FACULTAD DE TECNOLOGIA

INVESTIGACION

Octanaje y motor CFR

Nombre:

Ángel Gabriel Zapata Velasco

Docente

Humberto Brum

Junio – 2015

Octanaje

La noción de octanaje, que también se conoce con el nombre de Número de Octano, refiere a la cantidad de octanos presente en un carburante. Para comprender qué es el octanaje, por lo tanto, debemos saber el significado de octano y de carburante.

Octano

Un octano es una clase de hidrocarburo que dispone de 8 átomos de carbono. Un carburante, por su parte, es una combinación de distintos hidrocarburos que se utiliza para lograr el buen funcionamiento de un motor.

El octanaje es la escala que permite calificar el poder antidetonante de los carburantes, cuando éstos son comprimidos en el cilindro que forma parte de un motor. Esta escala, también conocida como índice de octano, considera una determinada combinación de hidrocarburos como base para poder realizar la comparación correspondiente.

Los motores son más efectivos cuando logran emplear un índice de compresión elevado. Para mantener esta efectividad, sin embargo, es necesario que los carburantes (entre los que puede nombrarse la gasolina) estén en condiciones de tolerar el nivel de compresión sin que se produzca su detonación o una

Combustión Precoz

Cuando un motor recibe un combustible que tiene un octanaje más alto del empleado en su funcionamiento, no se produce ningún daño, aunque tampoco se obtiene beneficio alguno. El problema surge cuando el octanaje del combustible es menor al requerido por el motor.

En ese caso, cuando el índice de octano de un combustible no es suficiente y el motor tiene una elevada relación de compresión (el número que sirve para calcular la proporción en que se comprime el aire o la mezcla de aire y combustible que hay en la cámara de combustión de un cilindro), la mezcla se autoenciende, o sea que la combustión tiene lugar en un lapso de tiempo demasiado corto y se produce una detonación prematura, lo cual deriva en que el pistón sea golpeado con brusquedad y el rendimiento del motor se reduzca de manera drástica, con la posibilidad de que tengan lugar averías considerables. En la jerga de los mecánicos, este fenómeno se suele denominar cascabeleo, pistoneo o picado de bielas.

Métodos de Medida

Si bien en el ámbito comercial se suele considerar un solo Número de Octano, existen dos valores presentes en las especificaciones técnicas a nivel internacional, que sirven para medir cómo se comporta la gasolina en dos situaciones distintas:

R.O.N. (Research Octane Number o Número de Octano de Investigación): l cual se determina a una temperatura de entrada del aire de 51.7°C o 324.7°K y a una velocidad de 600 revoluciones por minuto. Es común verlo en las estaciones de servicio y representa, de forma aproximada, el modo en que la gasolina se comporta en la ciudad, tomando en cuenta el alto número de aceleraciones necesarias para los viajes urbanos, dadas las numerosas pausas que suponen los semáforos y otros elementos

M.O.N. (Motor Octane Number, o Número de Octano del Motor): el cual se determina mediante una vuelta de prueba en una maquina a una temperatura de entrada del aire de 149°C o 422°K y a una velocidad de 900 revoluciones por minuto. Este valor se obtiene del octanaje en un motor estático y busca reproducir la situación que se da en una carretera, donde se conduce de manera regular y no hay muchas interrupciones.

Los productores determinan el índice de octanaje comercial mediante el promedio de los dos números de octano el RON y el MON.

(R .O. N .+M .O .N .)2

Sensibilidad

Se denomina así a la diferencia entre los valores de R.O.N. y M.O.N. Es distinta para cada componente de la gasolina comercial, resultando una variable determinante en la economía de la formulación de gasolinas.

Son varias las tecnologías que se han desarrollado en todo el mundo para mejorar el octanaje de los diversos combustibles, aunque destacan las siguientes: evitar los aditivos en la gasolina a través de nuevas técnicas de reformado catalítico, de isomerización y de refinación, entre otros procesos, lo cual reduce considerablemente o bien elimina la necesidad de usar tetraetilo de plomo; la creación de aditivos ecológicos, como ser el Metil-Ter-Butil-Eter (MTBE) y el Etil-Teer-Butil-Eter (ETBE), que sustituyen el altamente contaminante tetraetilo de plomo, aumentan el octanaje y le dan al combustible una mayor oxigenación, mejorando la combustión y el rendimiento del motor.

Escala utilizada para medir el octanaje

El índice de octano se incrementa conforme se incrementa la ramificación de la cadena de carbonos. En la escala para medir el índice de octano se le asignó un 100 a los hidrocarburos iso-octano los cuales son poco detonantes y un 0 al n-heptano que son muy detonantes, por lo que “A mayor índice de octano, menor será el poder de detonación que posee el combustible”. El número de octanaje de una gasolina se determina en un motor especial de un cilindro comprimiéndolo progresivamente hasta que este líquido hasta que se muestre explosiones de éste. Luego se prueba el motor sin la comprensión anterior con una mezcla de n-heptano (cantidad variable) e iso-octano, que representara el número de octano de la sustancia probada (gasolina). Así la proporción que se maneja en la mezcla se dará según la proporción del iso-octano.

Motor CFR

Las pruebas de motor se realizan con un motor CFR (Cooperative Fuel Research) de un solo cilindro estandarizado. El motor C.F.R. tiene como principal característica hacer posible la variación de la relación de compresión durante su funcionamiento.

Proceso de determinación de octanaje de un combustible

Establecer por medio de modelos matemáticos cuales son las características detonantes o antidetonantes de un combustible en un motor, requiere dominar una impresionante cantidad de variables, muchas de las cuales aún no se dominan. Es por ello que la detonación se establece por medios de laboratorio y por ensayos directos sobre motor.

El método de motor para ensayar detonación en combustibles para motores CI y SI usa un motor mono cilíndrico conocido como CFR (Cooperative Fuel Research). Se trata de un motor de cuatro tiempos con una carrera de 114,3mm y un diámetro de 88.9mm, con varios parámetros que pueden variar mientras está en funcionamiento, incluyendo la Rc que puede cambiar desde 3:1 hasta 15:1, la relación A/C y el tipo de combustible. La compresión variable se obtiene mediante un mecanismo que desplaza el cilindro y la cabeza de cilindros respecto del cigüeñal.

Tres recipientes horizontales están conectados a un colector horizontal que alimenta a un carburador, de manera que tres diferentes combustibles pueden ser usados separadamente o combinados, y cambiarlos mientras el motor está funcionando. Como la alimentación es por gravedad, la relación aire combustible se puede cambiar levantando o bajando cada uno de los recipientes de combustible.

La velocidad del motor se mantiene a 900 rpm por medio de un alternador conectado al motor mediante una polea. En particular la versión para SI tiene componentes que permiten variar el avance de encendido, mientras que la versión CI puede variar la cantidad de combustible inyectado y el avance de inyección.

En los motores de encendido por chispa los combustibles de prueba se clasifican en base a su número octano, mientras que para los de encendido por compresión en función del número cetano. El número octano está basado en la mezcla de dos compuestos, el isooctano al que se le asigna un valor de 100 octanos, y el n-heptano, al que se le asigna un valor de 0 octanos. Por ejemplo una muestra de prueba de 90 octanos se obtiene mezclando en volumen 90% de isooctano y 10% de n-heptano.

En general podemos decir que:

Nºoctano = %isooctano + %n-heptano

Los números cetano se basan en la mezcla de n-cetano con un número cetano de 100 y n-metilnaftaleno (C11H10), al que se le asigna un valor de 0. Podemos expresar entonces que:

Nº cetano = % n-cetano + % C11H10

Operativamente se coloca una muestra del combustible del cual se quiere determinar sus características detonantes, y se lo ensaya en las condiciones de referencia registrando el valor de detonación. Sin detener el motor y manteniendo constantes las condiciones del motor, se mezclan diferentes proporciones de los componentes de referencia hasta obtener idéntico grado de detonación. El porcentaje resultante de la mezcla que logro la igualdad de detonación establece el número octano, o cetano según sea, del combustible ensayado.

En general para los motores de chispa, a mayor número octano menor tendencia a la detonación y a mayor número cetano en los motores de encendido por compresión, mayor tendencia a la autoignición.

Podemos decir que un combustible de alto octanaje poseerá un bajo número cetano, y uno de bajo octanaje puede tener un alto cetano.

De lo anterior es fácil deducir la imposibilidad de hacer funcionar un motor diesel con gasolina o uno de chispa con combustible diesel.

Condiciones de prueba

El octanaje, en definitiva, refleja la calidad del combustible. Si el combustible tiene un alto octanaje, se evitarán las detonaciones prematuras y se incrementará la liberación de energía útil.