UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTAMAQUINASTERMICAS I

Roberto Chucuya H.

UNIVERSIDA NACIONAL DEL SANTA

MONOGRAFIA

FACULTAD: INGENERA

ESCUELA: EAP. INGENIERIA EN ENERGA

CURSO: MAQUINAS TERMICAS I

TEMA: COMBUSTIBLES UTILIZADOS PARA MCI

CICLO: VI

DOCENTE: Mg. ROBERTO CHUCUYA H.

ALUMNO: MORENO PEREA E. JUAN VILLANUEVA HIDALGO JOSUE LOYOLA SANCHEZ ROBOTIN ROSALES CANO DAIN CISNEROS FLORES 2015

DEDICATORIA

A Dios.Por habernos permitido cumplir con este trabajo hasta este punto y habernos dado salud para lograrlo.

A nuestros padres.

Por el apoyo incondicional y econmico

A nuestro maestro.

Porque nos han servido de gua y cooperado con sus conocimientos para la elaboracin del proyecto.

AGRADECIMIENTO

Agradecemos a las personas que nos dieron su apoyo para lograr este trabajo

INDICE Pg.I. Introduccin.. 6II. Contenido .......... 71. Combustibles para M.C.I ... 71.1 Clasificacin de los combustibles... 71.1.1 Combustibles lquidos .. 71.1.2 Combustibles gaseosos . 7

2. Estructura y composicin del combustible..... 72.1 Estructura del combustible 72.2 Composicin del combustible..... 82.3 Composicin Qumica del combustible.. 82.4 Propiedades del combustible... 9 2.4.1 Volatilidad del combustible..... 9 2.4.2 Resistencia a la detonacin e inflamacin... 9 3. Combustibles lquidos para M.C.I . 10 3.1 Gasolina... 10 3.1.1 Propiedades... 11 3.1.1.1 Octanaje....... 11 3.1.1.2 Curva de destilacin.... 11 3.1.1.3 Volatilidad... 11 3.1.1.4 Contenido de azufre. 11 3.1.2 Propiedades principales..... 12 3.1.2.1 Nmeros de octanaje... 12 3.1.2.2 Presin de vapor REID 12 3.1.2.3 Gomas actuales.... 12 3.1.2.4 Densidad...... 12 3.1.2.5 Volatilidad... 12 3.2 Disel... 13 3.2.1 Propiedades 13 3.2.1.1 Poder calorfico.... 12 3.2.1.2 Densidad especifica.. 14 3.2.1.3 Punto de inflamacin.... 14 3.2.1.4 Punto de Niebla y punto de Vertido. 14 3.2.1.5 Viscosidad 15 3.2.1.6 Volatilidad 15 3.2.1.7 Relacin del nmero de cetano 15 3.2.1.8 Residuos carbonosos.... 16 3.3 Queroseno.... 17 3.3.1 Propiedades 17 3.3.1.1 Apariencia y olor.. 17 3.3.1.2 Densidad... 17 3.3.1.3 Solubilidad 17 3.3.1.4 Punto de ebullicin... 17 3.3.1.5 Punto de inflamacin.... 18 3.3.1.6 Temperatura de autoignicin 18 4. Combustibles Gaseosos para M.C.I 19 4.1 Propiedad de los gases..... 19 4.1.1 Reactividad. 19 4.1.2 Densidad absoluta....... 19 4.1.3 Densidad Relativa... 19 4.1.4 Compresibilidad.. 20 4.1.5 Poder calorfico... 21 4.1.6 Presin. 22 4.2 Propiedades de los Gases relacionados con su combustin.. 22 4.2.1 Temperatura terica de combustin 23 4.2.2 Limites de inflamabilidad 23 4.2.3 Velocidad de propagacin de la llama. 24 4.2.4 Poder comburativo o Aire terico 25III. Referencias Bibliogrficas 25

I. INTRODUCCION:En los M.C.I es necesario la energia termica para realizar el trabajo mecnico, que se obtiene como resultado de las reacciones qumicas entre el combustible introducido al cilindro y el oxgeno del aire. La duracin del proceso de preparacin de la mezcla aire-combustible para las reacciones qumicas depende del tipo de formacin de la mezcla y el nmero de tiempos del ciclo en el motor.

Los mtodos de formacin de la mezcla aire-combustible y la realizacin de las reacciones qumicas dan lugar a una serie de requisitos que se plantean ante los combustibles utilizados en los MCI. En los motores de formacin externa (de carburador, a gas y con inyeccin de combustible al colector de admisin) el combustible, que se suministra junto con el aire a travs de la vlvula de admisin, deber fcilmente evaporarse y formar una mezcla homognea con el aire aspirado. En los motores de formacin interna de la mezcla (motores Disel) que el combustible se introduce directamente al cilindro y tiene lugar al final de la compresin adelantado insignificantemente el instante de inflamacin, tambin parte del combustible se introduce durante el proceso de combustin. Por estas condiciones se debe asegurar una buena pulverizacin del combustible, para mezclar las diminutas gotas que aparecen con el aire que se encuentra en el cilindro.Aparte de los requerimientos mencionados, el combustible debe: Garantizar un rpido y seguro arranque del motor independientemente de la temperatura del medio exterior. Permitir realizar el proceso de combustin sin formacin de sarro y carbonilla sobre las superficies de la cmara de combustin. Contribuir a disminuir el desgaste y corrosin del espejo del cilindro, de los anillos del embolo y del pistn. Asegurar las condiciones de una completa y oportuna combustin y la disminucin de la cantidad de componentes txicos en los productos de la combustin. Por ende los que mejor satisfacen estos requerimientos son los combustibles lquidos y gaseosos.

II. CONTENIDO:

1. COMBUSTIBLES UTILIZADOS PARA MCI En los M.C.I se utilizan combustibles (carburantes) lquidos y gaseosos. Los combustibles son sustancias que reaccionan con el O2 del aire en forma exotrmica. La reaccin (combustin) permite transformar la energia asociada a la estructura molecular de los reactantes en energia termica que se aporta a los productos.

1.1 CLASIFICACION DE LOS COMBUSTIBLESEn funcin de su estado de agregacin en condiciones ambientales.

1.1.1 COMBUSTIBLES LIQUIDOS: Son los empleados casi exclusivamente en automocin, pueden ser derivados de petrleo, benzol, o alcoholes.

1.1.2 COMBUSTIBLES GASEOSOS:Son naturales u obtenidos por gasificacin u destilacin. Se pueden clasificar en gases lquidos (butano, propano) y en gases permanentes (metano) dependiendo de si pueden licuar a temperatura ambiente.

2. ESTRUCTURA Y COMPOSICION DEL COMBUSTIBLE

2.1 ESTRUCTURA DEL COMBUSTIBLE La fuente principal para obtener el combustible lquido es el petrleo natural, como resultado de su destilacin secundaria especial se obtienen gasolina, ligroina, keroseno, aceite disel, gas-ol, aceite solar, mazut, etc.

El combustible lquido consiste fundamentalmente en una mezcla de hidrocarburos, que difieren segn su estructura qumica del combustible y segn su composicin qumica que indica el contenido de determinados elementos. Su estructura molecular indica el contenido de diferentes series homolgicas de hidrocarburos existentes en el combustible y determina las principales propiedades fsico-qumicas del combustible e influye en los procesos de evaporacin, inflamacin y combustin.Los principales 2.2 COMPOSICION DEL COMBUSTIBLELos principales componentes del petrleo son los hidrocarburos de las series:- De naturaleza parafinica (alcanos): CnH2n+2- De naturaleza naftenicas: CnH2n- De naturaleza aromticas: CnH2n-6 o CnH2n-12El petrleo contiene, en promedio, 84-85% de carbono y 12-14% de hidrogeno, lo dems est conformado por nitrgeno, oxgeno y azufre. Los hidrocarburos que integran la composicin de los combustibles lquidos, contienen en una molcula de 5-30 tomos de carbono (en la gasolina 5-12, en el keroseno y en el aceite disel hasta 30). Los hidrocarburos saturados pertenecen a los compuestos orgnicos en cadena. Pueden tener cadenas de tomos de carbono lineales o ramificadas (alcanos e isoalcanos) y cadenas cerradas en forma de anillo (cclicos). Los hidrocarburos alcanos normales (n-alcanos) tienen las cadenas de tomos de carbono no ramificadas. En el petrleo se encuentran conjuntamente con los n-alcanos sus hidrocarburos ismeros, que tienen una estructura cuyos tomos de carbono en la molculas forman cadenas ramificadas.

En las gasolinas empleadas en los MECH es ms conveniente tener dentro de sus componentes los i-alcanos, ya que ellos poseen menor tendencia a la detonacin. El isooctano se utiliza para evaluar la calidad detonante del combustible.

En los combustibles disel los componentes ms valiosos son los n-alcanos, que poseen una temperatura de autoinflamacion ms baja, en comparacin con los ismeros, adems, esta disminuye con el aumento de las dimensiones de la molcula. Por eso, para combustibles disel se emplean fracciones ms pesadas del petrleo.El contenido de hidrocarburos aromticos en la gasolina aumenta su resistencia antidetonante.

2.3 COMPOSICION QUIMICA DEL COMBUSTIBLESe le denomina composicin qumica de combustible al contenido msico o volumtrico de cada elemento en el combustible. La composicin qumica del combustible lquido se ha adoptado expresar en unidades de masa.

Ejemplo:1kg de isooctano (C8H18) contiene: 0.842 kg de Carbono(C) y 0.158 kg de Hidrogeno (H).Y para 1kg de combustible lquido compuesto de carbono(C), hidrogeno (H) y oxigeno (O), con ausencia de azufre, se puede escribir:C+H+O=1KgLa composicin qumica del combustible gaseoso, est compuesto de una mezcla de diferentes gases, unos carburantes y otros inertes. Se ha adoptado expresar su composicin en unidades volumtricas o en moles.Los combustibles gaseosos poseen mayor resistencia antidetonante que las gasolinas.

2.4 PROPIEDADES DEL COMBUSTIBLE2.4.1 VOLATILIDAD DEL COMBUSTIBLELa volatilidad del combustible, depende de: su composicin fraccionada, de la tensin de los vapores, de la tensin superficial y del calor de vaporizacin. Es una de las caractersticas principales del combustible. Se determina en un aparato especial calentando el combustible y seleccionando sucesivamente las fracciones que se volatizan en determinados intervalos de temperaturas.La composicin fraccionada del combustible sustancialmente influye sobre la plenitud de la vaporizacin, la velocidad de formacin de la mezcla aire-combustible y el proceso de combustin. 2.4.2 RESISTENCIA A LA DETONACION E INFLAMABILIDAD DEL COMBUSTIBLEEn los MECH que emplea la gasolina, la velocidad de combustin de la mezcla aire-combustible no deber sobrepasar ciertos lmites. El proceso transcurre anormalmente (combustin detonante) en caso de que la combustin en su ltima fase se efectu a excesiva velocidad, apreciando el golpeteo, recalentamiento e incluso la destruccin de sus principales piezas.La aparicin de la detonacin depende, adems de las condiciones de funcionamiento, de la tendencia del combustible a la combustin detonante, que es variable en las gasolinas en funcin de su estructura.La resistencia a la detonacin de las gasolinas se evala por su nmero o ndice de octano que numricamente es igual al porcentaje (en volumen) de isooctano, que posee la mxima resistencia a la detonacin, en una mezcla con n-heptano que es muy propenso a la detonacin y que sea equivalente por sus propiedades detonantes.En los motores disel el combustible se inyecta al aire calentado como resultado de la compresin, su principal requerimiento es por su facilidad de su inflamacin al entrar en contacto con el aire caliente. Esta propiedad se evala por el intervalo mnimo posible entre el instante en que comienza a inyectarse el combustible y el instante en que se inflama. Este intervalo, denominado retardo a la inflamacin, depende no solamente de las condiciones funcionamiento si no que, en gran medida, de las propiedades fsico-qumicas del combustible.La inflamacin del combustible se aprecia por su nmero o ndice de cetanos. Para unas mismas condiciones al final del proceso de compresin el nmero de cetano se determina por la duracin del retardo a la inflamacin. Cuanto ms alto sea el ndice de cetano tanto menor ser el retardo a la inflamacin.

3. COMBUSTIBLES LIQUIDOS PARA M.C.ILos combustibles lquidos son combustibles o molculas generadoras de energa que se puede aprovechar para generar energa mecnica, por lo general la produccin de energa cintica, sino que tambin deben tomar la forma de su recipiente. Se trata de los vapores de combustibles lquidos que son inflamables en lugar del fluido.Mayora de los combustibles lquidos de uso generalizado se derivan de los combustibles fsiles, sin embargo, hay varios tipos, como el combustible de hidrgeno, el etanol y el biodiesel, que tambin se clasifican como un combustible lquido. Muchos combustibles lquidos juegan un papel primordial en el transporte y la economa.Los combustibles lquidos se contrastan con los combustibles slidos y combustibles gaseosos.PETRLEOMayora de los combustibles lquidos utilizados en la actualidad se producen a partir del petrleo. El ms notable de ellos es la gasolina. Los cientficos generalmente aceptan que el petrleo formado a partir de los restos fsiles de plantas y animales muertos por la exposicin al calor y la presin en la corteza terrestre.

3.1 GASOLINALa gasolina es el combustible lquido ms ampliamente utilizado. La gasolina, como se conoce en Estados Unidos y Canad, o gasolina vitually en todas partes, est hecho de molculas de hidrocarburos que forman compuestos alifticos, o cadenas de tomos de carbono con tomos de hidrgeno unidos. Sin embargo, muchos de los compuestos aromticos tales como benceno se encuentran naturalmente en la gasolina y hacen que los riesgos para la salud asociados con la exposicin prolongada a la de combustible.La produccin de gasolinas se consigue por destilacin de petrleo crudo. El lquido deseable se separa del aceite crudo en las refineras. El petrleo crudo se extrae de la planta en varios procesos, lo que se ve ms comnmente pueden ser bombas de haz. Para crear la gasolina, el petrleo primero debe ser retirado de petrleo crudo.S gasolina lquida no est realmente quemado, y sus vapores inflama, provocando que el lquido restante se evapore y luego grabar. La gasolina es extremadamente voltil y fcilmente en combustin, por lo que cualquier fuga potencialmente muy peligroso. La gasolina se vende en la mayora de los pases lleva un octanaje publicado. El nmero de octanos es una medida emprica de la resistencia a la combustin de la gasolina antes de tiempo, conocido como golpeando. Cuanto ms alto sea el ndice de octano, ms resistente es el combustible es de autoignicin bajo altas presiones, lo que permite una mayor relacin de compresin. Los motores con una relacin de compresin ms alta, comnmente utilizados en los coches de carreras y automviles de produccin regular de alto rendimiento, pueden producir ms energa, sin embargo, estos motores requieren un combustible de mayor octanaje. El aumento del ndice de octano ha, en el pasado, ha logrado mediante la adicin de aditivos 'antidetonantes' como el plomo-tetra-acetato. Debido al impacto ambiental de los aditivos de plomo, el ndice de octano se incrementa hoy mediante el refinado de las impurezas que causan llamar.3.1.1 PROPIEDADES3.1.1.1 OCTANAJEEl octanaje se la define como la principal propiedad de la gasolina ya que est altamente relacionada al rendimiento del motor del vehculo. El octanaje se refiere a la medida de la resistencia de la gasolina a ser comprimida en el motor. Esta se mide como el golpeteo o detonacin que produce la gasolina comparada con los patrones de referencia conocidos de iso-octano y N-heptano, cuyos nmeros de octano son 100 y cero respectivamente. Con respecto a la combustin, esta, en condiciones normales se realiza de manera rpida y silenciosa, pero cuando el octanaje es inadecuado para el funcionamiento del motor, la combustin se produce de manera violenta causando una explosin o detonacin que por su intensidad puede causar daos serios al motor del vehculo.

3.1.1.2 CURVA DE DESTILACINEsta propiedad se relaciona con la composicin de la gasolina, su volatilidad y su presin de vapor. Indica la temperatura a la cual se evapora un porcentaje determinado de gasolina, tomando una muestra de referencia.

3.1.1.3 VOLATILIDAD La volatilidad es una propiedad la cual se mida al igual que la presin de vapor. Esta registra de manera indirecta el contenido de los componentes voltiles que brinden la seguridad del producto durante su transporte y almacenamiento. Esta propiedad debe a su vez estar en relacin con las caractersticas del ambiente de altura, temperatura y humedad, para el diseo del almacenamiento del producto.

3.1.1.4 CONTENIDO DE AZUFREEsta propiedad se encuentra altamente relacionada con la cantidad poseda de azufre (S) presente en el producto. Dentro de la cantidad, se encuentran determinados promedios y estadsticas en la cual en producto no puede sobrepasar o resaltar, ya que si esto sucede la gasolina puede tener efectos corrosivos sobre las partes metlicas del motor y sobre los tubos de escape. A su vez, al salir del cao de escape, esta produce un alto grado de contaminacin en el ambiente, produciendo a su vez las conocidas lluvias cidas.3.1.2 PROPIEDADES PRINCIPALES3.1.2.1 NMERO DE OCTANOSEn este producto, el n de octanos vara entre los 100 y los 130 segn los requerimientos del motor a pistn a utilizar en el avin. Este octanaje se obtiene gracias a aditivos los cuales estn a base de plomo siendo stas las nicas gasolinas que contienen este aditivo antidetonante. Dentro de lo que es la medicin, esta es llevada a cabo por medio de una metodologa totalmente diferente a las gasolinas para motor de vehculos.

3.1.2.2 PRESIN DE VAPOR REIDEs una medida de la tendencia de los componentes ms voltiles a evaporarse. El valor mximo consta de 80 Kpa y evita la formacin de bolsas de vapor en el sistema que transporta el combustible impidiendo su flujo normal.

3.1.2.3 GOMAS ACTUALESEsta funcin se encuentra relacionada en la medida de la estabilidad de un combustible. Esta corresponde a una oxidacin acelerada que produce la formacin de barnices y polmeros, formando depsitos en el sistema de combustin. Para eso en el producto los valores tomados son relativamente bajos con respecto al requerimiento especificado.

3.1.2.4 DENSIDADEsta propiedad es utilizada para los clculos de peso del combustible. Es especialmente importante en los aviones de transporte de carga para determinar la limitacin de su carga.

3.1.2.5 VOLATILIDADEsta se obtiene por el balance de los compuestos livianos y pesados, as como por su rango de destilacin. Esta medida se diferencia considerablemente de la establecida para las gasolinas de motor para vehculos.

3.2 DIESELDisel convencional es similar a la gasolina en que es una mezcla de hidrocarburos alifticos extrados a partir del petrleo. Disel puede costar ms o menos que la gasolina, pero generalmente cuesta menos de producir debido a que la extraccin de los procesos utilizados son ms simples. Algunos pases tambin tienen menores tasas de impuestos sobre el gasleo.Despus de la destilacin, la fraccin disel se procesa normalmente para reducir la cantidad de azufre en el combustible. Azufre causa corrosin en los vehculos, la lluvia cida y el aumento de las emisiones de holln desde el tubo de escape. Histricamente, en Europa los niveles de azufre ms bajo que en los Estados Unidos tenan la obligacin legal. Sin embargo, la legislacin reciente EE.UU. redujo el contenido mximo de azufre del gasleo de 3.000 ppm a 500 ppm en 2007, y 15 ppm para el ao 2010 - Cambios similares tambin se estn llevando a cabo en Canad, Australia, Nueva Zelanda y varios pases asiticos. Vase tambin el diesel ultra bajo en azufre.Un motor disel es un tipo de motor de combustin interna que se enciende mediante la inyeccin de combustible en una cmara de combustin con aire previamente comprimido en lugar de utilizar una fuente de ignicin externa, tal como una buja de encendido.3.2.1 PROPIEDADES3.2.1.1 PODER CALORFICOEl poder calorfico de un combustible es de importancia capital y es una indicacin de potencia que puede proporcionar el combustible cuando se quema. El poder calorfico de gasoil puede determinarse al quemase el combustible en un dispositivo especial conocido como calormetro. Con este equipo se quema una cantidad previamente medida de gasoil y se mide cuidadosamente el calor producido expresado en BTU por libra de combustible.

Nota: Una BTU (British Termal Unit) es la cantidad de calor necesaria para aumentar un grado Fahrenheit la temperatura de una libra de agua. El contenido energtico de gasoil es alrededor de un 10% mayor que el mismo volumen de gasolina, lo que permite suministrar ms trabajo por unidad del volumen, es decir, que su volumen equivalente de gasolina. Galn por galn o litro por litro, el combustible de disel posee ms energa ms BTU ( Kcal). La medida del poder calorfico de los combustibles, y por tanto su potencia inherente que la gasolina. Un galn de gasoil contiene unas 141.000 Btu (35.532 Kcal); un galn de gasolina Premium,125.000 BTU (30.492 Kcal). Pero el motor disel multiplica an ms su ventaja inicial por la manera en que funciona ya que utilizando mucho menos combustible rinde igual o mejor que un motor de gasolina. Ello es posible debido a queUtilizan una relacin de comprensin mucho ms alta.

3.2.1.2 DENSIDAD ESPECFICALa densidad especfica de un lquido, como el combustible del motor disel, es la relacin entre la densidad del combustible y la densidad del agua. Puede medirse utilizando un densmetro. La densidad especfica de un combustible afecta su penetracin al pulverizarlo, tal como ocurre al inyectarlo en la cmara de combustin. Es tambin, en cierto grado, una medida del contenido calorfico del combustible. Un combustible con una densidad especfica baja del American Petrolium Institute (API) generalmente presenta un mayor poder calorfico por galn que el combustible situado ms all en la escala estndar de densidad especfica del API que se extiende entre 25 y 49 a 15 C. La densidad API mnima para motores diesel es de 30 y la mxima de 45.

3.2.1.3 PUNTO DE INFLAMACINEl punto de inflacin de un aceite es la temperatura a la que debe calentarse el aceite hasta que se forme suficiente vapor inflamable para que se encienda (inflame) al entrar en contacto con la Dama o calor. El punto de combustin es una temperatura ms alta a la que los vapores del aceite continan quemando despus de haber sido encendidos. El punto de combustin generalmente est 10 a 21 C (50 a 70 F) por encima del punto de inflamacin. El punto de inflamacin representa tambin la indicacin de la posibilidad de incendio; cuanto ms bajo sea el punto de ignicin, mayor ser el peligro de incendio.El punto de inflamacin de los combustibles para disel es el siguiente:

- 37,7 C (100 F) para el combustible tipo 1-D- 51,7 C (125 F) para el combustible tipo 2-D- 54,4 C (130 F) para el combustible tipo 4-D

Algunos pases tienen leyes por las que se especifica el punto de inflamacin de los combustibles disel.

Nota: El punto de inflamacin es slo indicador de la combustin y no informa sobre la calidad de la ignicin del combustible en el motor.

3.2.1.4 PUNTO DE NIEBLA Y PUNTO DE VERTIDOEl punto de niebla de los combustibles disel es la temperatura a la cual los hidrocarburos componentes del combustible se toman insolubles (no pueden disolverse) y empiezan a formarse cristales de cera. El punto de vertido es la temperatura a la cual una cantidad suficiente de combustible se torna insoluble para impedir que fluya bajo determinadas condiciones. Un punto de vertido alto implica que cuando hace fro el gasoil no fluir fcilmente a travs de los filtros y del sistema de alimentacin del motor.Tambin sus caractersticas de pulverizacin pueden ser irregulares.

3.2.1.5 VISCOSIDADLa viscosidad es la capacidad de resistencia de influido a la fuerza que le obliga a fluir. La viscosidad se mide observando el tiempo que necesita un determinado volumen de fluido para fluir, en condiciones concretas, a travs de un tubo corto o agujer pequeo. El flujo se mide mediante un aparato denominado viscosmetro. La viscosidad del gasoil se mide a 25 C (77 F) y a 50 C (122 F). La viscosidad de los combustibles disel afecta el comportamiento de la pulverizacin en las cmaras de combustin.Una viscosidad baja produce una fina niebla, mientras que la alta suele ocasionar una atomizacin menos fina. Se recomienda una viscosidad comprendida entre 1,4 y 20centistokes.

3.2.1.6 VOLATILIDADLa volatilidad de un lquido es su capacidad de pasar al estado de vapor. La volatilidad de un combustible lquido viene indicada por la relacin aire-vapor que puede establecerse a una temperatura concreta. En el caso de los combustibles disel, la volatilidad se indica al 90% de la temperatura de destilacin (temperatura a la cual se destila el 90% del combustible). A medida que la volatilidad decrece, aumentan los depsitos carbonosos y, en algunos motores, el desgaste por el uso. Algunos motores producen mayor cantidad de humos cuando disminuye la volatilidad.

3.2.1.7 RELACIN DEL NMERO DE CETNOLa cantidad de ignicin de un combustible disel (facilidad con que se enciende el combustible) y la forma en que quema se expresan mediante los nmeros de cetano. Una relacin de nmero de cetano se obtiene al comparar el combustible con el cetano, un hidrocarburo lquido incoloro que presenta unas excelentes cualidades de ignicin y que se toma como 100. A medida que aumenta el nmero de cetano, disminuye el periodo de tiempo entre el instante en que el combustible entra en la cmara de combustin y el instante en que empieza a quemar. Al comparar el rendimiento de un combustible disel de una calidad desconocida con el cetano, se obtiene el ndice de cetano.Por ejemplo: un combustible tendr ndice de cetano 40 cuando el rendimiento del motor de prueba sea similar al obtenido usando un combustible patrn compuesto por 40% de cetano y 60% de alfametilnaftaleno (Hidrocarburo de baja ignicin que recibe un ndice igual a cero).Los motores disel con cmara de precombustin (CP) requieren un nmero de cetano mnimo de 35. Los motores de inyeccin directa (ID) requieren un nmero cetano mnimo de 40 para obtener buenas caractersticas de arranque.

Nota: El nmero de cetano tiene una relacin similar con el combustible disel que la que tiene de octano con la gasolina. A medida que aumenta el nmero de cetano, el combustible quema ms rpido. El nmero ms alto atribuido normalmente a un combustible disel es 55.

3.2.1.8 RESIDUOS CARBONOSOSEl residuo carbonoso de un residuo disel (holln depositado despus de la combustin) es una indicacin de la cantidad de depsitos que se pueden formar, en la cmara de combustin, cuando el combustible quema en el motor.Puede medirse en el laboratorio calentando una muestra de combustible en un recipiente cerrado al vaco. El residuo carbonoso permanecer en el recipiente. La cantidad de residuo carbonoso que se considera admisible en el gasoil depende de las caractersticas del motor. Es ms crtico de los pequeos motores disel revolucionarios que en los grandes motores lentos industriales. Los requisitos estndar permiten un mximo de un 0,01% de contenido de cenizas.

Nota: La Environmental Protection Agency (EPA) estudia actualmente una legislacin para limitar la cantidad de particulaza de holln - cenizas que puede producir un motor disel respecto a la cantidad del aire.

La presencia de azufre en cantidades excesivas en los combustibles disel no es de desear, puesto que aumenta el desgaste de los segmentos y del cilindro adems, ocasiona la formacin de un barniz (recubrimiento duro) sobre las faldas del pistn, y un lodo de aceite (solucin pastosa) en el crter. Cuando se quema un combustible que contiene azufre en el motor, ste se combina con el agua, producida durante la combustin del gasoil. Y forma cidos corrosivos.

Estos cidos tienden a erosionar las superficies pulidas, aumentar el deterioro del aceite del motor, y producir lodos. Las tolerancias estndar para los combustibles de disel No1 y No2 permiten un contenido generalmente menor de 0,5%.

Nota: los combustibles que tienen un gran contenido de azufre generalmente contienen grandes cantidades de diversos componentes nitrogenados. Se ha demostrado que el elevado desgaste de las piezas del motor est causado, en parte, por los compuestos nitrogenados.

3.3 QUEROSENOKerosene se utiliza en las lmparas de queroseno y como combustible para cocinar, calefaccin y motores pequeos. Se desplaza el aceite de ballena del uso de la iluminacin. Combustible Jet para motores a reaccin se realiza en varios grados que son mezclas de tipo queroseno. Una forma de que el combustible conocido como RP-1 se quema con oxgeno lquido como combustible para cohetes. Estos querosenos grado de combustible cumplen con las especificaciones de los puntos de humo y puntos de congelacin.En la mitad del siglo 20, se utiliz queroseno o "TVO" como un combustible barato para los tractores. El motor comenzar a la gasolina, a continuacin, cambiar a kerosene una vez que el motor caliente. Una "vlvula de calor" en el colector hara la ruta de los gases de escape alrededor de la tubera de admisin, calentando el queroseno para el punto en que puede ser encendido por una chispa elctrica.Kerosene veces se utiliza como aditivo en el combustible disel para evitar la gelificacin o la depilacin en temperaturas fras. Sin embargo, esto no es recomendable en algunos motores disel de vehculos recientes, ya que podra interferir con la regulacin de las emisiones del motor.

3.3.1 PROPIEDADES3.3.1.1 APARIENCIA Y OLOREl queroseno es un lquido inodoro a temperatura ambiente con un claro plido color amarillo. Sin embargo, cuando el queroseno arde desprende un fuerte olor a humo.

3.3.1.2 DENSIDADA temperatura ambiente, el queroseno tiene una densidad de 0,80 gramos por mililitro. La densidad aumenta a medida que disminuye la temperatura. A 59 grados Fahrenheit (15 C), la densidad puede aumentar a 0,94 gramos por mililitro.

3.3.1.3 SOLUBILIDADAunque el queroseno es insoluble en agua, se puede mezclar con otros disolventes de petrleo.

3.3.1.4 PUNTO DE EBULLICINEl queroseno hierve a muy altas temperaturas que van desde 347 hasta 617 grados Fahrenheit (175 hasta 325 C). El rango depende de la presin del aire.

3.3.1.5 PUNTO DE INFLAMACINEl punto de inflamacin es la temperatura mnima a la que los vapores de un lquido se inflaman. Una sustancia con un bajo punto de inflamacin es ms fcil de encender que una con un punto de inflamacin superior. El punto de inflamacin del queroseno vara desde 100 a 185 grados Fahrenheit (37,77 a 85 C), dependiendo de la presin a la que est sometido el queroseno. El punto de inflamacin del queroseno al nivel del mar es 149 grados Fahrenheit (65 C).

3.3.1.6 TEMPERATURA DE AUTOIGNICINLa temperatura a la cual una sustancia se inflama por s sola a la presin normal del aire es la temperatura de autoignicin. Esta temperatura para el queroseno es de 444 grados Fahrenheit (228,88 C).4. COMBUSTIBLES GASEOSOS PARA MOTORES DE COMBUSTINFue a principios del siglo XVII cuando se comprob que calentando distintos productos, como carbn o madera, en un crisol, se desprenda una sustancia capaz de arder, al que el alquimista flamenco Bautista Van Helmont, autor de la experiencia, denomin con la palabra geest (espritu), de la que deriva el vocablo gas que se utiliza universalmente, con variaciones poco significativas en los distintos idiomas, para designar a este tipo de sustancias y, por extensin, a los combustibles gaseosos en general. Esta experiencia dio origen al desarrollo de los gases manufacturados distribuidos por canalizacin.Posteriormente, otros cientficos (Avogadro, Boyle, Gay-Lussac, Van der Waals, etc.) estudiaron ms profunda- mente el comportamiento de las sustancias en estado gaseoso consiguiendo un conocimiento ms amplio de las distintas caractersticas y propiedades de las mismas.Como se ver ms adelante, los combustibles gaseosos se clasifican en tres grupos o familias: Primera familia: Gases manufacturados (obtenidos a partir de destilacin de hulla, cracking de naftas, refor-ming de gas natural o mezclas de propano y aire). Segunda familia: Gas natural (extrado de yacimientos subterrneos o mezclas de propano y aire). Tercera familia: Gases licuados del petrleo o GLP (derivados de productos petrolferos).4.1 PROPIEDADES DE LOS GASESLos diferentes gases se caracterizan por diversas propiedades que les hacen aptos para distintos usos; entre es- tas propiedades merecen indicarse las siguientes:4.1.1 REACTIVIDADEsta propiedad nos manifiesta la capacidad de reaccin que presentan los gases. As, se puede hablar de gases combustibles o sea gases que son capaces de arder tales como butano, propano, gas natural, acetileno, etc.; de otros llamados comburentes, necesarios para la combustin u oxidacin de otras sustancias tales como el oxgeno, cloro, etc.; y, por ltimo, de aquellos otros que ni arden ni son necesarios para la oxidacin o combustin de otras sustancias tales como el nitrgeno, anhdrido carbnico, gases nobles, etc., a los que llamamos gases inertes.4.1.2 DENSIDAD ABSOLUTA ()La densidad absoluta o masa volumtrica de un cuerpo, se define como la masa contenida en la unidad de volumen. = m / vUnidades: kg/m3(n)El volumen de un gas se suele referir a sus condiciones normales 0 C y 1,01325 bar. 1 m3 (n) es 1m3 de gas medido en condiciones normales.

4.1.3 DENSIDAD RELATIVA (d)La densidad relativa es la relacin entre las masas volumtricas del gas y del aire en las mismas condiciones de presin y temperatura. El valor de esta propiedad indica cuantas veces es ms o menos pesado un determinado gas con relacin al aire:d = /aDnde: es la densidad del gas. a es la densidad del aire a la misma presin y temperatura que el gas.

Los gases menos densos que el aire tienden a ascender diluyndose fcilmente en la atmsfera, en cambio aquellos cuya densidad es mayor que la del aire, se sitan en las partes bajas del recinto o a ras del suelo. Si bien con el tiempo van mezclndose y disipndose en la atmsfera.Ser pues importante, conocer la densidad del gas que va a ser objeto de conduccin por el interior de las canalizaciones, ya que en caso de que en determinadas fases de las operaciones propias de su construccin, se produjera un escape al exterior, sabramos de su facilidad para ascender a la atmsfera o bien de su acumulacin en los puntos bajos, as como su mayor rapidez de difusin en el aire cuanto menor sea su densidad.

Combustible gaseosoDensidad absoluta kg/m3(n)Densidad relativa

Gas manufacturado0,6850,53

Gas natural Argelia (Huelva) Argelia (Barcelona) Argelia gasoducto LibiaConexin Francia

0,8020,7860,8430,8020,744

0,6210,6070,6520,6200,576

Propano comercialButano comercial2,092,621,622,03

Tabla 1. Densidades aproximadas de los combustibles gaseosos

4.1.4 COMPRESIBILIDADLos gases tal como se ha expresado anteriormente son compresibles, consiguindose con la misma masa de gas variaciones importantes de volumen en funcin de las condiciones de presin y temperatura. Esta propiedad tiene una aplicacin directa en el transporte de los gases a travs de tuberas, ya que el volumen a vehicular se re- duce considerablemente en funcin de la presin, y es la variacin de presin entre las distintas secciones de la canalizacin lo que origina el movimiento del gas por su interior.Sin embargo es importante resaltar que los gases pueden llegar a licuarse por compresin, pero no todos los gases se comportan de igual manera cuando se comprimen y ello es consecuencia de un determinado valor de la temperatura llamado temperatura crtica, que se define como aquella que por encima de la cual no se puede licuar un gas por compresin, lo que permite clasificarlos en dos grupos:Gases que tienen una temperatura crtica muy baja (aire, oxgeno, nitrgeno, metano, etc.) lo que implica que se pueden comprimir a cualquier presin, manteniendo la temperatura por encima de aquel valor crtico, sin que se produzca su licuacin. En consecuencia pueden transportarse en recipientes adecuados en fase gaseosa con reducciones importantes de volumen, y por encima de aquel valor crtico; o bien pueden vehicularse a travs de tuberas a grandes presiones, con tambin importante reduccin de volumen, tal como se efecta en la red de gasoductos nacional en la que el gas natural se transporta a 72 bar.Sin embargo, los gases con temperaturas crticas bajas pueden licuarse por efecto de la presin y la temperatura enfrindolos por debajo de su temperatura crtica. Por ejemplo, el gas natural, puede licuarse a la presin atmosfrica enfrindolo a 160 C bajo cero, con lo que se consigue una reduccin de volumen del orden de 600 veces y permite su transporte a gran distancia en buques metaneros y a distancias medias en camiones cisterna.Gases que tienen una temperatura crtica superior a la temperatura ambiente (propano, butano, anhdrido carbnico, etc.), los cuales al comprimirse se licuan y, por ello, se pueden transportar y almacenar, en fase lquida a la temperatura ambiente, en cisternas, depsitos y envases mviles a presin. Las reducciones de volumen son tambin importantes a pesar de que las presiones necesarias son considerablemente ms bajas que las empleadas en el otro grupo.Un caso particular es el que se pone de manifiesto en los combustibles gaseosos tales como el gas ciudad (gas de hulla, gas de cracking, etc.) o en aquellos otros que se obtienen por mezcla del propano con aire, debido a que estn formados por distintos gases y mientras unos tienen temperaturas crticas bajas (hidrgeno, oxgeno, nitrgeno, etc.) otros presentan temperaturas crticas elevadas (propano, benceno, vapores de gasolina, etc.) que al comprimirlos por encima de un determinado valor, condensa alguno de sus componentes. Por ello estos gases no pueden transportarse a presiones elevadas ni comprimirse para transportarse en recipientes especiales.Tipo de gasTemperatura crtica C

Gas natural- 82,5

Propano comercial96,8

Tabla 2. Temperaturas crticas4.1.5 PODER CALORFICO (PC)Es la cantidad de calor desprendida por combustin completa a la presin de 1,01325 bar (atmosfrica) de la unidad de volumen o de masa de un gas tomando los reactivos y los productos de la combustin a la misma temperatura (normalmente 0 C).Se considera el poder calorfico superior (PCS) cuando el agua resultante de la combustin se supone lquida (condensada) en los productos de la combustin. Se considera el poder calorfico inferior (PCI) cuando el agua resultante de la combustin se supone en estado vapor con los dems productos de la combustin.Unidades: MJ/m3(n), kWh/m3(n) o kcal/m3(n).Estas unidades se utilizan normalmente para gas natural, aunque tambin pueden utilizarse para los GLP (propano y butano). MJ/kg, kWh/kg o kcal/kg. Estas unidades se utilizan normalmente para los GLP (propano y butano).Tipo de gasPCSPCI

Hidrgeno12,77 MJ/m3(n)3,55 kWh/m3(n)3.050 kcal/m3(n)11,51 MJ/m3(n)3,20 kWh/m3(n)2.750 kcal/m3(n)

Metano39,90 MJ/m3(n)11,08 kWh/m3(n)9.530 kcal/m3(n)35,88 MJ/m3(n)9,97 kWh/m3(n)8.570 kcal/m3(n)

Propano101,95 MJ/m3(n)28,32 kWh/m3(n)24.350 kcal/m3(n)93,70 MJ/m3(n)26,03 kWh/m3(n)22.380 kcal/m3(n)

Butano134,23 MJ/m3(n)37,29 kWh/m3(n)32.060 kcal/m3(n)123,76 MJ/m3(n)34,38 kWh/m3(n)29.560 kcal/m3(n)

Gas ciudad17,58 MJ/m3(n)4,88 kWh/m3(n)4.200 kcal/m3(n)15,53 MJ/m3(n)4,31 kWh/m3(n)3.710 kcal/m3(n)

Gas natural42,70 MJ/m3(n)11,86 kWh/m3(n)10.200 kcal/m3(n)38,52 MJ/m3(n)10,70 kWh/m3(n)9.200 kcal/m3(n)

Propano comercial50,45 MJ/kg14,01 kWh/kg12.050 kcal/kg46,39 MJ/kg12,87 kWh/kg11.080 kcal/kg

Butano comercial49,74 MJ/kg13,82 kWh/kg11.880 kcal/kg45,85 MJ/kg12,73 kWh/kg10.950 kcal/kg

Tabla 3. Poderes calorficos de los combustibles gaseosos

4.1.6 PRESINEs la fuerza ejercida por unidad de superficie. La presin puede medirse con relacin a la presin atmosfrica o respecto al vaco. Es necesario pues precisar si se trata de presin relativa o absoluta. La diferencia entre ambas ser siempre la presin atmosfrica.Unidades: Megapascal (MPa), bar, kg/cm2, atmsferas (atm), milmetros de columna de mercurio (mm Hg), milmetros de columna de agua (mm cda).

4.2 PROPIEDADES DE LOS GASES RELACIONADAS CON SU COMBUSTINLa combustin es una reaccin qumica en la que interviene un combustible (en este caso un combustible gaseo- so) y un comburente (el oxgeno del aire). Para que se inicie la reaccin, es necesaria la presencia de ambos reactivos y que en un punto se alcance la temperatura de inflamacin.En toda reaccin qumica los reactivos deben encontrarse en unas proporciones cuantitativas determinadas para que aquella tenga lugar. Cuando las proporciones son justamente las que corresponden a la ecuacin de la reaccin se denominan estequiomtricas. Se dice que la reaccin es completa y perfecta cuando todo el combustible reacciona con todo el comburente. Para ello es necesario que las proporciones sean las estequiomtricas. En caso contrario, existe un defecto o un exceso de alguno de los reactivos y, en estas condiciones, en los productos de la combustin pueden encontrarse inquemados (combustible que no ha reaccionado) o/y oxgeno debido a un exceso de aire.Las propiedades de los combustibles gaseosos que se resean a continuacin tratan de aspectos relativos a la combustin de los gases.

4.2.1 TEMPERATURA TERICA DE COMBUSTINEsta temperatura se define como la mxima que tericamente se puede alcanzar en la combustin perfecta y completa de un gas (estequiometria), siendo para los gases combustibles las indicadas en la tabla 2.5. Esta temperatura sera la que tendran los productos de la combustin si el calor desprendido en la reaccin se empleara exclusivamente para su calentamiento.Tipo de gasTemperatura terica de combustin C

Gas natural1.950

Propano comercial1.980

Butano comercial2.005

Tabla 6: Temperaturas tericas de combustinEsta temperatura es aquella a la que sin necesidad del concurso de un punto de ignicin o llama se inflama una mezcla estequiometria gas-aire. Los valores de la temperatura de inflamacin para los combustibles gaseosos ms empleados son los indicados en la tabla 2.6.Tipo de gasTemperatura de inflamacin (C)

Gas natural510

Propano468

Butano410

Tabla 7: Temperaturas de inflamacin

4.2.2 LMITES DE INFLAMABILIDADNo todas las mezclas de gas combustible en el aire son adecuadas para arder, ya que para iniciar y propagar la combustin de una mezcla gas-aire se precisa alcanzar una determinada temperatura de inflamacin que garantice el inicio y la continuidad de la combustin, y ello no es posible cuando la mezcla es demasiado pobre o demasiado rica.Se denominan pues lmites de inflamabilidad a las composiciones en tanto por ciento de gas en el aire, entre las que, a presin y temperatura ambiente, la mezcla es inflamable. Con porcentajes por debajo del Limite inferior de inflamabilidad o superiores al Limite superior de inflamabilidad no es posible mantener la combustin, definindose en consecuencia el llamado dominio de inflamabilidad a aquellas composiciones comprendidas entre ambos lmites.4.2.3 VELOCIDAD DE PROPAGACIN DE LA LLAMACuando la mezcla aire-gas se encuentra dentro de los lmites de inflamabilidad, la llama, es decir la combustin, se propaga con una cierta velocidad. El mecanismo fundamental de propagacin es la conduccin entre el tramo en curso de combustin y el tramo vecino, llevando el primero al segundo a la temperatura de ignicin. Este fenmeno se conoce como deflagracin, la combustin se realiza mediante una llama que avanza de forma acelerada pero siempre a una velocidad subsnica.Para cada gas se define la Mxima velocidad inicial de propagacin de la llama como aquella a la que se inicia la deflagracin de una mezcla estequiomtrica gas-aire. La velocidad de propagacin de la llama es prcticamente nula en composiciones de mezclas gas-aire correspondientes a los lmites de inflamabilidad, alcanzando su mayor valor en el correspondiente a las mezclas estequiomtricas (aquellas en las que el contenido de oxigeno es exactamente el necesario para la combustin completa del gas.En la combustin de una mezcla estequiomtrica, el desprendimiento de calor es muy superior al necesario para mantener la temperatura de inflamacin, y en consecuencia el proceso se va acelerando, e igualmente la velocidad tambin sufre variaciones por lo que tan solo se define normalmente la velocidad inicial.Adems de la composicin de la mezcla aire-gas, otro factor que modifica la velocidad de propagacin de la llama es la temperatura de la mezcla (al aumentarla se incrementa la velocidad de propagacin de la llama).

GasLmite inferior de inflamabilidad%Lmite superior de inflamabilidad%Mxima velocidad inicial propagacin llama (cm/s)

Propano2,49,540

Butano1,88,440

Gas natural4,713,735

Gas ciudad5,845,670

Tabla 8. Lmites de inflamabilidad y mxima velocidad de propagacin de combustin de gases combustibles.

La estabilidad de la llama de un quemador de gas es funcin de la velocidad de propagacin de la llama y de la velocidad de salida de la mezcla aire-gas. Si la velocidad de salida es inferior a la de propagacin, se produce un retroceso de la llama hacia el interior del quemador y si es superior se tiene un desprendimiento de la misma que generalmente trae consigo su extincin.

4.2.4 PODER COMBURIVORO O AIRE TERICOEs la mnima cantidad de are necesaria para asegurar la combustin completa de un metro cbico de gas. Este valor es til para los estudios de ventilacin y evacuacin de gases quemados. Se expresa por la relacin de m3 de aire por m3 de gas.

Aproximadamente se precisan 10,1 m3 (n) de aire por m3 (n) de gas natural, 24,6 m3 (n) de aire por m3 (n) de propano comercial y 30,2 m3 (n) de aire por m3 (n) de butano comercial.

III. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:

LASTRA ESPINOZA, Luis y otros (1991). Experimentacin y Clculo de Motores de Combustin Interna. Instituto de Motores de Combustin Interna, U.N.I., Lima

ED MAY. Mecnica para Motores Disel. Editora Mc Graw Hill

EDITORIAL MIR, Mosc. M.S. Jovaj, Doctor en Ciencias. Tcnicas. Motores de Automvil.

MAQUINAS TERMICAS I20