Autores: Edgar Pérez, José A. Pais, José Padilla, Misael Coste / Centro de Ingeniería Mecánica y Diseño Industrial (CIMECDI).
Resumen
Actualmente con la llegada de los cinco buques petroleros provenientes de Irán (Fortune, Forest, Petunia, Faxon y Clavel), se ha generado polémicas en las opiniones de los venezolanos con respecto al octanaje, el cual no entraremos en detalles, pero para entender la importancia del octanaje hay que comenzar poniéndonos en contexto.
Introducción
Los combustibles para los motores endotérmicos pueden clasificarse en sólidos, gaseosos y líquidos.
Los combustibles líquidos son la fuente de energía principal para los motores endotérmicos.
Los combustibles derivados del petróleo y otros combustibles líquidos son recursos energéticos globales dominantes, que representan el 33% del uso total de energía en 2012 [1].
Las proyecciones indican que la proporción de estos combustibles líquidos podría reducirse al 30% en 2040, pero seguiría siendo un importante recurso energético. El sector transporte en el país, que representa el 25% del consumo mundial de energía en 2012 [1], es el principal consumidor de combustibles líquidos; utiliza varios tipos de combustibles líquidos según el uso final, incluidas las gasolinas, los motores diesel, los combustibles para reactores, los biocombustibles, el gas a líquido (GTL), la biomasa a líquido (BTL), el carbón a líquido (CTL), etc. Los motores de combustión interna utilizan principalmente gasolina o diesel, y sus mezclas con bio-combustibles y / o combustibles alternativos. Los principales tipos de combustibles líquidos puestos a la venta en el comercio son los hidrocarburos obtenidos de la refinación del petróleo crudo, además del benzol y los alcoholes.
Los hidrocarburos se clasifican en dos grandes categorías, a saber:
- Carburantes
- Petróleos
Los cuales se distinguen esencialmente entre sí por su volatilidad, es decir, por su aptitud para evaporarse y, de consiguiente, por su capacidad de mezclarse homogéneamente con el aire. Los carburantes son usados sobre todo en los motores de encendido por chispa, y los petróleos, en los motores de encendido por compresión. Entre los carburantes está incluida la gasolina. Los petróleos comprenderán los aceites medios y pesados, que proceden de la destilación del petróleo mineral crudo o del alquitrán, los cuales se llaman, respectivamente, gasoil y petróleo pesado (petróleo de motores).
Cuando un motor de encendido por chispa funciona en condiciones particularmente duras, es decir, con carga elevada y excesivo anticipo al encendido, o con una relación aire-combustible no adecuada al régimen y a temperatura demasiado alta, puede originarse el fenómeno llamado picado o detonación (en inglés knocking o engine knocking), también es llamado pistoneo o cascabeleo.
La detonación o knocking aparece cuando la mezcla aire-combustible se inflama bruscamente antes de que salte la chispa en la bujía, cuando el pistón no ha alcanzado aún el momento preciso. Se provoca, por tanto, una fuerza que se opone al movimiento normal del cigüeñal, originando golpeteo o cascabeleo metálico, debido a que la presión de los gases en el interior de la cámara de combustión sube excesivamente, resultando en grandes fuerzas que actúan sobre los pistones o émbolos del motor, pudiendo llegar a romperlos.
La calidad de un carburante depende esencialmente del valor de su poder antidetonante, es decir, la aptitud que posee el combustible para soportar sin detonación elevadas compresiones. Esta medida está dada por el llamado Número de Octano (N.O.). El valor del N.O. de un carburante se obtiene comparándolo con combustibles de referencia constituidos por mezclas de isooctano y n-heptano o bien isooctano y tetraetilo de plomo.
Cuanto más elevado es el N.O. de un combustible, tanto mayor es su capacidad de resistir a la detonación y más alta puede ser la relación de compresión del motor. Como la potencia y el consumo específico dependen de la relación de compresión, puede afirmarse que esta importante característica del motor depende también del N.O. del combustible.
El N.O. de un combustible es variable al cambiar su composición química. Esto se logra con aditivos antidetonantes, entre los cuales se encuentran: Tetraetilo de Plomo y el Tetrametilo de Plomo, ETBE, etanol, butanol, antiguamente se usaban el hierro pentacarbolino, niquel tetracarbonilo y anilina.
El tetraetilo de plomo es el más eficaz de los que en la actualidad se usan, pero si su tanto por ciento rebasa en la gasolina determinados valores origina varios inconvenientes, entre los cuales se encuentran la formación de depósitos de óxido de plomo que actúan corrosivamente sobre las paredes del cilindro, del pistón y en particular, sobre puntos muy sometidos a calentamientos (válvulas, asiento de éstas, electrodos de la bujía)., otra consecuencia es la toxicidad de los vapores del combustible.
Los combustibles para motores de encendido por chispa se caracterizan por dos números octanaje estándar: RON (Research Octane Number) y MON (Motor Octane Number) basados en ASTM (American Society for Testing and Materials) D2699 y D2700 [2,3], respectivamente.
RON: determina el comportamiento de la gasolina en entornos urbanos, es decir, a bajas revoluciones y temperaturas, considerando que puede hacerse con numerosas aceleraciones. Esta medición es menos exacta y suele estar unos 10 puntos por encima del MON.
MON: este índice es medido en un motor estático y determina el comportamiento de la gasolina a alto régimen y conducción regular propias de trayectos en carretera. El motor se sobrecarga más y se utiliza una mezcla precalentada, revolucionado más el motor y provocando tiempos de ignición variables.
La diferencia entre RON y MON se define como la sensibilidad al octano (OS). Estas métricas de calificación de combustible se establecieron en 1927 y todavía están en uso hasta la fecha sin cambios significativos. El RON y MON de un combustible determinado se determina siguiendo el procedimiento ASTM estándar en un motor de encendido por chispa CFR F1 / F2, y comparando su calidad antidetonante con la de una mezcla de combustibles de referencia de gasolina.
En conclusión, la importancia del octanaje radica en que el diseño de los motores más recientes lo exige, esto debido a que son más eficientes por manejar una relación de compresión mayor, obteniendo un mejor aprovechamiento energético del combustible, por tanto, necesitan el uso de combustibles con un poder antidetonante más alto. Esto se traduce en un aumento del desempeño del motor y ahorro de combustible. Un octanaje menor al recomendado por el fabricante puede generar fallas como pérdidas de potencia, consumo mayor por kilómetro recorrido y la temida detonación, con sus consecuencias en el motor ya descritas anteriormente. También suele suceder, que por cuestiones de recalentamiento del motor se rectifique la cámara, aumentando aún más la relación de compresión que viene dada desde la fabricación del motor, lo cual enfatiza el uso de una gasolina con alto octanaje.
Como datos adicionales:
En Irán, el octanaje en la gasolina es de 92 RON (comercializado como regular) y 95 RON (comercializado como Super) están ampliamente disponibles en las gasolineras. [4]
En Venezuela, el octanaje en la gasolina es de 91 RON y 95 RON. [4]
RESEÑA BIBLIOGRÁFICA
GIACOSA, Dante. Motores Endotérmicos. 3ed. Editorial Dossat, S.A. (Madrid). 1980.
[1] Energy Information Administration. International energy outlook 2016 [Tech. rep.]; 2016. URL:https://www.eia.gov/outlooks/ieo/pdf/0484(2016).pdf
[2] ASTM D2699-13b. Standard test method for research octane number of spark-ignition engine fuel: ASTM International. doi:10.1520/D2699.
[3] ASTM D2700. Standard test method for motor octane number of spark-ignition
engine fuel. ASTM International. doi:10.1520/D2700-16.
[4] octanaje – Octane rating (julio-2020). Wikipedia:
Contactos: jpadilla@fii.gob.ve ; orlandoaco2@gmail.com;