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Programa de Fortalecimiento de Escuelas TécnicasUna escuela hacia el futuro
Calidad dE naFTas:combustión6
Área | Actualización tecnológica aplicada a la industria
Programa de Fortalecimiento de Escuelas TécnicasUna escuela hacia el futuro
Calidad dE naFTas:COMBUSTIón
Lía nadal
FundaCión YPF
ConsEjo dE adminisTraCión
Presidente
Enrique Eskenazi
VicePresidente
Ezequiel Eskenazi Storey
AdscriPto VicePresidenciA
Eduardo Savastano
tesorero Ángel Ramos Sánchez
secretArio Mauro Dacomo
VocAl
Carlos Alfonsi
director ejecutiVo
Silvio José Schlosser
Gerente ÁreA culturA y PAtrimonio
Carolina Llosa de Sturla
Gerente ÁreA de educAción
Silvio José Schlosser
Gerente ÁreA desArrollo sociAl
Eduardo Savastano
ÁreA de educAción
Ingrid Jeppesen Gladys KochenGonzalo Pérez BardeciPatricia SaltiMaría Soledad Veiga
ÁreA de culturA y PAtrimonio
Paula María RamosMaría Eugenia FríasFlorencia Wasser
ÁreA de desArrollo sociAl
María Alejandra GientikisVíctor Roldán
comunicAción
Leonora KievskyEduardo Monti
AdministrAción
Romina Medina
AsistenciA GenerAl Adriana Seráfica
coordinAdorA del ÁreA de ActuAlizAción tecnolóGicA APlicAdA A lA industriA
Lía nadalPara uso en el nivel medio / polimodal de Educación Técnica Profesional
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ÍndiCE
Prólogo .................................................................................................................. 4
Presentación del material ......................................................................................... 5
Sugerencias para el trabajo en el aula-taller .............................................................. 5
marco conceptual .................................................................................................. 6
La Combustión: Ciclo Otto ........................................................................................ 8
Ciclo de Carnot
Combustión Ciclo Otto
Calidad Antidetonante
Conceptos Relevantes ............................................................................................ 15
Definición de contenidos y actividades ................................................................... 16
Bibliografía ........................................................................................................... 17
Guías prácticas
Guía n° 1/ Cálculo teórico de números de Octano Research y Motor ................... 18
Guía n° 2/ Cálculo de Sensibilidad ........................................................................ 20
material de referencia
Tabla de números de Octano Teóricos .................................................................... 21
Fórmula de Cálculo de números de Octano (Ley de Mezcla) .................................. 21
Fórmula de Cálculo de Sensibilidad ....................................................................... 21
Fichas de datos de seguridad ................................................................................. 22
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Marco conceptual // La combustión: Ciclo Otto
E l Programa de Fortalecimiento de Escuelas Técnicas “Una escuela hacia
el futuro” tiene como objetivo principal fortalecer con un alto nivel
académico a un grupo de Escuelas Técnicas que se encuentran localizadas en
las zonas de influencia de YPF.
Una de las líneas de acción planteadas fue la elaboración de materiales didácticos
y bibliográficos destinados a mejorar las condiciones educativas de las escuelas
y respaldar el esfuerzo de los docentes, tanto en su formación continua como
en sus condiciones de enseñanza.
Este fascículo que forma parte de una colección se encuadra en los lineamientos
generales planteados en el mencionado Programa, en particular, al área de
Actualización Tecnológica aplicada a la industria
A lo largo de estos años, se han realizado diversas propuestas que enfatizan
en la necesidad de generar para los jóvenes un vínculo más cercano entre la
educación y el mundo del trabajo, debido a que parte de la crisis de la escuela
secundaria, ya sea en nuestro país como en el mundo, se debe al desajuste
existente entre los saberes y las competencias aprendidos en la escuela y las
demandas del ámbito laboral.
Hoy, para la inserción social, cultural y laboral de los jóvenes no alcanza sólo
con la destreza y la habilidad manual y operatoria requerida muchas veces
en los diversos empleos. Además, es imprescindible contar con una completa
formación integral que sólo la escuela es capaz de brindar.
Sin lugar a dudas, nos encontramos ante un real desafío que implica reforzar
los vínculos entre la escuela y la industria a partir de la creación de espacios de
intercambio de las culturas específicas de cada ámbito.
Con estos fascículos, entonces, esperamos generar un aporte integrando saberes
teóricos, tecnológicos y destrezas técnicas como parte de una formación integral
que facilite la articulación entre lo educativo y lo laboral.
PróloGo
Presentación del material
Este material tiene como objetivo contribuir al desarrollo del aprendizaje en la escuela de algunos conocimientos de
la tecnología aplicada en los procesos de la industria.
Se trata de brindar a los docentes una herramienta que contribuya en la práctica del aula-taller a establecer, a partir
de un saber específico, la articulación entre lo que se puede aprender en la escuela y lo que se utiliza actualmente en
la tecnología del mundo productivo.
De este modo, se ofrecerá un marco conceptual sobre cada uno de los temas que se irán desarrollando en los dife-
rentes fascículos, acompañados de diversas guías de trabajos prácticos para aplicar en el aula-taller con los alumnos.
En este fascículo se desarrollará el tema “Calidad de naftas: combustión”.
•Marcoconceptualde“Calidaddenaftas:combustión”.
•Guíasdetrabajosprácticos.
•CartilladeSeguridaddelcombustible
Sugerencias para el trabajoen el aula-taller con los alumnos
Proponemos crear un espacio para el desarrollo de una experiencia práctica y de resolución de problemas que permita
una focalización de los principales conceptos que se podrían desplegar en ella.
Para el desarrollo de la actividad, se recomienda tener en cuenta:
• Lectura por parte del docente de este fascículo.
• Introducción, por parte del docente, de los principales conceptos que figuran en el fascículo, así como
también los que se sugieren tener en cuenta antes de abordar la temática.
• Presentación del tema con preguntas a los alumnos y analizando las diferentes hipótesis que al respecto
tengan.
• Análisis con los alumnos de cuáles son las disciplinas que en la escuela ofrecen conocimientos útiles para
aportar en la comprensión de la temática.
• Preparación de la clase a partir de las guías de trabajo práctico.
• Desarrollo de la experiencia con los alumnos, repitiendo la prueba más de una vez, de manera tal de poder
contrastar los resultados con las hipótesis previas.
• Cierre conceptual retomando las hipótesis de trabajo planteadas por los alumnos.
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CAlidAd dE nAFTAS: CoMbUSTión
la Combustión: Ciclo otto
Para comprender el mecanismo de un motor, primero debemos conocer cuáles son las
partes que lo componen. A continuación, se detalla un esquema muy simplificado de
uno (1):
¿Podrías detallar cuáles son las partes de un motor?
En forma muy simple podemos ver que el Motor consta de:
Cilindros, Pistones, Válvulas de admisión, Válvulas de escape, Cámara de combustión, Bujía.
Existe una similitud entre un motor y el cuerpo humano, ¿puedes hacer un parale-
lismo con los órganos del cuerpo humano? Y ¿deducir cuáles son sus funciones
principales?:
Cuando estudiaste el Cuerpo humano y sus funciones, conociste que hay dos sistemas
fundamentales: el Respiratorio y el Digestivo.
Conceptos a trabajar previamente:
(1) Motor Ciclo Otto.
marCo ConCEPTual
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Marco conceptual // La combustión: Ciclo Otto
Un esquema simple de los órganos que intervienen en el proceso respiratorio sería:
Viendo el esquema anterior, ¿podrías definir cuáles son los órganos que forman el
sistema respiratorio?
Los órganos fundamentales del Sistema Respiratorio son: nariz, boca, tráquea, pulmones, diafragma. (2)
Y ¿cuál crees que es la función del Sistema Respiratorio?:
Podemos decir en forma simplificada, que el sistema respiratorio toma el oxígeno del aire que ingresa al organismo, y que el mismo interviene en las reacciones metabólicas y expele dióxido de carbono.
Si hacemos lo mismo con el sistema digestivo observamos el siguiente esquema: ¿cuáles
son los órganos que lo componen?
(2) Cuerpo humano: Aparato respiratorio.
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CAlidAd dE nAFTAS: CoMbUSTión
Los órganos fundamentales del sistema digestivo son: boca, faringe, estómago, intestino, etc. (3)
¿Qué hace, a tu criterio, este sistema digestivo?
El Sistema Digestivo es el responsable de tomar los alimentos y transformar los mismos en Energía y eliminar los residuos.
Si ahora hacemos el paralelismo con el motor y lo analizamos como al cuerpo humano
veremos que el motor también:
Respira: ingresa aire a la cámara de combustión
Come: ingresa combustible y
Metaboliza: quema, el combustible y el aire, transformando ambos en energía y trabajo, generando emisiones que saldrán por el caño de escape .
Combustión del Ciclo otto
A partir de lo hasta aquí analizado podemos definir, en forma general, que la com-
bustión es:
El conjunto de las reacciones químicas resultantes del encendido de una mezcla de Combustible (Nafta) /Comburente (Aire) y la propagación del calor generado en la misma. (4) y (5)
CiClo dE CarnoT
Los motores propulsados a naftas se definen como Ciclo Otto, ya que han recibido el
nombre de su inventor: Doctor nikolaus Otto, profesional alemán que tuvo la idea de
construir un motor con ignición controlada trabajando sobre un ciclo de cuatro tiempos
basado en el principio de Carnot (6):
(3) Cuerpo humano: Aparato digestivo.
(4) Materia, cambio de estados- Influencia
de la Temperatura y la presión.
(5) Química Orgánica: Hidrocarburos
Tabla periódica de elementos.
(6) Termodinámica:Ciclo de Carnot.
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Marco conceptual // La combustión del Ciclo Otto
En resumen, se define el ciclo de Carnot como un proceso cíclico reversible que utiliza un gas perfecto, y que consta de dos transformaciones isotérmicas y dos adiabáticas, tal como se muestra en la figura.
Tramo A-B isoterma (Temperatura constante) a la temperatura T1
Tramo B-C adiabática (Sin intercambio de calor)
Tramo C-D isoterma (Temperatura constante) a la temperatura T2
Tramo D-A adiabática (Sin intercambio de calor)
Transformación Isotérmica: a temperatura constante. Transformación Adiabática: sin intercambio de calor.
ComBusTión moTor CiClo oTTo (7)
En un motor ciclo Otto, una mezcla de aire/nafta atomizada y en proporciones debida-
mente balanceadas ingresa a la cámara de combustión a través de las válvulas de ad-
misión y espera la subida del pistón, aumentando su temperatura y presión.
(7) Ciclo OttoAlimentación: Carburador e Inyección.
expansiónisotérmica T1
T2
Q=0 Q=0
Q1
Q2
compresiónisotérmica
compresiónadiábica
expansiónadiábica
P
A
B
CD
V
Q1
T1
Q2
T2
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CAlidAd dE nAFTAS: CoMbUSTión
A esta mezcla, a presión y temperatura adecuadas, se le suministra calor en un deter-
minado punto y se produce la combustión y la propagación del calor generado.
Por lo tanto, debe existir un medio que facilite el encendido, en este caso la chispa
producida por la bujía. Es una combustión relativamente lenta y de forma controlada,
de aquí que es incorrecto hablar de motores a explosión, ya que la explosión es un fe-
nómeno descontrolado e instantáneo.
ignición-Frente de llama:
Si tiramos una piedra en un lago y miramos desde la parte superior, ¿podrían definir
qué vemos?:
Veremos que desde el punto donde ha caído la piedra se han generado ondas circulares, concéntricas, que se difunden, y si además pudiéramos mirar en el interior del lago veríamos que esas ondas también se propagan para abajo, es decir, lo hacen en todas las direcciones y a la misma velocidad.
De esta forma podríamos ejemplificar la propagación de la combustión dentro de la
cámara de combustión de un motor, y:
El punto de caída de la piedra se podría asimilar a la bujía del motor Ciclo Otto.
Dado que la bujía es capaz, a determinadas rpm y en motores de cuatro cilindros, de
generar hasta 200 chispas por segundo, a medida que se quema la mezcla hay una su-
perficie que se mueve y que separa la parte de la mezcla que entró en combustión de la
que aún no lo hizo y a esa superficie se la denomina: frente de llama.
La Ignición se define como el tiempo que pasa entre el arco eléctrico generado por la bujía y el desarrollo de un frente de llama estable.
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Marco conceptual // La combustión del Ciclo Otto
El frente de llama tiene una influencia decisiva en el proceso de combustión en la cámara y además su evolución, velocidad y propagación, serán responsables en gran parte del comportamiento del motor.
Por otra parte, la velocidad con que se quema una mezcla de aire/combustible y por lo
tanto la velocidad con la que se propaga el frente de llama dependen en gran medida
de la proporción en la cual están mezclados ambos componentes.
Se ha evolucionado en los diseños de manera de aprovechar al máximo la potencialidad
de ambos componentes: motor y combustible, ya que mezclas pobres tienen baja ve-
locidad de combustión y mezclas levemente ricas darán óptimas velocidades de com-
bustión.
no obstante y por muchos años, se ha determinado que en los motores Ciclo Otto con-
vencionales, la mezcla ideal de quemado es la relación estequiométrica.
Relación estequiométrica: 14.6/1, es decir 14.6 partes de aire en peso para quemar una parte en peso de nafta.
Es esta mezcla la que permitirá el empleo de sistemas de tratamiento de gases de
escape que aseguran el menor nivel de toxicidad de los gases de emisión resultantes de
la combustión.
Como vemos, siempre hay un equilibrio entre la máxima prestación posible de los mo-
tores pero en un marco ambientalista: el del Menor Impacto.
Estamos aquí frente a un dilema, una mezcla levemente rica: 13/1 nos permitiría sacar
máxima potencia del motor, pero sería imposible tratar determinados gases de emisión
generados en la combustión, por eso en la mayor parte de nuestro parque automotor
se continúa con los sistemas de inyección indirectos, que trabajan en una relación este-
quiométrica de Combustible/Aire.
Pero partiendo del concepto de que el ingreso de aire en el motor es un factor limitante,
la industria automotriz ha buscado otros factores para el aumento de la velocidad de
la combustión, como: número de válvulas, variación de la forma de cámara de com-
bustión, de la cabeza del pistón, turbulencia, encendido, etc., que permitieron, sin mo-
dificar la relación C/A, trabajar en el logro de:
“A mayor velocidad de combustión corresponde mayor Potencia y Eficiencia, se trate de una mezcla rica o pobre”.
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CAlidAd dE nAFTAS: CoMbUSTión
Calidad anTidETonanTE
En este escenario complejo quedan las preguntas de ¿cómo se comporta la nafta? y
¿qué necesitamos de ella para lograr la máxima prestación de los motores y el mayor
aprovechamiento del diseño de los mismos?
Si partimos del concepto del motor Ciclo Otto, donde:
Una mezcla de aire/nafta debidamente atomizada ingresa a través de las válvulas de admisión a la cámara de combustión y espera la subida del pistón, aumentando temperatura y presión de la mezcla, para comenzar su ignición en el momento justo determinado por el avance del encendido, en el cual “salta” la chispa de la bujía
Es evidente que la característica de “Estabilidad” de la nafta es la mejor cualidad que
define su comportamiento en este sistema de compresión.
Precisamente:
La estabilidad de la nafta al autoencendido es lo que se conoce como resistencia a la detonación o Número de Octano.
Un combustible deficiente en su estabilidad tiende a formar puntos de autoignición
antes que el pistón complete su carrera y la presión generada se manifiesta como “pis-
toneo” o golpeteo del pistón contra la camisa del cilindro.
Otra definición importante es la de relación de compresión y se define como:
Relación de compresión es las veces que la cámara de combustión “entra” en el recorrido del pistón desde el punto muerto inferior al punto muerto superior
Y cuanto mayor es ésta mayor debe ser la calidad antidetonante de la nafta o, dicho de
otra forma, mayores los números de Octano.
Esta característica de antidetonación de las naftas ha sido medida desde el año 1929
a través de un ensayo realizado sobre un motor monocilíndrico, con relación de com-
presión variable, 2.7:1 a 8:1.
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Marco conceptual // La combustión del Ciclo Otto
La escala empleada en la definición de los números de Octano de los hidrocarburos es
arbitraria y se utiliza desde el inicio del desarrollo del motor Ciclo Otto, permaneciendo
aún vigente. La misma emplea dos hidrocarburos parafínicos puros: 2,2,4 trimetil-
pentano o isoctano a quien se le asigna el valor arbitrario de 100 por su alta resistencia
a la detonación y el normal heptano, con muy baja resistencia a la detonación, al que
se le asigna el cero de la escala.
El ensayo empleado para determinar la calidad octánica de las naftas fue desarrollado
por la firma Waukesha y se hace empleando un motor de un solo cilindro de relación de
compresión variable conocido como Motor CFR.
Esta característica del ensayo ha hecho que no se pueda, a través de un solo método,
medir el comportamiento de una amplia variedad de vehículos y distintas condiciones
de manejo, por eso desde hace años se ha definido emplear en la mayoría de los
países del mundo dos números de Octano: Research Octane number (ROn) y el Motor
Octane number (MOn), ambos se realizan en el mismo motor bajo distintas condi-
ciones de ensayos.
combustión
Número de Octano Research
(RON)
Número de Octano Motor
(MON)
cALiDAD AntiDEtonAntE
númERo DE octAno
Pms: Punto Muerto SuperiorPmi: Punto Muerto Inferior
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CAlidAd dE nAFTAS: CoMbUSTión
condiciones de ensayos Ron mon
Designación CRC F1 F2
Método ASTM D-2699 D-2700
Vueltas del motor-rpm 600 900
T° de mezcla No específica 149
Avance de Ignición 13° apms Función de la relaciónde compresión
El RON o Número de Octano Research, es el número de Octano de mayor valor, el que se encuentra identificado en los surtidores, el que define qué tipo de nafta tenemos: Normal (RON: 85), Súper (RON:95), Premium (RON: + de 97), y representa la salida del vehículo sin detonación o pistoneo, desde bajas revoluciones a condiciones medias de manejo.
El MON o Número de Octano Motor, es el número de Octano de menor valor y asegura la salida del vehículo libre de pistoneo en ruta, a altas cargas y a condiciones severas de manejo.
Además de emplear ambos métodos, se establece la diferencia entre éstos y se define
el delta como: “Sensibilidad”, la cual se recomienda no sea mayor a diez unidades y
es la capacidad que tiene la nafta de comportarse adecuadamente, en forma estable,
sin autodetonación, bajo todas las condiciones de manejo a las cuales es sometido el
vehículo. (Guía Práctica nº 1 y 2).
Sensibilidad: diferencia entre valores de Números de Octano Research y Motor para cada nafta.
RONNúmero Octano Research
MONNúmero Octano Motor
• Baja carga
• Alta carga
Salida
Velocidad
Sensibilidad
RON - MON
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Marco conceptual // Conceptos relevantes
Del análisis de los conceptos hasta aquí detallados, podemos establecer que:
Cada hidrocarburo tiene su propio Número de Octano, tanto Research como Motor, y por lo tanto a través del conocimiento de la composición de una nafta se puede inferir un valor teórico de la mezcla.
Los valores de algunos de los componentes más típicos de una nafta se detallan en la
siguiente tabla:
Hidrocarburo Ron mon sensibilidad
Normal Pentano 62 62 0
1 Penteno 91 77 14
Iso Pentano 92 90 2
Normal Hexano 25 26 1
1 Hexeno 76 63 13
2 Methil pentano 73 73 0
2,2 Dimetil Butano 92 93 -1
Ciclohexano 83 77 6
Benceno >100 >100 Aprox.12
Isoctano 100 100 0
Conceptos relevantes
• Una mezcla de aire/nafta debidamente atomizada ingresa a través de las válvulas de
admisión a la cámara de combustión y espera la subida del pistón, aumentando tem-
peratura y presión de la mezcla, para comenzar su ignición en el momento justo deter-
minado por el avance del encendido en el cual “salta” la chispa de la bujía.
• A medida que se quema la mezcla hay una superficie que se mueve y que separa la
parte de la mezcla que entró en combustión de la que aún no lo hizo y a esa superficie
se la denomina: Frente de llama.
• La velocidad con que se quema una mezcla de aire/combustible y por lo tanto la ve-
locidad con la que se propaga el frente de llama depende en gran medida de la pro-
porción en la cual están mezclados ambos componentes.
• Estabilidad al autoencendido de las naftas es lo que se conoce como resistencia a la
detonación o número de Octano.
• Se han desarrollado dos métodos de números de Octano: Research Octane number
(ROn) y el Motor Octane number (MOn), ambos se realizan en el mismo motor bajo
distintas condiciones de ensayos.
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CAlidAd dE nAFTAS: CoMbUSTión
• El ROn es el número de Octano de mayor valor, es el que define qué tipo de nafta
tenemos: normal (ROn: 85), Súper (ROn: 95), Premium (ROn: 97) y representa la salida
del vehículo sin detonación o pistoneo, desde bajas revoluciones, condiciones medias
de manejo.
• El MOn es el número de Octano de menor valor y asegura la salida del vehículo libre
de pistoneo en ruta, a altas cargas y condiciones severas de manejo.
• La diferencia entre ambos se llama: “Sensibilidad”, la cual se recomienda no sea
mayor a diez unidades y asegura que la nafta se comporte en forma estable, sin auto-
detonación, bajo todas las condiciones de manejo a la cual es sometido el vehículo.
definición de contenidos y actividades
Se definen a continuación los contenidos que surgen del desarrollo del Fascículo de
Combustión y las actividades factibles de realizar en el aula.
contenidos Actividades
Números de Octano Research y Motor (Guía Práctica Nº 1)
Cálculo teórico de los Números de Octano Research y Motor de distintas naftas empleando la Ley de Mezcla.
Sensibilidad de Naftas (Guía Práctica Nº 2)Cálculo teórico de la
Sensibilidad de distintas naftas empleando la Ley de Mezcla.
BiBlioGraFÍa
association for Testing materials (2008) normas ASTM Fuel Test. USA.
jama, Ema, jasa, ama (2006) World Wide Fuel Chart
lenz Hans Peter, Cozzarini Christian (1999) Emissions and air quality. SAE.USA
society of automotive Engineers (saE) (2005) Fuels Handbook. USA
YPF, dirección marketing (2007) Ficha de datos de seguridad, nafta
www.cie.unam
www.phy.ntnu.edu.tw
www.en.wikipedia.org
CiTas BiBlioGráFiCas dE inTErnET
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CAlidAd dE nAFTAS: CoMbUSTión
Objetivo:
Calcular en aula las características antidetonantes de distintas naftas.
Fundamento:
Entre las condiciones que tiene que tener una nafta para lograr la mejor combustión
es la Antidetonancia o estabilidad del combustible en el interior de la cámara. Esta ca-
racterística se mide a través de dos números de Octano: Research y Motor, y es una de
las propiedades fundamentales para lograr la mayor prestación del vehículo sin daños
al motor.
Como dijimos, una Motonafta es una mezcla de distintos hidrocarburos los cuales
tienen sus propios números de Octano Research y Motor.
Una forma rápida de medirla es aplicando la Ley de Mezclas:
datos:
comPosición DE LAs DistintAistintAistint s nAftAftAft s
composición nafta 1% Vol.
nafta 2% Vol.
nafta 3 % Vol.
1 Penteno 15 12 10
Iso pentano 23 30 25
Cicloexano 27 36 30
Isooctano 32 20 32
Benceno 3 2 3
Problema:
• Utilizar la tabla de números de Octano Research y Motor y extraer los valores co-
rrespondientes a cada componente puro empleado en la formulación de las distintas
naftas.
• Aplicar la ecuación de Ley de Mezclas y calcular el valor de número de Octano Re-
search y Motor de cada una de las formulaciones de naftas.
GuÍas PráCTiCas
GUíA n° 1
números de octano Research y Motor
Tabla de Números de Octano Research y Motor de Hidrocarburos puros.
Fórmulas de Cálculo de Números de Octano en mezcla.
Insumos neCesarIos
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Guías Prácticas
insumos necesarios:
1 / Tabla de números de octano research y motor de Hidrocarburos puros:
Hidrocarburo Ron mon sensibilidad
Normal Pentano 62 62 0
1 Penteno 91 77 14
Iso Pentano 92 90 2
Normal Hexano 25 26 1
1 Hexeno 76 63 13
2 Methil pentano 73 73 0
2,2 Dimetil Butano 92 93 -1
Ciclohexano 83 77 6
Benceno >100 >100 Aprox.12
Isoctano 100 100 0
2 / Fórmulas de Cálculo de números de octano en mezcla:
número de octano research (ron) nafta = X1HC1 . ROn HC1 + X2HC2.ROnHC2
+….+ XnHCn.ROnHCn
número de octano motor (mon) nafta = X1HC1 . MOn HC1 + X2HC2.MOn HC2
+….+ XnHCn.MOn HCn
donde:
X1,X2…Xn: % en volumen de cada componente de la nafta
HC1,2,…n: Hidrocarburo (Componente de la nafta)
ron: número de Octano Research
mon: número de Octano Motor
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CAlidAd dE nAFTAS: CoMbUSTión
GUíA n° 2 Cálculo de Sensibilidad
Objetivo:
Calcular en aula la sensibilidad de distintas naftas a partir de los datos antidetonantes.
Fundamento:
Definidas las características antidetonantes de una nafta, a partir de sus respectivos
valores de números de Octano Research y Motor, es necesario relacionar a ambos de
manera de asegurar la “sensibilidad” de la misma.
Se define a la sensibilidad de una nafta como la capacidad que tiene ésta de adaptarse
a las necesidades de los motores ante todas las diferencias de manejo a las que se ve
sometido y se calcula como:
sensibilidad = ROn - MOn
ROn: número de Octano Research
MOn: número de Octano Motor
datos:
comPosición DE LAs DistintAistintAistint s nAftAftAft s
composición nafta 1% Vol.
nafta 2% Vol.
nafta 3% Vol.
1 Penteno 14 10 5
Iso pentano 26 32 25
Cicloexano 23 34 32
Isooctano 36 22 33
Benceno 1 2 5
Problema:
• Utilizar la tabla de números de Octano Research y Motor y extraer los valores co-
rrespondientes a cada componente puro empleado en la formulación de las distintas
naftas.
• Aplicar la ecuación de Ley de Mezclas y calcular el valor de número de Octano Re-
search y Motor de cada una de las formulaciones de naftas.
• Aplicar la definición de Sensibilidad y calcular la correspondiente a cada nafta.
Tabla de Números de Octano Research y Motor de Hidrocarburos puros.
Fórmulas de Cálculo de Números de Octano en mezcla.
Fórmula de Cálculo de Sensibilidad
Insumos neCesarIos
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Guías Prácticas
insumos necesarios:
1 / Tabla de números de octano research y motor de Hidrocarburos puros:
Hidrocarburo Ron mon sensibilidad
Normal Pentano 62 62 0
1 Penteno 91 77 14
Iso Pentano 92 90 2
Normal Hexano 25 26 1
1 Hexeno 76 63 13
2 Methil pentano 73 73 0
2,2 Dimetil Butano 92 93 -1
Ciclohexano 83 77 6
Benceno >100 >100 Aprox.12
Isoctano 100 100 0
2 / Fórmulas de Cálculo de números de octano en mezcla:
número de octano research (ron) nafta = X1HC1 . ROn HC1 + X2HC2.ROnHC2
+….+ XnHCn.ROnHCn
número de octano motor (mon) nafta = X1HC1 . MOn HC1 + X2HC2.MOn HC2
+….+ XnHCn.MOn HCn
donde:
X1,X2…Xn: % en volumen de cada componente de la nafta
HC1,2,…n: Hidrocarburo (Componente de la nafta)
ron: número de Octano Research
mon: número de Octano Motor
3 / Fórmula de Cálculo de sensibilidad
Sensibilidad = ROn - MOn
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CAlidAd dE nAFTAS: CoMbUSTión
MATERiAl dE REFEREnCiA
FiCHa dE daTos dE sEGuridad
(Conforme al Reglamento CE Nº 1907/2006 - REACH)
nafta
2.IDENTIFICACIÓNDEPELIGROS
FÍsiCo/QuÍmiCos ToXiColóGiCos (sÍnTomas)
inhalación: Los vapores y nieblas irritan las vías respiratorias, también pueden provocar som-nolencia y vértigo. La exposición prolongada y repetida a altas concentraciones de vapor puede producir náuseas, dolor de cabeza, vómitos y alteraciones en el Sistema Nervioso Central.
ingestión/Aspiración: Produce irritación en el tubo digestivo. A esto pueden seguir vómitos, diarrea, mareos e intoxicación. La aspiración de nafta a los pulmones puede producir edema pulmonar.
contacto piel/ojos: El contacto prolongado y repetido puede producir irritación y causar der-matitis. Puede producir irritación, conjuntivitis y quemaduras.
Efectos tóxicos generales: Nocivo: Si se ingiere puede causar daño pulmonar. Irrita la piel. Tóxico para los organismos acuáticos, puede provocar a largo plazo efectos negativos en el medio ambiente acuático.
Líquido fácilmente inflamable.
Combustible.
Los vapores forman mezclas explosivas con el aire.
Los vapores son más pesados que el aire y pueden desplazarse hacia fuentes remotas de ignición e inflamarse.
1.IDENTIFICACIÓNDELPRODUCTO
nombre comercial: NAFTA sinónimos: Nafta
fórmula: Mezcla compleja de hidrocarburos nº cAs: NP
3.COMPOSICIÓN
composición general: Combinación compleja de hidrocarburos compuesta principalmente de parafinas, cicloparafinas, hidrocarburos aromáticos y olefínicos con un número de carbonos en su mayor parte superiores a C3 y con un intervalo de ebullición 30ºC a 225ºC.
Rango %
85
7
8
clasificación
F; R11Carc. Cat. 2; R45
Xn; R65 R67Xi; R38
N; R51/53
F; R11Xi; R38
F; R11
frases s
S53-45-61-62
S9-16-23-29-33
S2-7-16
componentes peligrosos
Gasolina (> 0.1% Benceno)Nº CAS # 86290-81-5Nº CE (EINECS) # 289-220-8Nº Anexo I (Dir. 67/548/CEE) # 649-378-00-4
Metil terc butil éter (MTBE):Nº CAS # 1634-04-4Nº CE (EINECS) # 216-653-1
Etanol:Nº CAS # 64-17-5Nº CE (EINECS) # 200-578-6Nº Anexo I (Dir. 67/548/CEE) # 603-002-00-5
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maTErial dE rEFErEnCia / Fichas de datos de seguridad
4.PRIMEROSAUXILIOS
inhalación: Trasladar al afectado a una zona de aire fresco. Si la respiración es dificultosa practicar respiración artificial o aplicar oxígeno. So-licitar asistencia médica.
ingestión/Aspiración: No administrar nada por la boca. NO INDUCIR EL VÓMITO. Solicitar asistencia médica.
contacto piel/ojos: Quitar inmediatamente la ropa impregnada. Lavar las partes afectadas con agua y jabón. En caso de contacto con los ojos, lavar abundantemente con agua durante unos 15 minutos. Solicitar asistencia médica.Medidas generales: Solicitar asistencia médica.
5.MEDIDASDELUCHACONTRAINCENDIOS
medidas de extinción: Agua pulverizada, espuma, polvo químico, CO2.NO UTILIZAR NUNCA CHORRO DE AGUA DIRECTO.
contraindicaciones: NP
Productos de combustión: CO2, H2O, CO (en caso de combustión incompleta), hidrocarburos no quemados.
medidas especiales: Mantener alejados de la zona de fuego los recipientes con producto. Enfriar los recipientes expuestos a las llamas. Si no se puede extinguir el incendio dejar que se consuma controladamente. Consultar y aplicar planes de emergencia en el caso de que existan.
Peligros especiales: Material fácilmente inflamable/combustible. Puede inflamarse por calor, chispas, electricidad estática o llamas. Los va-pores son más pesados que el aire y pueden desplazarse hacia fuentes remotas de ignición. Los contenedores pueden explotar con el calor del fuego. Peligro de explosión de vapores en el interior, exterior o en conductos. Vertido a una alcantarilla o similar puede inflamarse o explotar.
Equipos de protección: Prendas para lucha contra incendios resistentes al calor. Cuando exista alta concentración de vapores o humos utilizar aparato de respiración autónoma.
6.MEDIDASENCASODELIBERACIÓNACCIDENTAL
Precauciones para el medio ambiente: Tóxico para los orga-nismos acuáticos, puede provocar a largo plazo efectos negativos en el medio ambiente acuático. Los vertidos crean una película sobre la superficie del agua evitando la transferencia de oxígeno.
Detoxificación y limpieza: Derrames pequeños: Secar la super-ficie con materiales ignífugos y absorbentes. Depositar los residuos en contenedores cerrados para su posterior eliminación.Derrames grandes: Evitar la extensión del líquido con barreras.
Precauciones personales: Aislar el área. Prohibir la entrada a la zona a personal innecesario. No fumar.Evitar zonas bajas donde se pueden acumular vapores. Evitar cual-quier posible fuente de ignición. Cortar el suministro eléctrico. Evitar las cargas electrostáticas.
Protección personal: Guantes de PVC. Calzado de seguridad an-tiestático. Protección ocular en caso de riesgo de salpicaduras. En alta concentración de vapores, equipo de respiración autónoma.
7.MANIPULACIÓNYALMACENAMIENTO
manipulación:
Precauciones generales: Disponer de un sistema de ventilación adePrecauciones generales: Disponer de un sistema de ventilación adePrecauciones generales: -cuado que impida la formación de vapores, neblinas o aerosoles. Evitar la exposición a los vapores. En el trasvase utilizar guantes y gafas para protección de salpicaduras accidentales. No fumar y eli-minar todas las posibles fuentes de ignición en el área de manejo y almacenamiento del producto. Para el trasvase utilizar equipos conectados a tierra. Evitar el mal uso del producto; por ejemplo emplearlo como un agente disolvente o de limpieza o succionar el producto de un depósito con un sifón para vaciarlo.
Condiciones específicas: Se recomienda control médico apropiado de la exposición al producto en el trabajo. Se deben emplear pro-cedimientos especiales de limpieza y mantenimiento de los tanques para evitar la exposición a vapores y la asfixia (consultar códigos o manuales de seguridad).
Almacenamiento:Temperatura y productos de descomposición: A elevadas temperaTemperatura y productos de descomposición: A elevadas temperaTemperatura y productos de descomposición: -turas se puede generar monóxido de carbono (gas tóxico) por com-bustión incompleta.
Reacciones peligrosas: Material fácilmente inflamable y combustible.Reacciones peligrosas: Material fácilmente inflamable y combustible.Reacciones peligrosas:
Condiciones de almacenamiento: Guardar el producto en recipientes cerrados y etiquetados. Mantener los recipientes en lugar fresco y ventilado, alejados del calor y de fuentes de ignición. Mantener alejado de oxidantes fuertes.
Materiales incompatibles: Oxidantes fuertes.
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CAlidAd dE nAFTAS: CoMbUSTión
9.PROPIEDADESFÍSICASYQUÍMICAS
Aspecto: Líquido claro, aromático, volátil.
color: Azul
Punto de ebullición: 40°C
Punto de inflamación/inflamabilidad: 23ºC Máximo
Propiedades explosivas:
Presión de vapor: (Reid) 11 psi a 37.8°C
tensión superficial:tensión superficial:t
Densidad de vapor:
Hidrosolubilidad: Insoluble en agua.
otros datos: Oxígeno: típico de 8 a 11% Peso.
pH: NP
olor: Hidrocarburo.
Punto de fusión/congelación: NP
Autoinflamabilidad:
Propiedades comburentes: NP
Densidad: 0.7625 g/cm3
Viscosidad: (40 °C) < 1 cSt (ASTM D-4529)
coef. reparto (n-octanol/agua):
solubilidad: Soluble en éter, cloroformo, benceno y alcohol.
8.CONTROLESDEEXPOSICIÓN/PROTECCIÓNPERSONAL
Equipos de protección personal:Protección respiratoria: Máscara de protección respiratoria en presencia de vapores o equipo autónomo en altas concentraciones.Protección respiratoria: Máscara de protección respiratoria en presencia de vapores o equipo autónomo en altas concentraciones.Protección respiratoria:Protección cutánea: Guantes de PVC. Calzado de seguridad antiestático.Protección cutánea: Guantes de PVC. Calzado de seguridad antiestático.Protección cutánea:Protección ocular: Gafas de seguridad. Lavaojos.Protección ocular: Gafas de seguridad. Lavaojos.Protección ocular:Otras protecciones: Cremas protectoras para prevenir la irritación. Duchas en el área de trabajo.
Precauciones generales: Evitar el contacto prolongado y la inhalación de vapores.
Prácticas higiénicas en el trabajo: La ropa empapada de nafta debe ser mojada con abundante agua (preferentemente bajo la ducha) para evitar el riesgo de inflamación y ser retirada lo más rápidamente posible, fuera del radio de acción de cualquier fuente de ignición. Seguir medidas de cuidado e higiene de la piel, lavando con agua y jabón frecuentemente y aplicando cremas protectoras.
controles de exposición:
Nafta:TLV/TWA (ACGIH): 300 ppmTLV/STEL (ACGIH): 500 ppmUmbral oloroso de detección: 0.25 ppm
Benceno:TLV/TWA (ACGIH): 0.5 ppmTLV/STEL (ACGIH): 2.5 ppm
Metil terc butil eter:TLV/TWA (ACGIH): 50 ppm
10.ESTABILIDADYREACTIVIDAD
Estabilidad: Producto estable a temperatura ambiente. Inflamable a tem-peratura ambiente en presencia de fuentes de ignición.
incompatibilidades: Oxidantes fuertes.
Productos de combustión/descomposición peligrosos: CO2, HO2,
Riesgo de polimerización: NP
condiciones a evitar: Exposición a llamas, chispas, calor.
condiciones a evitar: NP
CO (en caso de combustión incompleta) e hidrocarburos no quemados.
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11.INFORMACIÓNTOXICOLÓGICA
Vías de entrada: La inhalación es la ruta más frecuente de exposición. Contacto con la piel, ojos e ingestión son otras vías probables de ex-posición.
Efectos agudos y crónicos: La aspiración a los pulmones, como consecuencia de la ingestión o el vómito, es muy peligrosa y puede conducir a edema pulmonar. La inhalación produce irritación intensa de la garganta y los pulmones y también puede provocar somnolencia y vértigo. La ingestión causa vómitos y confusión. Los efectos crónicos a las exposiciones repetidas son irritación del tracto respiratorio y dermatitis.LC50> 5 ml/l/4h (inhalación-rata) LD50> 5 g/Kg (oral-rata).
carcinogenicidad: Clasificación IARC: Grupo 2B (El agente es posiblemente carcinogénico para el hombre).
toxicidad para la reproducción:toxicidad para la reproducción:t No existen evidencias de toxicidad para la reproducción en mamíferos.
condiciones médicas agravadas por la exposición: Problemas respiratorios y afecciones dermatológicas. Evitar el uso de epinefrina debido a posibles efectos adversos sobre el miocardio. No se debe ingerir alcohol dado que promueve la absorción intestinal de las naftas.
12.INFORMACIÓNECOLÓGICA
forma y potencial contaminante:
Persistencia y degradabilidad: Los microorganismos presentes en el agua y en los sedimentos son capaces de degradar los constituyentes de las naftas. La fracción aromática es muy tóxica debido a su relativa solubilidad y toxicidad acuática. Los componentes de menor peso molecular (C3-C9) se pierden rápidamente por evaporación, mientras que la biodegradación elimina básicamente los componentes de mayor peso mole-cular (C10-C11).
Movilidad/Bioacumulación: No presenta problemas de bioacumulación ni de incidencia en la cadena trófica alimenticia. Los factores primarios que contribuyen a la movilidad de los componentes de la nafta son: solubilidad en agua, absorción al suelo y biodegradabilidad. Presenta un potencial de contaminación física importante para los litorales costeros debido a su flotabilidad en agua.
Efecto sobre el medio ambiente: El producto es tóxico para los organismos acuáticos y puede provocar a largo plazo efectos negativos en el medio ambiente acuático.
13.CONSIDERACIONESRELATIVASALAELIMINACIÓN
métodos de eliminación de la sustancia (excedentes): Combustión o incineración.
Residuos: Eliminación: Los materiales muy contaminados se deben incinerar. Los menos contaminados pueden ser depositados en vertederos controlados. Eliminación: Los materiales muy contaminados se deben incinerar. Los menos contaminados pueden ser depositados en vertederos controlados. Eliminación:Remitirse a un gestor autorizado.
Manipulación: Los materiales contaminados por el producto presentan los mismos riesgos y necesitan las mismas precauciones que el producto y deben considerarse como residuo tóxico y peligroso. No desplazar nunca el producto a drenaje o alcantarillado. Los bidones semivacíos son más peligrosos que los llenos.
Disposiciones: Los establecimientos y empresas que se dediquen a la recuperación, eliminación, recogida o transporte de residuos deberán Disposiciones: Los establecimientos y empresas que se dediquen a la recuperación, eliminación, recogida o transporte de residuos deberán Disposiciones:cumplir las disposiciones existentes relativas a la gestión de residuos u otras disposiciones municipales, provinciales y/o nacionales en vigor.
Nadal, Lía Calidad de naftas : combustión. - 1a ed. - CABA : Fund. YPF, 2010. v. 6, 28 p. : il. ; 30x21 cm.
ISBN 978-987-98015-4-3
1. Formación Docente. 2. Enseñanza Técnica. I. Título CDD 371.1
Fecha de catalogación: 30/03/2010
Calidad de las naftas: combustiónLía Nadal
1a Edición
Cámara Argentina del LibroSarmiento 528Buenos Aires
ISBN 978-987-98015-4-3
Diseño: CastillaSozzani&Asoc
Este libro se terminó de imprimir en el mes de abril de 2010 con una tirada de 1.000 ejemplares en Talleres Gráficos TramaGarro 3160/70. Buenos Aires, República Argentina.
Queda hecho el depósito que establece la Ley 11.723.
Libro de edición Argentina
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