TECNOLOGA IV

TECNOLOGA IVESTUDIO DE LOS COMBUSTIBLES PARA MOTORESLos combustibles usados para motores de combustin interna estn constituidos por una mezcla de hidrocarburos que se diferencian entre s por la estructura de sus molculas. COMBUSTIBLES.

ESTRUCTURA:

Las molculas de hidrocarburo estn constituidas en forma de cadena o en forma de anillo.

Las molculas que tienen estructura en forma de cadena sencilla (parafinas y alquenos) son muy propicias al encendido y arden fcilmente.

COMBUSTIBLES

ESTRUCTURA:

Las molculas con cadenas ramificadas (ismeros) o en forma de anillo (Aromticos y ciclo parafinas) no son tan propicias al encendido.

COMBUSTIBLES

Aromticos y ciclo parafinas ismerosCOMBUSTIBLES

OBTENCIN

Se puede obtener los hidrocarburos de las siguientes fuentes:

PetrleoGas natural Carbn

Los hidrocarburos contenidos en el petrleo no son todos apropiados para constituir la gasolina o el gasoil. La mayor parte debe transformarse por procedimientos qumicos

Procesos de Separacin (p. Ej., destilado, filtrado)Procesos de Transformacin (p. Ej., Craqueo, reformado).

COMBUSTIBLESProcesos de Separacin

COMBUSTIBLESEl petrleo se calienta mantenindolo hermtico al aire. Los componentes que se evaporan dentro de un intervalo de ebullicin de unos 180C, al condensarse dan los combustibles ligeros, preferentemente gasolina, que se compone de parafinas normales (cadenas no ramificadas) y ciclo parafinas (anulares). El campo de ebullicin de 180 a 280 C proporciona los combustibles semipesados (combustible para turbinas de gas, queroseno), y el intervalo de 210 a 360C los combustibles pesados para motores Diesel. El intervalo superior proporciona aceites de engrase y como residuo se obtiene el alquitran. Esta obtencin de combustibles segn sus intervalos de ebullicin se llama destilacin fraccionada.

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Procesos de Transformacin

La destilacin del petrleo para la obtencin de combustibles del transporte no abastece, es por eso que se utilizan los productos mas pesados de la destilacin, para por medio de procesos qumicos obtener diferentes combustibles.

- Craqueo- Reformado - Polimerizacin - Alquilacin - HidrogenacinCOMBUSTIBLESProcesos de transformacin

Craqueo: Descomposicin de macromolculas de los combustibles pesados de alto punto de ebullicin, para convertirlos en isoparafinas y definas ms ligeras y antidetonantes. Esto atreves de procesos catalticos con Al2O3(oxido de aluminio) o SiO2 (oxido de silicio) en forma de arcilla a altas temperaturas y presiones

COMBUSTIBLES

Procesos de transformacin

Reformado:

Elreformado cataltico es unproceso qumicoutilizado en el refinamiento delpetrleo. Es fundamental en la produccin degasolina.

Su objetivo es aumentar el nmero de octano de la nafta pesada obtenida en la destilacin atmosfrica del crudo. Esto se consigue mediante la transformacin de hidrocarburos parafnicos y naftnicos en isoparafnicos y aromticos.

Estas reacciones producen tambin hidrgeno, un subproducto valioso que se aprovecha en otros procesos de refino.

Para ello se utilizan altas temperaturas (490-530C), presiones moderadas (10-25 bar) y catalizadores slidos de platino y otros metales nobles soportados sobre almina.

COMBUSTIBLESProcesos de transformacin

Reformado:

COMBUSTIBLES

Procesos de transformacin

Polimerizacin y Alquilacin:

Los hidrocarburos gaseosos formados en el craqueo y en el reformado se renen mediante catalizadores para formar macromolculas Si se transforman parafinas de cadena lineal en isoparafinas, este proceso se llama isomerizacin.COMBUSTIBLES

Procesos de transformacinCOMBUSTIBLES

Procesos de transformacin

Alquilacin:

Las olefinas y parafinas se hacen reaccionar entre s para formar isoparafinas ms resistentes al pistoneo.

COMBUSTIBLES

Procesos de transformacin

Hidrogenacin:

Adicin de tomos de hidrgeno a parafinas no saturadas, para formar isoparafinas resistentes al pistoneo.

Las gasolinas bastante resistentes al pistoneo obtenidas de esta forma se tratan posteriormente mediante el refinado.

De esta manera se aumenta la pureza de la gasolina (separacin de restos gaseosos, azufre y soluciones de resinas) y aadiendo aditivos se elimina la tendencia a formar sedimentos, al cambio de color, formacin de hielo, pistoneo y corrosin.

COMBUSTIBLESProcesos de transformacin

Hidrogenacin:

COMBUSTIBLES

COMBUSTIBLESResistencia al pistoneo (ndice de octanos requeridos)DensidadPunto dePunto Calor dePoderAuto-ConsumoMateriafusinlmite devaporiza-calorfico.encendido.de aire.ebullicin.cin..CCKcal/KgKcal/KgCKg/KgMetanol0.8-98651110196784556.4Benceno puro0.886803944019370013.3-30....-50-30...-50-10....40600...-304440014.7Combustible diesel0.77 0.84150....360544...795350...38014.5Combustible. sper0.73 0.7825.....21041942705480...700Tabla 2.1 Datos caractersticos de los combustibles lquidos.Gasolina normal0.72 0.7625.....210377...50243500450...55014.8RON e ndice de Cetano de los combustibles en Ecuador

ExtraSperDiselCOMBUSTIBLESDiesel

En contraposicin a lo que ocurre con los combustibles Otto, los combustibles Diesel tiene que ser tan propicios a la combustin como sea posible, para evitar el encendido retardado.

La inflamabilidad se define por el nmero de cetano. Cuanto ms hidrocarburos con molculas de estructura en cadena contenga un combustible Diesel tanto ms propicio es al encendido.

El nmero de cetano de los combustibles para vehculos con motor Diesel debe ser en lo posible superior a 45.

El cetano es el componente del combustible que se toma como tipo o patrn para los combustibles de motores Diesel. en realidad es llamadon-hexadecano (N34) y es un hidrocarburo de estructura en cadena sencilla, del grupo de las parafinas.

COMBUSTIBLESCOMBUSTIBLES

PODER CALORFICO.

El valor industrial de un combustible se caracteriza por el poder calorfico, es decir, por la cantidad de calor que desarrolla la combustin completa de un Kilogramo de combustible.

El poder calorfico no es otra cosa que el contenido de energa en el combustible. Esto vara de acuerdo a la cantidad de carbono e hidrogeno que tiene el combustible; mientras ms hidrgeno posee, mayor es su poder calorfico.

Entre los elementos del combustible esta el agua, de acuerdo a esto, tenemos dos poderes calorficos considerando que si el agua se encuentra en estado de vapor o en estado lquido.

COMBUSTIBLESPODER CALORFICO SUPERIOR. (para el calor verdaderamente producido en la reaccin de combustin)

Si la cantidad de agua contenida en un Kg. de combustible, al enfriarse hasta los grados de ebullicin del agua, si esta se condensa, su poder calorfico es superior.

PODER CALORFICO INFERIOR. (para el calor realmente aprovechable)

Si un Kg. de combustible combustionado en un exceso de aire y al enfriarse hasta los grados de ebullicin del agua, esta no se condensa, tenemos un poder calorfico inferior.

COMBUSTIBLESPoder calorfico Disel

Aproximadamente es de 42000 kJ/kg

COMBUSTIBLESDensidad

Densidad Disel 820-845kg/cm

Cuando se combustiona ofrece un valor calorfico de 43,10 MJ/kgcontra 43,20 MJ/kgde la gasolina.

Sin embargo, debido a la mayor densidad, el disel ofrece una densidad volumtrica energtica de 35,86 MJ/l contra los 32,18 MJ/l de la gasolina, lo que supone un 11% mayor, que podra ser considerada cuando comparamos la eficiencia del gasoil frente al volumen.

COMBUSTIBLESPUNTO DE INFLAMACIN.

Elpunto de inflamacines latemperaturamnima necesaria para que un materialinflamabledesprenda vapores que, mezclados con elaire, se inflamen en presencia de una fuente gnea, y contine ardiendo una vez retirada la fuente de activacin.

Por cumplimiento de las normas de almacenamiento y transporte de lquidos peligrosos de la clase A III. el punto de inflamacin de los combustibles Diesel no debe ser inferior a 55 C.

COMBUSTIBLESLa viscosidad del combustible afecta la atomizacin y la relacin de entrega de combustible.

La viscosidad (fluidez o habilidad para verter) del combustible Diesel se especifica normalmente a 104F (40C).

Los combustibles para motores de media y alta velocidad generalmente estn en el rango de 1.4 a 4.3 centistoke (cSt) de viscosidad a 104F (40C).

Las propiedades de lubricacin en invierno de algunos combustibles de muy baja viscosidad y de bajo vertiente se pueden mejorar al agregar aditivos lubricantes. Esto es importante donde las bombas de inyeccin y los inyectores dependen del aceite combustible para la lubricacin y la viscosidad es menor de 1.3 cSt a 104F (40C).COMBUSTIBLESVOLATILIDAD.

(facilidad de las sustancias para pasar a vapor a determinadas temperaturas)

Las caractersticas de destilacin de un combustible describen su volatilidad.

Un combustible diseado adecuadamente tiene la porcin ptima de componentes de baja ebullicin para un fcil arranque en fro (a partir de los 200oC) y un rpido calentamiento y sus componentes ms pesados que proporcionan potencia y economa del combustible cuando el motor alcanza la temperatura de operacin.

COMBUSTIBLESVOLATILIDAD.

Los motores a diesel en el servicio automotriz, agricultura y construccin utilizan combustibles con un punto de ebullicin final de aproximadamente (350C).

Los autobuses urbanos generalmente utilizan un combustible con un punto final de ebullicin inferior para reducir al mnimo el humo y el olor en el escape.COMBUSTIBLESNMERO O INDICE DE CETANO

El nmero o ndice cetano es una medida de la calidad de autoencendido de un combustible diesel.

Entre ms corto sea el intervalo entre el momento en que se inyecta el combustible y empieza a quemarse ms alto es el nmero de cetano. COMBUSTIBLESNMERO O INDICE DE CETANO

El nmero de cetano de combustibles fcilmente disponibles estn en el rango de 40 a 60, los constructores actualmente recomiendan valores superiores a 51 para los nuevos motores.

Estos valores son satisfactorios para motores de media y alta velocidad; los motores de baja velocidad pueden utilizar combustibles en el rango de nmero cetano de 25 a 35.

Adems de ciertos compuestos tales como nitratos de alkyl mejorarn el nmero cetano

COMBUSTIBLESRESIDUOS CARBONOSOS

compuesto por sustancias inorgnicas no combustibles, como sales minerales.

Estos deben ser limitadsimos en cuanto que los residuos carbonosos se incrustan especialmente en las partes rectificadas del aparato de inyeccin y tambin en las superficies expuestas como cmaras de combustin y pistones.

En cuanto a las cenizas estas forman un producto abrasivo por lo que desgastan las partes en rotacin o movimiento.

Max 0.01% contenido de cenizas

COMBUSTIBLESCONTEINO DE AZUFRE (Sulfuros)(Mala filtracion diesel y componentes nitrogenados

El sulfuro en el gas-oil puede causar depsitos en la cmara de combustin, corrosin en el sistema del escape y desgaste en los pistones, anillos y cilindros.

El contenido de sulfuro de combustible arriba de 0.4% se considera generalmente como medio o alto, mientras que el combustible con un contenido de sulfuro por abajo de 0.2% se considera bajo.

Los grados en verano del gas-oil comercialmente disponible estn en el rango de sulfuro de 0.1 a 0.4%. Los grados en invierno con frecuencia tienen menos del 0.2% de sulfuro.

COMBUSTIBLESADITIVOS DEL DIESEL

COMBUSTIBLES

COMBUSTIBLESADITIVOS DEL DIESEL

Mejoradores del ndice de cetano.

Anticorrosivos: Neutralizan los productos cidos generados por un alto contenido de azufre

Modificadores de friccin: ayudan a mantener la viscosidad a diferentes temperaturas COMBUSTIBLESADITIVOS DEL DIESEL

Antiespumantes: para mejorar el llenado en el tanque

Antiemulsionantes: Evitan la mezcla entre disel y agua. Ya que el disel tiene propiedades higroscpicas.

Detergentes: mantiene limpios los conductos y la cmara de combustin, evita concentracin de carbonilla en las toberas de los inyectores COMBUSTIBLESADITIVOS DEL DIESEL

MEJORADORES DE FLUIDEZ

Se trata de polmeros, que en realidad no impiden la precipitacin de cristales de parafina a bajas temperaturas, pero que no obstante, impiden tanto el crecimiento de sus cristales, que al ser de tamao microscpico pueden pasar por el filtro.

La accin de estos aditivos depende de la constitucin estructural del combustible.

La disolucin posterior de los cristales de parafina ya precipitados, no es posible.

En estos casos la adicin de petrleo resulta positiva, pero existen entre otros los peligros de la reduccin del punto de inflamacinADITIVOS DEL DIESEL

PROTECCIN CONTRA EL ENVEJECIMIENTOLos destilados medios normales son suficientemente resistentes al envejecimiento, pero los componentes del craqueo elevan la tendencia al envejecimiento.

Para estos resulta conveniente la introduccin de aditivos que reducen la tendencia a la oxidacin.

COMBUSTIBLESBiodiesel

39Es un biocarburante lquido producido a partir de los aceites vegetales, y grasas animales

La calidad del biodiesel depende fundamentalmente de la materia prima y de su proceso de fabricacin Biodiesel40Materia Prima:

Principalmente la produccin de biodiesel esta dada por la extraccin de aceites vegetales de plantas (oleaginosas) ricas en lpidos.

ColzaGirasolSoja Palma AfricanaBiodiesel

41La calidad del producto final estar en funcin de la materia prima, para ello se consideran tres parmetros principalmente

Cantidad de materia grasaImpurezas Humedad

Biodiesel

42Proceso de produccin

Sembro y cosecha de materia prima Proceso de molienda y extraccin de materia primaAnlisis propiedades materia prima Refinado materia prima Esterificacin y transesterificacin Obtencin de Biodiesel y Glicerina

Biodiesel43Proceso de produccin

Biodiesel

44Proceso de produccin

Biodiesel

45La transesterificacin:

Es un proceso qumico a travs del cual aceites el aceite vejeta se combinan con alcohol (etanol o metanol) para generar una reaccin que produce steres grasos como el etil o metilo ester. Estos pueden ser mezclados con disel o usados directamente como combustibles en motores comunes.BiodieselLa Transesterificacin:Biodiesel

La Transesterificacin:Biodiesel

La Transesterificacin:BiodieselVideo produccin biodieselLa Transesterificacin:

El biodisel puede mezclarse con gasleo procedente del refino del petrleo en diferentes cantidades. Se utilizan notaciones abreviadas segn el porcentaje por volumen de biodisel en la mezcla: B100 en caso de utilizar slo biodisel, u otras notaciones como B5, B15, B30 o B50, donde la numeracin indica el porcentaje por volumen de biodisel en la mezcla.Biodiesel

Biodiesel en el Vehculo:

Por lo general no tiene ninguna contraindicacin el uso de biodiesel en los motores si se trabaja con hasta un B20, de trabajar con una mezcla mayor a esta se debera tener precaucin de que mangueras retenes, anillos, no sean de goma si no de materiales sintticos ya que el biodiesel contiene metanol que resecara estos elementos

Biodiesel

NORMA ASTM D6751Biodiesel

Ventajas y Desventajas

El biodiesel mayor ndice de cetano con relacin al disel.

Un poder calorfico un 10% menor que el disel, lo cual no representa una diferencia significativa ya que se equipara con su mayor densidad

BiodieselVentajas y Desventajas

Tiene un mayor punto de inflamacin con lo que se reduce los riesgos por manipulacin.

Menor contenido de azufre por lo que resulta menos contaminantes.

Mayor lubricidad

BiodieselVentajas y Desventajas

Viscosidad elevada provoca perdidas de carga a travs de filtros e inyectores.

Necesidad de utilizar un lubricante adecuado debido a que el biodiesel tiende a diluirse en los lubricantes.

Puede causar corrosin por la presencia de cloro, sales y cidos BiodieselVentajas y Desventajas

Puede causar descomposicin de caucho por el contenido de alcoholes vegetales

Saturacin de los filtros, por lo general despus de cambiar de disel a biodiesel debido a que este tiene gran poder diluyente con lo cual limpia todos los conductos. Se recomienda que se cambie los filtros al poco tiempo de comenzar usar biodieselBiodieselCLASIFICACION DE LOS TIPOS DE ACEITES SEGN NORMAS API (La calidad que proporciona el balance de sus aditivos.)

SEGN NORMAS SAE(segn su viscosidad)

Lubricantes

Pag. 228 pdfSEGN NORMAS API (condiciones de servicio del motor)

Para establecer un sistema de clasificacin segn la calidad, laAPI (American Petroleum Institute) ha diseado una nomenclatura segn el tipo de motor al que se le va a aplicar el lubricante.

De esta forma, para motores a gasolina se estableci la letra "S" de Spark (buja en ingls) para relacionar con el principio de ignicin por chispa que se utiliza en este tipo de motores, seguida de las letras "A" hasta la "L" para representar la evolucin en orden alfabtico de los grados de clasificacin que se han desarrollado en forma sucesiva, siendo mayores los requerimientos por calidad a medida que progresa la letra del alfabeto.

En cuanto a los aceites para motores diesel, la nomenclatura utiliza la letra "C" de la palabra inglesa Compression por tratarse de aceites para motores cuyo principio de ignicin es por compresin y una letra en serie alfabtica que representa la evolucin del nivel de calidad

LubricantesLubricantes

Lubricantes

Lubricantes

Lubricantes

Norma SAE (Society of Automotive Engineers)

La norma SAE J 300 defini lo que se denomina "Grado de viscosidad " para cada lubricante

Ej.: S.A.E. 40 (grado de viscosidad para el verano).

Cuanto ms elevado es el nmero mejor es el mantenimiento de la viscosidad a altas temperaturas. En el caso de uso urbano o deportivo, o cuando la temperatura del aire es elevada, el motor soporta altas temperaturas que acentuarn dicho fenmeno. Tambin es importante para la proteccin del motor la utilizacin de un aceite que se mantenga lo suficientemente viscoso.

En fro, sin embargo, el aceite tiende a espesarse. Por ello, es importante que se mantenga muy fluido, incluso en temperaturas bajas, para que pueda distribuirse por el motor y proteger as las piezas mecnicas que estn en movimiento. En este caso, el aceite tambin debe facilitar el arranque. La viscosidad en fro se caracteriza, segn las normas S.A.E por "Un grado de viscosidad invierno".

LubricantesEj.: S.A.E.10W El nmero que indica el grado de viscosidad invierno es siempre seguido de la letra W (para "winter" que quiere decir invierno en ingls).

Cuanto menor es el nmero mayor es la fluidez del aceite a baja temperatura o en el momento del arranque.

Los aceite monogrado son utilizados cuando la temperatura de funcionamiento varia poco (o en aplicaciones especficas).

Los aceites multigrado responden a la vez a una graduacin de invierno y una de verano.

Ej.: S.A.E. 10W 40 10W= Graduacin de invierno 40= Graduacin de verano. El aceite multigrado es menos sensible a la temperatura.

Esto significa que en invierno permite un arranque fcil gracias a su fluidez

Lubricanteshttp://www.elprisma.com/apuntes/ingenieria_mecanica/aceiteslubricantesmotoresdiesel/default.asp

http://www.cal.org.ar/system/contenido.php?id_cat=8Lubricantes