Introducción El petróleo es una mezcla principalmente de hidrocarburos de cadena

abierta y cadena cerrada, aunque también contiene otros compuestos como el azufre, oxígeno y nitrógeno

Es la fuente principal de recursos energéticos (1859 primeras perforaciones para buscar petróleo), y el combustible más usado para los MCI

El petróleo se forma mediante la descomposición bacteriana de residuos de animales y plantas que están enterrados durante millones de años y se convierten en hidrocarburos por acción del calor y altas presiones

Dentro de sus principales componentes tenemos: alcanos, olefinas, cicloalcanos o naftenos y aromáticos

La necesidad de un ambiente menos contaminado y del aseguramiento energético han derivado hacia la búsqueda de otras fuentes: Alcoholes y ésteres derivados de aceites vegetales

Introducción Formación de petróleo

Condiciones para los combustibles de los MCI Alta densidad energética

Buena combustión

Alta estabilidad térmica

Baja toxicidad

Baja contaminación

Fácil transporte y almacenamiento

Compatibilidad con los materiales del motor

Baja tendencia a la formación de depósitos (gomas, sedimentos)

Viable económicamente en grandes cantidades

De fácil mezcla con aire y bajo calor latente de vaporización

No debe reaccionar químicamente con los componentes del motor por el cual circula

Constitución del petróleo Alcános o parafinas: CnH2n+2

Olefinas CnH2n

Cicloalcanos o naftenos: CnH2n

Aromáticos: CnH2n-6

Constitución del petróleo

Proceso de refino Sedimentos de componentes sólidos y agua del crudo

Sistema de Calentamiento

Torre de fraccionamiento

Proceso de refino

Proceso de refino Rango de ebullición de los distintos cortes de una

columna de destilación

Propiedades de Combustibles para MEP

Poder Calorífico

Capacidad energética del combustible, depende del contenido de carbono e hidrógeno.

PCS/PCI

Volatilidad

ASTM D86:

10% 70ºC (T↑arranque/T↓excesiva evaporación)

50% (a 10°C y 65%H podría formar hielo)

90% (dilución de aceite, inquemados en los gases)

Prueba ASTM D86

Propiedades de Combustibles para MEP Presión de vapor (Presión REID)

Gasolina de invierno 55 a 78 kPa

Gasolina de verano 48 a 64 kPa

Propiedades de Combustibles para MEP Efectos de la volatilidad

Arranque frío

Pérdidas por evaporación

Dilución del Lubricante

Bloqueo por vapor

Desempeño en el rango de operación

Ensuciamiento de las bujías

Formación de sedimentos en las válvulas y anillos

Propiedades de Combustibles para MEP Temperatura de autoignición

Mínima temperatura para la que un combustible en contacto con aire inicie espontáneamente el proceso de combustión sin necesidad de una fuente externa de calor

Relación de compresión

Retardo de la ignición (ID) (milésimas de segundo): reacciones de preignición (intermedias)

Características antidetonantes Deben tener baja tendencia a la

autoignición (60 a 70 bars)

Número de Octanaje (RON)

Propiedades de Combustibles para MEP Características

Antidetonantes A mayor relación de

compresión, mayor es la eficiencia del motor.

A menor RC, menor los requerimientos del combustible

La tendencia a la detonación aumenta con el avance al encendido

Propiedades de Combustibles para MEP Octanaje

I-Octano : 100

N-Heptano : 0

ON = ONa*%ma+ ONa*%mb+ ONa*%mc

Pruebas para Medir el Indice de Octanaje RON / MON

Sensibilidad del combustible

Indice Antidetonante

Aditivos

Propiedades de combustibles para MEP Métodos para hallar el octanaje del combustible

Gasolina La gran demanda y las especificaciones técnicas que se

requieren para este producto han dado lugar a que las gasolinas se fabriquen mezclando la producción de varios procesos de refino. Hay que tener presente que la gasolina obtenida por destilación primaria del petróleo crudo no basta para cubrir las necesidades actuales y además tiene un bajo octanaje

Gasolina Aditivos

Antioxidantes

Inhibidores de corrosión

Anticongelantes

Colorantes

Detergentes

Antidetonantes (Metil tercio butil éter)

Gasolina

Propiedades de los combustibles para MEC Volatilidad

El combustible se inyecta en una masa de aire caliente Temperatura al final de la curva de vaporización elevada (pueden

presentarse problemas de dilución y/o formación de hollín o carbonilla en la cámara de combustión)

Viscosidad Suficientemente baja para trabajar con temperaturas reducidas

(fluya sin dificultad) Suficientemente elevada para lubricar la bomba de combustible Determina el tamaño de gota que puede obtenerse con una tobera

de inyector determinada, consecuentemente el grado de atomización y capacidad de penetración de la gota en el interior de la cámara Si la viscosidad se incrementa el grado de atomización es bajo y las gotas

penetran hasta la pared posterior de la cámara (baja volatilidad) Si la viscosidad disminuye la atomización mejora pero la penetración

será baja, lo que empeora la distribución del combustible en el interior de la cámara

Propiedades de los combustibles para MEC Calidad de ignición

Elevada tendencia a la autoinflamación para evitar acumulación excesiva de combustible antes de la autoignición

Alta Calidad → Corto periodo de retraso (≠ capacidad antidetonante)

Número de Cetano HC parafínico con una óptima calidad de ignición: cetano, C16H34

índice 100 HC nafténico de escasa autoinflamación: alfametilnaftaleno, C10H7CH3

indice 00

El NC está directamente relacionado con: Facilidad de arranque en frío del motor Marcha dura del mismo Relación de compresión.

El NC depende de la precedencia del crudo, métodos de refino y aditivos

Propiedades de los combustibles para MEC Calidad de ignición

La relación de compresión máxima viene limitada en los MEC por consideraciones mecánicas y el valor mínimo por la necesidad de un buen arranque en frío. Es evidente que cuanto mayor sea el NC del combustible, más bajo será el valor de la relación de compresión y menores las tensiones mecánicas en el motor.

Por ello, con combustibles de baja calidad de ignición o para mejorar el comportamiento del mismo, se buscan soluciones en el arranque como son calentadores, bujías de precalentamiento o incluso la inyección de un combustible auxiliar.

Propiedades de los combustibles para MEC

Combustibles para MEC Diesel:

Combustible con un peso molecular mayor, que se puede clasificar usando escalas numéricas

Números menores tienen menor peso molecular y menor viscosidad y son usados para MEC

Números mayores son más viscosos y tienen otras aplicaciones

Combustibles para los MEC Diesel

Combustibles alternativos Razones de cambio del uso de combustibles alternativos

Costo del crudo en 2008 / Número de automóviles sigue en subida

Emisiones contaminantes: automóviles son las principales causas de los niveles de contaminación

Seguridad Energética

Combustibles alternativos comunes:

Alcoholes

Hidrógeno

Gas Natural

GLP

Alcoholes Ventajas:

Octanaje mayor a 100, mayores relaciones de compresión

Se obtiene de numerosas fuentes

Menores emisiones contaminantes comparadas con la gasolina

Tiene un mayor efecto refrigerante debido a que su calor latente es entre 3 a 4 veces el de la gasolina

Menos contenido de azufre

Desventajas: Bajo poder calorífico (se debe quemar el doble cantidad de alcohol

para igualar la energía de la gasolina)

Efectos corrosivos sobre el cobre, bronce, aluminio

Menos presión de vapor y Volatilidad que las gasolinas (problemas en arranques fríos)

Gasohol Mezcla Gasolina Alcohol (Gasohol)

El motor no debe ser modificado

Se mejora la calidad antidetonante

Se necesita una menor cantidad de aire para la combustión

Hidrógeno Ventajas

Bajas emisiones, esencialmente Vapor de agua y nitrógeno

Disponibilidad del combustible

Fugas de combustible no son contaminantes

Alto poder calorífico

Velocidad de combustión alta (10 veces más rápida que la gasolina)

Desventajas Costos de almacenamiento elevados

Costo de combustible elevado

Gas Natural Compuesto principalmente por Metano (90%) y Etano

Ventajas Alto número de octanaje (130)

Bajas emisiones

Bajo costo

Existe en abundancia

Es limpio e inodoro

Desventajas Baja densidad de energía

Necesidad de un tanque presurizado grande

Aceites vegetales Las características de estos aceites son inferiores a las del

gasoil, acercándose más a las del fuelóleo, tal y como se puede comprobar en la tabla de características.

El inferior poder calorífico de estos combustibles da como consecuencia incrementos en los consumos específicos en torno al 5/10%.

Aceites Vegetales La alta viscosidad y la baja volatilidad, comparadas con

la del gasóleo, son responsables de la formación de depósitos en la cámara de combustión, creando problemas en los asientos de válvulas, en la tobera del inyector y engomado de los segmentos y presentando, incluso, problemas de dilución del aceite.

El resultado es un empeoramiento del funcionamiento del motor y un aumento de las emisiones de CO y de hidrocarburos inquemados.

Comparativa de combustibles

Comparativa de combustibles

Comparativa de combustibles

Comparativa de combustibles