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OCTANAJE E INDICE CETANO

Ing. César Augusto Pineda Gómez.Laboratorio de Fluidos.Escuela de Ingeniería de Petróleos.Universidad Industrial de Santander.I SEMESTRE 2014.

BRAYAN DAVID CASTAÑO 21000355 ANGELA XIMENA AVELLA 2103096

GRUPO : I2

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GENERALIDADES Combustibles Gasolina Motor de combustión interna Combustible Diesel Motor Diesel

OCTANAJE Definición Escala de Índice de Octanaje Métodos para el cálculo de Octanaje Estadísticas

INDICE DE CETANO Definición Métodos usados para su determinación Aditivos Especiales Estadísticas

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFÍA

CONTENIDO,

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OBJETIVO GENERAL

Describir el concepto de octanaje e índice de cetano sus implicaciones en la caracterización de los combustibles.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Enunciar los métodos para determinar el índice de octano teniendo en cuenta las condiciones experimentales para su ejecución.

• Enunciar los métodos para determinar el índice de cetano teniendo en cuenta las condiciones experimentales para su ejecución.

OBJETIVOS

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INTRODUCCION

Fuente: http://tinyurl.com/7mh4vmd

Fuente: http://tinyurl.com/7mh4vmd

Fuente: http://tinyurl.com/7mh4vmd

COMBUSTION & COMBUSTIBLES..

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GENERALIDADES.

Son sustancias capaces de liberar energía cuando se oxidan y están en presencia de altas temperaturas. Supone la liberación de una energía química a energía mecánica dejando como residuo calor.

Com

bust

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e

Com

bure

nte

E. Activación

COMBUSTIBLES.

Fuente: www.expower.es

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COMBUSTIBLE USOS

Gas Natural o Sectores: - Industrial - Petroquímico - Termoeléctrico - Doméstico - Comercial - Trans. terrestre

Gas Licuado del Petróleo (GLP)

o Combustible domésticoo Hornos, secadores y calderas de las industriaso Motores de combustión interna y en turbinas de gas

Avigas o Aviones con motor de pistón

Queroseno o Estufas domésticaso Hornos y secadores industriales

Combustóleo o Fuel Oil o Hornos, secadores y calderaso Plantas de generación de energía eléctrica

Diesel (ACPM)o Automotores trabajo medio y pesadoo Energía mecánica y eléctricao Hornos, secadores y calderas

COMBUSTIBLES

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Mezcla compleja de hidrocarburos formada por fracciones combustibles provenientes de diferentes procesos de refinación del petróleo, usada en motores de combustión interna.

Se producen de diferentes octanajes de acuerdo con el mercado objetivo:

• Corriente → Bajo octanaje.• Extra o Premium → Mayor octanaje.

GASOLINA

FUENTE:http://www.colcarros.com/comunidad/precio-de-la-gasolina-no-subira-en-octubre-en-colombia.html

Fuente.http://www.venelogia.com/ex/tag/Gasolina

Densidad : 680 g/L (5,6748 Lb/gal)

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Es una mezcla de hidrocarburos, compuesta fundamentalmente por parafinas.

Utilizado principalmente en motores diesel y calefacción.

Se caracteriza por ser más pesado que la gasolina.

También es llamado Gasóleo.

DIESEL

Se obtiene a partir del proceso de refinación del petróleo y se caracteriza por ser mas pesado que la gasolina por esto se evapora más lento.

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DESTILACION DEL PETROLEO COMBUSTIBLES.

Fuente: http://tinyurl.com/6tu8qrm

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Es una máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química producida por un combustible que arde dentro de una cámara de combustión. El motor se compone de:

MOTOR DE COMBUSTION INTERNA

1.Válvula de admisión2. Bujía3.Válvula de escape4. Cámara de combustión5. Pistón6. Segmentos7. Cilindro8. Biela9. Cigüeñal

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CLASES DE MOTORES DE COMBUSTION INTERNA

2T gasolina: tuvo gran aplicación en las motocicletas, motores

ultraligeros y motores marinos fuera de borda hasta una cierta

cilindrada.

4T gasolina: domina en las aplicaciones de motocicletas de todas las cilindradas, automóviles, aviación deportiva.

2T diésel: domina en las aplicaciones navales de gran potencia, tracción ferroviaria.

4T diésel: domina en el transporte terrestre, automóviles, aplicaciones navales y aviación deportiva.

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MOTOR DE COMBUSTION INTERNA MOTOR OTTO.

2. Compresión

1. Admisión

3. Expansión

4. EscapeFuente.

http://www.asifunciona.com/mecanica/af_motor_gasolina/af_motor_gasolina_pu2.htm

Cualquier gasolina, se caracteriza entre otras, por su capacidad antidetonante. Es importante optimizar la compresión sin que detone de manera espontanea.

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CUATRO ETAPAS.

Motor Otto1. E-A: admisión a presión

constante 2. A-B: compresión adiabática3. B-C: combustión, aporte de

calor a volumen constante, la presión se eleva rápidamente.C-D: expansión adiabática (parte del ciclo que entrega trabajo).

4. D-A: Escape, cesión del calor residual al ambiente a volumen constante

A-E: Escape, vaciado de la cámara …….a presión constante

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MOTOR DE DIESEL DE COMBUSTIÓN

Al igual que el motor para gasolina, este proceso ocurre en cuatro tiempos.

Fuente. © 2007 Encyclopedia Britannica. Inc.

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OCTANAJE

Es una escala de calidad que mide la resistencia que presenta un combustible a detonar o auto encender prematuramente cuando se comprime dentro del cilindro de un motor.

Entre mas alto el número, menos capacidad tiene el combustible de encenderse por si mismo.

Un buen octanaje mejora la relación de compresibilidad, y por tanto la eficiencia de un motor de bujía.

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Hidrocarburo Índice de Octano

n-heptano 0

n-hexano 19

n-pentano 62

2,2,-dimetilpentano 89

Benceno 99

2,2,4-trimetilpentano 100

n-butano 113

Tolueno 124

Isopropilbenceno 132

Ciclopentano 141

1-penteno 152

2-metil-2-buteno 176

ESCALA DE INDICE DE OCTANAJE IC

Combustibles con octanaje mayor a 100, usan otros hidrocarburos de referencia, en el caso de la gasolina de aviación, GLP, GNL, el etanol y metanol.

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HIDROCARBUROS MON y RON

Cadena ramificada y corta con enlace simple o doble

Muy alto

Aromáticos (cíclicos) Alto

Lineales o acíclicos Bajo

Cicloparafina y naftnénicos Escala intermedia

Usa como patrón una mezcla de iso-octano y plomo tetraetilo.

El octanaje será 100 más la cantidad de plomo tetraetilo añadido.

MEDICION DEL OCTANAJE

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Existen dos formas para realizar la medición del octanaje, las cuales utilizan un motor especial (motor CFR), en lo que se diferencian las pruebas son las condiciones en las que se realizan.

PROCEDIMIENTO:

• Detectar explosiones de la muestra• Introducir una mezcla de los componentes de

referencia• Buscar las explosiones en la mezcla introducida• Cambiar la mezcla de no conseguirse las

explosiones a las condiciones de la prueba.

MEDICION DEL OCTANAJEPRUEBAS DE MOTOR.

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La prueba se realiza en un motor tipo CRF Cooperative Fuels Research de un solo cilindro estandarizado.

PRUEBA DE MOTOR.

Principio del método

Se efectúa en un motor especial de un sólo cilindro, aumentando progresivamente la comprensión hasta que se manifiesten las detonaciones. Posteriormente, se hace funcionar el motor sin variar la comprensión anterior, con una mezcla de iso-octano y una cantidad variable de n-heptano, que representará el octanaje o índice de octano de la gasolina para la cual se procedió a la prueba y que tiene, por lo tanto, el mismo funcionamiento antidetonante de la mezcla de hidrocarburos.

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DETERMINACION DEL O CTANAJEPRUEBAS DE MOTOR.

Prue

bas

de M

otor

RON Research Octane

NumberASTM D 2699

MON Motor Octane Number

ASTM D 2700

Intenta reproducir la situación de un motor en la ciudad a bajas velocidades (600 RPM) con numerosas aceleraciones.

T fluido: 51.7 °C.

Intenta reproducir la situación del mismo motor en carretera a altas velocidades (900 RPM) y conducción regular.

T fluido: 148,9 °C.

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Para determinar la calidad antidetonante de una gasolina se puede hacer uso de 3 tipos de métodos:

RON - Research Octane Number. MON - Motor Octane Number. PON - Pump Octane Number.

MEDICION DEL DEL OCTANAJE

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MON

MON es la abreviatura de “Motor Octane Number”. Intenta reproducir la situación del motor en la carretera, alto régimen y

conducción regular.

Condiciones de la prueba

MONASTM D 2700 - ISO 5163

Motor Cooperative Fuels Research

Temperatura ambiente 38° C

Temperatura de la mezcla 148,9 º C

Humedad 3,56 - 7,12 g por kg de aire seco

Temperatura del refrigerante 100° C

Temperatura del lubricante 57º C

Avance del encendido

Variable según la relación de compresión

Diámetro mínimo del carburador 14,3 mm

Régimen del motor 900 rpm

Mide el octanaje en el mismo motor pero a alta velocidad (900 rpm) y una T del fluido = 149 °C.

PRUEBA DE MOTOR.

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RON

RON es la abreviatura de “Research Octane Number”.

Intenta reproducir la situación del motor en la ciudad, Bajo régimen con numerosas

aceleraciones.

Condiciones de la pruebaRON

ASTM D 2699 - ISO 5164

Motor Cooperative Fuels Research

Temperatura ambiente Variable según la presión

Temperatura de la mezcla No especificada

Humedad 3,56 - 7,12 g por kg de aire seco

Temperatura del refrigerante 100° C

Temperatura del lubricante 57º C

Avance del encendido 13º antes del PMS

Diámetro mínimo del carburador

Variable según la altura

Régimen del motor 600 rpm

Mide el octanaje en un motor especial a baja velocidad (600 rpm) y una T del fluido = 51.7 °C

PRUEBA DE MOTOR.

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PONEn Estados Unidos se utiliza un manera para medir el índice de octano que vincula tato el RON como el MON. Esté método es llamado PON (Pump Octane Number), el cual es un promedio del RON y del MON.

PRUEBA DE MOTOR.

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MODELOS MATEMATICOS

Número de Octano en carretera

(Road On)• Octanaje probado en la carretera

Número de Octano en el surtidor (PON)

• Aplicado en la comercialización de la gasolina

𝑅𝑜𝑎𝑑𝑂 .𝑁=(𝐾 1∗𝑅𝑂𝑁 )+(𝐾 2∗𝑀𝑂𝑁 )+𝐾 3

𝑃𝑂𝑁=𝑅𝑂𝑁+𝑀𝑂𝑁

2

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GASOLINAS EN EL MUNDO

ZONA CLASE PON

COLOMBIA Regular 81

Premium 87

ESTADOS UNIDOS Regular 87

Mid-Grade 89

Premium 92

Europa EuroSuper 95

Super 97

Superplus 98

Fuente: http://tinyurl.com/73rxf6q

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VARIACION OCTANAJE CON LA ALTURA.

Número de Octanos a Nivel del Mar

Nú

mero

de O

cta

nos p

or

Dete

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ació

n E

xp

eri

men

tal

Altura (m)

Fuente: http://tinyurl.com/6okc6yf. Modificaa por el autor

“The higher the altitude above sea level, the lower the octane requirement”.2

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ADITIVOS PARA MEJORAR OCTANAJE EN GASOLINA.

Inicialmente se usaron algunos compuestos antidetonantes a base de plomo y manganeso que por sus bajos costos y alto rendimiento eran ideales para el uso comercial de la gasolina. Sin embargo, debido al gran impacto ambiental que generaban las emisiones resultantes se iniciaron una serie de acciones para  sacarlos del mercado.

El Tetraetilo de plomo que

incrementa el Número de Octano

entre 2 y 4 unidades.

Etanol y Metanol. Metil-Ter-Butil-Éter (MTBE). Ter-Amil-Metil-Éter (TAME). Etil-Teer-Butil-Éter (ETBE).

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Posteriormente, la aplicación de nuevas tecnologías de refinación, reformado catalítico, isomerización y otros procesos, permitieron obtener gasolinas con elevados números de octano limpios, es decir, sin aditivos.

Igualmente, se han desarrollado nuevos aditivos oxigenados denominados ecológicos en sustitución el tetraetilo de plomo; siendo los más comunes:

ADITIVOS PARA MEJORAR OCTANAJE EN GASOLINA.

Metil-Ter-Butil-Eter (MTBE)

Ter-Amil-Metil-Eter (TAME)

Etil-Teer-Butil-Eter (ETBE)

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COMERCIALIZACION OCTANAJE.

• En la actualidad toda la gasolina que se comercializa en el país es una mezcla etanol 10% + gasolina 90%, la cual se hace en refinería.

• Ese esquema tiene sus inconvenientes ya que el alcohol aumenta no solo el octanaje sino la volatilidad de la mezcla y eventualmente ocasiona pérdidas por evaporación.

• Teóricamente lo que gana en octanaje lo pierde en volumen pero en últimas gana el ambiente, ya que se emite menos azufre a la atmósfera.

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ZONA Gasolina PONMON

(Aprox)

RON

(Aprox)

COLOMBIACorriente 81 -

Extra 87 - -

AMERICA

Regular 87 83 91

Mid-Grade 89 85 92

Premium 92 88 96

 EUROPA

EuroSuper 95 - -

Super 97 - -

SuperPlus 98 - -

OCTANAJE GASOLINA.

COMERCIALIZACION DE LA GASOLINA EN EL MUNDO.

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INDICE DE CETANO.

Fuente. http://www.icex.es.html

Cuanto más elevado es el número de cetano, menor es el retraso de la ignición y mejor es la calidad de combustión.

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.

Es una medida de la calidad y facilidad de ignición del diesel.

CETANAJE

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Este valor se determina comparando al combustible diesel con mezclas de referencia compuestas de n-cetano y hepta-metilnonano.

Dicha comparación se realiza en un motor de combustión interna estandarizado, bajo determinadas condiciones de prueba hasta que ambas muestras presentan la misma calidad de ignición.

DETERMINACION

INDICE DE CETANO

cetano 100

α-metil naftaleno 0

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DETERNINACION.

El Número de Cetano es equivalente al % de n-cetano en la mezcla.El rango de número de cetano de la prueba esta entre 30-65.Los números de cetano correspondientes a los fluidos de referencia usados en la prueba son:

Comp onente Estructura Molecular I. Cetano Características

Alfa metil naftaleno 0

o Catorce carbonos

o HC que no se inflama con facilidad.

n- hexadecano(cetano) 100

o Dieciséis carbonos – alcano lineal.

o HC que se inflama con facilidad.

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DETERMINACION

NORMA ASTM D613

Para determinar el índice cetano se compara el combustible diesel con mezclas de referencia compuestas de hexadecano (n-cetano) y heptametilnonano, en un motor CFR.

Componente N. Cetano

Alfametilnaftaleno 0

Heptametilnonano puro 15

n-cetanol puro 100

El número de cetano del combustible a examinar será igual a la proporción de cetano de la mezcla para que el motor de pruebas funcione de manera equivalente.

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METODOS DE DETERMINACION IC.

• Cuando no se dispone de un motor para hacer dicha prueba, se podrá estimar el índice de cetano de forma teórica según lo especifica la norma ASTM-D4737-10

• Este valor se calcula en función de la densidad API y de la temperatura media de ebullición del producto (curva de destilación ASTM).

• El valor obtenido por este método es menos exacto en comparación con el obtenido con prueba de motor, ya que este puede llegar a variar al determinar las propiedades necesarias para su cálculo.

CETANAJE.

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DETERMINACION.

Los metodos alternativo para estimar el numero de cetano de forma teórica son los especificados en:

Norma ASTM D976

Norma ASTM D4737

El valor obtenido es menos exacto, ya que este puede llegar a variar al determinar las propiedades necesarias para su cálculo.

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NORMA ASTM D796

Este método utiliza una ecuación o monograma para determinar el índice de cetano. El índice de cetano se calcula a partir de los datos de la gravedad API a 15°C y de la temperatura media de ebullición del producto.

A mayor densidad menor índice de cetano

A mayor temperatura mayor índice de cetano

Componente N. de Cetano

heptametilnonano puro 15

n - hexadecano puro 100

Fuente: http://tinyurl.com/7742euk

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𝐼𝐶=420,34 − ( 0,016∗𝐺2 )+( 0,192∗𝐺∗ log 𝑀 )+(65,01∗ (log 𝑀 )2 )−(0,001809∗𝑀2)

Donde:IC es el Indice de CetanoG es la Gravedad API determinada con la norma CONVENIN 883M es la Temperatura media de ebullición en [°C] a presión barométrica estándar.

𝐼𝐶=454,74 −1641,416∗𝐷+774,74∗𝐷2 − 0.554∗𝐵+97.803∗(log 𝐵)2

Donde:IC es el Indice de CetanoD es la Densidad de la muestra a 15°C en [g/ml] determinada de la gravedad APIB es la Temperatura media de ebullición en [°C] a presión barométrica estándar.

NORMA ASTM D796

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DETERMINACION NORMA ASTM D473

Este método se hace por medio de la ecuación de las cuatro variables, (la densidad a 15°C y los puntos de destilación T50, T10 y T90). Los valores obtenidos se aproximan mas al numero de cetano determinado con motor (ASTM D 613).

)

Donde:D es el la densidad de la muestra a 15°C en [g/ml]T10 es la temperatura en °C a la que destila el 10%T50 es la temperatura en °C a la que destila el 50%T90 es la temperatura en °C a la que destila el 90%

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Para aumentar el Número de Cetano se utilizan los denominados mejoradores de ignición, que son componentes adicionados en muy pequeñas cantidades, los cuales lo mejoran, reduciendo el tiempo de retardo entre la inyección y la ignición del combustible.

Los más comunes son:

Nitratos orgánicos

Polisulfuros

Peróxidos

Aldehídos

Cetonas y éteres muy volátiles

ADITIVOS AL CETANO

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Para aumentar el número de cetano se utilizan los denominados mejoradores de ignición, que son componentes adicionados en muy pequeñas cantidades, los cuales reducen el tiempo de retardo entre la inyección y la ignición del combustible. Los más comunes son:

Nitratos orgánicos

Polisulfuros

Cetonas y éteres

Aldehídos

Peróxidos

ADITIVOS AL DIESEL.

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ZONA Dieselíndice de

cetano

Número de

cetano

COLOMBIA

Corriente 45 43

Extra 45 45

Marino 40 40

 USA Convencional 40 40

EUROPA Convencional 50 50

INDICE DE CETANO

Altura Cantidad de Oxígeno

Velocidad de Combustión

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CONCLUSIONES

• Las pruebas para la determinación del índice de octano y de cetano se basan en el mismo principio, siendo la principal diferencia los componentes de referencia usados en la mezcla .

• Al igual que con la gasolina, es necesario el uso de aditivos para el diesel para reducir el tiempo de retardo entre la inyección y la ignición del combustible.

• El aumento del número de cetano traerá consigo un trabajo óptimo del motor a bajas temperaturas, manteniendo una combustión regular y suave.

• Existen varias maneras de medir el índice de octano, siendo las mas reconocidas el RON, el MON y una combinación de las dos anteriores llamada PON

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CONCLUSIONES

• La adecuada determinación de las características de los combustibles, tales como el octanaje y el índice de cetano, permiten un adecuado funcionamiento del motor, de acuerdo a las especificaciones técnicas del fabricante.

• Se entiende la diferencia entre las definiciones de Octanaje e índice de cetano, teniendo en cuenta las diferencias de las propiedades de los combustibles a analizar, y de su respectivo uso.

• La industria petroquímica colombiana presenta algún grado de atraso respecto al panorama mundial.

• La investigación y desarrollo de nuevos procesos y aditivos para el mejoramiento en la calidad de los combustibles, permite aprovechar al máximo la energía que se puede liberar de los mismos.

• A mayor compresión, mayor será el octanaje y mejor capacidad antidetonante del combustible

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BIBLIOGRAFIAS

Normas ASTM D 2699-10. Números de Octanos de Investigación Norma ASTM D 2700-10. Número de Octano de Motor Fisier Química Orgánica Fundamental, L Fisier, 1968 El petróleo. Refino y tratamiento químico. Vol 1. Madrid: Ediciones CPSA,

S.A.. Articulo interno de la UIS, Las Gasolinas en Colombia, Docentes UIS Combustibles líquidos IV. Gasóleos y fuelóleos, 2006

• http://www.textoscientificos.com Revista octanaje No. 2 , Nicolás Rodríguez Martínez

• http://www.ref.pemex.com Cómo funciona el motor de gasolina y Diesel

• http:// www.asifunciona.com Cálculo del índice de cetano de los combustibles destilados

http://www.sencamer.gob.ve

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PREGUNTAS?

GRACIAS POR SU

ATENCION!