Octanos y Cetanos, índice de los combustibles

Los motores de combustión interna son los más utilizados en el mercado automotriz, independientemente del crecimiento de nuevas tecnologías y combustibles alternativos. La gasolina y el diésel son los dos combustibles que encontramos en la mayoría de ellos. En repetidas oportunidades hemos escuchado acerca de la calidad de los combustible y cual es mejor, si la gasolina extra o la regular.

En algunos problemas frecuentes como el pistoneo o cascabeleo, nos hablan sobre el octanaje. Cuando se refieren a la gasolina extra o regular también se refieren al octanaje, ¿quieren conocer acerca del octanaje?, ¿será que el diésel también tiene octanaje? o ¿Cuál es su nombre? A continuación les contaremos acerca de octanos y cetanos.

¿Qué indica el índice de octano e índice de cetano en los combustibles?

Octanaje o índice de octanos

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 una escala que mide la capacidad anti detonante, que tiene la gasolina en el momento que se comprime en el pistón. Es una propiedad esencial de los carburantes. En efecto, la eficacia del motor aumenta con altos índices de compresión, pero solamente mientras el combustible utilizado soporte ese nivel de compresión sin sufrir combustión prematura o detonación. ¿Por qué debe ser anti detonante? El combustible solo debe encender en el momento que caiga la chispa no  antes.

Este comportamiento de los hidrocarburos es genérico: Las n-parafinas detonan con facilidad, mientras que i-parafinas (y aromáticos) son refractarias. Con el nivel de octanaje adecuado se evita la auto detonación y se logra un solo foco de llama dado por el encendido en el momento preciso, con lo cual se obtiene una combustión más efectiva.

Algunos combustibles (como el GLP, GNL, etanol y metanol, entre otros) poseen un índice de octano mayor de 100. Utilizar un combustible con un octanaje superior al que necesita un motor no lo perjudica ni lo beneficia. Si se tiene previsto que un motor vaya a usar combustible de octanaje alto, puede diseñarse con una relación de compresión más alta y mejorar su rendimiento.

Las gasolinas que tienen un alto índice de octano producen una combustión más suave y efectiva, pero el exceso de octanaje no agrega mayores beneficios ni en términos de potencia, suavidad o rendimiento. Como el octanaje es la medida de la resistencia de una gasolina a auto inflamarse entonces para altas relaciones de compresión son necesarias gasolinas de alto octanaje y para poca relación de compresión menor octanaje.

Índice de Cetano

Al comienzo del artículo planteábamos una pregunta si el diésel también tenía octanaje, en el gasoil o diésel el indicador es el Cetano. El numero o índice de cetano tiene relación con el tiempo que transcurre entre la inyección de combustible y el inicio de la combustión (intervalo de encendido). Si el numero de cetano es mayor  la combustión es de calidad la ignición es rápida, con un quemado total y uniforme.  Si el número de cetano es menor, se retrasa la ignición y por el contrario, se quema rápidamente produciendo altas presiones y dando lugar a un ruido excesivo, aumentando las emisiones, reducción en el rendimiento del vehículo y aumento de la fatiga del motor. Humo y ruido excesivos son problemas comunes en los vehículos diésel, especialmente bajo condiciones de arranque en frío.

En Colombia se expenden actualmente tres tipos de diésel: un diésel Extra o de bajo azufre (máximo 0,12 por ciento en peso), parecido al City Diesel, con un cetano típico de 47 y un mínimo de 45. Se distribuye únicamente en Bogotá.

El diésel Corriente, con un cetano de 45 y contenido de azufre máximo típico de 0,37 por ciento y un máximo de 0,45 por ciento en peso, el cual se distribuye en el resto del país. Y un diésel Marino con un cetano mínimo de 45, contenido de azufre típico de 0,4 por ciento y ligeramente más pesado que el diésel Corriente. Se destina a actividades de pesca marina.

¿Por qué algunos fabricantes exigen o recomiendan una gasolina de mayor octanaje?

Los octanos más altos son necesarios para los motores con relaciones de compresión más elevadas y/o que utilizan la turbocompresión o el turbocompresor para hacer llegar más aire al motor. Una mayor presión en el cilindro permite al motor extraer más energía mecánica de la mezcla de aire y combustible, pero requiere un mayor número de octanos para evitar la explosión prematura de la mezcla. En estos motores, un octanaje más alto aumenta la potencia y ahorra combustible.

¿Qué pasa si utilizo una gasolina con menor octanaje que el requerido para mi vehículo?

El uso de combustible con un octanaje inferior al requerido puede provocar una reducción del rendimiento del motor y, en última instancia, dañar el sistema de control de emisiones. También puede invalidar la garantía. Los vehículos más antiguos pueden tener motores que emiten un ruido de golpeteo o timbre audible. Muchos vehículos nuevos pueden ser modificados con el tiempo para reducir el ruido de golpeteo, pero esto resulta en una reducción del rendimiento del motor y del ahorro de combustible.

¿Qué grado de octanaje debo usar en mi vehículo?

Debe utilizarse el octanaje recomendado por el fabricante del coche. Por lo tanto, consulte el manual del propietario. La mayoría de los coches de gasolina están clasificados para 87 octanos, pero algunos están clasificados para un octanaje superior.

¿Cómo mejorar el índice de octano de la gasolina?

Aunque la gasolina se obtiene mediante el refinado del petróleo crudo, los hidrocarburos que contiene no tienen un octanaje suficiente para producir gasolina comercial.

El resultado es una mezcla compleja que contiene, además de hidrocarburos como componente principal, octanos en diversas proporciones. Para aumentar el octanaje, los hidrocarburos se someten a diversas reacciones químicas, las más importantes son:

Cracking catalítico: en este proceso, los componentes pesados, como el gasóleo de vacío, se convierten en hidrocarburos ligeros, formados por aproximadamente un 50% de gasolina FCC, aptos para la producción de gasolina final.

Isomerización: En este proceso, en el que los mismos átomos se disponen de forma diferente, se obtienen parafinas i a partir de parafinas n ligeras.

Reformado catalítico: en este proceso, en el que también se produce hidrógeno, la nafta se convierte en aromáticos.

Alquilación: mediante la transferencia de un grupo alquilo de una molécula móvil a una estacionaria, se sintetiza i-octano a partir de i-butano y buteno.

Esterificación: en esta reacción, el i-buteno reacciona con el metanol o el bioetanol para formar éter butílico terciario (ETBE).

Bioetanol: se obtiene de la fermentación de azúcares y puede utilizarse como combustible puro o mezclado con gasolina.

Después de estos y otros procesos menores, la mezcla resultante debe cumplir con una fórmula precisa que se ajuste a las especificaciones fijadas por la normativa de cada país sobre estabilidad y seguridad durante el transporte y el almacenamiento, comportamiento del motor, rendimiento medioambiental y, por supuesto, número de octano.

¿Cuál es la importancia del índice de cetano en el diésel?

Para entender la importancia de medir el número de cetano, es importante saber que el gasóleo utiliza el término número de cetano, a diferencia de la gasolina, que se denomina número de octano.

El número de cetano se utiliza para medir la propensión del combustible a encenderse y está relacionado con el momento de la inyección y el inicio de la combustión. En otras palabras, indica el retardo del encendido y cuanto mayor sea el valor, menor será el retardo.

¿Cómo se calcula el índice de cetano?

El método utilizado es el ASTM D613, que se basa en el funcionamiento de un motor monocilíndrico estándar con diferentes relaciones de compresión.

El método requiere un flujo de combustible constante y la medición de los tiempos de inyección de dos combustibles con diferentes números de cetano. El número de cetano se calcula con una relación de compresión fija y en el momento del encendido con una aproximación decimal, interpolando las diferentes relaciones de compresión.

Para determinar el número de cetano se utilizan dos tipos de combustible: el a-metilnaftaleno y el n-hexadecano (cetano normal con 16 hidrocarburos), siendo este último de mejor calidad.

Ahora que conocemos el número de cetano, ¿cómo podemos interpretar el resultado? Recuerde que el número determina la calidad de la ignición, no la inflamabilidad del gasóleo. Por lo tanto, si el resultado es alto, significa que el retardo del encendido es más corto y la capacidad de arranque en frío del motor es buena. Si, por el contrario, el indicador está bajo, el proceso de encendido tiene lugar más tarde.

En este contexto, es importante saber que el número de cetano correcto es superior a 40.

¿Qué diferencia hay entre octano y cetano?

En el caso de la gasolina (octanaje), mide la resistencia a la pre ignición(es decir, que explote en el tiempo adecuado y no en otra). En el caso del gasóleo (número de cetano), depende del momento de la inyección y del inicio de la combustión.

Recomendaciones para medir el índice de cetano

Frecuencia: si tiene un proveedor habitual, debe medirse una vez al mes. Si se cambia de proveedor, debe comprobarse cada quince días.

Muestra representativa: Para obtener resultados fiables, es importante tomar la muestra correctamente según los procedimientos del API.

La calidad del combustible es un factor importante para el mantenimiento del motor. Por lo tanto, es importante que el combustible esté en condiciones óptimas. Esto prolonga la vida del motor y optimiza la inversión realizada.

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