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Articulo de referencia

Número de cetano

El índice de cetano se define como 100, mientras que el índice de cetano medido para el isocetano (en este caso) es 15. El índice de cetano ( índice de cetano , CN ) es un indic...

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El índice de cetano se define como 100, mientras que el índice de cetano medido para el isocetano (en este caso) es 15.

El índice de cetano ( índice de cetano , CN ) es un indicador de la velocidad de combustión del gasóleo y de la compresión necesaria para su ignición . Cumple una función similar a la del índice de octano en la gasolina . El CN es un factor importante para determinar la calidad del gasóleo, pero no el único; otras medidas de la calidad del gasóleo incluyen (entre otras) el contenido energético, la densidad , la lubricidad, las propiedades de flujo en frío y el contenido de azufre. [ 1 ]

Definición

El índice de cetano de un combustible se define encontrando una mezcla de cetano e isocetano con el mismo retardo de ignición. El cetano tiene un índice de cetano definido como 100, mientras que el índice de cetano medido del isocetano es 15, reemplazando al combustible de referencia anterior, el alfa-metilnaftaleno , al que se le asignó un índice de cetano de 0. Una vez que se conoce la mezcla, el índice de cetano se calcula como un promedio ponderado por volumen, redondeado al número entero más cercano, del cetano (100) y el isocetano (15). [ 2 ]

número de cetano =  % n -cetano + 0,15(% isocetano) [ 2 ]

El índice de cetano es una función inversa del retardo de ignición del combustible, es decir, el tiempo transcurrido entre el inicio de la ignición y el primer aumento de presión detectable durante la combustión. En un motor diésel, los combustibles con mayor índice de cetano presentan retardos de ignición más cortos que los de menor índice. El índice de cetano se utiliza únicamente para los gasóleos destilados relativamente ligeros. Para el fuelóleo pesado (residual) se emplean otras dos escalas: CCAI y CII .

Valores típicos

En general, los motores diésel funcionan bien con un índice de cetano (IC) de entre 48 y 50. Los combustibles con un IC menor presentan tiempos de retardo de ignición más prolongados, lo que requiere más tiempo para que se complete la combustión. Por lo tanto, los motores diésel de alta velocidad funcionan de manera más eficiente con combustibles de mayor IC.

En Europa, los índices de cetano del diésel se fijaron en un mínimo de 38 en 1994 y en 40 en 2000. La norma para el diésel vendido en la Unión Europea , Islandia , Noruega y Suiza está definida por la norma EN 590. Desde el 1 de enero de 2001, la EN 590 exige un índice de cetano mínimo de 46 y un número de cetano mínimo de 51. El diésel premium puede tener un número de cetano de hasta 60. [ 3 ]

En Finlandia, los combustibles diésel premium vendidos por las cadenas de estaciones de servicio St1 (Diesel Plus), Shell (que contiene GTL) y ABC (Smart Diesel) tienen un número de cetano mínimo de 60, siendo el valor típico de 63. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] El diésel renovable Neste MY vendido en Finlandia tiene un número de cetano mínimo de 70. [ 7 ]

En Norteamérica, la mayoría de los estados adoptan la norma ASTM D975 para el combustible diésel, con un índice de cetano mínimo de 40 y valores típicos entre 42 y 45. El diésel premium puede tener un índice de cetano mayor o menor, dependiendo del proveedor. El diésel premium suele utilizar aditivos para mejorar el índice de cetano y la lubricidad , detergentes para limpiar los inyectores y minimizar los depósitos de carbono , dispersantes de agua y otros aditivos, según las necesidades geográficas y estacionales. El diésel de California tiene un índice de cetano mínimo de 53. [ 8 ] Bajo el programa de Diésel de Bajas Emisiones de Texas (TxLED), hay 110 condados donde el diésel debe tener un índice de cetano de 48 o superior, o bien debe utilizar una formulación alternativa aprobada o cumplir con los límites alternativos designados. [ 9 ]

El diésel renovable Neste MY que se vende en Norteamérica tiene un número de cetano de 70+. [ 10 ]

Aditivos

Los nitratos de alquilo (principalmente nitrato de 2-etilhexilo [ 11 ] ) y el peróxido de di- terc -butilo se utilizan como aditivos para aumentar el número de cetano.

combustibles alternativos

Se ha registrado que el biodiésel de fuentes de aceite vegetal tiene un rango de número de cetano de 46 a 52, y los biodiésel a base de grasa animal tienen números de cetano que van de 56 a 60. [ 12 ] El éter dimetílico es un combustible diésel potencial ya que tiene un alto índice de cetano (55-60) y puede producirse como biocombustible . [ 13 ] La mayoría de los éteres simples, incluidos los líquidos, como el éter dietílico , pueden usarse como combustibles diésel, aunque la lubricidad puede ser un problema.

Relevancia química

El cetano es el hidrocarburo con fórmula química C 16 H 34 y específicamente la fórmula estructural CH 3 (CH 2 ) 14 CH 3 . También llamado n-hexadecano, es un alcano saturado no ramificado . El cetano se inflama con un corto retardo bajo compresión y se le asigna un número de cetano de 100. El alfa-metilnaftaleno , que tiene un período de retardo largo, se le asignó un número de cetano de 0, pero ha sido reemplazado como combustible de referencia por el 2,3,4,5,6,7,8-heptametilnonano , al que se le asigna un número de cetano de 15. [ 2 ] Todos los demás hidrocarburos en el combustible diésel están indexados al cetano según la rapidez con que se inflaman bajo compresión, es decir, en condiciones de motor diésel . Dado que el combustible diésel está compuesto por cientos de componentes, el número de cetano general de ese combustible es la calidad promedio del cetano de todos los componentes. Los componentes con alto índice de cetano tienen una influencia desproporcionada, de ahí el uso de aditivos con alto índice de cetano.

Medición del número de cetano

El índice de cetano es difícil de medir con precisión, ya que requiere un motor diésel especial llamado motor CFR (Cooperative Fuel Research). En condiciones de prueba estándar, el operador del motor CFR utiliza un volante manual para aumentar la relación de compresión (y, por lo tanto, la presión máxima dentro del cilindro) hasta que el tiempo entre la inyección de combustible y la ignición sea de 2,407 ms. El índice de cetano resultante se calcula determinando qué mezcla de cetano ( hexadecano ) e isocetano (2,2,4,4,6,8,8-heptametilnonano) produce el mismo retardo de ignición.

Probador de calidad de encendido (IQT)

Otro método fiable para medir el índice de cetano derivado (DCN) del gasóleo es el analizador de calidad de ignición (IQT). Este instrumento aplica un método más sencillo y robusto para la medición del DCN que el CFR. El combustible se inyecta en una cámara de combustión de volumen constante a aproximadamente 575  °C y 310 psi (21 bar) . El tiempo transcurrido entre el inicio de la inyección y la recuperación de la presión de la cámara de combustión a 310 psi (21 bar) se define como el retardo de ignición. Este retardo de ignición medido se utiliza para calcular el DCN del combustible. El DCN del combustible se calcula mediante una relación inversa empírica con el retardo de ignición. Debido a la reproducibilidad, el coste de los materiales y la rapidez del IQT, este ha sido el método de referencia para las mediciones de DCN de los combustibles desde finales de la década de 2000. [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]    

Probador de encendido de combustible

Otro método fiable para medir el índice de cetano derivado del gasóleo es el analizador de ignición de combustible (FIT). Este instrumento aplica un método más sencillo y robusto para la medición del índice de cetano que el analizador de flujo de combustible (CFR). El combustible se inyecta en una cámara de combustión de volumen constante a una temperatura ambiente aproximada de 575  °C. El combustible se quema y la elevada variación de presión dentro de la cámara determina el inicio de la combustión. El retardo de ignición del combustible se calcula como el tiempo transcurrido entre el inicio de la inyección y el inicio de la combustión. El índice de cetano derivado del combustible se calcula mediante una relación inversa empírica con el retardo de ignición.

Índice de cetano

Otro indicador estadístico utilizado por los usuarios de combustible para controlar la calidad es el índice de cetano (IC), un valor calculado a partir de la densidad y el rango de destilación del combustible. Existen diversas versiones, según se utilicen unidades métricas o imperiales y el número de puntos de destilación. Actualmente, la mayoría de las compañías petroleras utilizan el método de cuatro puntos (ASTM D4737), basado en la densidad y las temperaturas de recuperación del 10%, 50% y 90%. El método de dos puntos se define en la norma ASTM D976 y utiliza únicamente la densidad y la temperatura de recuperación del 50%. Este método tiende a sobreestimar el índice de cetano y no se recomienda. Los cálculos del índice de cetano no tienen en cuenta los aditivos mejoradores del cetano y, por lo tanto, no miden el índice de cetano total para los combustibles diésel con aditivos. El funcionamiento del motor diésel está relacionado principalmente con el índice de cetano real, y este índice es simplemente una estimación del índice de cetano base (sin aditivos).

Estándares de la industria

Los estándares de la industria para medir el número de cetano son ASTM D613 (ISO 5165) para el motor CFR, D6890 para el IQT y D7170 para el FIT.

Véase también

Referencias

  1. ↑ Werner Dabelstein, Arno Reglitzky, Andrea Schütze y Klaus Reders "Automotive Fuels" en la Enciclopedia de química industrial de Ullmann , 2007, Wiley-VCH, Weinheim. doi : 10.1002/14356007.a16_719.pub2
  2. 1 2 3 Speight, James G. (12 de diciembre de 2014). Manual de análisis de productos derivados del petróleo: Speight/Manual de análisis de productos derivados del petróleo . Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, Inc. doi : 10.1002/9781118986370 . ISBN 978-1-118-98637-0.
  3. ↑ bosch.de (alemán) Archivado el 24 de diciembre de 2007 en Wayback Machine
  4. ↑ "Hoja de datos del producto St1 Diesel plus -20 °C" (PDF) . 15 de marzo de 2018.
  5. ↑ "Hoja de datos del producto Shell Diesel Summer -20 °C" (PDF) . 15 de marzo de 2018. Archivado del original (PDF) el 3 de enero de 2020. Consultado el 3 de enero de 2020 .
  6. ^ "Hoja de datos NEOT DIESEL -10/-20, NEOT DIESEL -10/-20 Premium Smart Diesel" (PDF) . 15 de marzo de 2018.
  7. ↑ "Hoja de datos del producto Neste MY Renewable Diesel" (PDF) . 1 de enero de 2019.
  8. ↑ "Tabla de especificaciones" (PDF) . www.arb.ca.gov . Archivado del original (PDF) el 21 de febrero de 2017. Consultado el 8 de junio de 2013 .
  9. ↑ "Programa de diésel de bajas emisiones de Texas (TxLED)" . TCEQ .
  10. ↑ "Las ventajas del diésel renovable Neste MY (HVO o diésel R99)" . Neste en Norteamérica . 22 de julio de 2022. Consultado el 16 de octubre de 2023 .
  11. ↑ dorfketal.com Archivado el 8 de agosto de 2007 en Wayback Machine
  12. ↑ "Comparación de las pruebas de índice de cetano del biodiesel con el índice de cetano calculado" (PDF) . www.biodiesel.org . Archivado del original (PDF) el 14 de julio de 2007. Consultado el 13 de septiembre de 2008 .
  13. ↑ Olah, GA ; Goeppert, A.; Prakash, GK (2006). "11". Más allá del petróleo y el gas: la economía del metanol .
  14. ↑ Heyne, Kirby, Boehman, Energía y combustibles , 2009. doi : 10.1021/ef900715m
  15. ↑ Dooley, Stephen; Hee Won, Sang; Heyne, Joshua; Farouk, Tanvir I.; Ju, Yiguang; Dryer, Frederick L.; Kumar, Kamal; Hui, Xin; Sung, Chih-Jen; Wang, Haowei; Oehlschlaeger, Matthew A.; Iyer, Venkatesh; Iyer, Suresh; Litzinger, Thomas A.; Santoro, Robert J.; Malewicki, Tomasz; Brezinsky, Kenneth (2012). "La evaluación experimental de una metodología para la formulación de combustible sustituto para emular fenómenos cinéticos de combustión en fase gaseosa". Combustion and Flame . 159 (4): 1444– 1466. doi : 10.1016/j.combustflame.2011.11.002 .
  16. ↑ Dooley, Stephen; Hee Won, Sang; Chaos, Marcos; Heyne, Joshua; Ju, Yiguang; Dryer, Frederick L.; Kumar, Kamal; Sung, Chih-Jen; Wang, Haowei; Oehlschlaeger, Matthew A.; Santoro, Robert J.; Litzinger, Thomas A. (2010). "Un sustituto del combustible para aviones formulado a partir de propiedades reales del combustible". Combustion and Flame . 157 (12): 2333– 2339. doi : 10.1016/j.combustflame.2010.07.001 .

Lecturas adicionales

  • John B. Heywood (1988). Fundamentos del motor de combustión interna . McGraw Hill. ISBN 0-07-100499-8.
  • Keith Owen, Trevor Coley SAE (1995). Libro de referencia sobre combustibles para automóviles . ISBN 1-56091-589-7.
  • Artículo de Bruce Hamilton
  • Explicación del índice de cetano según BP