Combustibles
El combustible es toda aquella sustancia que sea capaz de arder. Por lo tanto se debe de poder combinar con el oxígeno de manera rápida. Además, en el transcurso de la reacción, se va a desprender una gran cantidad de calor.
Por otra parte, el combustible industrial es toda aquella sustancia capaz de arder, siempre que en esa reacción no sea necesario realizar un proceso complicado y caro, y que además el combustible no sirva para algo más rentable o noble.
Estos combustibles se caracterizan por ser mezclas o combinaciones de pocos elementos, en general. La mayor parte de un combustible industrial lo constituyen los elementos combustibles, es decir, carbono, hidrógeno y azufre. El resto son considerados impurezas. Las impurezas siempre originan problemas tecnológicos, y por lo tanto económicos.
Características de un combustible industrial
Las características de un combustible, y en particular las de un industrial, son las que nos van a determinar la posibilidad de utilizar esa sustancia en un momento determinado. Como se puede uno imaginar, una de las propiedades que más interesa de un combustible es su poder calorífico.
miércoles, 28 de noviembre de 2007
viernes, 16 de noviembre de 2007
gasoleo
Gasóleo o Gasoil, mezcla de hidrocarburos obtenida por destilación fraccionada del petróleo crudo. Se emplea como combustible para motores de compresión (diesel) y para la calefacción doméstica.
El proceso básico al que se somete el petróleo crudo en una refinería consiste en separarlo en sus principales componentes por medio de la destilación fraccionada. El gasoil ligero es la fracción que hierve entre 230 y 300 ºC y contiene hidrocarburos con cadenas carbonadas de entre 13 y 17 átomos de carbono. El gasoil pesado es la fracción que hierve entre 300 y 400 ºC y contiene hidrocarburos de hasta 25 átomos de carbono.
En una refinería, el gasoil pasa directamente a los depósitos de almacenamiento, aunque en algunos casos es necesario eliminarle el azufre; en otras ocasiones, parte del gasoil más pesado pasa a la unidad de craqueo catalítico, donde se descompone en gasolina y gas, productos con mayor demanda que el propio gasoil.
El proceso básico al que se somete el petróleo crudo en una refinería consiste en separarlo en sus principales componentes por medio de la destilación fraccionada. El gasoil ligero es la fracción que hierve entre 230 y 300 ºC y contiene hidrocarburos con cadenas carbonadas de entre 13 y 17 átomos de carbono. El gasoil pesado es la fracción que hierve entre 300 y 400 ºC y contiene hidrocarburos de hasta 25 átomos de carbono.
En una refinería, el gasoil pasa directamente a los depósitos de almacenamiento, aunque en algunos casos es necesario eliminarle el azufre; en otras ocasiones, parte del gasoil más pesado pasa a la unidad de craqueo catalítico, donde se descompone en gasolina y gas, productos con mayor demanda que el propio gasoil.
gasolina
Gasolina, mezcla de los hidrocarburos líquidos más ligeros que se usa como combustible en motores de combustión interna. Se produce a través de varios procesos: la destilación fraccionada del petróleo, la condensación o la adsorción de gas natural, la descomposición térmica o catalítica del petróleo o sus fracciones, la hidrogenación de gasógeno o carbón, o a través de la polimerización de hidrocarburos de bajo peso molecular.
Cuando se produce a través de la destilación directa del petróleo bruto, se habla de gasolina de destilación. Ésta se destila normalmente de forma continua en una torre de fraccionamiento (véase Destilación), que separa las partes del petróleo que se mezclan para fabricar gasolina. Las fracciones del petróleo que tienen puntos de fusión más altos se utilizan para fabricar otros productos, como el queroseno, el gasóleo, el aceite lubricante y las grasas. Las partes del petróleo utilizadas en la gasolina hierven y destilan en una gama de temperaturas entre los 38 y los 205 ºC. Según el tipo de petróleo, la cantidad producida de gasolina durante este proceso puede ser de un 1 a un 50%. La gasolina de destilación constituye hoy una pequeña parte de los derivados del petróleo, dado que se obtienen mejores resultados con los procesos de craqueo.
Algunos gases naturales contienen un porcentaje de gasolina natural que puede recuperarse mediante condensación y adsorción. El proceso más habitual para la extracción de este componente consiste en hacer pasar el gas extraído del pozo a través de una serie de torres que contienen un aceite ligero denominado aceite de paja. El aceite absorbe la gasolina, que se destila posteriormente. Otros procesos implican la adsorción de la gasolina con alúmina activada, carbono activado o gel de sílice.
La gasolina de alto grado se consigue mediante un proceso conocido como hidrofinado, es decir, la hidrogenación de petróleo refinado a alta presión y con un catalizador, como por ejemplo el óxido de molibdeno. El hidrofinado no sólo convierte el petróleo de bajo valor en gasolina de mayor valor, sino que al mismo tiempo purifica químicamente el producto eliminando elementos no deseados, como el azufre. El gasógeno, el carbón y el alquitrán de hulla pueden también hidrogenarse para producir gasolina.
Es recomendable utilizar en los motores de alta compresión una gasolina que se queme de manera uniforme y total para prevenir las detonaciones, que son los sonidos y los daños causados por la ignición prematura de una parte del combustible y del aire en la cámara de combustión. Las propiedades antidetonantes de este combustible están relacionadas directamente con su eficiencia y dependen del índice de octano. Este índice indica el rendimiento de un combustible cualquiera comparándolo con el de un combustible que contiene un porcentaje determinado de isooctano (2,2,4-trimetilpentano) y heptano. Cuanto mayor sea este índice, menor es la probabilidad de que el combustible produzca detonaciones. La gasolina obtenida mediante craqueo tiene mejores propiedades antidetonantes que la de destilación, y cualquier gasolina puede mejorarse mediante la adición de sustancias como el tetraetilplomo. Sin embargo, desde que se descubrió que las emisiones de plomo de muchas gasolinas son peligrosas (entre otros efectos, producen el incremento de la presión sanguínea) se ha intensificado la investigación de nuevas formas de reducir su detonación.
La gasolina sin plomo aparece a principios de la década de 1970 como resultado del aumento de la concienciación pública acerca de la contaminación atmosférica. Desde 1975 todos los automóviles nuevos fabricados en Estados Unidos cuentan con catalizadores que reducen las emisiones contaminantes. Dado que el plomo estropea el catalizador, se empezó a producir gasolina sin plomo. Los países más desarrollados han seguido también esta tendencia, sobre todo gravando con impuestos adicionales el uso del combustible con plomo.
Cuando se produce a través de la destilación directa del petróleo bruto, se habla de gasolina de destilación. Ésta se destila normalmente de forma continua en una torre de fraccionamiento (véase Destilación), que separa las partes del petróleo que se mezclan para fabricar gasolina. Las fracciones del petróleo que tienen puntos de fusión más altos se utilizan para fabricar otros productos, como el queroseno, el gasóleo, el aceite lubricante y las grasas. Las partes del petróleo utilizadas en la gasolina hierven y destilan en una gama de temperaturas entre los 38 y los 205 ºC. Según el tipo de petróleo, la cantidad producida de gasolina durante este proceso puede ser de un 1 a un 50%. La gasolina de destilación constituye hoy una pequeña parte de los derivados del petróleo, dado que se obtienen mejores resultados con los procesos de craqueo.
Algunos gases naturales contienen un porcentaje de gasolina natural que puede recuperarse mediante condensación y adsorción. El proceso más habitual para la extracción de este componente consiste en hacer pasar el gas extraído del pozo a través de una serie de torres que contienen un aceite ligero denominado aceite de paja. El aceite absorbe la gasolina, que se destila posteriormente. Otros procesos implican la adsorción de la gasolina con alúmina activada, carbono activado o gel de sílice.
La gasolina de alto grado se consigue mediante un proceso conocido como hidrofinado, es decir, la hidrogenación de petróleo refinado a alta presión y con un catalizador, como por ejemplo el óxido de molibdeno. El hidrofinado no sólo convierte el petróleo de bajo valor en gasolina de mayor valor, sino que al mismo tiempo purifica químicamente el producto eliminando elementos no deseados, como el azufre. El gasógeno, el carbón y el alquitrán de hulla pueden también hidrogenarse para producir gasolina.
Es recomendable utilizar en los motores de alta compresión una gasolina que se queme de manera uniforme y total para prevenir las detonaciones, que son los sonidos y los daños causados por la ignición prematura de una parte del combustible y del aire en la cámara de combustión. Las propiedades antidetonantes de este combustible están relacionadas directamente con su eficiencia y dependen del índice de octano. Este índice indica el rendimiento de un combustible cualquiera comparándolo con el de un combustible que contiene un porcentaje determinado de isooctano (2,2,4-trimetilpentano) y heptano. Cuanto mayor sea este índice, menor es la probabilidad de que el combustible produzca detonaciones. La gasolina obtenida mediante craqueo tiene mejores propiedades antidetonantes que la de destilación, y cualquier gasolina puede mejorarse mediante la adición de sustancias como el tetraetilplomo. Sin embargo, desde que se descubrió que las emisiones de plomo de muchas gasolinas son peligrosas (entre otros efectos, producen el incremento de la presión sanguínea) se ha intensificado la investigación de nuevas formas de reducir su detonación.
La gasolina sin plomo aparece a principios de la década de 1970 como resultado del aumento de la concienciación pública acerca de la contaminación atmosférica. Desde 1975 todos los automóviles nuevos fabricados en Estados Unidos cuentan con catalizadores que reducen las emisiones contaminantes. Dado que el plomo estropea el catalizador, se empezó a producir gasolina sin plomo. Los países más desarrollados han seguido también esta tendencia, sobre todo gravando con impuestos adicionales el uso del combustible con plomo.
miércoles, 7 de noviembre de 2007
GASÓLEOS
El nombre de gasóleo viene dado porque la fracción que se recogía a principios de siglo entre 200 y 400ºC se destinaba a fabricar gas ciudad para alumbrados. Hoy en día esta fracción se usa para combustibles para motores tipo Diesel (encendido por compresión). Tenemos más alta temperatura inicial de destilación (170/180ºC) y también más alta temperatura final de destilación (370/380ºC). Esto quiere decir que los componentes de la fracción gasóleo serán compuestos hidrocarbonados con mayor número de átomos de C en la cadena (C15-C25). Además, aquí los compuestos principales van a ser los de la fracción parafina; en concreto predominan los compuestos parafínicos con cadenas lineales. Tenemos también mayores puntos de ebullición y congelación.
Dependiendo de la naturaleza del crudo, los gasóleos van a tener diferentes porcentajes de aromáticos, parafínicos, querosenos, naftas,... Los procesos de refino van a servir para eliminar algunos de los componentes que no interesan.
Propiedades más importantes
Las propiedades más importantes de los combustibles tipo gasóleo son:
1) Punto de anilina
La definición de esta propiedad ya se ha visto en las gasolinas. Cuanto más alto sea este punto más alto va a ser el porcentaje de parafínicos en el gasóleo. Clasificamos los gasóleos gracias a esta propiedad con el índice de cetano. El índice de cetano está relacionado con la ignición del combustible. La ignición del combustible es muy interesante en los combustibles tipo Diesel, donde no hay chispa para que arda el combustible. Su respuesta a la ignición debe ser buena y la evaluamos por el índice de cetano. La respuesta a la ignición de un combustible se evalua si se da en un tiempo más corto respecto a la inyección.
El número de cetano es el porcentaje de cetano en volumen que contiene una mezcla de alfametilnaftaleno y cetano que presenta el mismo retardo a la ignición que el combustible ensayado, teniendo en cuenta que tenemos que usar el mismo motor y mismas condiciones de operación que en el ensayo
cetano: n hexadecano C16H34 NC=100
alfametilnafteno: NC=0
El cetano es el que tendría una respuesta a la ignición más rápida. La calidad de la ignición de un combustible diesel va a depender de su composición, es decir, de que tenga más parafínicos o más aromáticos.
Si el número de cetano (NC) aumenta, entonces quiere decir que el motor va a arrancar bien a bajas temperaturas; no va a haber golpeteo en la combustión y la combustión se va a mantener regular y suave. Se debe decir el número mínimo de cetano para la obtención de un determinado combustible
La fracción de gasóleo que obtenemos en la destilación del crudo va a tener un número de cetano bajo. Para aumentar el NC usamos los denominado mejoradores de la ignición, que son componentes adicionados en pequeñísimas cantidades, al igual que los aditivos para las gasolinas. Mejoran el NC en la fracción gasóleo, reducen el tiempo de retardo entre la inyección y la ignición del combustible. Los más comunes son los nitratos orgánicos, los peróxidos, los polisulfuros, los aldehídos, cetonas y los éteres muy volátiles.
Los nitratos presentan el problema de que son muy contaminantes. Los peróxidos son explosivos y además caros.
En las destilerías se obtienen gasóleos de destilación directa con un buen número de cetano.
Es posible calcular el índice de cetano téoricamente a partir de la norma ASTM-D976. Se calcula según esta norma en función de la densidad API y de la temperatura a la cual se recoge un 50% del producto (curva de destilación ASTM). Los números de cetano teórico y experimental van a estar bastante próximos. Los gasóleos también se pueden clasificar por el índice diesel, que responde a la siguiente fórmula:
Índice diesel = Punto de anilina (°F) X Gravedad API
Hay una diferencia máxima de 3 puntos entre los 3 métodos (teórico, experimental e índice diesel)
2) Volatilidad
El punto inicial de destilación de la fracción gasóleo está entre 160/190ºC, mientras que el punto final máximo es de 370ºC. El residuo de la destilación va ligado a las colas de destilación, que están formadas por los componentes de la fracción con más átomos de C, los más pesado, lineales. Son los que tienen mayor punto de ebullición y de mayor masa molecular. La pérdida es la fracción que se puede perder en la ebullición por los gases. Se debe cumplir que:
PÉRDIDA = 100-(RECOGIDA+RESIDUO)
3) Agua y sedimentos
Su determinación nos sirve para saber si hay condensación en los tanques en el almacenamiento. El exceso de agua es malo
4) Punto de inflamación
Debe de ser el adecuado
5) Punto de obstrucción del filtro en frío
A baja temperatura, si el porcentaje de parafínico es alto, se formarán cristales parafínicos que obstruyen los filtros, produciéndose una mala canalización del combustible
6) Punto de congelación
Igual que el punto anterior
7) Viscosidad
8) Azufre
Se debe evitar en la medida de lo posible el contenido en azufre, puesto que corroe el equipo y perjudica el medio ambiente
Dependiendo de la naturaleza del crudo, los gasóleos van a tener diferentes porcentajes de aromáticos, parafínicos, querosenos, naftas,... Los procesos de refino van a servir para eliminar algunos de los componentes que no interesan.
Propiedades más importantes
Las propiedades más importantes de los combustibles tipo gasóleo son:
1) Punto de anilina
La definición de esta propiedad ya se ha visto en las gasolinas. Cuanto más alto sea este punto más alto va a ser el porcentaje de parafínicos en el gasóleo. Clasificamos los gasóleos gracias a esta propiedad con el índice de cetano. El índice de cetano está relacionado con la ignición del combustible. La ignición del combustible es muy interesante en los combustibles tipo Diesel, donde no hay chispa para que arda el combustible. Su respuesta a la ignición debe ser buena y la evaluamos por el índice de cetano. La respuesta a la ignición de un combustible se evalua si se da en un tiempo más corto respecto a la inyección.
El número de cetano es el porcentaje de cetano en volumen que contiene una mezcla de alfametilnaftaleno y cetano que presenta el mismo retardo a la ignición que el combustible ensayado, teniendo en cuenta que tenemos que usar el mismo motor y mismas condiciones de operación que en el ensayo
cetano: n hexadecano C16H34 NC=100
alfametilnafteno: NC=0
El cetano es el que tendría una respuesta a la ignición más rápida. La calidad de la ignición de un combustible diesel va a depender de su composición, es decir, de que tenga más parafínicos o más aromáticos.
Si el número de cetano (NC) aumenta, entonces quiere decir que el motor va a arrancar bien a bajas temperaturas; no va a haber golpeteo en la combustión y la combustión se va a mantener regular y suave. Se debe decir el número mínimo de cetano para la obtención de un determinado combustible
La fracción de gasóleo que obtenemos en la destilación del crudo va a tener un número de cetano bajo. Para aumentar el NC usamos los denominado mejoradores de la ignición, que son componentes adicionados en pequeñísimas cantidades, al igual que los aditivos para las gasolinas. Mejoran el NC en la fracción gasóleo, reducen el tiempo de retardo entre la inyección y la ignición del combustible. Los más comunes son los nitratos orgánicos, los peróxidos, los polisulfuros, los aldehídos, cetonas y los éteres muy volátiles.
Los nitratos presentan el problema de que son muy contaminantes. Los peróxidos son explosivos y además caros.
En las destilerías se obtienen gasóleos de destilación directa con un buen número de cetano.
Es posible calcular el índice de cetano téoricamente a partir de la norma ASTM-D976. Se calcula según esta norma en función de la densidad API y de la temperatura a la cual se recoge un 50% del producto (curva de destilación ASTM). Los números de cetano teórico y experimental van a estar bastante próximos. Los gasóleos también se pueden clasificar por el índice diesel, que responde a la siguiente fórmula:
Índice diesel = Punto de anilina (°F) X Gravedad API
Hay una diferencia máxima de 3 puntos entre los 3 métodos (teórico, experimental e índice diesel)
2) Volatilidad
El punto inicial de destilación de la fracción gasóleo está entre 160/190ºC, mientras que el punto final máximo es de 370ºC. El residuo de la destilación va ligado a las colas de destilación, que están formadas por los componentes de la fracción con más átomos de C, los más pesado, lineales. Son los que tienen mayor punto de ebullición y de mayor masa molecular. La pérdida es la fracción que se puede perder en la ebullición por los gases. Se debe cumplir que:
PÉRDIDA = 100-(RECOGIDA+RESIDUO)
3) Agua y sedimentos
Su determinación nos sirve para saber si hay condensación en los tanques en el almacenamiento. El exceso de agua es malo
4) Punto de inflamación
Debe de ser el adecuado
5) Punto de obstrucción del filtro en frío
A baja temperatura, si el porcentaje de parafínico es alto, se formarán cristales parafínicos que obstruyen los filtros, produciéndose una mala canalización del combustible
6) Punto de congelación
Igual que el punto anterior
7) Viscosidad
8) Azufre
Se debe evitar en la medida de lo posible el contenido en azufre, puesto que corroe el equipo y perjudica el medio ambiente
GASOLINAS
Las gasolinas son los primeros combustibles líquidos que se obtienen del fraccionamiento del pretróleo. Tienen componentes hidrocarbonados de C4 a C10 y una temperatura de destilación de entre 30 y 200ºC. Los principales componentes que presenta son un amplico grupo de compuestos hidrocarbonados, cuyas cadenas contienen hasta 10 átomos de carbono. Podemos tener en ella casi todos los compuestos hidrocarbonados que sean téoricamente posibles, como parafinas, cicloparafinas, ciclohexánica, ciclobencénicos,..., al menos en pequeños porcentajes. La fracción principal, sin embargo, va a estar formada por pocos componentes y con muchas ramificaciones, que son los que van a aumentar el octanaje.
De C5 a C9 predominan las 2 metilisómero (CH3) como sustituyente. Como cicloparafinas hay (... ver dibujos...); y en cuanto a los comuestos ciclobencénicos, están el tolueno, dimetil benceno, xilenos.
Lo que ocurre es que según la procedencia del crudo de petróleo, las fracciones gasolina pueden variar la composición (ramificación de los compuestos). Existen, sin embargo, una serie de reglas generales:
Dentro de una fracción gasolina, los 5 tipos de componentes que pueden estar presentes son:
Parafinas normales o ramificadas
Ciclopentano
Ciclohexano
Benceno y sus derivados
Dentro de una clase de gasolinas, la cantidad relativa de los compuestos individuales son de la misma magnitud
La relación entre el contenido en parafinas normales y ramificadas suele tener un valor constante
Clasificación
Respecto a su procedencia: Existen 3 clases de gasolinas
Gasolinas naturales: Es aquella que se produce por separación del gas natural o gas de cabeza de pozo. La composición de esta gasolina varía con respecto al gas natural que lo acompaña. El contenido en hidrocarburos es más bajo que la gasolina de destilación
Gasolinas de destilación directa: Fracción que se obtiene al destilar el crudo de petróleo a presión atmosférica. No contiene hidrocarbonados no saturados de moléculas complejas aromático-nafténicas, puesto que presentan puntos de ebullición más altos que el límite superior del intervalo de ebullición de la gasolina
Gasolina de cracking o refinado: Esta sale a partir de una fracción de corte alto que se somete a otro proceso (cracking), el que se rompen las moléculas más grandes en otras más pequeñas, obteniendo así moléculas que entran dentro de la fracción gasolina. La composición ya no va a ser tan homogénea con en las dos anteriores, y va a depender de la composición incial y del proceso utilizado
Según su utilización
Según su utilización las gasolinas se dividen en gasolinas de automoción y gasolinas de aviación
Gasolinas de automoción. Propiedades más importantes
Las gasolinas de automoción se emplean en los motores de automóviles, de 4 tiempos, encendido por chispa, válvula de trabajo y carburador de aire. También se usa en motores de 2 tiempos y con otro tipo de válvulas. A veces también se inyecta.
La gasolina empleada debe poseer dos características muy importantes:
combustibilidad en el aire
volatilidad
Para asegurar la volatilidad hay que tener en cuenta las propiedades y composición del combustible, diseño del motor y materiales con los que está fabricado. La eficaz utilización de un combustible en un motor depende del diseño del motor (para que haya un mayor rendimiento), de la preparación del combustible para que el motor tenga mayor potencia y rendimiento. Para que esto se cumpla la gasolina que sale directamente de la destilación no tiene estos requisitos, por lo que necesita un tratamiento posterior para que se cumplan esos objetivos. Se deben añadir
aditivos y otros elementos.
La combustión de una gasolina es como la de cualquier combustible líquido, en la cual se va a generar calor y desprender gran cantidad de energía.
La volatilidad se estudia de acuerdo a la curva de destilación ASTM. La volatilidad de una gasolina se defina como la tendencia a pasar a fase vapor en una condiciones determinadas. Para una gasolina concreta nos interesa conocer:
IBP (PIE): punto inicial de ebullición
PFE: punto final de ebullición
punto en el que se recoge: 10% destilado
20% destilado
50% destilado
% total de residuo
% total pérdidas
En el BOE, para la gasolina 97NO nos interesa, además, conocer los siguientes datos:
% recogido a 70ºC
% recogido a 100ºC
% recogido a 180ºC
El estudio de la curva de destilación nos dice como se va a comportar el combustible, la gasolina en este caso, cuando lo metamos en un motor. La gasolina debe tener un punto de destilación bajo, para permitir un buen arranque en frío. Pero después está lo de la presión de vapor Reid. Una excesiva producción de vapor puede producir un tapón de vapor (producción excesiva de vapor a 37,8ºC), de manera que se impide que pase el vapor combustible a la cámara de combustión.
Hay que limitar el punto final de la destilación, porque si el punto final de destilación está muy alto, querrá decir que hay compuestos hidrocarbonados con más de 10 átomos de carbono en una proporción más alta de lo esperado. Conviene que haya poca proporción de hidrocarburos largos, y es por ello que hay que limitar la temperatura final de destilación. Los hidrocarburos más pesados crean las colas, que son perjudiciales, y por ello se limita el porcentaje que puede haber en combustión.
Estabilidad al almacenamiento
Se evalúa por la tendencia que presenta la gasolina a formar gomas. Las gomas son residuos que se forman durante el almacenamiento de las gasolinas cuando parte de sus componentes se han evaporado. Esta evaporación ha transcurrido en contacto con aire y con metales. Estas gomas corresponden a compuestos originales por la oxidación y polimerización de las olefinas (Olefinas≡alquenos, parafinas≡alcanos) y de las gasolinas. Los problemas que pueden originar estos residuos puesen estar en el sistema de combustible o en el motor:
Sistema de combustible: Se deposita como residuo resinoso en la zona caliente de la toma de admisión. Si el residuo se quedara en los vástagos de las válvulas de admisión, incluso puede bloquear su funcionamiento. Si se va aumentando el residuo en capas, puede desprenderse y obturar el sistema de aspiración y filtros
Motor: Obstruye las válvulas. Si se deposita en el colector puede llegar a dar humos en el tubo de escape (pérdida de potencia)
Todo esto se agrava si la gasolian es de cracking y no está bien tratada. Un proble añadido es la propia degradación del combustible, lo que puede llevar a una disminución del nivel de octano, dando mal funcionamiento al motor.
Las gomas se clasifican en:
Actuales: Son aquéllas que están presentes en un momento dado. Pueden dar residuos en el sistema de inducción. Se trata de mirar como se evapora la gasolina cuando hacemos incidir sobre ella agua recalentada a 160ºC
Potenciales: Igual que las actuales, pero en condiciones oxidantes
Tanto las gomas actuales como las potenciales deben estar limitadas para evitar problemas.
Octanaje
Es la medida de la tendencia de la gasolina a la detonación (sonido metálico que percibimos acompañado de recalentamiento, pérdida de potencia). Nos sirve el octanaje para clasificar las gasolinas. Para medirlo se usa un motor de dimensiones especificadas, monocilíndrico, en el que se puede variar su relación de compresión. La escala empleada para la medida del octanaje es totalmente arbitraria pero con dos punto de referencia:
Comportamiento del hepteno: índice 0
Comportamiento del iso-octano: índice 100
El nº de octano es el porcentaje de iso-octano en una mezcla de heptano e iso-octano que presenta las mismas características detonantes que el combustible que estemos ensayando.
Existen dos procedimiento para medir el índice octano:
Método Motor D-2700: Se mide el comportamiento de un motor a ‘gran’ velocidad
Método Research D-2699: Se mide el comportamiento de un motor a baja velocidad
Para las gasolinas de automoción hay tres números de octano:
NOM: Número de octano MOTOR
NOR: Número de octano RESEARCH
RON (RDON): Número de octano en carretera
Como son todas escalas arbitrarias no coinciden los valores entre ellas. Sin embargo, existen relaciones entre las distintas escalas. Se han definido las siguientes magnitudes:
Sensibilidad: S=NOM-NOR
Deprecación en carreterea: D=RDON-NOR
Variación del número de octano:
Los hidrocarburos de cadena ramificada y corta van a tener NOR y NOM muy altos, tanto si son saturados como su presentan dobles enlaces en las moléculas.
Los hidrocaburos aromáticos (cíclicos) también presentan NOR y NOM altos
Los hidrocarburos lineales tienen NOR y NOM bajos
Las cicloparafina y naftnénicos (CH2)N, tienen el número de octano NOR y NOM en una escala intermedia.
Hay que decir que el número de octano no está en proporción con el funcionamiento del motor. El número de octano que va a presentar una gasolina dependerá de la naturaleza y del tipo de cadena que tengan los hidrocarburos. Conviene hidrocarburos con cadenas ramificadas, porque dan mejor número de octano.
Hay una serie de aditivos que nos permiten mejorar el índice de octano de una gasolina, ya que el octano inicial de la curva de destilaciñon no es normalmente suficiente. Los primeros productos ensayados para adicionar a la gasolina fueron el tetraetilo de plomo, el problema está en los residuos que provoca. Se buscaron sustitutos como el plomo tetrametilo. Pero la tendencia actual está en sustituir estos compuestos de plomo por compuesto oxigenados:
Alcoholes: etanol, metanolMetil: metanolMTBEETBETAMEDIPE
Se suele usar varios detonantes a la vez para consiguir las mismas propiedades que se conseguían con el plomo; sin embargo, por ahora el rendimiento no ha llegado a se tan bueno como de los compuestos derivados del plomo.
Gasolinas de aviación
Cada vez tienen menos utlización, debido a la mayor generalización de los turborreactores. La gasolina de aviación es análoga a la de automoción, con la salvedad de que requiere octanjes superiores a 100, ya que se requiere mucha potencia. Para medir el octanaje se usa como patrón una mezcla de iso-octano y plomo tetraetilo. El octanaje será 100 más la cantidad de plomo tetraetilo añadido.
Existen dos escalas para medir el octanaje de la gasolina de aviación:
NOM: D-2700NOP: D-909 (nº de octano de funcionamiento -performing-)
En los aviones, los depósitos van debajo de las alas, y que como suelen volar a altitudes donde las temperaturas son bajas, es muy importante controlar la volatilidad de las gasolinas, para que haya un buen arranque en frío, y también para que la respuesta sea buena: que no se produzca el tapón de vapor, que en el aire podría ser fatal.
Otra característica importante es el punto de cristalización, que es la temperatura a la cual se obtiene el primer compuesto de parafina. La formación de cristales de parafina pueden obturar válvulas de admisión (ver esquema de dispositivo de obtención de punto de cristalización)
Los sólidos totales también pueden llegar a obturar la válvula de suministro del combustible.
La explosividad es una característica que va ligada a los componentes de la fracción y a la volatilidad. Se debe evitar la formación de mezclas explosivas, sobre todo durante el almacenamiento.
La estabilidad al almacenamiento se refiere a la formación de gomas. Es igual que en las gasolinas de automoción, pero varían los límites numéricos. Un problema añadido que se presenta aquí es debido al alto contenido en TEL, lo que puede llevar a una variación de octano por degradación del TEL.
Contaminación por el contenido en Pb: El plomo presenta problemas de contaminación. Además, el TEL es un producto muy tóxico para el hombre, por lo que el personal que maneja el producto debe estar lo mejor entrenado posible.
Contaminación: Se produce sobre todo en los transportes (petroleros,...), cuando se introduce en un tanque mal limpiado un combustible diferente al que había. Esto puede provocar la variación de las propiedades del combustible e incluso su inutilización.
De C5 a C9 predominan las 2 metilisómero (CH3) como sustituyente. Como cicloparafinas hay (... ver dibujos...); y en cuanto a los comuestos ciclobencénicos, están el tolueno, dimetil benceno, xilenos.
Lo que ocurre es que según la procedencia del crudo de petróleo, las fracciones gasolina pueden variar la composición (ramificación de los compuestos). Existen, sin embargo, una serie de reglas generales:
Dentro de una fracción gasolina, los 5 tipos de componentes que pueden estar presentes son:
Parafinas normales o ramificadas
Ciclopentano
Ciclohexano
Benceno y sus derivados
Dentro de una clase de gasolinas, la cantidad relativa de los compuestos individuales son de la misma magnitud
La relación entre el contenido en parafinas normales y ramificadas suele tener un valor constante
Clasificación
Respecto a su procedencia: Existen 3 clases de gasolinas
Gasolinas naturales: Es aquella que se produce por separación del gas natural o gas de cabeza de pozo. La composición de esta gasolina varía con respecto al gas natural que lo acompaña. El contenido en hidrocarburos es más bajo que la gasolina de destilación
Gasolinas de destilación directa: Fracción que se obtiene al destilar el crudo de petróleo a presión atmosférica. No contiene hidrocarbonados no saturados de moléculas complejas aromático-nafténicas, puesto que presentan puntos de ebullición más altos que el límite superior del intervalo de ebullición de la gasolina
Gasolina de cracking o refinado: Esta sale a partir de una fracción de corte alto que se somete a otro proceso (cracking), el que se rompen las moléculas más grandes en otras más pequeñas, obteniendo así moléculas que entran dentro de la fracción gasolina. La composición ya no va a ser tan homogénea con en las dos anteriores, y va a depender de la composición incial y del proceso utilizado
Según su utilización
Según su utilización las gasolinas se dividen en gasolinas de automoción y gasolinas de aviación
Gasolinas de automoción. Propiedades más importantes
Las gasolinas de automoción se emplean en los motores de automóviles, de 4 tiempos, encendido por chispa, válvula de trabajo y carburador de aire. También se usa en motores de 2 tiempos y con otro tipo de válvulas. A veces también se inyecta.
La gasolina empleada debe poseer dos características muy importantes:
combustibilidad en el aire
volatilidad
Para asegurar la volatilidad hay que tener en cuenta las propiedades y composición del combustible, diseño del motor y materiales con los que está fabricado. La eficaz utilización de un combustible en un motor depende del diseño del motor (para que haya un mayor rendimiento), de la preparación del combustible para que el motor tenga mayor potencia y rendimiento. Para que esto se cumpla la gasolina que sale directamente de la destilación no tiene estos requisitos, por lo que necesita un tratamiento posterior para que se cumplan esos objetivos. Se deben añadir
aditivos y otros elementos.
La combustión de una gasolina es como la de cualquier combustible líquido, en la cual se va a generar calor y desprender gran cantidad de energía.
La volatilidad se estudia de acuerdo a la curva de destilación ASTM. La volatilidad de una gasolina se defina como la tendencia a pasar a fase vapor en una condiciones determinadas. Para una gasolina concreta nos interesa conocer:
IBP (PIE): punto inicial de ebullición
PFE: punto final de ebullición
punto en el que se recoge: 10% destilado
20% destilado
50% destilado
% total de residuo
% total pérdidas
En el BOE, para la gasolina 97NO nos interesa, además, conocer los siguientes datos:
% recogido a 70ºC
% recogido a 100ºC
% recogido a 180ºC
El estudio de la curva de destilación nos dice como se va a comportar el combustible, la gasolina en este caso, cuando lo metamos en un motor. La gasolina debe tener un punto de destilación bajo, para permitir un buen arranque en frío. Pero después está lo de la presión de vapor Reid. Una excesiva producción de vapor puede producir un tapón de vapor (producción excesiva de vapor a 37,8ºC), de manera que se impide que pase el vapor combustible a la cámara de combustión.
Hay que limitar el punto final de la destilación, porque si el punto final de destilación está muy alto, querrá decir que hay compuestos hidrocarbonados con más de 10 átomos de carbono en una proporción más alta de lo esperado. Conviene que haya poca proporción de hidrocarburos largos, y es por ello que hay que limitar la temperatura final de destilación. Los hidrocarburos más pesados crean las colas, que son perjudiciales, y por ello se limita el porcentaje que puede haber en combustión.
Estabilidad al almacenamiento
Se evalúa por la tendencia que presenta la gasolina a formar gomas. Las gomas son residuos que se forman durante el almacenamiento de las gasolinas cuando parte de sus componentes se han evaporado. Esta evaporación ha transcurrido en contacto con aire y con metales. Estas gomas corresponden a compuestos originales por la oxidación y polimerización de las olefinas (Olefinas≡alquenos, parafinas≡alcanos) y de las gasolinas. Los problemas que pueden originar estos residuos puesen estar en el sistema de combustible o en el motor:
Sistema de combustible: Se deposita como residuo resinoso en la zona caliente de la toma de admisión. Si el residuo se quedara en los vástagos de las válvulas de admisión, incluso puede bloquear su funcionamiento. Si se va aumentando el residuo en capas, puede desprenderse y obturar el sistema de aspiración y filtros
Motor: Obstruye las válvulas. Si se deposita en el colector puede llegar a dar humos en el tubo de escape (pérdida de potencia)
Todo esto se agrava si la gasolian es de cracking y no está bien tratada. Un proble añadido es la propia degradación del combustible, lo que puede llevar a una disminución del nivel de octano, dando mal funcionamiento al motor.
Las gomas se clasifican en:
Actuales: Son aquéllas que están presentes en un momento dado. Pueden dar residuos en el sistema de inducción. Se trata de mirar como se evapora la gasolina cuando hacemos incidir sobre ella agua recalentada a 160ºC
Potenciales: Igual que las actuales, pero en condiciones oxidantes
Tanto las gomas actuales como las potenciales deben estar limitadas para evitar problemas.
Octanaje
Es la medida de la tendencia de la gasolina a la detonación (sonido metálico que percibimos acompañado de recalentamiento, pérdida de potencia). Nos sirve el octanaje para clasificar las gasolinas. Para medirlo se usa un motor de dimensiones especificadas, monocilíndrico, en el que se puede variar su relación de compresión. La escala empleada para la medida del octanaje es totalmente arbitraria pero con dos punto de referencia:
Comportamiento del hepteno: índice 0
Comportamiento del iso-octano: índice 100
El nº de octano es el porcentaje de iso-octano en una mezcla de heptano e iso-octano que presenta las mismas características detonantes que el combustible que estemos ensayando.
Existen dos procedimiento para medir el índice octano:
Método Motor D-2700: Se mide el comportamiento de un motor a ‘gran’ velocidad
Método Research D-2699: Se mide el comportamiento de un motor a baja velocidad
Para las gasolinas de automoción hay tres números de octano:
NOM: Número de octano MOTOR
NOR: Número de octano RESEARCH
RON (RDON): Número de octano en carretera
Como son todas escalas arbitrarias no coinciden los valores entre ellas. Sin embargo, existen relaciones entre las distintas escalas. Se han definido las siguientes magnitudes:
Sensibilidad: S=NOM-NOR
Deprecación en carreterea: D=RDON-NOR
Variación del número de octano:
Los hidrocarburos de cadena ramificada y corta van a tener NOR y NOM muy altos, tanto si son saturados como su presentan dobles enlaces en las moléculas.
Los hidrocaburos aromáticos (cíclicos) también presentan NOR y NOM altos
Los hidrocarburos lineales tienen NOR y NOM bajos
Las cicloparafina y naftnénicos (CH2)N, tienen el número de octano NOR y NOM en una escala intermedia.
Hay que decir que el número de octano no está en proporción con el funcionamiento del motor. El número de octano que va a presentar una gasolina dependerá de la naturaleza y del tipo de cadena que tengan los hidrocarburos. Conviene hidrocarburos con cadenas ramificadas, porque dan mejor número de octano.
Hay una serie de aditivos que nos permiten mejorar el índice de octano de una gasolina, ya que el octano inicial de la curva de destilaciñon no es normalmente suficiente. Los primeros productos ensayados para adicionar a la gasolina fueron el tetraetilo de plomo, el problema está en los residuos que provoca. Se buscaron sustitutos como el plomo tetrametilo. Pero la tendencia actual está en sustituir estos compuestos de plomo por compuesto oxigenados:
Alcoholes: etanol, metanolMetil: metanolMTBEETBETAMEDIPE
Se suele usar varios detonantes a la vez para consiguir las mismas propiedades que se conseguían con el plomo; sin embargo, por ahora el rendimiento no ha llegado a se tan bueno como de los compuestos derivados del plomo.
Gasolinas de aviación
Cada vez tienen menos utlización, debido a la mayor generalización de los turborreactores. La gasolina de aviación es análoga a la de automoción, con la salvedad de que requiere octanjes superiores a 100, ya que se requiere mucha potencia. Para medir el octanaje se usa como patrón una mezcla de iso-octano y plomo tetraetilo. El octanaje será 100 más la cantidad de plomo tetraetilo añadido.
Existen dos escalas para medir el octanaje de la gasolina de aviación:
NOM: D-2700NOP: D-909 (nº de octano de funcionamiento -performing-)
En los aviones, los depósitos van debajo de las alas, y que como suelen volar a altitudes donde las temperaturas son bajas, es muy importante controlar la volatilidad de las gasolinas, para que haya un buen arranque en frío, y también para que la respuesta sea buena: que no se produzca el tapón de vapor, que en el aire podría ser fatal.
Otra característica importante es el punto de cristalización, que es la temperatura a la cual se obtiene el primer compuesto de parafina. La formación de cristales de parafina pueden obturar válvulas de admisión (ver esquema de dispositivo de obtención de punto de cristalización)
Los sólidos totales también pueden llegar a obturar la válvula de suministro del combustible.
La explosividad es una característica que va ligada a los componentes de la fracción y a la volatilidad. Se debe evitar la formación de mezclas explosivas, sobre todo durante el almacenamiento.
La estabilidad al almacenamiento se refiere a la formación de gomas. Es igual que en las gasolinas de automoción, pero varían los límites numéricos. Un problema añadido que se presenta aquí es debido al alto contenido en TEL, lo que puede llevar a una variación de octano por degradación del TEL.
Contaminación por el contenido en Pb: El plomo presenta problemas de contaminación. Además, el TEL es un producto muy tóxico para el hombre, por lo que el personal que maneja el producto debe estar lo mejor entrenado posible.
Contaminación: Se produce sobre todo en los transportes (petroleros,...), cuando se introduce en un tanque mal limpiado un combustible diferente al que había. Esto puede provocar la variación de las propiedades del combustible e incluso su inutilización.
martes, 6 de noviembre de 2007
Gasolina
«Nafta» redirige aquí. Para el bloque comercial véase Tratado de Libre Comercio de América del Norte.
Gasolinera en Alemania
La gasolina (en Argentina y Uruguay se conoce como nafta, en Chile como bencina) es una mezcla de hidrocarburos derivada del petróleo que se utiliza como combustible en motores de combustión interna.
Tiene una densidad de 720 g/L (un 15% menos que el gasoil). Un litro de Gasolina tiene una energía de 34,78 Megajulios, aproximadamente un 16% menos que el gasoil, que posee una energía de 40,9 megajulios por litro de carburante.
Fabricación y distribución
La gasolina se obtiene del petróleo en una refinería. En general se obtiene a partir de la nafta de destilación directa, que es la fracción líquida más ligera del petróleo (exceptuando los gases). La nafta también se obtiene a partir de la conversión de fracciones pesadas del petróleo (gasoil de vacío) en unidades de proceso denominadas FCC (craqueo catalítico fluidizado) o hidrocráquer.
Deben cumplirse una serie de especificaciones requeridas para que el motor funcione bien y otras de tipo ambiental, ambas reguladas por ley en la mayoría de los países. La especificación más característica es el número de octano (MON, "motor octane number", RON "research octane number" o el promedio de los anteriores), que indica su tendencia a detonar.
Hay distintos tipos de gasolinas comerciales, clasificadas en función de su número de octano. La gasolina más vendida en Europa (2004) tiene un MON mínimo de 85 y un RON mínimo de 95.
Gasóleo
El gasóleo, también denominado gasoil o diésel, es un líquido de color blancuzco o verdoso y de densidad sobre 850 kilogramos por metro cúbico, compuesto fundamentalmente por parafinas y utilizado principalmente como combustible en motores diésel y en calefacción.
Cuando es obtenido de la destilación del petróleo se denomina petrodiésel y cuando es obtenido a partir de aceites vegetales se denomina biodiésel.
El biodiésel es un biocombustible sintético líquido que se obtiene a partir de lípidos naturales como aceites vegetales o grasas animales, nuevos o usados, mediante procesos industriales de esterificación y transesterificación, y que se aplica en la preparación de sustitutos totales o parciales del petrodiésel o gasóleo obtenido del petróleo.
El biodiésel puede mezclarse con gasóleo procedente del refino de petróleo en diferentes cantidades. Se utilizan notaciones abreviadas según el porcentaje por volumen de biodiésel en la mezcla: B100 en caso de utilizar sólo biodiésel, u otras notaciones como B5, B15 ó B30 en las que el número indica el porcentaje por volumen de biodiésel en la mezcla.
El aceite vegetal, cuyas propiedades para la impulsión de motores se conocen desde la invención del motor diésel gracias a los trabajos de Rudolf Diesel, ya se destinaba a la combustión en motores de ciclo diésel convencionales o adaptados. A principios del siglo XXI, en el contexto de búsqueda de nuevas fuentes de energía y la creciente preocupación por el calentamiento global del planeta, se impulsó su desarrollo para su utilización en automóviles como combustible alternativo a los derivados del petróleo.
El biodiésel descompone el caucho natural, por lo que es necesario sustituir éste por elastómeros sintéticos en caso de utilizar mezclas de combustible con alto contenido de biodiésel.
El impacto ambiental y las consecuencias sociales de su previsible producción y comercialización masiva, especialmente en los países en vías de desarrollo o del Tercer Mundo es objeto de debate entre los especialistas y los diferentes agentes sociales y gubernamentales internacionales.
«Nafta» redirige aquí. Para el bloque comercial véase Tratado de Libre Comercio de América del Norte.
Gasolinera en Alemania
La gasolina (en Argentina y Uruguay se conoce como nafta, en Chile como bencina) es una mezcla de hidrocarburos derivada del petróleo que se utiliza como combustible en motores de combustión interna.
Tiene una densidad de 720 g/L (un 15% menos que el gasoil). Un litro de Gasolina tiene una energía de 34,78 Megajulios, aproximadamente un 16% menos que el gasoil, que posee una energía de 40,9 megajulios por litro de carburante.
Fabricación y distribución
La gasolina se obtiene del petróleo en una refinería. En general se obtiene a partir de la nafta de destilación directa, que es la fracción líquida más ligera del petróleo (exceptuando los gases). La nafta también se obtiene a partir de la conversión de fracciones pesadas del petróleo (gasoil de vacío) en unidades de proceso denominadas FCC (craqueo catalítico fluidizado) o hidrocráquer.
Deben cumplirse una serie de especificaciones requeridas para que el motor funcione bien y otras de tipo ambiental, ambas reguladas por ley en la mayoría de los países. La especificación más característica es el número de octano (MON, "motor octane number", RON "research octane number" o el promedio de los anteriores), que indica su tendencia a detonar.
Hay distintos tipos de gasolinas comerciales, clasificadas en función de su número de octano. La gasolina más vendida en Europa (2004) tiene un MON mínimo de 85 y un RON mínimo de 95.
Gasóleo
El gasóleo, también denominado gasoil o diésel, es un líquido de color blancuzco o verdoso y de densidad sobre 850 kilogramos por metro cúbico, compuesto fundamentalmente por parafinas y utilizado principalmente como combustible en motores diésel y en calefacción.
Cuando es obtenido de la destilación del petróleo se denomina petrodiésel y cuando es obtenido a partir de aceites vegetales se denomina biodiésel.
El biodiésel es un biocombustible sintético líquido que se obtiene a partir de lípidos naturales como aceites vegetales o grasas animales, nuevos o usados, mediante procesos industriales de esterificación y transesterificación, y que se aplica en la preparación de sustitutos totales o parciales del petrodiésel o gasóleo obtenido del petróleo.
El biodiésel puede mezclarse con gasóleo procedente del refino de petróleo en diferentes cantidades. Se utilizan notaciones abreviadas según el porcentaje por volumen de biodiésel en la mezcla: B100 en caso de utilizar sólo biodiésel, u otras notaciones como B5, B15 ó B30 en las que el número indica el porcentaje por volumen de biodiésel en la mezcla.
El aceite vegetal, cuyas propiedades para la impulsión de motores se conocen desde la invención del motor diésel gracias a los trabajos de Rudolf Diesel, ya se destinaba a la combustión en motores de ciclo diésel convencionales o adaptados. A principios del siglo XXI, en el contexto de búsqueda de nuevas fuentes de energía y la creciente preocupación por el calentamiento global del planeta, se impulsó su desarrollo para su utilización en automóviles como combustible alternativo a los derivados del petróleo.
El biodiésel descompone el caucho natural, por lo que es necesario sustituir éste por elastómeros sintéticos en caso de utilizar mezclas de combustible con alto contenido de biodiésel.
El impacto ambiental y las consecuencias sociales de su previsible producción y comercialización masiva, especialmente en los países en vías de desarrollo o del Tercer Mundo es objeto de debate entre los especialistas y los diferentes agentes sociales y gubernamentales internacionales.
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