Combustibles TradicionalesLa diversidad de combustibles es variada, se los clasifica segn su origen en: naturales y artificiales; de acuerdo a su naturaleza en: vegetal (renovables) y mineral (no renovables), a todos ellos se los divide en tres grupos: Lquidos, gaseosos y slidos. En este breve apunte, analizaremos los que son utilizados en motores endotrmicos.La fuente de combustible ms usada en la actualidad es el petrleo. Gaseosos Gas natural y licuado

Lquidos Nafta (aplicacin Kerosn Petrleo en motores Gas ol endotrmicos) Fuel ol

Slidos Carbn

Composicin de las naftas (Somera descripcin)El petrleo es una mezcla de un nmero casi infinito de hidrocarburos. Aun cuando varan ampliamente, los constituyentes finales son relativamente fijos: el porcentaje de carbono vara generalmente de 83 a 87 % y el de hidrgeno de 11 a 14 %. La mayora de los componentes del petrleo pertenecen a los parafnicos, naftnicos y aromticos.

PRINCIPALES FAMILIAS DE HIDROCARBUROS

Familia FrmulaEstructura

Parafina (alcano)CnH2n+2Cadena

NaftnicosCnH2nAnillo

AromticosBencenoCnH2n-6Anillo

NaftalenoCnH2n-12Anillo

La primera serie de estos, los parafnicos, son de cadena abierta y de longitud variable y simple enlace (CnH2n+2).- Gases

C H4 Metano (octanaje aprox. > 105)

H

HCH(Gas)

H

El gas metano es considerado un buen combustible para motores que operan bajo ciclo Otto debido a que: Su combustin es limpia. Su nmero de octano es superior a 100 Genera muy poca polucin (CO2 y H2O) Puede considerarse un combustible renovable debido a que puede obtenerse mediante digestin de desechos orgnicos.-

Podra considerarse como inconveniente que al no dejar residuos aceitosos (como las naftas), el CH4 tiende a quemar el pequeo exceso de aceite que sube a la cmara de combustin dejando con problemas de lubricacin a la cabeza del pistn y al primer aro, pero esto se soluciona con lubricantes aditivados con polmeros .-

C2 H6 - Etano HH

HCCH(Gas)

HH

Gases licuados

C3 H8 - Propano Octanaje > 100C4 H10 - Butano

La mezcla de propano butano es considerada tambin un excelente combustible, aunque su combustin no es tan limpia como la del Metano. Tiene un nmero de octano superior a 100 y son gases fcilmente licuables (2 atmsferas contra 150 que necesita el CH4).

Combustibles lquidosC5 H12 Pentano (65) (solventes, malos combustibles desde el punto de vista de la detonacin)C6 H14 - Hexano (nafta blanca) (25)

C7 H16 - Heptano nmero de octano = 0 por convencin, se utiliza en el ensayo de motores como combustible de referencia.-

C8 H18 - Octano (-20) Negativo

HHHHHHHH

HCCCCCCCCH

HHHHHHHH

A partir de C 10, comienzan a aparecer los kerosenes A partir de C 16, comienzan a aparecer los gas oil

C16 H34 - Cetano

Los hidrocarburos descriptos se caracterizan por tener bajo nivel octnico, excepto los primeros de la serie que son gases.-Otro tipo de cadena son los Iso-Parafnicos, misma cantidad de carbono, misma cantidad de hidrgeno pero combinados de formas distintas (ismeros).-El Octano tiene N de octano negativo, el Iso-octano tiene N de octano 100. Este ltimo forma una cadena compacta ms resistente a las condiciones de compresin.-

HH

HCHHCH

HHH

HCCCCCH

HHHH

HCH

H

C8 H18 - Iso-Octano 2-2-4 Trimetil Pentano (combustible de referencia)

Existen tambin como integrantes de las naftas las Diolefinas que son cadenas abiertas pero con enlaces dobles y otros ms.

Otros tipos de hidrocarburos son los de cadena cerrada:

HH

C

HHH

CCC

HHHCCH

HHHCCH

CCC

HHH

C

HH

C6H12 -Ciclo hexano C5H10 Ciclo pentano C6H6 - Benceno (cancergeno) El nmero de octano es un valor de referencia con el que se mide la capacidad antidetonante de las naftas, cuando mayor es el nmero de octano mayor dicho poder.-Los elementos de referencias para la comparacin en el ensayo son:Heptano - N de octano ---> 0Isoctano - N de octano --> 100 De lo expuesto se deduce que el nmero de octano de las naftas depender del tipo de hidrocarburos que las compongan al ser mezclas de los mismos.Para determinar el N de octano de los combustibles se utiliza un motor mono cilndrico de compresin variable (CFR Waukesha) y en el que se puede regular el nmero de revoluciones, relacin de mezcla y la compresin siguiendo las normas del ensayo. Nmero de CetanoA diferencia del ciclo Otto, en el ciclo diesel el combustible utilizado debe ser de fcil inflamabilidad.-

Metil naftaleno El nmero de cetano determina la capacidad de inflamacin de un combustible. Como referencias se utilizan el Cetano C16H34 (al que se le asigna nmero de Cetano igual a 100), que es un hidrocarburo muy fcil de partir y por lo tanto entra en combustin fcilmente y al alfa Metil naftaleno (se le asigna el nmero de Cetano igual a 0), de la relacin entre ellos en volumen nace el nmero de cetano. El ensayo tiene el mismo concepto que el anterior, se realiza en un motor CFR.Hay otro sistema para determinar indirectamente el nmero de cetano a travs del llamado ndice diesel. Est basado en el punto de anilina (tenor de parafnicos) del combustible y la relacin entre la densidad del gas oil medida en grados A.P.I. El grado de parafinizacin de un combustible es la menor temperatura (medida en F) a la cual dos volmenes iguales de combustible y de anilina son perfectamente miscibles. Este punto se obtiene mezclando dos volmenes iguales de anilina y combustible a temperatura ambiente y luego se hace descender la temperatura de la misma hasta que se noten trazos de inmiscibilidad (se enturbia la mezcla)- Se toma esta temperatura. Luego:

El ndice diesel se obtiene a travs de la siguiente frmula:

ID = d (API) Pa (expresin emprica) 100

Pa: punto de anilina (F)d: densidad (grado API) (tomada a 60F (15c))

Para determinar el nmero de cetano, una vez obtenido el ndice diesel se utiliza la curva anterior.-Cabe destacar que los combustibles que mejor se comportan en el ciclo diesel, son los parafnicos por su gran inestabilidad a las altas temperaturas. El kerosn (cetano 55) es muy buen combustible diesel pero, debido a que es muy poco lubricante puede llegar a daar la bomba. Nota: El diagrama anterior es meramente orientativo.

En la tabla de la pgina siguiente se observan las caractersticas de distintos tipos de combustibles para motores diesel y su clasificacin.

Observar las viscosidades y los tenores de S.

ALCONAFTA.- Mezcla de alcohol y naftas en distintos %. Se utiliz en nuestro pas hace ms de 30 aos en las provincias del norte y en una proporcin de 20% de alcohol ya que no alteraba significativamente la marcha de los motores. Los alcoholes son combustibles renovables, obtenidos de la fermentacin de los azucares como el del maz y caa (etanol o alcohol etlico) y el alcohol metlico o metanol antiguamente se obtena por destilacin destructiva de la madera, hoy en da todo el metanol producido es de origen sinttico, elaborado a partir de hidrgeno y monxido de carbono.

CUADRO COMPARATIVO NAFTA Y ALCOHOLES

Frmula QumicaNaftaMetanolEtanol

C8 H18C H3 OHC2 H5 OH

Poder Calorfico kcal / litro (neto)7.4503.8305.070

IPoder Calorfico / litro como % del Octano10051,568

Relac. Estequeomtrica Peso aire / Comb.15,16,459

IIKcal / Nm3 Aire910965920

IIICalor lat. de vaporiz del comb. en kcal. / Nm3 Aire6,752,928,8

IVCantidad relativa de mezcla aire/combustible aspirada debido a efecto refrigerante.-100122109

Para comparar combustibles se debe considerar 1. Poder calorfico Neto2. Poder calorfico de la mezcla kcal / Nm33. Calor latente de vaporizacin (mejora el rendimiento volumtrico por efecto refrigerante).-4. Octanaje

Segn el cuadro de la pgina anterior tenemos:Punto I: El rendimiento kcal./litro se reduce a 52 % para el metanol y 68 % para el etanol.- Punto II: Se introduce mayor cantidad de caloras en el motor con alcoholes que con nafta por el efecto refrigerante (para lograrlo se debe agrandar los surtidores del carburador).-Punto III: Se sugiere calefaccionar el mltiple de admisin.-Punto IV: Por el efecto refrigerante del elevado calor de vaporizacin permite ingresar a los cilindros un mayor peso de mezcla activa.-De lo descripto surge que para obtener una determinada potencia usando alcohol se necesita el doble de combustible.Es importante destacar el ataque que produce el alcohol sobre los productos de goma (juntas, mangueras, etc.), salvo que sean sintticas o aptas para alcohol.-

Adems hay que tener en cuenta que la mezcla alcohol-nafta se separa en dos fases cuando se encuentran en presencia de agua. Esta separacin es funcin de la temperatura y del porcentaje de cada uno de los componentes de la mezcla.- Si analizamos el grfico de la pgina anterior observaremos que una mezcla con 25 % de alcohol etlico a 27 C puede admitir un mximo de 1,18 % de agua sin separarse.-Por ello es condicin indispensable que los tanques de combustible de los vehculos no tengan agua acumulada caso contrario se corre el riesgo de separacin del alconafta en dos fases con las graves consecuencias que esto implica.

BIODIESEL

IntroduccinLa idea de utilizar combustibles vegetales en motores de combustin interna no es ninguna novedad. Slo con citar la experiencia del creador del motor de encendido por compresin, o motor diesel, el propio R. Diesel, quien utiliz aceite de man para impulsar una de sus creaciones en la exposicin de Pars de 1900, nos indica, que las races de este asunto se remontan un centenar de aos atrs.La sustitucin de los combustibles denominados fsiles o tradicionales, derivados del petrleo, por otros, de origen vegetal, cobra una gran importancia en nuestros das por varias razones fundamentales, como el hecho de provenir de una fuente renovable, ser un instrumento de lucha contra el deterioro medioambiental, adems de un factor de desarrollo de la agricultura e industrias derivadas, y otros beneficios que sern desarrollados con posterioridad.Es un combustible producido a partir de materias de base renovables, como los aceites vegetales, que se puede usar en los motores diesel. Qumicamente constituyen esteres de alquilo, de metilo y de etilo, con cadenas largas de cidos grasos. Estas cadenas, al estar oxigenadas, le otorgan al motor una combustin mucho ms limpia.Todas las semillas, oleaginosas y no oleaginosas, tienen aceite porqu es la energa que poseen las plantas para poder desarrollarse y germinar adecuadamente. La oleaginosa que se usa desde hace muchos aos, 20 30 aos, es la soja que contiene entre 18% y 20 % de aceite, tambin la colza en Europa y Canad, la palma en Oceana.

Proceso de obtencin El aceite, en la semilla, est distribuido en celdas y contenido por una membrana. El primer paso es quebrar la semilla para lo que, primero se la acondiciona llevndola a unos 70 C aproximadamente y as volverla ms frgil facilitando el proceso de quebrado. Posteriormente se la lamina hasta obtener un espesor aproximado de 0,35 mm con lo que se logra que el aceite contenido en las lminas quede expuesto. Luego, en algunos casos se la expande y posteriormente se realiza la extraccin del aceite por solvente donde se utiliza hexano originado la miscela, que es una mezcla de hexano y aceite, y el expeler ( harinas slidas). El aceite de soja es muy soluble en solvente. La Miscela se bombea a la destilera en donde obtenemos:1. Aceite crudo que va al desgomado y luego a la refinera.2. Solvente puro que vuelve a la extraccin recomenzando el ciclo.El aceite crudo que sale de la destilera posee fosftidos, que se eliminan en el proceso.El aceite vegetal es un triglicrido es decir, una glicerina glicerol con tres cadenas (no siempre) de cidos orgnicos llamadas resto R.

Comparando la cadena resto con la configuracin del cetano, observamos la similitud de la misma.El proceso de transesterificacin consiste en hacer reaccionar el triglicrido con alcohol metlico o etlico en presencia de un catalizador en base a Na o K (metilato de Na). Se obtendr como resultado glicerol (glicerina) y el llamado biodiesel cuya expresin final segn la cadena resto podr ser entre otras.

Los biodiesels son actualmente mezclas de gas oil(del petrleo) con determinados porcentajes de biocombustible combustible. Rara vez se lo usa al biodiesel puro. Hay fabricantes de mquinas agrcolas que no lo aceptan.

El puro es totalmente biodegradable.