ACTIVIDAD
Antes del comienzo de la nueva unidad los alumnos realizaran un diagrama de flujo con los conocimientos previos adquiridos en «INDUSTRIA EXTRACTIVA DEL PETROLEO» a modo de resumen y contestaran el instrumento de aprendizaje KWL en su ultima columna ( Que aprendí).
Temas
Característica físicas y químicas del petróleo Como se formó. Composición del petróleo Métodos de prospección y extracción
Que se
Que quiero saber
Que aprendí
COMBUSTIBLES •
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UNIDAD: COMBUSTIBLES ASIGNATURA: COMBUSTIBLES, LUBRICANTES Y SOLVENTES PROFESOR: JULIE MENDOZA
OBJETIVOS
Explicar el origen y características de los combustibles. Clasificar los distintos combustibles según uso industrial.
ACTIVIDAD
En tabla KWL indique sus conocimientos previos por medio de una lluvia de ideas.
K
Índice de octano Índice de cetano Propiedades fisicoquímicas: curva de ebullición, índice de ebullición, punto de enturbiamiento Requisitos mínimos de los carburantes para motores Otto y diesel.
W
L
ENSAYOS APLICADOS A LOS COMBUSTIBLES
De las indicadas y en base de lo importancia en relación a los requisitos mínimos de calidad a cumplir, estudiaremos más detalladamente la siguientes: Presión de vapor Curva de destilación Número de Octano Corrosión en lámina de cobre Estabilidad a la Oxidación Contenido de Azufre
Requisitos mínimos para gasolina:
Curva de ebullición Presión de vapor Densidad Contenido de azufre Octanaje
Las exigencias principales aplicadas al combustible diesel (gasóleo) son:
Densidad Curva de ebullición Viscosidad cinemática Punto crítico Índice de cetano.
Definiciones de conceptos básicos
OCTANO:
Para un motor OTTO, el combustible debe tener aptitudes para soportar sin detonación elevadas compresiones, se dice que está dotado de un elevado poder antidetonante. La calidad depende esencialmente del valor de su poder antidetonante, cuya medida está dada por el llamado Número de Octano (N.O.).
Definiciones de conceptos básicos
OCTANO:
El valor del N.O. se obtiene comparándolo con combustibles de referencia constituidos por mezclas de isoctano (C8H18) de la serie isoparafínica, y heptano (C7H16). Al isoctano de óptima capacidad antidetonante, se le asigna convencionalmente el N.O.=100 y al eptano de la serie parafínica que posee cualidades antidetonantes muy bajas, el N.O.=0 (cero). Mezclando los dos combustibles en diversas proporciones, se obtienen mezclas con todos los N.O. posibles entre 0 y 100.
Definiciones de conceptos básicos
OCTANO:
En sucesivas pruebas se determina la mezcla de isoctano y eptano que para un mismo valor de la relación de compresión tenga la misma intensidad de la detonación que el combustible de ensayo. El tanto por ciento de isoctano en esta mezcla representa el número de octano del combustible. Los métodos posibles son : Número de Octano en Motor Número de Octano Investigado Número de Octano en Marcha
Definiciones de conceptos básicos
Interpretación adecuada de los ensayos Número de Octano Motor se interpreta como la habilidad del combustible para prevenir la detonación en motor (NOM) de altas velocidades, velocidades , mientras que el Número de Octano Investigado (NOR) mide la tendencia de detonación detonación a bajas velocidades.. Sin embargo, es el Número de Octano en velocidades Marcha ( RON) quien muestra más fidedignamente el comportamiento de un combustible en cuanto a sus característicass de detonación en el motor de un automóvil característica
Definiciones de conceptos básicos
CETANO: En motores DIESEL un combustible es tanto mejor, cuanto menor es el retraso al encendido se que produce en el motor, en este caso, se dice que el combustible tiene una buena facilidad de ignición. Para tener esta cualidad los combustibles para los motores de encendido a compresión, deben tener características opuestas a los utilizados para los motores de encendido a chispa.
Definiciones de conceptos básicos
CETANO: Para valorar el grado de ignición de un determinado combustible, se hace la comparación directa, con un combustible de referencia. El cetano (C16H35) es un hidrocarburo parafínico con óptima facilidad de ignición al que le ha sido asignado por convención el N.C.=100. Al mismo se le mezcla el alfametilnaftaleno, hidrocarburo de escasa facilidad de ignición, al cual le asignan un N.C.=0 (cero). El procedimiento para determinar el N.C. es similar al empleado para determinar el N.O.
Pruebas que certifican certifican la la calidad calidad del combustible. combustible.
El control de calidad aplicado tanto en la refinería como en los laboratorios de las empresas que comercializan combustible, comprende varias pruebas o ensayos regidos por alguna Norma nacional (Nch), ),oo por alguna internacional (ASTM, BP, ISO, IP, , etc.). Todas ellas debidamente estandarizadas, por lo tanto posible de reemplazar por alguna otra que valorice el mismo parámetro.
Pruebas que certifican certifican la la calidad calidad del combustible. combustible.
En Chile una Empresa distribuidora de combustible aplica en su control de calidad calidad las las Normas Normas chilenas (Nch), en tanto la RPC RPC (Refinería de Petróleo Concón ) aplica las Normas ASTM, de tal manera empresas que operan en el mismo país aplican procesos y controles de calidad regulado por distintas Normas, pero como existe equivalencia entre las Normas, como resultado final al proceso o producto se le aplica un control de calidad similar. Normas chilenas (Nch) : reguladas por el Instituto Nacional de Normas, INN. RPC : Refinería de Petróleo Concón. ASTM: Normas estadounidenses, (Asociación Americana de pruebas y materiales)
ENSAYOS APLICADOS A LOS COMBUSTIBLES
Volatilidad de la gasolina :
La propiedad física física más más importante importante de una gasolina gasolina es su volatilidad bajo las condiciones de uso, de ella dependen la mayor parte de sus cualidades como carburante. Tales cualidades inciden en el funcionamiento esperado del motor (en frío y en caliente). Entre los ensayos o pruebas de control que dan cuenta del funcionamiento se encuentran la determinación de la presión de vapor Reid (VPR) y la curva de destilación ASTM. La temperatura de ebullición y el grado de volatilidad dan base a estos ensayos
ENSAYOS APLICADOS A LOS COMBUSTIBLES
Presión de vapor (Reid) (ASTM D 323)
La presión de vapor de los destilados volátiles no viscosos (fundamentalmente la gasolina) se determina en una escala arbitraria que se denomina "presión del vapor Reid" (RVP).
El objeto de limitar la presión de vapor es: Reducir las pérdidas por evaporación Permitir la concentración necesaria de vapores para el arranque en frío del motor Evitar la obstrucción por vapor
ENSAYOS APLICADOS A LOS COMBUSTIBLES
Presión de vapor (Reid) (ASTM D 323)
La ASTM limita a 10 RVP la gasolina de verano llegando a 15, en invierno en climas muy crudos; para climas templados (equivalentes a las condiciones de invierno en la zona central de Chile) las especificaciones del producto son: gasolinas de verano (octubre a abril incl.) 10.5 RVP máximo.
gasolinas de invierno (mayo a septiembre incl.) 13,5 RVP máximo.
ENSAYOS APLICADOS A LOS COMBUSTIBLES
Curva de destilación (ASTM D 86)
La curva de destilación ASTM, es una especificación de mucha importancia en la gasolina, kerosene y diesel. La importancia más relevante que presenta este ensayo es la información que relaciona al combustible con las condiciones de trabajo del motor (en frío y en caliente). En la curva de destilación se destacan los siguientes porcentajes de destilados logrados, cada uno de ellos está referido a una determinada temperatura
ENSAYOS APLICADOS A LA GASOLINA Curva de destilación (ASTM D 86) El punto de 10% debe estar bajo los 158 ºF de
temperatura por la facilidad de partida (especificación ASTM para gasolina del invierno y RPC para todo el año). Si este punto es demasiado bajo, las fracciones más liviana de la gasolina pueden evaporarse con demasiada facilidad y producir lo que se llama la "obstrucción por un vapor. El punto de 50% se ha relacionado de manera poco clara con la aceleración, calentamiento del motor y rendimiento del motor. La ASTM fija un máximo de 284 ºF de temperatura que es también la clasificación de RPC ( refinería de petróleo Con Con)
ENSAYOS APLICADOS A LOS COMBUSTIBLES
Curva de destilación (ASTM D 86) En cuanto al punto de 90% en general varía con los
diversos tipos de gasolina de vehículos. Las de uso militar (en USA) especifican 330 ºF, valor que coincide con el especificado por RPC.
El punto final: no especificado por la ASTM. Tiene
importancia sin embargo, en el rendimiento de gasolina de un crudo o proceso dado influyendo notablemente sobre el octanaje.
ENSAYOS APLICADOS A LOS COMBUSTIBLES
Punto de enturbiamiento y congelación: Todas las características que se han mencionado se refieren al número de átomos de carbono en las cadenas. El punto de enturbiamiento sólo se aplica a los gasóleos, y es la temperatura mínima a la que sometiendo el combustible a un enfriamiento controlado se forman en el seno del mismo los primeros cristales de parafina (de cadenas carbonadas lineales, alcanos. Son los de mayor punto de congelación y los más pesados.
ENSAYOS APLICADOS A LOS COMBUSTIBLES
Poder Calorífico: Es el calor de combustión : energía liberada cuando se somete el combustible a un proceso de oxidación rápido, de manera que el combustible se oxida totalmente y que desprende una gran cantidad de calor que es aprovechable a nivel industrial. 2) Densidad específica o relativa: Fue la primera que se utilizó para catalogar los combustibles líquidos. Los combustibles se comercializan comercializan en volumen, por ello es importante saber la densidad que tienen a temperatura ambiente.
ENSAYOS APLICADOS A LOS COMBUSTIBLES
3) Viscosidad: Mide la resistencia interna que presenta un fluido al desplazamiento de sus moléculas. Esta resistencia viene del rozamiento de unas moléculas con otras. Puede ser absoluta o dinámica, o bien relativa o cinemática .
ENSAYOS APLICADOS A LOS COMBUSTIBLES
Contenido en azufre: El azufre que se encuentra en un combustible líquido deriva del crudo de petróleo del que procede el combustible y a veces puede derivar de algún proceso al que ha sido sometido en el fraccionamiento. Nos interesará que el contenido en azufre sea el menor posible, ya que la legislación marca unos límites.
ENSAYOS APLICADOS A LOS COMBUSTIBLES
Pureza y residuos de combustión La combustión debe se ser lo mas limpia de impurezas posible, para ello se limita el contenido de sustancias como el azufre y resinas. El azufre produce residuos ácidos, y las resinas gomas que obstruyen los conductos de aspiración y segmentos. Se limita por debajo de un 1,2%. En los gasóleos hay que limitar los residuos carbonosos y cenizas que pueden dañar la bomba de inyección.
ENSAYOS APLICADOS A LOS COMBUSTIBLES
Los problemas que nos pueden provocar el azufre contenido en un combustible líquido son: Corrosiones en los equipos en los que se quema el combustible, en equipos auxiliares (chimeneas), precalentadores de aire,... Contaminación ambiental, que se debe evitar Influye sobre el poder calorífico del combustible, pudiendo hacer que sea menor. Puede variarlo bastante Si estamos utilizando el combustible en una planta donde se van a utilizar los gases de combustión, puede traer problemas al entrar en contacto directo con lo que se está produciendo en la planta.
ENSAYOS APLICADOS A LOS COMBUSTIBLES
Punto de anilina: El punto de anilina es la temperatura mínima a la cual una mezcla de anilina y muestra al 50% en volumen son miscibles (la anilina es una fenil- amina) dibujo. Se trata pues de la temperatura de solubilidad de la anilina y la muestra. Este punto caracteriza muy bien a los productos petrolíferos, pues tanto éstos como la anilina son compuestos aromáticos, y como lo semejante disuelve a lo semejante, resulta que si el punto de anilina es bajo, el contenido de aromáticos es mayor, y si es alto, el contenido de parafinas será entonces mayor. De este modo podemos determinar si un petróleo tiene un carácter más parafínico o más aromático.
Los requisitos principales impuestos a los combustibles de la turbina de gas se limitan a:
Viscosidad, sus niveles de impurezas, especialmente sulfuro, sodio, vanadio y plomo.
En los motores de acondicionamiento homogéneo y de ignición controlada, la fase de inflamación es prácticamente constante en tiempo y sólo depende de la composición de la mezcla. El desprendimiento de calor estará determinado, principalmente, por la forma de la cámara de combustión y la posición del punto de ignición. En los motores de acondicionamiento heterogéneo, la autoignición tiene lugar antes del fin de la compresión
Ciclo motor Otto
solo parte de la energía entregada por el combustible el motor lo transforma en trabajo útil, ósea para mover el auto.
Ciclo motor Otto
Ciclo ideal Otto:
Admisión : En esta carrera para lograr que la mezcla de aire combustible ingrese al cilindro, se debe vencer la resistencia del filtro de aire, carburador y conductos. Todo esto trae como consecuencia que el pistón en su carrera descendente debe realizar un trabajo negativo, tanto mayor como sean estas resistencias r esistencias antes mencionadas.
Ciclo motor Otto
Ciclo ideal Otto:
Compresión: En esta evolución la mezcla aire combustible es comprimida dentro del cilindro hasta alcanzar la temperatura optima. Luego de esto se produce el encendido de la chispa.
Ignición: La ignición se produce por el salto de la chispa dentro del fluido comprimido a una determinada temperatura. La combustión es rápida pero no es instantánea como la pretende el ciclo teórico.
Ciclo motor Otto
Ciclo ideal Otto:
Expansión: La expansión de los gases se produce según una transformación politrópica ( muchas formas) Escape: Finalizada la combustión de la mezcla los gases deben ser retirados del cilindro para el ingreso de la nueva mezcla y completar el ciclo.
Motor Diesel
En la carrera descendente del pistón, aspira un volumen de aire, que ingresa en una cámara, cuando el pistón sube comprime el aire que cuando alcanza el punto muerto superior se encuentra a alta temperatura, en ese momento se inyecta finamente pulverizada una cierta cantidad de combustible líquido, que a medida que ingresa, se enciende y produce una combustión a presión constante (teórico), para luego expandirse realizando la carrera útil, en cuyo transcurso entrega trabajo, luego en la carrera ascendente se eliminan los gases de la combustión y el ciclo se inicia nuevamente al igual que en el ciclo Otto .
Diferencias en combustión diesel y de gasolina En gasolina se intenta evitar el encendido por compresión, en diesel se intenta que ocurra lo antes posible •
Al aumentar la Rc (relac (relación ión de compresión) en gasolina aumenta la detonación, y en diesel disminuye el retardo de inflamación. •
El aumento de la relación de compresión requiere para los carburantes un aumento del número de octano, mientras que en el gasoil permite un descenso del número de cetano. En gasolina la mejor combustión se realiza con mezclas ricas, en diesel con exceso de aire. •
ACTIVIDAD
Antes del comienzo de la nueva unidad los alumnos realizaran un diagrama de flujo ( mapa conceptual) con los conocimientos previos adquiridos en «INDUSTRIA EXTRACTIVA DEL PETROLEO» a modo de resumen y contestaran el instrumento de aprendizaje KWL en su ultima columna ( Que aprendí). Preguntas
Que es el octanaje Que es el índice de cetano Que propiedades se le miden al combustible y para que? Cuales son los tiempos de un motor Otto y su diferencia con el Diesel
Que se
Que quiero saber
Que aprendi.
