflamación más alto, min. 115ºF (mayor seguridad en su manejo)
Gravedad específica, color, olor, rango de destilación máx. 572ºF, contenido de azufre máx. 0.13% y calidad de combustión.
Se trata con ácido sulfúrico, que disminuye los aromáticos que queman con llama humeante.

GASOLEO (combustible para quemadores, diesel, desintegradores catalíticos)

Destilados cuya ebullición esta entre la querosina y los aceites lubricantes.

El gas-oil se enciende espontáneamente a 280ºC, su densidad es 15% mayor al de la gasolina 850 gr/L. Su energía es de 38,65 MJ/L ó 45,47 MJ/kg

Combustible DIESEL (ASTM D975 define tres grados)

Se obtiene a partir del gasóleo (15-18 átomos de carbono), contiene hidrocarburos más livianos al de la gasolina, es más pesado y aceitoso. Los motores se diseñan para 40-55 de índice cetano. México y Japón usan indices de 52-55 cetano, mientras que Canadá usa índice 44. Para aplicaciones marinas debe cumplir requisitos especiales

Gráfico 6: Especificaciones para combustibles diesel

Grado 1D.- volátil para motores que requieren cambios frecuentes de velocidad y de carga.
Grado 2D.- volatilidad más baja para motores en servicio industrial y móvil de tipo pesado.
Grado 4D.- para motores de velocidad baja y media

Tipo C-B: aceites combustibles diesel para autobuses destinados a las ciudades y operaciones similares.
Tipo T-T: Combustibles para motores diesel de camiones de carga, tractores y servicio militar.
Tipo R-R: Combustibles para motores diesel de ferrocarril.
Tipo S-M: Combustibles destilado pesado y residual para motores diesel estacionarios grandes y aplicaciones marinas.

Número de cetano (retraso en el encendido)
Los motores Diesel son diseñados para índices de 49-55.
Este número, se determina por una prueba en motor ASTM D613, o puede calcularse un valor aproximado denominado “indice de cetano” ASTM D976 para combustibles sin mejoradores de cetano. Los mejoradores de cetano son los nitratos de alquilo.

Combustible para turbinas de gas (ASTM D2880)
Cinco grados 0-GT hasta 4-GT, según los tipos de servicio y de motor.

Combustóleos (ASTM D396)

Desde aceite Nº1 (combustible para quemador = diesel Grado 1-D)hasta Nº6 (requiere precaletamiento)

Límite de contenido de azufre (ASTM D396)

De acuerdo a normas legales del lugar donde se utilizará. El N1 Y Nº2 hasta0.5%


COMBUSTIBLES GASEOSOS

GAS NATURAL.- en yacimientos subterráneos por separado o asociado al petróleo crudo.
GAS FABRICADO.- obtenido a partir de materiales sólidos, líquidos o gaseosos como la hulla (gas de retorta, gas natural sustituto), coque (gas de horno), petróleo o el gas natural.
GAS MIXTO (poder calórico más alto).- Al agregar gas natural o gas licuado del peroleo a un gas fabricado.

Gráfico 7: Composición de los gases naturales.

Gas Licuado de Petróleo ASTM D1835 (LPG, liquefield petroleum gas)

De 113 octanos, es una mezcla de hidrocarburos que contiene propano, butano (extraídos del petróleo crudo o de gas natural), isobutano y en menor grado propileno y butileno.

El propano de servicio especial para motores y otras aplicaciones especiales se describe en la ASTM D1835.

Butano en mezcla menor al 50% de propano (60% propano + 40% butano)

Gráfico 8: Especificaciones del gas licuado de petróleo.

Gráfico 9: Inflamabilidad de gases en el aire

Gráfico 10: Velocidad de la flama en mezclas aire gas


Gas natural comprimido GNC
Tiene ausencia de plomo y benceno provocando mayor duración del motor, aumenta la temperatura del motor en 4-5ºC pero disminuye la potencia respecto a la gasolina. El gas natural comprimido tiene un octanaje de 113. Se necesita casi 4 galones de CNG (en ingles) para suministrar la energía de 1 galón de gasolina.

1 metro cúbico de GNC equivale a 1,138 lts de gasolina, 1,025 lts de gasoil.

Gas natural licuado GNL (de 110 octanos)


COMBUSTIBLES SINTÉTICOS
gráfico 11


METANOL (CH3OH)

De 104 octanos, es un combustible del alcohol, se usa con gasolina, alcanza temperaturas elevadas. Su mayor producción es utilizando el gas natural como insumo. La razón para producir metanol con un insumo diferente al petróleo como el carbón o la biomasa es por el alto coste de importación de petróleo.

Su poder calorífico es menor al de la gasolina en 55%, lo que provoca un mayor consumo de combustible. El metanol puro necesita una relación aire combustible de aproximadamente 6.4:1

El combustible del metanol actualmente utilizado es M-85 y se programa uno más limpio M-100. La mezcla ordinaria es 85% metanol y 15% gasolina.

El metanol también se puede obtener a partir de un eter, MTBE (metilterbutileter) que está mezclado con gasolina para reforzar el octanaje y crear gasolina oxigenada.

El metanol, es metano con una molécula de hidrógeno reemplazada por un radical hydroxyl (oh). El etanol y metanol como combustibles tienen similares características físicas y químicas.


He escuchado de kits agua/methanol (más barato y seguro que el NO2, y el agua es destilada) el methanol agrega unos 10 hp's pero tiene otras ventajas grandes para motores turbo-cargados, comparado con el nitro te agrega de 40 a 70 hp's hasta 100 (4 cilindros normalmente se permite un máximo de 40 a 60 EXTRA HP, 6 cilindros un extra de 75 a 100 HP) pero se necesita de modificaciones internas costosas. El metanol debe ser combinado con un control de boost y adelanto tiempo de encendido.

Por otro lado vehículos especiales como elicopteros (tienen los mismos motores black hope/apache creo que así se escribe?) o vehículos de competición de agua y carretera utilizan en sus motores el combustible denominada nitrometano o nitrometadona. Se dice que el vapor del metanol se inflama a diez grados y son muy cancerígenos


ETANOL (alcohol del etilo, alcohol de grano, ETOH)

Se usa sólo o con gasolina (Gasohol). Es un líquido claro, incoloro con un olor característico agradable. En solución con agua es de sabor dulce u ardiente. Etanol CH3-CH2OH , es un alcohol, perteneciente al grupo de compuestos químicos cuyas moléculas contenga un grupo del hydroxyl, -OH, unido a un átomo de carbono. Temperatura de inflamación aproximada de 460ºC. El etanol puro requiere una relación aire combustible de 9:1, mientras que la gasolina requiere una relación de 14.7:1.

Puro posee de 116 AKI, 129 RON de octanaje, es el alcohol etílico de maíz o de caña de azúcar (entre otros), su desventaja radica en el 40% de menor autonomía que en un motor a gasolina. Su poder calorífico es 26,8 MJ/Kg. Se hace a partir de un eter del ethyltertiary (ETBE), con propiedades de oxigenación de gasolina y combustibles reformulados. El etanol es etano con una molécula de hidrógeno reemplazada por un radical de hidroxyl.

Dos mezclas altas de etanol, E-85 y E-95 se encuentran en estudio para aplicación pero necesitan de modificaciones en los motores tradicionales, la mayoría de motores con mezcla E-10 no necesita modificaciones en cuanto a relación de compresión.

Vea también: http://es.wikipedia.org/wiki/Etanol_(combustible)

P-SERIE es un combustible alternativo. Son mezclas de etanol, methyltetrahydrofuran (MTHF), y pentanos mezclados con butano (hidrocarburo), que soportan bajas temperaturas. Se anticipa que el etano y MTHF serán derivados de recursos renovables como biomasa de la celulosa que puede obtenerse de desechos de papel, madera desechada, desperdicios agrícolas; usar pentanos derivados del procesamiento de gas natural.

BIODIESEL

Elaborado de fuentes renovables (como aceites vegetales), proporciona una reducción de hidrocarburos no quemados, monóxido de carbono y residuos de combustión, oxido de nitrógeno, emisiones de carbón sólido por ser una combustión más completa.

Elimina los compuestos de azufre por no contener este. Amigable con el catalizador y trampas y equipos para recirculación de gases de escape. Su número de cetano es de 48-55, mientras que el diesel común es 40-55. Su relación aire combustible es 13.8, mientras que el diesel es 15. Su punto de inflamación es más alto 100-170ºC para un 60-80 del diesel. 37,700 PCI (kJ/kg) para un 41,860 del diesel normal.






Bibliografía: MANUAL DEL INGENIERO MECÁNICO, E.A. Avallone – Theodore Baumeister III, Tomo I, Tercera edición en español, McGraw-Hill.

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