(LOS COMBUSTIBLES EN AUTOMOCIÓN)

1

COMBUSTIBLES UTILIZADOS EN LOS MOTORES

DE COMBUSTIÓN INTERNA

2

EL ORIGEN DEL CARBURANTE

La mayoría de los carburantes provienen del petróleo, producto creado a partir de la descomposición de microorganismo hace millones de años.

El petróleo está compuesto casi exclusivamente de hicrocarburos cuyos únicos elementos constitutivos son:

- El carbono, de masa atómica 12 - El hidrogeno de masa atómica 1

El Refinado

El refinado del petróleo permite obtener una cantidad de productos de propiedades físico-quimicas muy diversas debido a la gran variedad de estruturas moleculares presentes en el petróleo

1.- DESTILACIÓN ATMOSFERICA

La destilación atmosférica permite la separación de los componentes del petróleo bruto en elementos que conducen al producto terminado.

Los distintos componentes se separan mediante destilación fraccionada con los siguientes intervalos de temperatura (variables al variar el aceite crudo):

Gasolina cruda hasta 200º C. Petróleo de 180º C a 280º C. Naftas de 280º C a 360º C. Aceite lubricante más de 360º C.

Resinas y asfaltos constituyen los residuos de la destilación.

3

2.- DESTILACIÓN EN VACIO

Esta operación permite la separación de los productos pesados.

3.- DESTILACIÓN BAJO PRESIÓN

Cracking y reforming, procesos en los que se rompe la estructura molecular de productos que de otra forma se considerarían residuos y de los que sin embargo se extraen una considerable cantidad de productos válidos para la industria.

El contenido de gasolina cruda en el aceite mineral no supera en general el 25% y en cualquier caso es insuficiente para las necesidades mundiales que aumentan cada vez más.

Para aumentar el porcentaje de gasolina que puede obtenerse del crudo en las refinerías se recurre a toda una serie de procedimientos técnicos y termo-catalíticos que dan óptimos resultados cuantitativos y cualitativos.

Entre estos procesos, los más importantes son: el craqueo (o cracking), la polimerización, la hidrogenación y la alquilación

CRAQUEO O CRACKING

Los procesos de craqueo se basan en el fraccionamiento de las moléculas más grandes de los hidrocarburos, que constituyen las fracciones menos volátiles, mediante temperaturas y presiones relativamente elevadas, con o sin catalizador. El reformado (reforming) es un craqueo aplicado a las gasolinas de primera destilación y al gasoil, mientras el craqueo propiamente dicho afecta exclusivamente al aceite crudo. Sin entrar en detalles, es interesante subrayar que, con distintos procedimientos, se pueden obtener cantidades elevadas en gasoil partiendo del crudo y en carburantes de N.O. (número de octano) elevado partiendo del crudo o del gasoil. En los procesos térmicos, las presiones son de 20 ÷ 60 kg/cm2 y las temperaturas alrededor de 500º C; en los catalíticos, con la misma temperatura, las presiones no superan los 7 kg/cm2 , excepto en el proceso de platform (craqueo catalítico con catalizador Ni) que requiere presiones de 50 kg/cm2.

POLIMERIZACIÓN

Durante el craqueo se forma una notable cantidad de gas, variable en función del poder antidetonante del carburante producido. Este gas está

4

constituido principalmente por una mezcla de hidrocarburos parafínicos y olefínicos que contienen de uno a cuatro átomos de carbono por molécula. Tras la comprobación de que algunos de estos componentes, en determinadas condiciones de temperatura y presión, con o sin catalizadores, podían reaccionar entre ellos dando lugar a hidrocarburos polímeros (es decir, de peso molecular múltiple), nacieron los procesos industriales de polimerización, ampliamente aprovechados en la actualidad.

HIDROGENACIÓN

Poniendo en contacto los residuos de primera destilación con hidrógeno en presencia de catalizadores se puede aumentar el porcentaje de hidrógeno en el combustible enriqueciéndolo con fracciones de molécula más sencilla, con un rendimiento total en carburantes excelentes que llega al 80%, incluso partiendo de un aceite crudo mediocre

6

Los HIDROCARBUROS y su CLASIFICACIÓN

Estos se hallan constituidos por una mezcla de diferentes moléculas y por tanto de diferente peso molecular, que pueden clasificarse en:

- PARAFINICOS: Su formula general es: CnH(2n+2)

METANO CH4 PROPANO C3H8 Estos hidrocarburos saturados, continen el máximo de hidrogeno, las cadenas que forman sus átomos de carbono si son rectas se consideran parafinas normales y si son ramificadas se denominan isoparafinas

ISOBUTANO BUTANO Cuando el numero de carbonos es inferior a 5, son gaseosos a temperatura ambiente, si tienen entre 5 y 15 atomos de carbono son líquidos a temperatura ambiente y a partir de 15 atomos de carbono su aspecto a temperatura ambiente es gelatinoso (típico de la parafina, de ahí su nombre)

- NAFTÉNICOS: Son también hidrocarburos saturados, pero su peculiaridad es que son cíclicos, su formula general es CnH2n, por ejemplo el Ciclopentano C5H10, Ciclohexano C6H12.

Cicloheptano

- HIDROCARBUROS AROMÁTICOS

Son compuestos no saturados, suelen formase en los procesos de craqueo y refinado del petróleo. Algunos son el benceno, tolueno, el

7

xileno, etc. BENCENO

XILENO

TOLUENO

- BENZOL Y ALCOHOLES

El benzol y los alcoholes pueden clasificarse entre los carburantes.

- El benzol es un subproducto del carbón en su transformación en coque y consiste principalmente en benceno (C6H6). Tiene un gran poder antidetonante, pero su poder calorífico es inferior al de la gasolina. Se utiliza en los lugares donde la gasolina es escasa y abunda el carbón fósil.

- Los alcoholes tienen una composición parecida a la de los hidrocarburos, pero contienen en sus moléculas átomos de oxígeno. Tienen gran poder antidetonante, pero su poder calorífico es bajo. En casos especiales se utilizan mezclados con gasolina, sobre todo el alcohol metílico o metanol (CH3-OH) y el alcohol etílico o etanol (C2H5- OH)

- IMPUREZAS

En los procesos de destilación también se producen impurezas como Azufre (entre 0,1 a 6 % en peso), Nitrogeno (0,1 a 1 % en peso), Ácidos orgánicos (0,1 a 2 % e peso) o metales pesados (0,05 % en peso)

8

OTROS HIDROCARBURNOS

ALCOHOL ETÍLICO (ETANOL)

Se obtiene generalmente a partir de sustancias amiláceas (patatas, cereales) o azúcares (melazas de la producción del azúcar de caña o de remolacha) pero también puede obtenerse por síntesis.

Los procesos de producción industrial del alcohol pueden dividirse en cuatro fases:

- Preparación del almidón.

- Transformación del almidón en azúcar (sacarificación).

- Transformación del azúcar en alcohol (fermentación).

- Destilación y rectificación.

ALCOHOL METÍLICO (METANOL)

Este carburante, muy pobre en calorías, se utiliza principalmente como componente de mezclas carburantes alcohólicas (dos partes de etanol y una de metanol). Se obtiene industrialmente con un proceso de catálisis de alta presión de la I.G. Farben Industrie a partir del óxido de carbono y del hidrógeno:

(CO+2H2=CH2OH)

GASES LICUADOS

Se obtienen en gran parte durante los procesos de craqueo o de hidrogenación para la producción de gasolinas, pero también pueden obtenerse del gas de coque o de las emanaciones gaseosas de los pozos petrolíferos. Están compuestos por los hidrocarburos parafínicos y bencénicos más volátiles. Los gases licuados comercializados, generalmente son mezclas de propano y butano con una proporción de 50/50, es decir, de tipo: butileno-propileno 55%, propano-butano 20%, etileno

15%, metano y etano el resto.

9

GASES PERMANENTES

El metano se obtiene de la naturaleza, de las emanaciones gaseosas del subsuelo. Artificialmente se obtiene del gas de coque por escisión a baja temperatura o de los desechos de origen vegetal y animal (metano biológico)

CARACTERÍSTICAS DE LOS COMBUSTIBLES

Existen diversas características que determinan sus buenas propiedades; las principales son: Volatilidad, densidad, propiedades antidetonantes, estabilidad durante el almacenamiento y ausencia de componentes nocivos. También podemos añadir otras de índole de aceptación del producto por el público, como el olor, aspecto, etc. A continuación se expone un cuadro resumen con las más importantes, así como, la incidencia que tienen sobre el buen funcionamiento del motor:

PROPIEDAD OBJETIVO

Arranque rápido, calentamiento rápido y aceleración suave.

Volatilidad adecuada. Evitar el "vapor lock" y que la gasolina hierva en el carburador.

Buena distribución a los cilindros y evitar que el aceite se diluya en el cárter.

Gran poder calorífico. Mayor rendimiento.

Alto poder antidetonante. Mejorar potencia y consumo, alargar la vida del motor.

Buena estabilidad. Impedir la oxidación de la gasolina y la formación de gomas.

Bajo contenido en Azufre y contaminantes.

Impedir la corrosión y el desgaste del motor, disminuir la contaminación.

Olor y aspecto satisfactorio. Mejor aceptación por parte del público.

Las características principales de los combustibles son:

- Poder calorífico.

- Densidad (masa volúmica).

10

- Dosificación (relación estequiométrica).

Según sea el tipo de motor en que se utilice el combustible, se requieren otras características específicas:

- En un motor de ciclo Otto son muy importantes la volatilidad del combustible y su resistencia a la detonación.

- En un motor de ciclo Diesel, sin embargo, se requiere un encendido fácil, ya que la combustión se realiza de forma espontánea.

PODER CALORÍFICO

El poder calorífico representa la energía del combustible. Éste varía en relación a la cantidad de carbono y de hidrógeno; cuanto mayor es la cantidad de hidrógeno, mayor es el poder calorífico. Es evidente que, con el resto de los factores en las mismas condiciones, a un mayor poder calorífico corresponde un consumo de combustible menor.

DENSIDAD (MASA VOLÚMICA)

Es un índice que sirve en el comercio para diferenciar los distintos tipos de combustible. Los órganos que regulan la alimentación del motor están concebidos en función del volumen y no de la masa del combustible; por otra parte, para obtener una combustión regular, es necesario asegurar una relación correcta entre las masas de aire y de combustible; por lo tanto, es conveniente que la densidad o masa volúmica sea lo más constante posible en cada tipo de combustible

DOSIFICACIÓN

La dosificación o porcentaje de la mezcla es la relación entre las masas de aire y de combustible que se introducen en el cilindro y que al final de la compresión, reaccionan entre ellas dando lugar a la combustión.

La dosificación es estequiométrica cuando el aire y el combustible tienen los porcentajes exactos para producir una combustión completa.

11

Poder calorífico

Combustible

Densidad o masa volúmica (Kg/m3)

Dosificación estequiométrica

Gasolina 98 N.O. Queroseno

Gasoil

GPL Metano Benzol

Alcohol metílico

10.400

10.300

10.200

10.900 ca

8.300

9.600

4.500

720/770

760/840

840/890

2 ca

0,74

875

795

15

15

14,5

16 ca

17,4

13

6,5 Características de los combustibles

VOLATILIDAD

El comportamiento de los combustibles desde el punto de vista de la volatilidad se define mediante la curva de destilación según la cual varía el porcentaje de combustible que se evapora al aumentar la temperatura.

El funcionamiento de los motores de ciclo Otto, que prevé la formación de una mezcla aire - combustibles lo más homogénea posible, necesita un combustible muy volátil para que sus vapores puedan distribuirse uniformemente en el aire.

La volatilidad del combustible influye sobre todo en el comportamiento del motor en dos condiciones especiales de funcionamiento:

- En la fase de arranque en frío y calentamiento (warm-up) la evaporación del combustible es difícil debido a la baja temperatura del motor.

- En fase de aceleración cuando, a causa de la depresión que se crea en el colector de admisión, se reduce la temperatura que frena la evaporación.

- Si la gasolina no es lo suficientemente volátil, no se mezcla bien con el aire en el carburador, con el consiguiente riesgo de una mala combustión y de que la gasolina líquida lave el aceite de los pistones, llegando incluso al cárter, provocando problemas de dilución y contaminación del aceite.

En resumen, los límites de volatilidad de las gasolinas deben ser fijados teniendo en cuenta todos estos factores, por lo que la legislación impone valores máximos y mínimos en función de la época del año en la nos

12

encontremos.

VOLATILIDAD EFECTO

Muy baja (gasolinas pesadas) Dificultades en la carburación y la combustión, suciedad en todo el circuito, lavado de aceite...

Baja (punto de ebullición elevado) Mala mezcla de aire-gasolina, mala combustión, lavado del aceite de los pistones.

Alta a bajas temperaturas Encendido y calentamiento rápido.

Aumenta con la temperatura Aceleración suave, buena distribución.

En los motores de ciclo Diesel no es necesario que el combustible sea demasiado volátil debido al distinto tipo de mezcla y de combustión; se pueden utilizar tipos de gasoil y naftas con una curva de destilación notablemente más baja que la de la gasolina

COMPROMISOS ADOPTADOS

RAZONES TÉCNICAS

Distintas especificaciones en Invierno y Verano

Las condiciones ambientales influyen mucho en los problemas anteriores.

Valores límites para la curva de destilación de la gasolina

Esta curva nos permite conocer "grosso modo" la composición de la misma en cuanto al tipo de Hidrocarburos.

Valores límites en la Presión de Vapor Reid (R.V.P.)

Es un índice directo de la volatilidad, se mide a 37.8ºC y tiene máximo y mínimo según las estaciones.

Compromiso legal Cada país, en función de su climatología, tiene sus propios valores límite.

Tanto la legislación española, como la propia compañía, tienen un listado de valores exigibles para garantizar la calidad de los carburantes. Más adelante se analizará la normativa.

13

RESISTENCIA A LA DETONACIÓN

En los motores de ciclo Otto la combustión se realiza gracias a una chispa que salta entre los electrodos de la bujía al final de la fase de compresión. Las partículas de la mezcla aire - combustible que están cerca de la bujía se incendian y queman aumentando su presión y su temperatura.

La combustión se propaga a las partículas cercanas con una cierta velocidad, llamada velocidad de propagación de la llama, mientras que la presión y la temperatura en el interior del cilindro continúan aumentando como consecuencia de la combustión de un número creciente de partículas.

Cuando la presión y la temperatura alcanzan los valores en los cuales las partículas de la mezcla se enciendan espontáneamente, se habla de detonación.

El fenómeno de detonación, típico de los motores de ciclo Otto, consiste en la combustión espontánea e incontrolada de todas las partículas que todavía no han sido alcanzadas por la llama regular, y produce violentas oscilaciones de presión: éstas provocan un golpeteo metálico muy característico, parecido a un tintineo, y pueden estropear las válvulas y los pistones si son fuertes y de duración prolongada.

NÚMERO DE OCTANOS

El poder antidetonante nos indica la resistencia a la detonación de un carburante. Esta resistencia se indica a través del llamado número de octanos.

El número de octanos (RON - Research Octane Number) indica la actitud del combustible para soportar, sin detonación, compresiones elevadas. Por lo tanto, cuanto más elevado sea el número de octanos de un combustible,

14

mayor será su capacidad para resistir la detonación y más alta podrá ser la relación de compresión del motor.

Dado que la potencia y el consumo específico dependen de la relación de compresión, se puede decir que también dependen indirectamente del N.O. del combustible. El número de octanos de un combustible depende de su composición química.

La resistencia a la detonación está favorecida por una estructura compleja de la molécula (de cadena cerrada, de cadena ramificada, con enlaces dobles, etc.) y disminuye al crecer su longitud.

Los hidrocarburos más resistentes a la detonación son los hidrocarburos aromáticos.

El N.O. de los carburantes puede elevarse añadiendo pequeñas dosis de sustancias antidetonantes. Las más utilizadas son a base de plomo tetraetilo o de plomo tetrametilo.

Actualmente se sabe que el plomo es un peligroso contaminante atmosférico y, en consecuencia, se han desarrollado otros aditivos que permitan aumentar el octanaje sin su utilización. Los más usados son:

- Metil-terbutil éter (MTBE)

- Otros compuestos oxigenados y aromáticos.

NORMAS PARA LA UTILIZACIÓN DE GASOLINA SIN PLOMO

ÁMBITO DE APLICACIÓN

En vehículos adaptados con catalizador. Sin restricciones, tanto de 95 como de 98 Octanos. NO PUEDEN USAR GASOLINA CON PLOMO.

En vehículos adaptados sin catalizador. Sin restricciones, cualquier gasolina del octanaje adecuado.

En vehículos no adaptados. No deben utilizar gasolina sin plomo de 95 N.O., pueden usar gasolina SP98. 3 de cada 4 veces.

En general. Siempre que se tenga catalizador, usar sólo gasolina s/plomo. En vehículos no adaptados, Super o SP98 3 de cada 4 depósitos.

Estas sustancias son muy tóxicas para el organismo; además, el plomo

15

deteriora muy rápidamente las sondas y los catalizadores que se utilizan para eliminar las emisiones contaminantes en el escape.

Ciertos compuestos del Plomo, ejercen una acción lubricante sobre el asiento de las válvulas, por lo que, si se utiliza SP98 en motores no adaptados para ello, se debe tener la precaución de llenar 1 de cada 4 veces con gasolina SUPER con Plomo.

Por otra parte, en motores diseñados para funcionar con gasolina con plomo de alto octanaje (97 I.O.) no debe usarse gasolina de inferior calidad, por lo que, la SP98 es adecuada, pero no lo es la gasolina sin plomo de 95 N.O.

El porcentaje de aumento del consumo por cada punto de octano perdido viene medido por un parámetro denominado CEP (Car Efficiency Parameter). Así, el carburante que utiliza el motor estará en función de la relación de compresión del motor, por lo que cuanto más elevada sea esta, menor será el consumo y más elevado deberá ser el índice de octano de la gasolina. EL CONSUMO DE COMBUSTIBLE AUMENTA A MEDIDA DE QUE LA RELACIÓN DE COMPRESIÓN Y EL OCTANAJE DISMINUYEN.

Densidad:

Las distintas normativas vigentes en toda Europa, también en la legislación española, exige unos márgenes concretos para este parámetro. La razón es más comercial que técnica.

Como es obvio, el rendimiento energético de un combustible es uno de los factores más importantes para evaluar su eficacia, es decir, si conseguimos combustibles con gran poder de generación de calor con cantidades pequeñas del mismo, esto asegurará una buena relación energía-consumo, con el consiguiente ahorro de combustible y dinero.

Dado que el poder energético de las gasolinas se mide en Kcal/Kg y su precio se fija por litro, cuanto más densa sea una gasolina, más pesará por litro y, por tanto, mayor poder energético por litro tendrá, (Con igual coste para el usuario). Esto ha obligado a establecer unos márgenes legales para evitar mezclas con querosenos u otros derivados más pesados y conseguir así, de forma fraudulenta, altos poderes caloríficos.

Estabilidad durante el almacenamiento:

La estabilidad de una gasolina viene dada por la ausencia de componentes inestables, que puedan reaccionar entre ellos o con el Oxígeno del aire, dando lugar a la formación de gomas. En principio, éstas permanecen disueltas en la gasolina, pero, a medida que se hacen más pesadas, se

16

depositan en el circuito del combustible o en el motor, pudiendo dar lugar a problemas mecánicos tales como: pegado de válvulas, formación de lacas y lodos en el motor, pérdida de potencia, etc. Además la existencia de gomas suele disminuir el octanaje de una gasolina, por lo que se le suelen añadir aditivos para evitar este fenómeno.

La legislación española admite una cantidad de gomas presentes que asegure la estabilidad de la gasolina durante al menos 1 año en las condiciones normales de almacenamiento, así como un período de 6 horas para la formación de otras nuevas en condiciones idoneas para su aparición.

En el primer caso se habla de gomas actuales y, en el segundo, de gomas potenciales, período de inducción o estabilidad a la oxidación.

Componentes nocivos:

En las gasolinas hay una serie de componentes minoritarios que, sin embargo, pueden producir efectos importantes sobre el motor, el medio ambiente o la salud, por lo que deben ser cuidadosamente controlados. Entre los más importantes se encuentran los que siguen:

Azufre (Limitado por la legislación).

Plomo (Limitado por la legislación).

Compuestos aromáticos: Benceno y Tolueno principalmente. (Limitado por la legislación).

Fósforo, Silicio y Mercaptanos (Normalmente limitados por las compañías petroleras).

- Azufre: Da lugar a compuestos corrosivos y otros de olor desagradable, produce depósitos en los motores y afecta al octanaje porque ataca a los aditivos que lo mejoran, es insalubre y es uno de los causantes de la lluvia ácida.

Su presencia está muy limitada en las gasolinas y, además, las previsiones para el futuro a corto plazo son todavía más restrictivas. Sin embargo, se trata de un componente natural del petróleo y la reducción de su concentración en los carburantes supone un esfuerzo de refino considerable.

17

- Plomo: Se trata de un metal altamente tóxico para la salud y, de hecho, se está eliminando poco a poco, como es sabido. En motores modernos -con catalizador- no puede ser usado porque lo inutiliza (provoca el "envenenamiento" del catalizador), pero, en motores de diseño más antiguo es necesario, tanto para aumentar el octanaje de la gasolina, como para la correcta lubricación de las válvulas en el cilindro.

- Compuestos aromáticos (Benceno y Tolueno principalmente): Son

compuestos, por lo general, muy tóxicos, inflamables y cancerígenos, que deben ser estrictamente controlados por tal motivo. Muchas veces se producen como resultado de malas combustiones y, con la instalación de catalizadores se han reducido notablemente sus emisiones. En toda Europa, el máximo legal permitido para la aditivación en gasolinas es del 5% en volumen.

18

CARACTERÍSTICAS DE LAS GASOLINAS

En los años 70 la gasolina llamada "súper" se caracterizaba por una composición de hidrocarburos que contenía aproximadamente el 10% de olefina, el 60% de hidrocarburos saturados y el 30% de hidrocarburos aromáticos. Esta composición tenía un número de octano intrínseco de 91 y se le añadían aditivos de compuestos de plomo que elevaban el número de octano a 97.

En los años 80 y 90, las legislaciones empezaron a imponer progresivamente un límite máximo para el contenido en plomo de las gasolinas, limitándolo a 0.3 gramos por litro.

Al mismo tiempo aparecía la gasolina de 95 RON sin plomo, la llamada "gasolina verde".

A pesar de que el número de octanos de la gasolina verde es más bajo, la ausencia absoluta de plomo (presencia limitada a 0.013 gramos/litro) ha determinado una reformulación con un aumento del 10% de los hidrocarburos aromáticos en detrimento de los hidrocarburos saturados.

Además del aumento del porcentaje de aromáticos, se ha abierto un nuevo camino para conseguir aumentar el número de octano mediante el empleo de unos compuestos orgánicos especiales llamados MTBE (Metil Ter-Butil Éter).

La estandarización del carburante de 95 RON (Eurosuper) ha determinado la aparición de motores adecuados a su utilización y, por tanto, con una relación de compresión más contenida para evitar problemas de detonación.

A partir de Abril de 1992, las normas CEE impusieron, también para la gasolina Súper, un contenido de plomo limitado a 0.15 gramos/litro.

Para mantener invariable el número de octano se ha adoptado, también para este tipo de combustible, esencialmente la misma composición que para la gasolina Eurosuper. Las casas petrolíferas han preparado además un nuevo tipo de carburante llamado Súper Plus, con un número de octano superior, equivalente a 98.

Dicho carburante permite utilizar motores con una relación de compresión más elevada y, por lo tanto, con consumos más reducidos. Se puede intuir un incremento en la difusión de este tipo de carburante, sobre todo en vista de nuevas legislaciones que podrían prever también un control de las emisiones de anhídrido carbónico, lo cual solamente se puede conseguir reduciendo los consumos

19

En la figura siguiente se ilustra un gráfico que muestra un análisis comparado de las composiciones actuales de las gasolinas Súper y Eurosuper sin plomo.

* Los datos son puramente indicativos, pero adviértase la mayor presencia en porcentaje de aromáticos y de MTBE en la gasolina Eurosuper

GASOLINA "VERDE"

Uno de los problemas, debido al menor número de octanos, es la detonación. Todos los automóviles fabricados después de 1988 tienen moto-propulsores con relación de compresión adecuada para funcionar con el carburante de 95 RON y, por lo tanto, no tienen ese problema.

Sin embargo, en los automóviles fabricados antes de ese año, se desaconseja la utilización de gasolina verde. En concreto, la detonación se ve favorecida por las condiciones de uso (plena carga) y por las condiciones ambientales (temperatura del aire aspirado), por lo que se desaconseja especialmente la utilización de gasolina verde en los meses calurosos y en automóviles con motorizaciones muy "deportivas".

Otro problema que surge debido a la ausencia de plomo se debe a que este aditivo también tiene propiedades lubricantes.

Al utilizar gasolina sin plomo con motores que no son adecuados, se puede producir recalentamiento y desgaste en la zona de las válvulas.

Por último, señalamos el hecho de que el empleo de gasolina Eurosuper en automóviles carburados o desprovistos de sonda Lambda puede determinar una disminución de las prestaciones. Esto puede deberse al mayor contenido de MTBE los cuales, al estar compuestos por elevados porcentajes de oxígeno, tienen un rendimiento específico menor y además, al faltar el

20

control Lambda, tienden a empobrecer el porcentaje en la cámara de combustión.

Como ya hemos visto, la gasolina Eurosuper presenta una disminución drástica del contenido de plomo (tóxico para el organismo) pero también presenta un aumento del porcentaje de hidrocarburos aromáticos, algunos de los cuales se consideran cancerígenos (PNA, benceno). De todas formas, las fracciones de estos elementos son muy limitadas y las emisiones de HC (entre ellos PNA y benceno) han sido reducidas drásticamente incluso en los automóviles sin catalizador. Por otra parte, el uso del catalizador reduce este tipo de emisiones en un 90-95%.

Por último, recordemos que, con la llegada de nuevas legislaciones, ha sido necesario utilizar la misma matriz de hidrocarburos para ambas gasolinas, y por lo tanto, han desaparecido las diferencias relativas a la peligrosidad para la salud.

EL GASOLEO

A la hora de estudiar las características de un buen gasóleo, vamos a distinguirlas según su utilización, debemos tener en cuenta que el uso del mismo es distinto en un motor y en una caldera.

Como ya se ha explicado en el motor Diesel, no hay explosión en el cilindro, sino que el combustible, debido a la gran presión y la temperatura se inflama a medida que entra en el cilindro y los gases de esta combustión mueven el pistón. En general son motores que utilizan relaciones de compresión mucho mayores y, en contra de la creencia popular, mucho más sensibles a la calidad del combustible. Mientras que el uso de una gasolina de mala calidad; puntualmente, no suele causar averías serias en el motor, la utilización de un gasóleo sucio, con agua o excesivamente viscoso puede producir problemas muy importantes en los inyectores y la bomba de gasoil.

Por consiguiente, se tiene que abandonar la idea de que el Gasoil es un subproducto del refino de la gasolina o un combustible de calidad inferior, por el contrario, su demanda es ascendente y su proceso de refino es también muy elaborado.

A continuación se expone un cuadro resumen con las características más

21

importantes, que debe reunir un gasoil para cumplir eficazmente como combustible en el motor:

PROPIEDAD OBJETIVO

Moderada volatilidad. Facilita el arranque en frío y ayuda a la combustión.

Alto poder calorífico. Economía y eficacia del combustible.

Viscosidad no muy elevada. Ayuda a la calidad de la combustión y proporciona cierta capacidad lubricante al inyector.

Alta calidad de ignición. Lo proporciona el Nº de Cetano, similar al octanaje de las gasolinas.

Fluidez a bajas temperaturas. Asegurar que no obstruya filtros o se congele a bajas temperaturas.

Ausencia de componentes nocivos Buen mantenimiento del motor y reducción de contaminantes.

El gasóleo es una mezcla de Hidrocarburos, algo más pesados que la gasolina, que se encuentran formando parte del petróleo crudo y se usa fundamentalmente en motores de combustión o diesel y en calefacciones como combustible. Hay tres clases atendiendo al tipo de utilización que se les va a dar:

Gasóleo A (o de automoción).

Gasóleo B (o de uso agrícola, ganadero o minero).

Gasóleo C (o de calefacción).

En lo que se refiere a la naturaleza química del producto, realmente sólo hay dos; de automoción (A y B), con mínimas diferencias y de calefacción (C).

La separación en tres productos "distintos", de forma artificial, se debe exclusivamente a criterios fiscales y nada tiene que ver con sus características químicas. Es decir, el estado establece distintos impuestos sobre los carburantes en función de su uso y, por tanto, las compañías petroleras tienen que distinguir de alguna forma los productos para evitar fraudes. La forma de diferenciarlos actualmente consiste en la aditivación

22

con dos tipos de sustancias: COLORANTES Y TRAZADORES FISCALES.

Colorantes: Los gasóleos A, B y C tienen distinto color. (Amarillo, rojo y azul).

Trazadores fiscales: Sustancias "no detectables a simple vista", pero de imposible eliminación o enmascaramiento y de fácil localización mediante el oportuno análisis (Los llevan incorporados los gasóleos de tipo B y C).

Usando un símil deportivo, podríamos decir que los trazadores fiscales siempre dan positivo si se realiza el "control anti-dopping" al gasoil, aunque el color se haya enmascarado.

A continuación se expone un pequeño cuadro en el que se observan las distintas aditivaciones que se llevan a cabo en el Gasoil:

PRODUCTO APLICACIÓN COLORANTE TRAZ. FISCAL

Gasóleo A Automoción (Privado) NO Amarillo NO

Gasóleo B Automoción (Agrícola, ganadero y minero)

SI Rojo SI

Gasóleo C Calefacción SI Azul SI

Es importante saber que estos aditivos no varían las propiedades del gasóleo, únicamente modifican su aspecto o dejan un rastro constatable en el laboratorio.

Por último, se debe destacar que la legislación para los gasóleos A y B, en lo que a características se refiere, es prácticamente la misma. En cuanto al gasóleo C varía bastante más, admitiéndose unas características ligeramente inferiores.

Volatilidad:

La volatilidad de un combustible diesel debe ser lo suficientemente elevada como para permitir el arranque en tiempo frío. Además si es demasiado pesado arderá con dificultad en el motor, produciendo mayor cantidad de humos y arrastrando el aceite lubricante.

La volatilidad de un gasóleo se mide por su curva de destilación y su punto de inflamabilidad.

23

Poder calorífico:

Debe ser alto, en cualquier caso mayor que en las gasolinas por ser más denso, y ello se encamina fundamentalmente a un consumo menor y una mayor eficacia calorífica, en definitiva se trata de ahorrar dinero.

Los parámetros que lo caracterizan son la densidad y la potencia calorífica superior, si bien desde Mayo del año 96 ya no existe especificación legal respecto a la potencia calorífica mínima.

Viscosidad:

La viscosidad determina la fluidez con la que el gasoil es inyectado en los cilindros, hecho que es muy importante para garantizar una correcta combustión. Además debe contribuir, también, con cierta capacidad lubricante para engrasar la estructura del inyector.

Calidad de Ignición:

Se determina por el Número de Cetano (N.C.) del Gasoil, que se obtiene de forma análoga al N.O. de las gasolinas, por comparación con mezclas de combustibles de referencia en un motor de ensayo experimental.

Un combustible con elevado N.C. hace que el motor arranque bien en frío, no se produzca "cliqueteo" y la combustión sea regular y suave. Sin embargo, el N.C. tampoco debe ser excesivamente elevado, ya que la reducción del intervalo de encendido puede provocar depósitos en la boquilla del inyector y favorecer el fenómeno de la "postcombustión".

No suele aditivarse el gasoil para aumentar su número de cetano, su destilación directa suele dar resultados a este respecto suficientemente buenos. Por otra parte, por encima de N.C=60 no se observa prácticamente ninguna ventaja en la calidad de ignición del gasoil.

Lógicamente este parámetro no se mide en el gasóleo C dado que su uso se restringe a calderas en las que se quema para calentar un circuito de agua o aceite.

24

Fluidez a bajas temperaturas:

A diferencia de las gasolinas, el gasoil presenta un punto de congelación dentro del rango de temperaturas fáciles de alcanzar en invierno, por lo que es necesario tomar precauciones para asegurar su utilización en condiciones extremas.

Los parámetros que miden esta posibilidad son dos: El Punto de Obstrucción de Filtro Frío (P.O.F.F.) y el Punto de Enturbiamiento. El primero se define como la temperatura más baja a la que puede pasar una muestra de combustible a través de un filtro de malla determinada y bajo ciertas condiciones de enfriamiento. El segundo se define como la temperatura a la cual las ceras contenidas en el gasóleo comienzan a solidificar y separarse del combustible. El P.O.F.F. tiene especificaciones distintas en invierno y verano.

Componentes nocivos:

En el gasoil, igual que en gasolinas, hay una serie de componentes minoritarios que, sin embargo, pueden producir efectos importantes sobre el motor, el medio ambiente o la salud. Entre los más importantes se encuentran los siguientes:

- Azufre. - Agua - Partículas. - Cenizas - Residuo Ramsbottom.

Azufre:

El azufre es un elemento que da lugar a compuestos de gran poder corrosivo que, además, dan lugar a malos olores, y producen depósitos, los gasóleos suelen tener mayor contenido en azufre que las gasolinas, por tanto, los lubricantes empleados en motores diesel suelen llevar aditivos especiales para prevenir su efecto.

Desde Octubre del año 96, el contenido máximo permitido de este elemento en el gasóleo tipo A se ha reducido del 0,2% hasta el 0,05% actual.

25

Agua:

El contenido en agua (agua y sedimentos en el caso de gasóleo C) de un gasóleo debe ser controlado para evitar daños en la bomba y los inyectores. El agua por sí misma facilita la corrosión, disminuye el rendimiento (si entra agua al cilindro se inyecta menor cantidad de gasoil) y no es capaz de lubricar el inyector. Además, suele llevar disuelta gran cantidad de sustancias que pueden dar lugar a acumulación de cenizas en el motor y, en su presencia, las bacterias que contiene el combustible se desarrollan pudiendo originar limos que colmatan el filtro.

Partículas:

Sólo se mide en el caso de gasoil A o B y son siempre indeseables. El mecanizado de los inyectores de un vehículo Diesel es muy sensible. Las holguras de ciertas partes del inyector son inferiores a un milímetro, por lo que la presencia de una cantidad elevada de partículas podría dañarlo.

Cenizas:

Sólo se mide en el gasoil tipo A o B. Proporciona una idea de la presencia de materia inorgánica, especialmente metales, presentes en el gasóleo. Este tipo de elementos no arden completamente conviertiéndose en CO2 y Agua, sino que permanecen en la cámara de combustión, formando depósitos. Su presencia debe ser controlada.

Residuo Ramsbottom:

Da una idea del residuo carbonoso que deja el combustible, si éste es excesivo puede originar depósitos en el motor, especialmente en los cilindros, debe ser lo menor posible.

26

6) NORMATIVA, NOCIONES GENERALES: La legislación española y también la europea imponen unos valores máximos y mínimos en relación con las características expuestas anteriormente y, otras a las que no se ha hecho mención. A continuación se exponen dos cuadros resumen con las especificaciones en vigor y las características a las que se asocian:

GASOLINAS

IO 95

Parámetro Unidades Característica asociada

Valor Especif. (C/Pb)

Valor Especif. (S/Pb)

Densidad a 15ºC

Kg/m3 Densidad 720 - 780 725 - 780

Color

- Aspecto Amarilla Verde

Apariencia

- Aspecto - Claro y Brillante

Pto. Inicial Destilación

ºC Volatilidad Se anota -

Destilación a 70ºC

% Volumen Volatilidad 10 - 45 15 - 45


% Volumen Volatilidad 30 - 70 40 - 65


% Volumen Volatilidad Mín. 80 Mín. 85

Pto. Final Destilación

ºC Volatilidad Máx. 210 Máx. 215

Pérdidas

% Volumen Volatilidad Máx. 1.5 -

Residuo

% Volumen Volatilidad Máx. 2 Máx. 2

Presión Vapor Reid

Kpa Volatilidad 55-78(I)/48-64(V) 45-80(I)/35-70(V)

Índice de Volatilidad

- Volatilidad - 1050(I)/900(V)

Azufre

% Peso Comp. Nocivos Máx. 0.13 Máx. 0.5

Corrosión al Cobre

- Comp. Nocivos Máx. 1b Clase 1

Estabilidad Oxidación

Minutos Estabilidad Oxid. Mín. 240 Mín. 360

Gomas Existentes

mg/100ml Estabilidad Oxid. Máx. 5 Máx. 5

Plomo

g/l Comp. Nocivos Máx. 0.150 Máx. 0.013

Benceno

% Volumen Comp. Nocivos Máx. 5 Máx. 5

N.O.R.

- Prop. Antideton. Mín. 97 Mín. 95

N.O.M.

- Prop. Antideton. Mín. 87 Mín. 85

(I): Invierno 1-11 al 31-3 (V): Verano 1-4 al 31-10

27

GASOLINAS

IO 95

1/1/2000



Densidad a 15ºC

Kg/m3 Densidad 720 - 775

Color

- Aspecto Verde

Apariencia

- Aspecto Claro y Brillante


ºC Volatilidad -


% Volumen Volatilidad 20 – 48 (V) 22 - 50 (I)


% Volumen Volatilidad 46 – 71


% Volumen Volatilidad Mín. 75


ºC Volatilidad Máx. 210

Pérdidas

% Volumen Volatilidad -

Residuo

% Volumen Volatilidad Máx. 2

Presión Vapor Reid

Kpa Volatilidad 45-60(V)/50-80(I)

Índice de Volatilidad VLI (10VP + 7E70)

- Volatilidad 1050

Azufre

Mg/kg Comp. Nocivos Máx. 150

Corrosión al Cobre

- Comp. Nocivos Clase 1


Minutos Estabilidad Oxid. Mín. 360

Gomas Existentes

mg/100ml Estabilidad Oxid. Máx. 5

Plomo

g/l Comp. Nocivos Máx. 0.005

Análisis de hidrocarburos: Olefinas aromáticos Benceno

% Volumen Comp. Nocivos Max. 18 Max. 42 Máx. 1

Contenido en oxígeno %m/m Max. 2,7 Oxigenados : Metanol Etanol Alcohol isopropilico Terbutiílico Isobutilico Eteres de más de 5 carbones Otros compuestos

3 5

10 7

10 15 10

N.O.R.

- Prop. Antideton. Mín. 95

N.O.M.



28

GASOLINAS IO 95

1/1/2005



Densidad a 15ºC

Kg/m3 Densidad 720 - 775

Color

- Aspecto Verde

Apariencia

- Aspecto Claro y Brillante


ºC Volatilidad -


% Volumen Volatilidad 20 – 48 (V) 22 - 50 (I)


% Volumen Volatilidad 46 – 71


% Volumen Volatilidad Mín. 75



Pérdidas

% Volumen Volatilidad -

Residuo

% Volumen Volatilidad Máx. 2

Presión Vapor Reid

Kpa Volatilidad 45-60(V)/50-80(I)

Índice de Volatilidad VLI (10VP + 7E70)

- Volatilidad 1050

Azufre

Mg/kg Comp. Nocivos 50

Corrosión al Cobre

- Comp. Nocivos Clase 1


Minutos Estabilidad Oxid. Mín. 360

Gomas Existentes

mg/100ml Estabilidad Oxid. Máx. 5

Plomo

g/l Comp. Nocivos Máx. 0.005

Análisis de hidrocarburos: Olefinas aromáticos Benceno

% Volumen Comp. Nocivos Max. 18 Max. 35 Máx. 1

Contenido en oxígeno %m/m 2,7 Oxigenados : Metanol Etanol Alcohol isopropilico Terbutiílico Isobutilico Eteres de más de 5 carbones Otros compuestos

3 5

10 7

10 15 10

N.O.R.


N.O.M. - Prop. Antideton. Mín. 85 (I): Invierno 1-10 al 30-4 (V): Verano 1-5 al 30-9

29

GASÓLEOS


Valor (A) Valor (B) Valor (C)

Densidad a 15ºC

Kg/m3 Poder Calorífico 820 - 860 820 - 880 Máx. 900

Color

- Aspecto Amarillo Rojo Azul

Apariencia - Aspecto Limpio y Brillante

Limpio y Brillante

-

Destilación 65%

ºC Volatilidad Mín. 250 Mín. 250 Mín 250

Destilación 80%

ºC Volatilidad - - Máx. 390

Destilación 85%

ºC Volatilidad Máx. 350 Máx. 350 -

Destilación 95%

ºC Volatilidad Máx. 370 Máx. 370 Anotar

Índice Cetano

- Calidad Ignición Mín. 46 Mín. 46 -

Número Cetano

- Calidad Ignición Mín. 49 Mín. 49 -

Viscosidad

mm2/s Viscosidad 2.0 - 4.5 2.0 - 4.5 Máx. 7.0

Azufre

% Peso Compuestos Nocivos

Máx. 0.05 Máx. 0.20 Máx. 0.20

Corrosión al Cobre

- Compuestos Nocivos

Clase 1 Clase 1 Clase 2

Pto. Inflamación

ºC Volatilidad Mín 55 Mín 55 Mín. 60

Pto. Enturbiamiento

ºC Fluidez - - Máx. 4

P.O.F.F. ºC Fluidez Máx -10(I) / 0(V)

Máx -10(I) / 0(V)

Máx. -6

Residuo Ramsbottom


Máx. 0.30 Máx. 0.30 Máx. 0.35

Contenido en cenizas


0.01 0.01 -

Estabilidad oxidación

g/m3 Compuestos Nocivos

25 25 -

Partículas sólidas

mg/Kg Compuestos Nocivos

24 24 -

Agua


200 200 -

Agua y Sedimentos

% Volumen Compuestos Nocivos

- - Máx. 0.1


30

GASÓLEOS

Enero 2000


Gasóleo A

Densidad a 15ºC

Kg/m3 Poder Calorífico 820 - 845

Color

- Aspecto 2


Destilación 65%

ºC Volatilidad Mín. 250

Destilación 85%


Destilación 95%


Índice Cetano

- Calidad Ignición Mín. 46

Número Cetano


Viscosidad

mm2/s Viscosidad 2.0 - 4.5

Azufre

Mg/kg Compuestos Nocivos

Máx. 350

Hidrocarburos policíclicos aromáticos

%m/m Max. 11

Corrosión al Cobre


Clase 1

Pto. Inflamación

ºC Volatilidad Mín 55

Pto. Enturbiamiento

ºC Fluidez -


Residuo Ramsbottom


Máx. 0.30



0.01



25



24

Agua


200

Lubricidad

Micras Desgastes Max 460


31

GASÓLEOS

Enero 2005


Gasóleo A

Densidad a 15ºC

Kg/m3 Poder Calorífico 820 - 845

Color

- Aspecto 2


Destilación 65%

ºC Volatilidad Mín. 250

Destilación 85%


Destilación 95%


Índice Cetano


Número Cetano


Viscosidad

mm2/s Viscosidad 2.0 - 4.5

Azufre

Mg/kg Compuestos Nocivos

Máx. 50

Hidrocarburos policíclicos aromáticos

%m/m Max. 11

Corrosión al Cobre


Clase 1

Pto. Inflamación

ºC Volatilidad Mín 55


Residuo Ramsbottom


Máx. 0.30



0.01



25



24

Agua


200

Lubricidad

Micras Desgastes Max 460


32

Todos los análisis que se ven en la tabla, deben ser realizados conforme a métodos estandarizados, bien por normas ISO o UNE, bien por normas ASTM que se están imponiendo poco a poco, por lo que valores obtenidos mediante otras técnicas carecen de validez legal alguna. Estas especificaciones son una transcripción de las normas europeas EN-228 y EN-590 adaptada a la climatología española. 7) LOS PRODUCTOS TOTAL: TOTAL comercializa en España los 3 tipos de gasóleos e incorpora, en su gama Premier, las siguientes mejoras: Gasoil Premier: Asumiendo el compromiso de lograr productos que proporcionen un máximo rendimiento del motor y garantizan una óptima seguridad y protección, TOTAL ha desarrollado e introducido en España el primer Gasoil sin olor. TOTAL PREMIER lleva, además, una serie de aditivos antiespumantes que reducen la formación de espumas, evitando por tanto manchas y salpicaduras. La utilización de este nuevo combustible, apto para todo tipo de vehículos con motor diesel y calderas de calefacción que usen este combustible, permite un repostaje más cómodo y limpio. Además, TOTAL PREMIER , gracias a su especial formulación y desarrollo tecnológico, posee las máximas propiedades de detergencia y anticorrosión, asegurando un mayor rendimiento y eficacia del motor, así como el más alto grado de limpieza. TOTAL PREMIER supera la normativa vigente en materia de calidad y medio ambiente, así como las especificaciones técnicas de los principales fabricantes de todo tipo de vehículos diesel. Como el resto de los combustibles TOTAL , es directamente importado de nuestras refinerías europeas y el almacenamiento y distribución propios garantizan una mayor calidad y servicio al consumidor. Total Super Premier 98 ecológica: Se trata de un carburante de formulación exclusiva, se importa directamente desde nuestras refinerías en Europa y se almacena y distribuye en exclusiva por TOTAL ESPAÑA, de forma que el consumidor tiene una garantía desde el origen y puede comparar la calidad de nuestro producto con los de la competencia. Esta especificación más estricta hace que TOTAL SUPER PREMIER 98 presente una calidad superior que garantiza al usuario las siguientes ventajas, entre otras:

• Mayor rendimiento y economía: Gracias a su elevado octanaje (mayor que el de la gasolina Súper convencional) y a la mejora de la combustión que se consigue mediante la adición de compuestos oxigenados, SP98 le permite aprovechar al máximo la potencia y el poder de recuperación de su motor, sin necesidad de aditivación. Esto permite una conducción más agradable, así como, reducir el consumo manteniendo al máximo el nivel de prestaciones.

• Mayor duración para su motor: La formulación de la gasolina SP98 asegura la limpieza

del sistema de admisión (Carburador, inyectores, bombas, etc.), previniendo

33

fenómenos de corrosión y disminuyendo los residuos de la cámara de combustión; por otra parte, este efecto también favorece el menor consumo de carburante. En cuanto a su período de inducción, mayor que el de la gasolina super convencional, permite asegurar la calidad de la gasolina durante el almacenamiento o en caso de no utilización prolongada del vehículo.

• Perfecta conservación del catalizador: SUPER PREMIER 98 ECOLÓGICA gracias a

su formulación exclusiva, a partir de bases enteramente producidas por TOTAL y, especialmente a su contenido en plomo, azufre y benceno, muy inferior a los requerimientos de la administración, garantiza el cuidado y buen funcionamiento del convertidor catalítico.

• Mayor cobertura y amplitud de uso: Gracias a su elevado octanaje (98 I. Octano)

puede utilizarse sin ningún tipo de reglaje en el motor de todos los vehículos de gasolina, dispongan o no de catalizador, incluidos los motores de las motos, tanto de dos como de cuatro tiempos. Por otra parte, los vehículos que no se encuentren incluidos en la lista disponible en las estaciones de servicio TOTAL, también pueden usar este carburante tres de cada cuatro llenados sin ningún tipo de reglaje en el motor.

• El carburante del futuro: Pertenece a la nueva generación de supercarburantes sin

plomo, cumpliendo con las normas internacionales más estrictas en materia de control de calidad y medio ambiente, así como las especificaciones técnicas de los principales fabricantes de automóviles.

• La reducción del contenido de benceno (inferior al 1%) y del azufre (inferior a 150 ppm) hacen de este carburante el primero de Europa que ya se encuentra adaptado a la reglamentación que será obligatoria a partir del año 2000. Permite colaborar a preservar nuestro entorno y alarga considerablemente la vida del catalizador.

(LOS COMBUSTIBLES EN AUTOMOCIÓN)

Documents

Transcript of (LOS COMBUSTIBLES EN AUTOMOCIÓN)