El Petrleo y sus derivados

EL PETRLEO

El petrleo es una mezcla de substancias qumicas orgnicas, derivadas principalmente de los restos de plantas y animales microscpicos que vivan en el mar hace millones de aos. Fue necesario que se dieran condiciones especiales y pasar muchsimo tiempo para que esos restos sufrieran complejos cambios qumicos y se transformaran en petrleo y gas. A veces, estos hidrocarburos se encuentran concentrados en acumulaciones que pueden detectarse y explotarse. La exploracin en busca de petrleo comenz hace ms de cien aos, cuando se perfor cerca de afloramientos petrolferos que indicaban que haba petrleo bajo la superficie. Hoy en da se emplean tcnicas mucho ms avanzadas, como los estudios ssmicos y las imgenes tomadas desde satlites. Poderosas computadoras ayudan a los gelogos a interpretar sus descubrimientos. Sin embargo, despus de todo esto, solo la perforacin puede confirmar la presencia de petrleo subterrneo.

BSQUEDA DEL PETRLEOHace millones de aos, innumerables plantas y animales microscpicos llamados fitoplancton y zooplancton, flotaba en las aguas superficiales de los antiguos mares. Al morirse estos organismos, sus restos se depositaban en el lecho marino donde, junto con el barro y el limo, fueron transformndose, a lo largo de las eras, en capas sedimentarias ricas en materia orgnica. La continua acumulacin de nuevos sedimentos enterraba las capas orgnicas a miles de metros de profundidad, comprimindolas para formar una roca que se convertira en la fuente del petrleo. Al ir aumentando la profundidad de soterramiento,

aumentaba la temperatura. En tales condiciones y en mucho tiempo, el material orgnico original fue descomponindose en substancias ms simples, llamadas hidrocarburos, o sea, compuestos de hidrgeno y carbono. El resultado de todo eso fue el petrleo, una compleja mezcla de hidrocarburos.

El petrleo trata de fluir naturalmente hacia arriba, de una zona de presin alta a una de presin baja. Si es posible, llega a la superficie de la tierra y aflora. Afortunadamente para el mundo moderno, parte de ese petrleo ha sido atrapado en yacimientos.

Un yacimiento de petrleo no es, como muchos creen, un enorme lago subterrneo de hidrocarburos. A menudo es una roca aparentemente slida que revela, cuando se la observa mejor, que tiene miles de pequeas cavidades o poros. El petrleo migra lentamente hacia arriba movindose de una cavidad a otra y, a veces, pasando por fracturas. Cuando choca con un estrato impermeable, se queda en los poros de la roca petrolfera y se forma una acumulacin de petrleo.

El petrleo que aflora naturalmente ha sido utilizado durante centenios en forma de pez o asfalto, como combustible, para calafatear embarcaciones de madera e incluso con fines medicinales. Sin embargo las primeras tentativas importantes de perforar en busca de petrleo no se realizaron hasta mediados del siglo XIX. En 1859 Edwin Drake tuvo el primer xito al encontrar el oro negro en Pennsylvania, Estados Unidos, a una profundidad de 21 metros solamente. Otros le emularon, primero en Estados Unidos, despus en Sudamrica, Rusia, el Lejano Oriente y el Oriente Medio. Se establecieron muchas compaas con el objeto de producir, transportar y comercializar esta nueva mercanca. Desde entonces el hidrocarburo se ha encontrado en todos los continentes, excepto la Antrtica. Al principio la bsqueda de petrleo se realizaba al azar. Aparte de perforar en lugares donde el petrleo afloraba a la superficie, muchos pozos de exploracin se hacan "siguiendo una corazonada" a menudo con desalentadores resultados. Ahora la exploracin petrolera se ha hecho mucho ms cientfica; pero, aun contando con moderna tecnologa y la experiencia de gelogos y geofsicos expertos, esta actividad est plaga de incertidumbres. La exploracin petrolera se enfrenta con el hecho de que la superficie de la tierra tiene una historia complicada. Los geocientficos saben que parte de la corteza terrestre, que abarcan continentes y ocanos, se han trasladado con relacin a otras. Cuando los continentes se separaron, zonas que eran tierra quedaron sumergidas por el mar: esas zonas se convirtieron en lugares de deposicin de rocas petrolferas. Al producirse colisiones las enormes fuerzas originadas levantaron cadenas de montaas, estrujaron las rocas en plegamientos y las echaron unas sobre otras, para formar estructuras complejas. Algunas de stas son favorables para la acumulacin de petrleo. Una de las estructuras ms comunes es el anticlinal, en la cual las capas tienen la forma de una cpula o arco. Debajo del anticlinal, puede encontrarse un yacimiento de hidrocarburos, sellado por una capa impermeable. Si se perfora un pozo a travs de esta cubierta, hasta llegar al yacimiento, se puede sacar petrleo a la superficie. Despus se escogen ciertas reas para estudiarlas en mayor detalle. Los gelogos estudian los afloramientos de roca y analizan muestras de roca y de los fsiles que puedan contener, a fin de tener elementos que indiquen sus orgenes y edad. Los estudios geofsicos proporcionan datos adicionales, indicando como se disponen las rocas debajo de la superficie. Esos estudios incluyen medidas de los campos gravitacional y magntico de la tierra, porque stos son afectados por el tipo y distribucin de las rocas de la corteza terrestre. Sin embargo, hoy en da, el estudio ssmico es mucho ms importante. Para este tipo de estudio, se envan ondas sonoras a lo profundo de la tierra, desde donde son reflejadas por los diferentes estratos. Se mide el tiempo que traten en volver a la superficie. De este modo, puede apreciarse la profundidad de las capas reflectoras: a mayor intervalo, mayor profundidad. Tales estudios pueden indicar tambin qu tipo de rocas se encuentran bajo la superficie, ya que diferentes rocas transmiten el sonido a diferente velocidad.

En zonas alejadas, las ondas sonoras pueden producirse por medio de dinamita, que hace detonar a pocos metros bajo la superficie del suelo. En regiones densamente pobladas o

ambientalmente sensibles, en las cuales no es conveniente usar explosiones, se utilizan camiones vibro ssmicos. Antes de la perforacin, el estudio ssmico es la nica manera de recoger informacin detallada de las zonas submarinas. La dinamita era el medio ssmico utilizado en el mar, pero actualmente se emplean caones de aire comprimido, que generan ondas sonoras al liberar grandes burbujas de aire comprimido bajo la superficie del agua. Los estudios ssmicos ms avanzados son tridimensionales, con las lneas ssmicas dispuestas en una cuadrcula densa y colocada con precisin por medio de las ltimas tcnicas de navegacin. Los datos registrados son procesados en modernas computadoras, que producen una imagen tridimensional muy exacta de las formaciones y estructuras subyacentes. El proceso es costoso: un estudio ssmico tridimensional en el mar cuesta 15.000 dlares por kilmetro cuadrado, segn el lugar y las condiciones reinantes. Por otra parte, la perforacin de un posos puede llegar a insumir millones de libras esterlinas, de manera que el tiempo y el dinero empleado en estudios exactos son una buena inversin, ya que ayudan a situar correctamente los pozos y reducen al mnimo las prdidas en pozos secos.

PRODUCCINLa perforacin petrolera es una operacin muy especializada, que se realiza a menudo en lugares lejanos y de difcil acceso. Si el descubrimiento ofrece buenas probabilidades y las condiciones comerciales son adecuadas, el yacimiento puede desarrollarse y ponerse en produccin. En la fase de produccin, la buena administracin del yacimiento asegura que la explotacin sea lo ms eficiente posible. En aos recientes, se ha prestado mayor atencin a la bsqueda y produccin de petrleo en el mar; gracias a los adelantos de la ingeniera y a la tcnica, es posible trabajara ahora en aguas cada vez ms profundas y hostiles. La perforacin Los pozos se perforan con herramientas rotatorias de perforacin, que actan segn el principio del berbiqu del carpintero. El instrumento cortante es la barrena, que tiene puntas fuertes de metal o, a veces, de diamante, capaces de taladrar las ms duras rocas. La barrena est suspendida de una sarta de perforacin, formada por tramos de varillaje, que se van agregando a medida que penetran la barrena. sta se hace girar por medio de una mesa de rotacin que est en el piso de la plataforma o, ms comnmente ahora, con un motor colocado en el pozo.

Uno de los materiales esenciales para el trabajo de perforacin es el "lodo" o fluido de perforacin. Es una mezcla especial de arcilla, diversos productos qumicos y agua que se bombea constantemente hacia abajo por el varillaje y sale por los agujeros que tiene la barrena. La corriente de lodo retorna hacia arriba por el espacio anular que queda entre la sarta de perforacin y la pared del agujero perforado, y arrastra consigo fragmentos de roca cortados por la barrena En la superficie, el lodo recuperado se tamiza y vuelve a bombearse al pozo. Los fragmentos (ripios) que quedan en el tamiz indican el tipo de roca que van encontrando la barrena y puede exhibir indicios de petrleo cuando se va llegando a una formacin petrolfera. El lodo enfra la barrena y evita escape de gas o petrleo cuando la barrena penetra en una trampa.

El equipo de perforacin es grande y pesado; antes de poder perforar en zonas alejadas, a veces es necesario construir caminos cortando selvas o cruzando desiertos a fin de llegar a ellas. Ahora para reducir los costos de transporte los primeros pozos explorarios de zonas alejadas pueden ser perforados por equipos mucho ms pequeos que hacen pozos de poco dimetro. La rapidez con que se perfora vara segn la dureza de la roca. A veces, la barrena puede perforar 60 metros por hora; sin embargo, en un estrato muy duro, es posible que slo avance 30 centmetros en una hora. La mayora de los pozos petrolferos tienen entre 900 y 5000 metros de profundidad; pero en ciertos casos se perforan pozos de siete u ocho mil metros.

Normalmente los pozos son verticales; en algunas ocasiones especialmente en el mar, es necesario perforar pozos que se desvan de la vertical para llegar a ms puntos desde una misma plataforma. Esto se denomina "perforacin desviada". Los desarrollos recientes han hecho posible desviarse hasta 90 grados de la vertical. Esta tcnica se conoce como "perforacin horizontal", y en ciertos casos puede aumentar la productividad de un pozo. Durante la perforacin, es necesario poner especial cuidado cuando la barrena se acerca a una formacin que contiene petrleo y gas. La alta presin que se encuentra en las trampas de petrleo puede hacer subir el petrleo y gas de golpe a la superficie, cuando la barrena atraviesa la roca impermeable. Esas erupciones eran comunes en los comienzos de la explotacin petrolera, pero actualmente, los tcnicos de perforacin estn capacitados para evitarlo ya que contaminan el medio ambiente, presentan un alto riesgo de incendio y

desperdician hidrocarburos. El supervisor de perforacin puede deducir que existen riesgos de erupcin cuando los ripios que suben del pozo tienen trazas de petrleo o cuando los instrumentos de la plataforma indican que est aumentando la presin en el pozo. Entonces puede bombear un lodo ms pesado para detener el avance del petrleo o cerrar vlvulas especiales, llamadas controladores de erupciones situadas en la cabeza del pozo.

Durante las operaciones de perforacin y por medio de registros se recoge valiosa informacin sobre el yacimiento a distintas profundidades. Los ripios que llegan a la superficie se examinan para descubrir trazas de hidrocarburos y sus contenidos de fsiles. Los registros con cable examinan las propiedades elctricas, acsticas y radioactivas de las rocas, que rinden indicaciones sobre el tipo de roca, su porosidad y la cantidad de fluido que contiene. A veces, se extraen trozos de rocas o "testigos" para examinarlos en el laboratorio. El primer pozo que se perfora en una zona se conoce como "pozo exploratorio". Si se encuentra petrleo, se perforan otros pozos para determinar los lmites del yacimiento. Estos son los "pozos de evaluacin". Si se decide explotar el yacimiento, algunos de estos pozos de evaluacin pueden convertirse en pozos productores. Sin embargo, hay muchos factores que deben estudiarse antes de poner en produccin un yacimiento. Cunto petrleo contiene el yacimiento y cunto costar extraerlo? (Los costos dependen, entre otras cosas, de la profundidad y la facilidad con que fluye el petrleo a la superficie) Qu distancia media entre el yacimiento y los posibles mercados? Cuntos pozos se necesitan y dnde deben situarse? Qu instalaciones de tratamiento del petrleo se necesitarn? Cuando se decide poner en produccin un yacimiento, se coloca un conjunto de tubos y vlvulas, llamado "rbol de navidad" o "de conexiones", en cada colector de produccin, para controlar el flujo del petrleo desde el pozo. En ciertas condiciones, el petrleo llega naturalmente a la superficie empujado por la presin del yacimiento: pero, a veces, es necesario instalar bombas de balancn u otros mtodos de elevar los fluidos artificialmente.

Desde la cabeza del pozo, el petrleo pasa por un oleoducto, a una estacin colectora donde llega el petrleo de varios pozos. La estacin cuenta con un equipo que separa el petrleo y tambin extrae el agua. Una vez que el yacimiento est en produccin se necesita administrarlo correctamente para asegurar que se recupere todo el petrleo que sea posible. En algunos casos, la manera ms simple de aumentar la produccin es perforar pozos intermedios adicionales. En otros casos, la presin del yacimiento debe mantenerse con la inyeccin de agua o gas comprimido por pozos inyectores especiales.

PRODUCCIN DE PETRLEO EN EL MARSe estima que casi un tercio del petrleo del mundo procede de yacimientos submarinos, y en particular, del Mar del Norte, el Golfo Prsico, y el Golfo de Mxico, donde se construy en 1947, una de las primeras plataformas marinas, en slo siete metros de agua. Gracias a los grandes avances de la ingeniera ahora, es posible construir plataformas ms altas que la mayora de los rascacielos del mundo y anclarlas al fondo del mar, en una lmina de agua de ms de 400 metros de profundidad. Estas plataformas contienen miles de

toneladas de equipos y pueden alojar a cientos de personas que trabajan en turnos, para que el petrleo se produzca, almacene y bombee a tierra firme sin interrupciones. En yacimientos ms pequeos, puede no justificarse econmicamente utilizar esas enormes estructuras fijas. Los tcnicos han inventado ingeniosos substitutos, tales como los sistemas flotantes de produccin. Estos son embarcaciones semisumergibles de perforacin o buques tanque utilizados para el tratamiento y almacenamiento de petrleo que fluye por tubos verticales que conectan el buque a los pozos que estn en el lecho marino. En los sistemas de produccin submarina no hay una plataforma para cada yacimiento; el petrleo se bombea desde los pozos y colectores que estn en el lecho marino a una plataforma de un yacimiento cercano. En el futuro, muchos yacimientos ms pequeos en zonas tales como el mar del Norte podran explotarse en forma de satlites utilizando tales sistemas.

TIPOS DE TRANSPORTE DEL PETRLEOEl petrleo crudo se transporta por oleoducto o buque tanque a la refinera, para transformarlo en productos que, a su vez, pasan a los centros de distribucin o a los consumidores finales. En tierra o para cortas distancias en el mar se utilizan los oleoductos. Estos demandan enormes inversiones de capital para su construccin; pero los costos de mano de obra y mantenimiento son relativamente bajos. La inversin de capital en un buque petrolero es inferior; sin embargo, los costos de explotacin (mano de obra, combustible y mantenimiento) son altos. Los buques tanque son indispensables para el transporte martimo a grandes distancias y los petroleros modernos estn diseados para que operen con flexibilidad y eficiencia, de acuerdo con las ms altas normas tcnicas y de seguridad.

BUQUES TANQUESEn los albores de la industria, el petrleo crudo generalmente se refinaba cerca del lugar de produccin. A medida que aumentaba la demanda de una variedad de productos, sin

embargo, se hizo ms conveniente transportar el petrleo crudo a refineras situadas en los pases consumidores. Al principio el hidrocarburo era transportado en barriles de madera en buques cargueros (de aqu que la unidad de medida sea el "barril", que equivale a 35 galones imperiales o 159 litros). Despus Marcos Samuel, el fundador de Shell Transport and Trading, adopt la idea de construir buques que eran, en realidad, tanques flotantes. As nacieron los buques petroleros. La principal caracterstica del diseo de un buque petrolero es la divisin del espacio de transporte de la mercanca en cisternas separadas, con lo cual pueden segregarse diferentes tipos de petrleo o sus productos y se evita el excesivo movimiento de la carga durante las travesas. Las mquinas, los camarotes y el puente de mando generalmente se encuentran en la popa. De esta manera las mquinas y el alojamiento de la tripulacin quedan alejados de la carga inflamable.Los petroleros modernos son eficientes y adaptables, pueden transportar diversas clases de petrleo crudo o productos, tales como el fuel oil, gasoil, combustibles para turbinas o aceites lubricantes. El petrleo crudo a menudo viaja a lugares distantes en grandes buques tanque - los mayores pueden llevar 400.000 toneladas de hidrocarburos. Los productos, por otra parte, tienen generalmente un destino ms cercano y van en embarcaciones de menor tamao de alrededor de 30.000 tpm. Estos buques tienen muchos tanques y un sistema ms complejo de bombas y tuberas, a fin de mantener separados los distintos tipos de carga. Algunos buques tanque pueden transportar productos "negros" y "blancos". En este caso, tienden a ser ms grandes; por ejemplo, para la exportacin de productos de las nuevas refineras del Medio Oriente se utilizan petroleros de 80.000 tpm. Hace 10 aos, un buque tanque mediano de 250.000 tpm consuma 190 toneladas de combustible por da, marchando a toda mquina. Actualmente, los nuevos petroleros necesitan menos de un tercio de esa cantidad y el consumo de combustible puede reducirse aun ms operando a menor velocidad. Como el combustible representa un tercio de los costos de operacin, tales ahorros son importantes. Los gastos del personal tambin se controlan estrictamente y la tripulacin consiste, trmino medio, en 20 personas; sin

embargo se tiene cuidado de no poner en peligro las normas tcnicas y de seguridad.

Los OleoductosLa manera ms prctica de transportar petrleo por tierra es bombendolo por oleoductos. Los oleoductos para el crudo generalmente son de gran dimetro (a veces de ms de un metro); a lo largo de su recorrido y a intervalos regulares hay estaciones de bombeo que hacen que el petrleo avance continuamente a unos cinco kilmetros por hora. La construccin de un oleoducto que puede tener que cruzar montaas, ros o desiertos, constituye una gran tarea de ingeniera, que por lo general es realizada conjuntamente por varias empresas que contribuyen a la enorme inversin de capital necesaria. A medida que aumenta la produccin de petrleo en el mar se van construyendo ms oleoductos submarinos. Estos se tienden con barcazas tiende tubos especiales, en las cuales se sueldan los tramos de tubo de acero antes de colocarlos en el lecho marino. Si el oleoducto es de pequeo dimetro el tubo puede desenrollarse desde un gigantesco carrete para tenderlo directamente en el lecho marino, evitndose as la necesidad de soldar en el mar. Cuando se transporta crudo pesado, puede ser necesario poner aislamiento trmico en el oleoducto, para que el petrleo fluya con facilidad. Las tuberas de menor dimetro generalmente se tienden en una trinchera para protegerlas del equipo usado por los buques pesqueros.

REFINACIN DEL PETROLEOEl petrleo es una mezcla de lquidos y gases disueltos en ellos, no muy tiles en su estado crudo.En la refinera, el petrleo crudo se transforma por procesos fsicos y qumicos en una amplia gama de productos tiles. Hay arriba de 900 refineras en funcionamiento en todo el mundo; ms de un cuarto de ellas se encuentran en Estados Unidos. Muchas tienen avanzados equipos de conversin que les permite usar tipos diferentes de petrleo crudo y proporcionar la gama de productos que necesita cada mercado.

PROCESOEl primer proceso del refinado del petrleo es la destilacin del crudo para separar sus diversos componentes. Estos componentes se llaman fracciones y se obtiene en forma de diversos lquidos al destilar el petrleo en una alta columna de acero, denominada torre de fraccionamiento. La columna se mantiene muy caliente en la parte inferior y la temperatura desciende gradualmente hacia la parte superior. A diversa altura en el interior de la columna hay platillos horizontales, que pueden tener perforaciones o vlvulas. Los platillos con vlvulas pueden recibir una gama ms amplia de cargas que los perforados: a medida que aumenta la carga de vapor en la columna, aumenta el nmero de vlvulas que se abren en los platillos. Cada platillo est ms fro que el anterior, de manera que se produce un gradiente de temperatura para la condensacin de los diferentes vapores. El petrleo crudo pasa primero por un calentador y despus a la parte inferior de la columna. Como la mayora de las fracciones del petrleo ya entran hirviendo, se vaporizan y suben por la columna a travs de los platillos con vlvulas. A medida que cada fraccin llega al platillo cuya temperatura es apenas inferior a su punto de ebullicin, vuelve a su estado lquido y sale por las tuberas. La destilacin es contnua; el crudo caliente entra en la base de la columna y las fracciones separadas salen a los diferentes niveles. Las fracciones que suben a mayor altura en las columnas reciben el nombre de "fracciones ligeras" y las que se condensan en los platillos inferiores, el de "pesadas". La ms ligera es el gas de refinera que permanece en forma de vapor y se utiliza como combustible en la refinera misma. Otras fracciones ligeras son los gases licuados de petrleo (GLP), la gasolina, y la nafta, que es una alimentacin muy importante para la industria qumica. Las fracciones ms pesadas comprenden el keroseno (combustible para turbinas) y el gas oil que se utiliza para calefaccin y como combustible de los motores diesel. Las fracciones ms pesadas se extraen de la base de la columna en forma de fuel oil, o residuos. Despus de la destilacin muchos de los productos separados se vuelven a destilar para purificarlos. Los residuos se redestilan al vaco para obtener la materia prima de los aceites lubricantes, del asfalto y de otros productos de alimentacin para procesos subsiguientes. Sin embargo, los procesos de destilacin rara vez rinden productos en las proporciones que pide el mercado. El fuel oil generalmente constituye entre un 30 y un 50 % del rendimiento de la destilacin mientras que la demanda es mucho mayor en el caso de las fracciones ms ligeras. Por eso las refineras modernas utilizan tcnicas de conversin qumica para obtener los productos que necesitan los usuarios. Entre esos mtodos son importantes los diversos procesos de "cracking" que rompen las molculas grandes de las fracciones pesadas para formar molculas ms pequeas y valiosas. Con las tcnicas del cracking trmico, como las de "visbreacking", la molculas se

rompen por el calor. El visbreacking reduce la viscosidad del residuo alimentado para producir un fuel oil vendible, que requiere menos mezcla con productos de mayor valor. En los procesos de cracking cataltico, las fracciones pesadas se desintegran en presencia de un catalizador que, es una substancia que causa cambios qumicos sin que ella sufra modificaciones en el proceso. Las tcnicas de conversin tambin pueden aplicarse en el caso de las fracciones mas ligeras. Por "reformacin", la nafta puede convertirse en presencia de platino (que acta como catalizador) en componentes de alta calidad para las gasolinas; la planta en que se realiza esto se denomina "platformer". Esto tambin rinde hidrgeno, que se usa en otros procesos de la refinera. Hace poco, se ha trabajado mucho en la conversin de los residuos de refinera en productos tiles. En la hidroconversin ("Hycon"), se agrega hidrgeno al residuo. El hidrgeno es extrado del gas natural o se obtiene como subproducto de la reformacin. Los residuos tambin pueden procesarse extrayndoles carbono que es la base de muchas tcnicas de coquificacin con las cuales se obtiene coque que puede usarse como combustible. Las tcnicas que se emplean en una refinera dependen de los tipos de petrleo crudo que deben refinarse y de las necesidades del mercado. Se comercializan internacionalmente ms de cien crudos distintos y una refinera moderna puede tener que procesar hasta 20 tipos en el curso de un ao. Los diversos mercados necesitan productos diferentes. En EE.UU., casi un quinto de las familias poseen tres o ms vehculos; una refinera que provea al mercado estadounidense necesitar producir una gran proporcin de gasolina. Los mercados cambian constantemente a medida que la gente ahorra energa o pasa a usar otros combustibles. En los ltimos aos, muchas refineras han invertido grandes sumas en instalaciones de conversin, instalando computadoras para controlar las operaciones de refineras e introducido planes de manejo de energa, todo esto con la finalidad de aumentar su flexibilidad, para satisfacer mejor los requerimientos del mercado.

Un petrleo crudo de tipo medio produce:

20 30% de gasolinas 30 45% aceites intermedios 25 50% fuel residual

se han creado muchos procedimientos para el craqueado de los productos obtenidos por destilacin a fin de obtener mayores rendimientos de gasolinas mejoradas a expensas de las fracciones de gas oil y fuel oil pesados.

El requisito tcnico bsico, que deben satisfacerse para los motores de ignicin por chispa es un elevado poder antidetonante.

Los procedimientos de craqueado importantes son. Craqueado trmico Reformacin trmico

Craqueado catalticoDESTILACION ATMOSFERICA (PLANTAS DE TOPPING)

El proceso bsico y primario de la refinacin del petrleo es el Topping.

Consiste en una vaporizacin flash y fraccionamiento directo del petrleo crudo, a presin cercana a la atmosfrica, separndolo en varias fracciones de inters comercial inmediato como ser:

L.P.G. (gas licuado) Gasolina Kerosn Diesel

y otros son cortes intermedios que requieren de procesos posteriores para darles valor comercial como son:

nafta gas oil crudo reducido.

PLANTA DE VACIO

La funcin de la unidad de destilacin a Vaco es la de preparar una carga de alimentacin adecuada para la Planta de Cracking Cataltico. Esto se obtiene mediante el fraccionamiento en vaco del crudo reducido

CRAQUEO (CRAKING)

Consiste en un proceso de ruptura molecular de los hidrocarburos ms pesados del petrleo, con el objeto de obtener una proporcin mayor de productos ms livianos.

CRAQUEO TERMICO (THERMAL CRAKING)

El que se obtiene por accin de la temperatura y presin.

CRAQUEO CATALITICO (CATALITIC CRAKING)

El que se obtiene por accin de la temperatura, en presencia de un catalizador.

REFORMACION CATALITICA (CATALITIC REFORMING)

Es un proceso trmico y cataltico para tratar las fracciones livianas de petrleo para obtener gasolinas de mayor contenido de aromticos, de nmero de octano ms alto que el de las fracciones livianas.

La funcin que cumple esta unidad es transformar la nafta, corte liviano y de muy bajo octanaje (+/- 35 octanos) provenientes de la planta de Topping, en gasolinas de alto octanaje (+/- 85 octanos) denominada Reformato dentro de la Refinera. Como subproducto de importancia, esta planta produce LPG.

La reaccin qumica fundamental que aqu se produce es el rompimiento (cracking) de la unin carbono azufre de las molculas de mercaptano presentes en la nafta.

La unidad consta de dos secciones, una Pretratamiento o Desulfuracin y la otra de Reformacin propiamente tal.

La primera, de Desulfuracin, es indispensable para eliminarle los productos sulfurados (mercaptanos) que trae la nafta, previo a introducirla a los Reactores de Reformacin porque actan como venenos del catalizador de platino que tienen estos.

a) Pretratamiento o Desulfuracin:

La nafta proveniente de la unidad de Topping se hace reaccionar con hidrgeno gaseoso a 320C en un lecho de catalizador de cobalto y molibdeno.

La reaccin qumica fundamental que aqu se produce es el rompimiento (craking) de la unin carbono azufre de las molculas provenientes de la nafta

CH3-CH2-CH2-CH2 -S-H + H2 CH3-CH2-CH2-CH3 + H2SButilmercaptano Butano

b) Reformacin

La nafta desulfurizada que va hacia los reactores de Reformacin se mezclan con hidrgeno a temperaturas que oscilan entre los 480 500C y una presin de 42 kg/cm2.

En la reformacin se persigue que la gasolina resultante (reformato) existan de preferencia dos tipos de molculas de hidrocarburos de alto ndice de octano:

- Aromticos- Saturados altamente ramificados (ismeros)

CRAQUEO TERMICOCuando un hidrocarburo se calienta por encima de su temperatura de descomposicin; las molculas se rompen y se reagrupan en molculas ms pequeas.El resultado es un aumento del rendimiento de la gasolina (50 70%) con un nmero de octano entre 65 70.CRAQUEO CATALITICO

El objeto del craqueo cataltico en la industria del petrleo es romper a baja presin y temperatura relativamente baja con ayuda de catalizadores, las grandes molculas de hidrocarburos (con 20 o 30 tomos de carbono) que componen los Gas Oil de Topping y Vaco, los cuales son productos intermedios de poco valor comercial y convertirlos en fracciones livianas de mayor valor y gran demanda como el LPG, la gasolina de alto octanaje (94 96 octanos) y el diesel.

En este proceso se utilizan catalizadores tales como arcillas naturales o artificiales (Ej. Bentonitas activadas con cido sulfrico, o silicatos de aluminio sintticos) logrndose obtener mayores rendimientos en gasolinas, de propiedades antidetonantes superiores, que por los procesos de craqueado y reformacin cataltica.

El efecto principal del catalizador es dirigir el cracking de la parafina hacia el centro de la molcula y convertir las olefinas en las isoparafinas correspondientes

PLANTA DE VISBREAKER (VISCOREDUCCIN)

La funcin que cumple esta unidad es la de disminuir la viscosidad del Pitch, o producto de fondo de la torre de vaco, logrando as reducir la cantidad de diesel necesario para producir el Fuel Oil. El Pitch tiene una alta viscosidad por lo que es necesario una cantidad apreciable de diesel para bajarla a la especificacin del Fuel Oil.

La reduccin de la viscosidad del Pitch se logra mediante un cracking trmico moderado, es decir, por el rompimiento de las largas molculas de hidrocarburos que componen el Pitch, transformndolo en un producto ms liviano.

PRODUCTOS Y DERIBADOSUn grupo de productos merece una mencin especial: son los productos qumicos, muchos de los cuales derivan del petrleo. La industria petrolera est estrechamente relacionada con la petrolera - de hecho, muchas plantas petroqumicas comparten las instalaciones con las refineras de petrleo. Esa industria proporciona productos que compiten con otros derivados de recursos naturales que escasean: caucho sinttico en vez de natural; detergentes en vez de jabn. Tambin ofrece productos completamente nuevos que han transformado nuestra existencia diaria: objetos de plstico para el hogar, envases para los supermercados, telas de fcil cuidado, tintes, adhesivos y pinturas. La industria qumica depende de los suministros de petrleo como alimentacin para la produccin de miles de artculos que hacen ms confortable y prctica la vida moderna.

PRODUCTOS QUMICOSUna vez que se han fabricado los derivados del petrleo, se presenta la compleja tarea de distribuirlos a los clientes.

Para escoger la mejor manera de transportar los productos, deben tenerse en cuenta los fletes, las cantidades a enviar y las distancias entre el punto de distribucin y el usuario. Los derivados del petrleo se utilizan principalmente en el transporte, la calefaccin, el alumbrado y la generacin de electricidad. No obstante, el petrleo es una mercanca con gran diversidad de aplicaciones; constituye la alimentacin para fabricar lubricantes, parafinas, lustres, muchos productos farmacuticos y cosmticos. El sector petroqumico tambin nos proporciona innumerables artculos de gran valor para la industria y para nuestra vida diaria.

Los productos refinados del petrleo generalmente salen de la refinera a granel, aunque algunos se envasan en latas o bidones listos para su uso. Los grandes consumidores como las centrales elctricas y los fabricantes de productos qumicos pueden recibir el suministro directamente de la refinera por el oleoducto o por carretera, ferrocarril o va martima. Los consumidores de menores cantidades son abastecidos, por lo general, desde centros de abastecimiento y distribucin llamados terminales. Desde estos centros los productos se transportan hasta los clientes en naves, camiones tanque o vagones cisterna. Para una compaa petrolera la tarea de organizar la distribucin es compleja, ya que debe asegurar que se entregue el producto correcto en el lugar que corresponda, en el tiempo y en las cantidades necesarias. Adems, se hacen grandes esfuerzos y mucha investigacin para que los clientes tengan productos de calidad, as como servicios y asesoramiento tcnicos.

Pueden distinguirse siete u ocho grupos principales de productos, pero hay muchos grados diferentes dentro de cada grupo segn las aplicaciones. Los productos obtenidos de las fracciones ms ligeras se utilizan generalmente para el transporte, la calefaccin y el alumbrado: la nafta es una importante materia prima para la industria petroqumica. El GLP normalmente se suministra en cilindros o en otros recipientes porttiles y se utiliza mucho en el hogar, los hoteles, restaurantes, etc., para cocina y calefaccin. En algunos pases tales como Argelia y Holanda, constituye un combustible para automviles. En el Japn, la mayora de los taxis marchan con GLP. Sin embargo, el combustible ms relacionado con el automvil es, por supuesto, la gasolina. Actualmente el automovilista espera que su vehculo arranque bien en las maanas fras, y que marche con suavidad. Por eso la gasolina moderna contiene una avanzada mezcla de aditivos, tales como agentes antihielo y antidetonantes, detergentes, etc. Las compaas petroleras trabajan en estrecho contacto con los fabricantes de motores, para desarrollar combustibles apropiados a los modernos diseos de motor. Antiguamente, la gasolina slo era uno de los productos que se vendan en las tiendas de provisiones. A medida que aumentaba la demanda se fueron estableciendo estaciones de carga algunas de las cuales tambin tenan taller de reparaciones. En las modernas estaciones de servicios se pone nfasis en la rapidez y en la conveniencia. Algunas estn abiertas las 24 horas y tienen surtidores autoservicio con un sistema de pago con tarjetas electrnicas. En muchas estaciones de servicio, tambin se venden no slo diversos accesorios para el automvil, sino tambin alimentos o flores, o se ofrece un servicio de limpieza de ropas o de cafetera.

El keroseno se utiliza en las aeronaves de todo el mundo. El mercado es importante ya que esas aeronaves recorren anualmente mucho ms de un billn y medio de kilmetros, alrededor del planeta, en rutas de pasajeros. En muchos pases en desarrollo el keroseno

tiene gran utilidad para producir luz y calor, como substituto de escasos recursos naturales, como por ejemplo la lea.El gasoil se utiliza en los motores diesel de los camiones, autobuses, furgones, trenes y buques y tambin encuentra aplicacin en la industria y en la generacin de electricidad. El fuel oil se usa en la calefaccin, en la generacin de electricidad y en buques movidos por turbinas de vapor. El residuo ms pesado, el asfalto, sirve para construir carreteras e impermeabilizar diques, tneles y embalses.Los residuos tambin constituyen la materia prima para obtener los aceites bsicos utilizados en la fabricacin de lubricantes. Los aceites bsicos se transportan a granel a las plantas de mezcla de lubricantes, donde se combinan con ciertos productos qumicos, de acuerdo con formulaciones especificas. Todas las mquinas, desde un pequeo refrigerador domstico, hasta una gran planta de montaje de automviles, necesitan lubricacin, por lo tanto el mercado es enorme, pero tambin muy complejo y necesita productos especialmente diseados para cada aplicacin.

NATURALEZA DE LOS CRUDOS DEL PETROLEO

El petrleo crudo es una solucin compleja de hidrocarburos de diferentes series, con proporciones variables, pero pequea de compuestos de azufre, oxgeno y nitrgeno.Contiene tambin agua en solucin o emulsionada, sales minerales disueltas (NaCl) y algunos metales.Los petrleos se clasifican generalmente en los tres grupos principales siguientes dependiendo del tipo de los hidrocarburos que predominan en ellos.

- Parafnicos- Alicclicos - Aromticos (Asfticos)

La mayora de los crudos contienen una diversidad de hidrocarburos, que comprenden desde el hidrocarburo gaseoso ms sencillo, el metano, hasta la parafina o el betn slido ms complejos.

Una clasificacin diferente de los tipos de petrleo es:

1. Parafnico: si los alifticos son ms de un 75% del total.2. Alicclicos: Si los anillos alicclicos son ms de un 70% del total.3. Asflticos: Si los anillos aromticos son ms de un 60% del total.

Los crudos de base parafnica tienen en general poco azufre, dan lubricantes de alta calidad y buenos rendimientos en kerosn y diesel. En cambio su gasolina tiene un nmero de octano bajo y en algunos caso es costoso eliminar su alto contenido de parafina slida.Los crudos intermedio o de base mixta constituyen el tipo mas abundante en el mundo (75%). Sus propiedades yacen entre los parafnicos y los aromticos, acercndose mas a los primeros. As, son ricos en gasolina, pero bajo en nmero de octano y contienen poca parafina slida. Su contenido de azufre puede ser alto.

Los crudos aromticos (naftnicos) tienen un alto contenido de azufre, los lubricantes obtenidos de ellos son de mala calidad y el contenido de gasolina es pobre. Las gasolinas que produce son de alto nmero de octano y el contenido de asfalto lo hace valioso para ciertos usos. Son relativamente escasos.

CARACTERISTICAS DE LOS CRUDOS PARAFINICOS Y ASFALTICOS

Parmetro Parafnico AsflticoDensidadRendimiento en gasolinaNmero octano de la gasolinaContenido de azufreIndice de cetano del gas-oilPunto de fluidez del gas-oilRendimiento en lubricantesProducto slido

BajaAltoBajoBajoAltoAltoAlto

Parafina

AltaBajoAltoAltoBajoBajoBajoBetn

RENDIMIENTOS DE PRODUCTOS OBTENIDOS POR DESTILACION DE LOS TIPOS DE CRUDOS

Rango de temperaturaC

Naturaleza del productoTipo de crudo

Parafinico Aliciclico Aromtico

40-200140-290250-340>340

Esencias y naftaKeroseneGas-oilAceites lubricantes ligerosAceites lubricantes mediosAceites lubricantes pesadosResiduos

45-5018-208-1010-123-5

15-20

35-403-615-208-105-7

20-25

1-3

50-6012-163-610-1511-15

ANALISIS TIPICO DE UN PETROLEO CRUDO

Peso especfico API 43 - 45Presin de vapor (psi) 5 - 6Azufre (%) 0.04 - 4.0Agua y sedimentos (%) 0.05 - 0.10SalPunto de escurrimiento (F) 15 - 20Carbn (%) 0.93 0.94Viscosidad SSU 80F 36.5 37.0Viscosidad SSU 100F 33.8 36.0

Destilacin ASTM (F)Pi 1105 16010 19520 25030 31240 38050 46060 55070 63080 710Punto craqueo 730

Composicin en peso (%)

C2 0.008C3 0.15i-C4 0.54n-C4 1.07i-C5 1.19C6+ resto

GASOLINAS Y SUS OCTANAJES

QUE SON LAS GASOLINAS?Las gasolinas son derivados del petrleo y son conocidas como hidrocarbonos alifticos. En otras palabras, las gasolinas estn compuestas por molculas que agrupan tomos de carbono e hidrgeno ordenados en forma de cadenas. Las cadenas de la gasolina tienen de siete a once tomos de carbono en cada cadena. Las ms conocidas configuraciones son Heptano (siete tomos de carbono y 16 de hidrgeno), Octano (8 y 18), Nonano (9 y 20) y Decano (10 y 22). Cuando se. quema gasolina en condiciones normales, con suficiente cantidad de oxigeno, se obtiene -como subproducto de la combustin- dixido de carbono (combinacin de dos tomos de oxigeno y uno de carbono), agua (hidrgeno y oxigeno) y cantidades enormes de energa en forma de calor. Un galn de gasolina contiene alrededor de 132 por 10 elevado a la sexta potencia de Joules de energa, lo cual equivale a 125.000 BTU o 36.659 vatios / hora. A modo de ejemplo podemos decir que:Si UD toma un calentador elctrico con una potencia de 1.500 vatios y lo deja encendido por 24 horas, disipa la misma energa equivalente a un galn de gasolina.

DE DONDE BIENEN LAS GASOLINAS?Este liquido esta compuesto por cadenas hidrocarbonadas y los tomos de carbono se agrupan en cadenas de diferentes longitudes. Sucede que las diferentes cadenas de carbono de diferentes longitudes se comportan de diferentes formas y exhiben diferentes comportamientos y caractersticas. Por Ej.: la cadena formada por un tomo de carbono y cuatro tomos de hidrgeno (CH4) es conocida con el nombre de Metano, este gas es tan liviano como el Helio. A medida que las cadenas se alargan se vuelven mas pesadas.Las primeras cuatro cadenas: Metano (CH4), Etano (C2H6), Propano (C3H8) y Butano (C4H10) son gases y hierven a -107, -67, -43, y -18 grados centgrados respectivamente. Las cadenas hasta C18H32 son lquidos a temperatura ambiente y las cadenas por encima de C19 son slidas tambin a temperatura ambiente.Las diferentes cadenas tienen progresivamente mayores puntos de ebullicin, de manera que pueden ser fcilmente separadas por destilacin. Esto es lo que hace una refinera, calientan el petrleo a diferentes temperaturas y las cadenas son extradas de acuerdo a su temperatura de vaporizacin en una torre de destilacin. Otro procedimiento ms complejo es el denominado "cracking cataltico" en el cual, y utilizando catalizadores, se transforman las molculas en otras menos complejas que resultan en nuevos productos. Las cadenas de cinco tomos de carbono (C5), las C6 y C7 son muy ligeras y fcilmente vaporizables, son lquidos claros llamados Naftas, son utilizados como solventes para lavado al seco, para pinturas y como vehculos para productos de secado rpido. Las cadenas desde C7H16 hasta C11H24 son mezcladas y utilizadas para las gasolinas. Todas ellas tienen temperaturas de vaporizacin inferiores al las del agua. Por eso es que al verter gasolina se evapora tan rpidamente.

La siguiente cadena es el Kerosn (de ah se deriva el Jet Fuel) en el rango de C12 a C15, seguido por el diesel y los aceites mas pesados como el utilizado para las estufas de calentamiento de hogares.Luego siguen los aceites lubricantes. Estos aceites no se vaporizan a temperatura ambiente. Por ejemplo, el aceite lubricante de un motor puede trabajar todo el da a temperaturas de 121 grados centgrados sin presentar ningn tipo de vaporizacin. Los aceites van de rangos muy livianos (como el aceite 3 en 1 o SAE 10) pasando por diferentes viscosidades de aceite de motor hasta los aceites pesados hipoidales para lubricacin de cajas de engranajes y diferenciales y grasas semi-slidas.Como observacin podemos decir que las cadenas por encima de C20 toman caractersticas de slidos, como ejemplos podemos citar las ceras parafinadas y los bitmenes asflticos utilizados en las carreteras.Todo esto proviene del petrleo y por eso son llamados combustibles fsiles y aceites minerales. La diferencia radica en las longitudes de las cadenas hidrocarbonadas.

QU SIGNIFICA EL OCTANAJE EN LAS GASOLINAS?Cuando se analiza el ciclo de funcionamiento de un motor de explosin interna o motor recproco (ciclo Otto), uno de los tiempos del ciclo es denominado ciclo de explosin, en este ciclo el pistn comprime la mezcla de aire y combustible a un volumen muchsimo menor hasta que la mezcla es encendido por la buja. La cantidad de compresin se llama rgimen de compresin del motor y tpicamente es de 8:1 llegando hasta 22:1.El octanaje de la gasolina indica cuanto la mezcla puede ser comprimida antes de que explote o se encienda espontneamente por efecto de la misma compresin, (recuerde la leyes de Boyle-Mariotte y como los gases se calientan al ser comprimidos, recuerde tambin que los motores diesel no utilizan bujas pues la mezcla se enciende espontneamente por el incremento de temperatura resultante de la compresin).

Cuando la mezcla se enciende por el efecto de la compresin en un motor de gasolina antes de que la buja suministre la chispa, ocurre la detonacin o pistoneo, que no es mas que una explosin a destiempo mientras el pistn aun no completa su ciclo y es uno de los efectos ms destructivos para un motor. El ruido que se escucha no es ms que el resultado de las violentas sacudidas del pistn dentro del cilindro.El rgimen de compresin de su motor determina el grado de octanaje requerido de la gasolina requerida por el motor de su avin o vehculo. Una de las formas de incrementar la potencia de un motor de combustin interna es incrementar el rgimen de compresin. De manera que los motores de alta cilindrada requieren gasolinas de alto octanaje.

OCTANOEl nombre Octano proviene del siguiente hecho: Cuando se toma petrleo y lo destila termina obteniendo cadenas hidorcarbonadas de diferentes longitudes. Estas cadenas pueden ser separadas unas de otras y mezcladas para formar diferentes combustibles. Por ejemplo, el Metano, Propano y Butano son diferentes hidrocarbonos y toman forma de gases. El Metano tiene un solo tomo de carbono. El Propano tiene tres tomos de carbono y as sucesivamente hasta llegar al Heptano con siete tomos y al Octano con ocho tomos que ya toman formas lquidas y son denominados gasolinas.Se emplean cuatro mtodos de laboratorio para determinar el nmero de octano. Los dos primeros se aplican especialmente a las gasolinas de automvil; los dos ltimos, a las de aviacin:

1. El mtodo Research (llamado tambin CFR o F-1)

2. El mtodo Motor (llamado tambin ASTM, CFR-M o F-2)

3. El mtodo Aviacin o F-3 (mezcla pobre)

4. El mtodo Supercarga o F-4 (mezcla rica)CFR: Cooperative Fuel Research

1. El mtodo Research: Utiliza una mquina de un cilindro unido a un motor de induccin que se emplea para hacerla partir, suministrando a la vez la carga para mantener el motor andando a la velocidad constante de 600 rpm. El golpeteo se detecta por medio de una aguja unida a un diafragma de acero expuesto a

la presin de la cmara de combustin. El brusco incremento de presin resultante del golpeteo hace saltar la aguja que cierra un contacto elctrico en un lapso mayor cuanto ms haya saltado aquella. Dicho contacto elctrico, sirve para medir el golpeteo.

El mtodo Motor: Se emplea la misma mquina, cambiando slo las condiciones en que se efecta el ensayo, cuya diferencia fundamental con el F-1 es la velocidad que aqu es de 900 rpm.

Mtodo Research Motor Mezcla pobre

Mezcla rica

Velocidad del motor rpmTemp. entrada del aire CTemperatura de la mezcla CAvance del encendidoTemp. del refrigerante C

600ambiente

no controlada13100

90038149variable100

12005210435190

1800107

45190

HEPTANOEl Heptano maneja la compresin de una manera muy pobre. Solamente un poco de compresin y se enciende o explota espontneamente. El Octano se comporta muy bien ante la compresin pues no se enciende fcilmente, aun ante grandes regmenes de compresin.La gasolina de 87 Octanos contiene 87 % de Octano y 13 % de Heptano (o algunas otras combinaciones de combustibles que tienen las mismas caractersticas). Esta mezcla slo se enciende espontneamente a un rgimen de compresin establecido y puede ser usado solo en motores que no excedan ese rgimen de compresin. (Observen que en estas gasolinas no se utilizan derivados del plomo como antidetonante y son ms costosas de procesar). Las gasolinas para motores de aviacin general tpicamente estn formuladas para octanajes de 100 hasta 130 octanos.

Tcnicamente existen tres diferentes "nmeros de octano" asociados con cada gasolina. El RON (Research Octane Number) que es medido bajo condiciones de prueba. El MON (Motor Octane Number) medido en condiciones de mayor temperatura y velocidad. El valor que relaciona a ambos para dar un panorama ms cercano a las condiciones de manejo es el promedio de los dos valores:

Road Octane Number = (RON + MON)/2

COMPOSICION DEL OCTANAJEHidrocarburo aliftico saturado. Se obtiene de la gasolina, y se toma como unidad para expresar el poder antidetonante de la gasolina o de otros carburantes, en relacin con cierta mezcla de hidrocarburos que se toma como base.

INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES DE USO SOBRE EL OCTANAJEEl nmero de octano disminuye con la altura sobre el nivel del mar, lo que como se comprende ha sido bien estudiado por la importancia que esto reviste para las gasolinas de aviacin.La disminucin no es pareja y crece rpidamente con la altura. Cuando stas no son muy grandes (menos de 1000 m), el nmero de octano disminuye en una unidad por cada 100 metros de elevacin; sta disminucin llega a ser de 2,5 unidades por cada 100m a los 4000 m de altura.Sin embargo y contra lo que pueda esperarse, esta disminucin del octanaje corre a parejas con la menor potencia necesaria en el motor, de modo que en definitiva el efecto no es esencial para la mquina.

C8H18El ndice de octano de una gasolina es una medida de su capacidad antidetonante. Las gasolinas que tienen un alto ndice de octano producen una combustin ms suave y efectiva. El ndice de octano de una gasolina se obtiene por comparacin del poder detonante de la misma con el una mezcla de isooctano y Heptano. Al isooctano se le asigna un poder antidetonante de 100 y al Heptano de 0. Una gasolina de 97 octanos se comporta,

en cuanto a su capacidad antidetonante, como una mezcla que contiene el 97% de isooctano y el 3% de Heptano.

Isooctano (2, 2,4-trimetilpentano) Heptano

El nmero de octano de un combustible es simplemente una descripcin numrica de su capacidad para resistir el "golpeteo" de la mquina. Cuando los vapores de la gasolina sin combustin explotan espontneamente en el cilindro, antes de que los alcance la flama en expansin dentro del cilindro, se provocan dos explosiones simultneas (la otra es de la buja de encendido). Este fenmeno produce el golpeteo. Cuanto mayor sea el nmero de octano (o ndice antidetonante, para ser ms exactos) mayor ser la resistencia del combustible al golpeo de la mquina. El motor de un vehculo est diseado para usar un combustible con un nmero de octano en particular (en el manual del vehculo debera decirlo). Al comprar un combustible con un octanaje mayor slo se estar tirando el dinero. La nica y muy importante excepcin es cuando el vehculo envejece porque los depsitos creados por la gasolina y los relativos al lubricante pueden incrementar el nmero de octano que el motor necesita para prevenir el golpeteo. Por esta razn, si un vehculo con ms de dos aos de vida muestra problemas de golpeteo, el problema se puede resolver simplemente usando una gasolina con un ndice antidetonante superior.

ADITIVOS DE LAS GASOLINASDurante la segunda guerra mundial se descubri que al agregar un qumico denominadoTetraetilo de plomo mejoraba sustancialmente el octanaje o poder antidetonante de la gasolina. De esta forma se podan utilizar gasolinas mas baratas al agregarlo. Esto llev a la utilizacin del trmino de gasolinas con plomo. Se sigui utilizando el trmino octanaje como medida del poder antidetonante, aun y cuando ahora tenia ms relacin con el Contenido de tetraetilo de plomo que con la adicin de gasolinas tipo octano.Sin embargo, estas gasolinas con aditivos de plomo tienen sus desventajas: 1. daan los convertidores catalticos que eliminan los contaminantes de los gases de escape y 2. Los derivados del plomo son altamente txicos. De hecho, los derivados de plomo de las gasolinas son absorbidos a travs de la piel y son acumulativos, es decir, el cuerpo humano no los elimina, de manera que nunca se lave las manos con gasolina.Cuando las leyes de proteccin del ambiente, en los pases mas desarrollados, comenzaron a prohibir el uso de derivados de plomo en las gasolinas, el precio de estas se increment porque las refineras ahora no podan utilizar gasolinas baratas. Otro aditivo comn ahora en las gasolinas es MTBE, es la abreviacin de metyl tertiario

butyl ter, es, sin muchas explicaciones una molcula creada a partir de una variedad de alcohol llamado metanol. Este compuesto se agrega a la gasolina por dos razones:

1. Mejora el octanaje y 2. Acta como un oxigenante, al agregar oxigeno a la reaccin qumica cuando se quema la gasolina reduce la cantidad de gases y mezclas de hidrocarbonos no quemados. Tambin al agregar un tomo de oxigeno al txico monxido de carbono lo convierte en bixido de carbono que no daa la salud, aunque ahora se ha descubierto que contribuye al efecto invernadero.El MTBE se comenz a utilizar mas extensivamente en Estados Unidos cuando entr en efecto el acta de aire limpio en 1990 como una forma de limitar la contaminacin atmosfrica. Este tipo de gasolinas, especialmente formuladas, contiene entre 10 y 15 % de MTBE.El mayor problema con este compuesto es que se sospecha que es altamente cancerigeno y se mezcla fcilmente con el agua. Si un tanque de gasolina subterrneo comienza a fugar puede contaminar ros y arroyos. El compuesto ms probable para reemplazar al MTBE es el etanol, es una variedad de alcohol ms costosa de producir que el MTBE pero no representa un peligro cancerigeno.

PROBLEMAS DE LAS GASOLINASLa gasolina presenta dos problemas cuando se quema en un motor de combustin interna. El primero tiene que ver con el humo y el ozono que se produce en las grandes ciudades, el otro tiene que ver con el carbono y la formacin de gases que causan efecto invernadero, o sea, un progresivo calentamiento de la atmsfera con las consecuentes variaciones anormales y destructivas del clima mundial.Cuando el motor quema gasolina, idealmente debera producir -como subproducto de la combustin - dixido de carbono y agua. Desafortunadamente el proceso no es perfecto y se producen adems monxido de carbono (gas txico), xidos de nitrgeno u xidos nitrosos e hidrocarbonos no quemados, componentes tambin altamente txicos. Los convertidores catalticos en el sistema de escape ayudan a eliminar la contaminacin. Bsicamente existen dos tipos: Reductores y oxidantes o una combinacin de ambos. Los reductores reducen las combinaciones qumicas de xidos nitrosos eliminando el oxigeno y produciendo gases inofensivos inertes de nitrgeno. Los del tipo oxidante utilizan la ayuda de una bomba de aire impulsada por el motor para agregar oxigeno al monxido de carbono (CO) para convertirlo en dixido de carbono (CO2) y agregar tambin oxigeno a mezclas de hidrocarbonos (HC) para convertirlos en agua (H2O).Los convertidores catalticos utilizan varillas recubiertas de metales preciosos para ayudar en la reaccin qumica tales como platino y rodio. Un catalizador es un elemento que interviene en una reaccin qumica modificando su velocidad, acelerndola o retardndola, pero no se desgasta pues no interviene directamente en la reaccin qumica. El plomo se deposita en los elementos del catalizador y lo deja inoperativo, la consecuencia es que la prxima revisin anual estatal su vehculo no pasara la prueba del control de emisiones, en los pases que as lo estipulan en sus leyes, y. tendra que reemplazar este costoso componente. Lamentablemente en nuestro pas aun no hemos tomado conciencia de los graves daos que estamos ocasionando al medio ambiente.

EL PLOMO EN LAS GASOLINAS

PORQUE TIENEN PLOMO LAS GASOLINAS?A partir de los aos 20 y como consecuencia de los mayores requerimientos de los motores de explosin derivados del aumento de compresin para mejorar su rendimiento, se inicia el uso de compuestos antidetonantes a base de plomo (Pb) y manganeso (Mn) en las gasolinas. El ndice de octano de una gasolina es una medida de su capacidad antidetonante, as las gasolinas con alto ndice producen una combustin ms suave y efectiva. El octanaje nos indica la presin y temperatura a que puede ser sometido un combustible carburado (mezclado con aire) sin auto-encenderse, cualquier combustible lquido o gaseoso (alcohol, butano, colonia, etc.) tiene un ndice de octano determinado. Si el combustible no tiene el ndice de octano adecuado, en motores con elevadas relaciones de compresin (oscilan entre 8,5 y 10,5:1) se producir el "autoencendido" de la mezcla, es decir la combustin es demasiado rpida y dar lugar a una detonacin (como si fuese un motor de ciclo diesel) que hace que el pistn sufra un golpe brusco y se reduzca drsticamente el rendimiento del motor, llegando incluso a provocar graves averas. Este fenmeno tambin se conoce entre los mecnicos como "picar bielas". Dicho ndice de octano se obtiene por comparacin del poder detonante de la gasolina con el de una mezcla de Heptano e isooctano. Al isooctano se le asigna un poder antidetonante de 100 y al Heptano de 0, de esta manera una gasolina de 95 octanos correspondera en su capacidad antidetonante a una mezcla con el 95% de isooctano y el 5% de Heptano.

EMPLEO DEL TETRAETILO DE PLOMO (TEL)

La adicin de pequeas cantidades de tetraetilo de plomo a las gasolinas eleva notablemente sus valores antidetonantes (susceptibilidad), siendo la cantidad mxima utilizada aproximadamente de 0.6 g/l para regiones y 0.4 g/l para la regin metropolitana.Acta como un catalizador negativo inhibiendo la propagacin de las reacciones en cadena entre radicales libres que conduzcan a la combustin explosiva del gas residual en el cilindro.

La susceptibilidad de las gasolinas al TEL depende de:

a) Del octanaje inicial de la gasolina: cuando menor sea ste, mayor es su susceptibilidadb) De la cantidad de TEL agregado: las primeras adiciones son ms efectivas,

observndose que el incremento del octanaje disminuye rpidamente con cantidades crecientes de TEL.

c) De la razn de compresin del motor empleado para medir el N de octano.d) Del contenido de olefinas, pues mientras mas bajo sea ste, mayor ser la

susceptibilidad, ye) Del contenido de compuestos sulfurados: Cada uno de estos compuestos es daino en

cierta medida a la susceptibilidad al TEL. los ms perjudiciales son los sulfuros y los mercaptanos inferiores mucho menos, los disulfuros y el tiofeno, razn por la cual se comprende la importancia de la refinacin qumica (lavado custico y tratamiento cprico) que eliminan precisamente a los primeros.

NUMEROS DE COMPORTAMIENTO

Algunas gasolinas responden mejor que otras a la adicin del TEL y, con una esencia adecuadamente preparada, se puede elevar fcilmente el valor antidetonante hasta el lmite superior a del la i-octano. Los valores del nmero de octano superiores a 100 se conocen como "nmeros de comportamiento" y las mejores gasolinas de aviacin empleadas hoy en da tienen NC prximos a 160.

Figura 1: Relacin entre el TEL en i-octano y nmero de comportamiento

Los patrones empleados son mezclas de i-octano y tetraetilo de plomo, cuya relacin entre composicin y nmero de comportamiento se representa en la Figura 1:

Los combustibles de N.O. superiores a 100 se ensayan en los motores F1 y F2, utilizando i-octano + TEL como combustible de referencia.

El TEL empleado es una solucin de tetraetilo de plomo (C2H5)4Pb y dibromuro de etileno en gasolinas, ms un colorante de identificacin

COMPOSICION Y PROPIEDADES DEL TEL

Color Amarillo claroDensidad a 68F 1,586TEL % en peso 61 62Dibromuro de etileno (%) 17 18Dicloruro de etileno (%) 18 19Colorante y kerosn (%) 1.8 1.9

Los halgenos se agregan para facilitar la eliminacin del plomo en el motor durante la combustin, como sales voltiles (cloruro y bromuro de plomo)Las cantidades de TEL que es necesario agregar varan mucho con el tipo de gasolina. Se trata siempre que sea el mnimo compatible con las exigencias pedidas, pus no solo el TEL es muy caro, sino tambin porque un exceso produce depsitos.Estos depsitos son de dos tipos: metlicos (como gotitas) o bien de un compuesto blanco, rico en sulfato de plomo, en las cabezas de los cilindros; ambos contribuyen notablemente

100110120130140150160

1 2 3 4 5 6 7Composicin del combustible, ml TEL/Vol de i-octano

Nmr

o de c

ompo

rtami

entos

a la formacin de depsitos carbonosos en dichas partes, que producen auto-encendido y disminucin del rendimiento del motor.

PORQUE ELIMINAR EL PLOMO DE LOS COMBUSTIBLES?Como sabemos los metales "pesados" (plomo, manganeso, mercurio, cadmio, etc.) resultan perniciosos tanto para el medio ambiente como para la salud humana, tienen la mala costumbre de fijarse en los tejidos llegando a desencadenar procesos mutagnicos en las clulas. Desde el punto de vista de la salud, la presencia de plomo en el aire que respiramos tiene diferentes efectos en funcin de la concentracin presente y del tiempo a que se est expuesto. Algunos de sus principales efectos clnicos, detectados por el envenenamiento agudo con plomo, son interferencia en la sntesis de la hemoglobina, anemia, problemas en el rin, bazo e hgado, as como afectacin del sistema nervioso, los cuales se pueden manifestar cuando se detectan concentraciones por encima de 60 mg de Pb por cada 100 mililitros de sangre. En los 70, ante los graves problemas de deterioro ambiental del planeta y su impacto sobre los seres humanos que lo habitan, los gobiernos de los pases iniciaron una serie de acciones para detener y prevenir esta problemtica ambiental. Una de las acciones que se inici en los pases industrializados fue, en primera instancia, reducir el contenido de plomo en las gasolinas, al determinarse que la principal fuente de emisin de xidos de plomo a la atmsfera la constituyen los vehculos con motor que usan la gasolina con plomo. Esta situacin, no slo es privativa de las naciones desarrolladas, tambin es un fenmeno que se presenta en las regiones del planeta con alta densidad de poblacin, que consecuentemente utilizan gran cantidad de vehculos y consumen volmenes considerables de gasolina. Adems existe una incompatibilidad manifiesta entre el uso de gasolinas con plomo y los catalizadores de oxidacin empleados para eliminar las emisiones de monxido de carbono (CO) a la atmsfera. El plomo se fija al catalizador y lo destruye de forma irreversible.

COMO SE ELIMINA EL PLOMO?

Para poder eliminar el plomo hay que sustituir los compuestos de ste por otras sustancias que tengan el mismo efecto antidetonante, al tiempo que hay que preparar los motores para que no precisen de sus efectos lubricantes. Lo segundo corre por cuenta de los fabricantes, mientras que respecto a lo primero las petroleras han optado por sustituirlo por proporciones muchos mayores de ciertos hidrocarburos aromticos, isoparafinas y compuestos oxigenados, cuyo exceso debe ser recirculado al motor y/o transformado en el catalizador. De esta manera, utilizando combustible sin plomo en un vehculo que no disponga de los dispositivos necesario para ello, dicho exceso ser emitido directamente a la atmsfera en forma de hidrocarburos sin quemar. Considerando que dichos hidrocarburos aromticos (benceno principalmente, tolueno y xileno) las isoparafinas y los compuestos oxigenados son claramente carcinognicos, desde el punto de vista de la salud es ms conveniente emplear gasolina con plomo que sin plomo en un vehculo no preparado para sta.

GASOLINA PARA VEHICULOS

Se entiende por gasolina al producto mas condensable (en condiciones ordinarias de temperatura y presin) de todos los que resultan de los procesos de refinacin; desde este punto de vista se conocen gasolinas de destilacin directa, gasolina de craking y el reformato.

Las cualidades como carburante de una gasolina dependen en su mayor parte de su volatilidad bajo las condiciones de uso.

De acuerdo a la Norma Chilena N 64 Of 95 las gasolinas se clasifican de acuerdo a su contenido de plomo, a su volatilidad y a su nivel de antidetonancia.

Segn su contenido de plomo, las gasolinas se clasifican en los tipos siguientes:

A gasolina con plomo

B gasolina sin plomo

Segn su volatilidad, se clasifica en las clases siguientes:

Clase I, para uso en verano (1 de octubre al 30 de abril)

Clase II, para uso en invierno (1 de mayo al 30 de septiembre)

En las regiones XI y XII del pas, la clase II rige para todo el ao.

Segn su nivel de antidetonancia, la gasolina para motores de ignicin por chispa, se clasifica de acuerdo al nmero de octano Research, NOR.

Los requisitos establecen que la gasolina con plomo debe adicionrsele un colorante.

REQUISITOS GENERALES DE LA GASOLINA PARA MOTORES DE IGNICION POR CHISPA

Requisito Gasolina con plomo Gasolina sin plomoResiduo de destilacin % mx.

Plomo, g/L, mximo

Goma existente mg/100ml, mx

Azufre, % m/m mx.

Corrosin a la lmina de cobre, mx.

Estabilidad a la oxidacin, minutos mn.

Benceno, % (v/v)

Fsforo

Destilacin:Temperatura T, segn % evaporado

10% T mx., C (F)

50% T mx., C (F)

90% T mx., C (F)

punto final, T mx., C (F)

2

0.6

5

0.15

N 1

240

5.0

-

70 (158)

121 (250)

190 (374)

225 (437)

2

0.013

5

0.10

N 1

240

5.0

Informar

70 (158)

121 (250)

190 (374)

225 (437)

PROPIEDADES DE LAS GASOLINAS:

1. Potencia mxima:El rendimiento y la economa son ms importantes en los motores de automviles que la necesidad de potencia mxima en el despegue de los aviones.

E = 1 (1/r) -1

Muestra que el rendimiento aumenta con la relacin de compresin.

2. Relaciones aire / combustible:El aire terico requerido para la combustin completa de un combustible dado puede calcularse cuando se conoce la composicin qumica o anlisis.

Un kilogramo de heptano, requiere 15 kg de aire para su combustin completa.

Los lmites de inflamabilidad, referidos a peso, son 7 kg de aire (mezcla de mxima riqueza) a 20 kg de aire (mezcla de riqueza mnima) por kilogramo de heptano.

La potencia mxima se obtiene con una relacin aire / combustible de 12,5 : 1.

La mezcla ms econmica para una velocidad normal de crucero es 17 : 1.

3. Puesta a punto del encendido:El desarrollo de potencia mxima depende de la relacin de compresin y de la puesta a punto del encendido.

4. Nmero de octano y relacin de compresin:El nmero de octano debe elevarse cada vez que se aumenta la relacin de compresin para impedir la detonacin.

El tipo de motor afecta a esta relacin.

Para un mismo motor, el nmero de octano debe elevarse desde aproximadamente 80 hasta 105 cuando se aumenta la relacin de compresin de 7 : 1 a 11 : 1.

5. Volatilidad y campo de temperaturas de ebullicin:La volatilidad se determina por el campo de destilacin y por el ensayo de presin de vapor Reid.

Estos afectan el comportamiento del motor del automvil prcticamente del mismo modo que al de los motores de aviacin, excepto que stos no se encuentran a altitudes elevadas.

La temperatura a la cual se destila el primer 10% es una medida de la facilidad de arranque.

El campo de temperaturas de ebullicin es aproximadamente de 30C a 200C.

6. Presin de vapor:La presin de vapor Reid de los componentes de la gasolina de automvil varan desde aproximadamente 0.6 lb/pulg2 a 100F (37.8C) para el octano hasta ms de 14.5 lb/pulg2 para los componentes ms voltiles.

7. Poder calorfico y densidad relativa:Estos afectan al diseo del carburador y frecuentemente no se incluyen en las especificaciones.

8. Punto de congelacin:

Los componentes de la gasolina de automvil se congelan todos a temperaturas inferiores a 50C.

9. Estabilidad al almacenamiento:Las gasolinas de craking que contienen olefinas son propensas a las reacciones de oxidacin-perxido-polimerizacin, y requieren la adicin de un antioxidante para impedir la oxidacin o espesamiento durante el almacenamiento.

Los metales, tales como el cobre, aceleran el espesamiento o gomosidad.

Se utilizan aditivos, denominados Desactivadores de metales, para pasivar los metales en contacto con las gasolinas de automviles.

Se incluyen los ensayos de espesamiento en las especificaciones de las gasolinas de automviles, as como la cantidad y naturaleza de los aditivos.

10. Aditivos. Uso de fosfatos:Las bujas se estropean por la deposicin de compuestos de plomo procedentes del TEL sobre el aislamiento de cermica.

La adicin a la gasolina de aditivos de fosfatos reduce notablemente las averas de esta ndole, gracias a la formacin de fosfatos de plomo, que son no-conductores a temperaturas hasta de 800C aproximadamente.

Por otra parte, los fosfatos elevan el punto de incandescencia de los depsitos de y por ello reducen la preignicin.

COMBUSTION DE LA GASOLINA

La combustin de la gasolina ocurre cuando sus molculas se mezclan con molculas de oxigeno y se proporciona suficiente calor para que se combinen. Esta reaccin qumica producir calor, luz y nuevas molculas. Las nuevas molculas que se producirn

dependern de qu clase de molculas haba al inicio y qu cantidad de cada clase se encontraba presente.

Para que la combustin ocurra en el interior del motor, deben darse varias condiciones especia1es:

1. Deben estar presentes las molculas individuales de la gasolina. Esto quiere. decir, que la gasolina debe estar en forma de vapor (gas) para que sus molculas puedan mezclarse con molculas de oxgeno.

2. Debe haber molculas de oxgeno. Las molculas de oxgeno son parte del gas que llamamos aire. Por cada 100 molculas que hay en el aire, 21 son de oxgeno. Casi todo el resto son molculas de nitrgeno. Tambin hay otras molculas en pequea cantidad, como dixido de carbono, vapor de agua y argn.

3. Para que la combustin ocurra, debe haber una proporcin correcta o mezcla de molculas de oxgeno y de gasolina. Si hay poca o demasiada cantidad de una de las dos clases de molculas, la combustin no se inicia o no es completa.

4. Las molculas de oxgeno y de gasolina deben estar en contacto estrecho. El tener las proporciones correctas de cada molcula no es suficiente, si no se mezclan completamente. Tener todas las molculas de gasolina en un rea pequea de la cmara de combustin sin mezclarse con las molculas de oxgeno, evita que ocurra la combustin.

5. Debe haber energa calorfica para que las molculas de oxgeno y de gasolina en su rpido movimiento choquen, una contra otra, y que sus ncleos se separen y combinen con las nuevas molculas. Ese calor puede proporcionarse en forma de chispa de la buja. Algunos de los tomos en un ncleo, se unen con algunos tomos de otros ncleos. Entonces se forma una nueva molcula. En el proceso se desprende calor.

6. Debe haber suficientes molculas de cada tipo necesariamente cercanas para que se realice la primera reaccin qumica, y que el calor producido en ella se utilice para continuar la reaccin qumica.

Cuando todas estas condiciones se cumplen se da la combustin. Pero con esto se ve que hacer funcionar un motor no es un trabajo simple. El aire contiene principalmente nitrgeno y oxgeno. Los smbolos qumicos de stos y otros elementos que intervienen en la combustin de la gasolina son:O OxgenoN NitrgenoH HidrgenoC CarbonoS Azufre

Los tomos listados arriba son los ms comunes que intervienen en el proceso de combustin en un motor a gasolina de combustin interna. Las reacciones qumicas se indican a continuacin:

02 + N2 + C3H8 CO2 + N2 + H20 + calor

Esto representa una forma muy sencilla de la reaccin qumica en la combustin del propano con el aire. El O y el N se encuentran en el aire. El C3H8, son el hidrocarburo llamado propano.

Las sustancias qumicas que aparecen al lado izquierdo de la flecha estn anotadas tal como se encuentran antes de que se d la combustin, la reaccin qumica. Las que estn al lado derecho de la flecha son las que resultan despus de la combustin.

La frmula dice que si se quema propano en el aire, se obtendr dixido de carbono y agua. En este caso particular no le sucede nada al nitrgeno que hay en el aire. El agua que se produce est en forma de vapor. Durante la reaccin qumica tambin se genera calor.

La gasolina es una mezcla de muchas molculas de hidrocarburos. Se incluyen en su mayora molculas de heptano (C7H16) y de isooctano (C8H18). Tambin benceno y tolueno.

La mezcla gasolina / aire que se quema

Si usted entendi la qumica que acaba de leer, conoce esa materia ms que muchas otras personas; pero hay que saber tambin que no cualquier mezcla de gasolina y aire puede quemarse. Para usar todo el oxgeno y toda la gasolina que se pone en una cmara de combustin, la cantidad de cada uno debe ser la correcta.

La mezcla perfecta de gasolina y aire (que contiene aproximadamente 21% de oxgeno) tiene una relacin de 14.7 a 1 en peso. Se necesitan 14.7 libras de aire para quemar completamente una libra de gasolina. Decimos entonces que la relacin correcta de aire /combustible es 14.7 : 1. El trmino especial para designar esta mezcla qumica exacta es estequiomtrica. Quiere decir que se cuenta con la cantidad exacta de cada sustancia para obtener una reaccin perfecta que se representa as:

02 + N2 + C8H18 CO2 + N2 + H2 + calor

Cuando junto con las otras condiciones, al mismo tiempo se da la mezcla estequiomtrica de aire y gasolina durante la combustin, el dixido de carbono y el vapor de agua son los productos de combustin. No queda gasolina sin quemar o semiquemada. Despus de la combustin no queda oxgeno en el aire. Esta es la razn por la cual la mezcla, relacin aire / combustible, es tan importante.

Mezclas ricas y pobres en la combustin de gasolina

La expresin mezcla rica indica que hay ms gasolina en la cmara de combustin de la que se necesita. Cuando se quema una mezcla rica, algunas de las molculas del

hidrocarburo no cambian. Debido a que no hay suficiente oxgeno en el proceso de combustin, algunas de las molculas del hidrocarburo reaccionan con menos oxgeno y producen monxido de carbono (CO). Esa combustin se representa as:

O2 + N2 + C8H18 CO2 + H2O + CO + C8H18 + N2 + calor

Puede verse que se producen, igual que antes, dixido de carbono y agua. Pero algunos hidrocarburos (gasolina) no reaccionan. Adems, se produce monxido de carbono. Una mezcla ms rica generalmente producir ms potencia en una mquina que una mezcla pobre, y permite un arranque ms fcil y la marcha en vaco, lo que puede presentarse fcilmente en motores equipados con carburador, durante la desaceleracin.

Se tiene una mezcla pobre cuando hay menos gasolina de la que se necesita para consumir en su totalidad el oxgeno y la gasolina durante la combustin. Las mezclas pobres mejoran el kilometraje y pueden presentarse durante los viajes tursticos o de "crucero". Debe buscarse que la mezcla pobre ocurra durante la marcha sin motor o en desaceleracin.

Arranque. Cuando el motor arranca y est fro, la gasolina no cambia con facilidad del estado lquido al de vapor. Pero slo se quema si est vaporizada. Para asegurar que haya suficiente vapor de gasolina en la cmara de combustin, se entrega una mezcla extra-rica. Esto se hace con la inyeccin de combustible, manteniendo los inyectores abiertos por ms tiempo. En un motor carburado, el ahogador se cierra.

Si hay ms gasolina, sale ms vapor de cada gota de gasolina liquida. De ese modo, se vaporiza suficiente gasolina para que se produzca la combustin. El inconveniente es que una mezcla ms rica permite la expulsin de mucho combustible por el tubo de escape del motor, como hidrocarburos no quemados.

Marcha en vacos. Cuando el motor trabaja muy despacio, en vaco, produce slo la suficiente potencia para seguir funcionando. La placa del obturador en el carburador, o el cuerpo del obturador, est casi cerrado. Entra muy poco aire a la mquina. La presin de compresin es ms baja y las molculas del aire en el interior de la cmara de combustin se mueven lentamente y estn separadas. Se necesitan ms molculas de combustible para asegurar que el frente de la llama se propague o extienda completamente por toda la cmara. Durante la marcha en vaco se necesita una mezcla ms rica con ms molculas de combustible.

Desaceleracin. Cuando el motor es detenido por la potencia de las ruedas del vehculo, durante la desaceleracin, el vaco en el mltiple se eleva mucho. Los pistones son vigorosamente jalados hacia abajo cuando el momento del vehculo se transmite al tren de transmisin. Debido a que el conductor quiere marchar por inercia o disminuir la velocidad, el obturador se cierra. Eso crea un alto vaco en el mltiple. Cualquier combustible que est cubriendo el interior del mltiple de admisin se evapora rpidamente a baja presin y entra al motor.

El carburador entrega combustible a la corriente de aire que entra, porque tiene una diferencia de presin. El alto vaco en el mltiple, durante la desaceleracin, crea una gran

diferencia de presin en el carburador. Esa diferencia de presin en el circuito de marcha mnima, hace que en la compuerta de descarga en vaco se agregue combustible extra al pequeo flujo de aire que existe con la mariposa casi cerrada. La mezcla se enriquece.

Con un sistema de inyeccin de combustible, los inyectores pueden cerrarse completamente durante la desaceleracin y slo entra aire a la cmara para evitar que ocurra la combustin. Cuando la velocidad de la mquina baja, casi a marcha en vaco, los inyectores se activan de nuevo con el computador y la proporcin aire / combustible vuelve a ser normal. Los ingenieros que disean los sistemas de inyeccin de combustible pueden decidir que simplemente se empobrezca la mezcla durante la desaceleracin. En ese caso los inyectores de combustible se abren por muy corto tiempo.

Potencia y aceleracin. El conductor da la seal al motor para que produzca ms potencia, abriendo la mariposa. El modo como un motor desarrolla ms potencia es combinando ms combustible y aire en la reaccin qumica que produce calor. Debe ocurrir una combustin con ms aire y combustible para producir ms calor. Ese calor produce, en el interior del cilindro, la presin que impulsa el pistn hacia abajo en la carrera de potencia.

Cuanto de ms aire se disponga en el cilindro durante la compresin, ms posibilidad habr de producir calor en la combustin. Para estar seguro de que se usa todo el aire para producir potencia, se aade combustible extra en el sistema de entrega durante la aceleracin o alta demanda de potencia.

Las molculas de combustible extra aseguran que todas las molculas de oxgeno encuentren molculas de combustible para combinarse qumicamente y producir la mxima energa calorfica.

Crucero. Esta expresin significa que se viaja a la velocidad ms eficiente. El conductor quiere desplazarse a una velocidad en que el kilometraje sea bueno. El buen kilometraje requiere funcionar con una mezcla estequiomtrica o muy ligeramente pobre: con menos combustible del que se requiere para una combustin perfecta.

La velocidad crucero no requiere que la mquina produzca mucha potencia. La mayor parte de los autos actuales requieren de 8 a 14 caballos de fuerza para mantener una velocidad de 55 millas por hora, en un camino nivelado, sin viento. En esta situacin, la mariposa no se abre mucho. El sistema para adicionar combustible mide la entrada del flujo de aire y agrega precisamente lo suficiente, o ligeramente menos, del combustible que se necesita para que combine perfectamente con todo el oxgeno en la cmara de combustin. La mezcla que se agrega es estequiomtrica o ligeramente pobre.

EMISIONES DE ESCAPE Y SUS CAUSAS

Emisin de escape es la expresin que describe los gases de la combustin y las partculas que deja escapar el tubo de cola del automvil. Algunos de estos gases son aceptables a nuestro medio ambiente. Otros gases y partculas causan dao, tanto a las personas como al ambiente.

Cuando las personas que trabajan en la industria automotriz hablan de emisiones, se refieren a los gases y partculas de la combustin indeseables.

Las razones ms importantes por las que algunos de los productos de la combustin se consideran indeseables, son porque causan dao a las personas, causan smog o lluvia cida.

Hidrocarburos que no se queman

La gasolina es un hidrocarburo. Cuando la mezcla aire / combustible que est en el interior del motor se comprime, enciende y ocurre la combustin, una parte de la gasolina no reacciona en el proceso de combustin. Esas molculas de hidrocarburos salen por el tubo de escape con el resto de los productos de la combustin. Son hidrocarburos que no se queman:

O2 + N2 + C8H18 CO2 + H2O + CO + C8H18 + N2 + calor

Los hidrocarburos que no se queman causan problemas de respiracin a la gente si se respiran concentrados o en cantidades ms pequeas, en forma continua y por largos perodos. Los hidrocarburos que no se queman tambin se combinan, en ciertas condiciones, con las molculas que hay el aire, y produce el smog fotoqumico.

Las emisiones de hidrocarburos provenientes de un motor que no se queman, pueden disminuir si no se permite que entren mezclas ricas a la mquina, por largo tiempo. El rpido calentamiento del motor ayuda tambin a que la gasolina se evapore y se queme completamente. El convertidor cataltico del automvil puede oxidar las molculas del hidrocarburo produciendo agua y dixido de carbono.

Monxido de carbono

El mon6xido de carbono es otro subproducto no deseado de la combustin de hidrocarburos. Es un gas mortal que la gente absorbe por el torrente sanguneo y que evita que la sangre, a su vez, absorba el oxgeno. Si se aspira suficiente monxido de carbono, la sangre lo absorbe y el individuo muere. Permanecer unos cuantos minutos en el interior de un edificio carente de ventilacin con el motor de un automvil funcionando, puede causar la muerte. El primer sntoma es el aturdimiento. Las concentraciones bajas de monxido de carbono en el torrente sanguneo pueden causar dolor de cabeza.

El monxido de carbono se forma durante la combustin de hidrocarburos cuando no hay suficiente oxgeno para formar el dixido de carbono:

O2 + N2 + C8H18 CO2 + H2O + CO + C8H18 + N2 + calor

Un modo de evitar o disminuir la emisin de monxido de carbono de un automvil es proporcionar ms aire para la combustin. Si hay mucho oxgeno durante la combustin, las molculas de carbono se combinan con dos molculas de oxgeno y no producen monxido de carbono. El convertidor cataltico tambin puede ocasionar que un poco del

CO producido se oxide ms y forme el CO2. Es muy importante que se tenga la relacin correcta de aire / combustible para disminuir las cantidades de emisiones no deseadas.

xidos de nitrgeno

Bajo ciertas condiciones de combustin, parte del nitrgeno que hay en el aire se combina qumicamente con una parte del oxgeno del aire. Esto da por resultado la produccin de varios xidos de nitrgeno. Mejor que hacer una lista de cada xido de nitrgeno que se produce, la industria automotriz los agrupan bajo el smbolo NOX. La x sustituye a las diferentes combinaciones de oxgeno con nitrgeno que puedan ocurrir.

O2 + N2 + C8H18 CO2 + H2O + CO + C8H18 + NOX + calor

Los xidos de nitrgeno se combinan con el agua y forman cido en el aire. Cuando llueve a travs de este aire, la lluvia tiene un contenido cido en vez de ser neutro. La lluvia cida daa las plantas y mata los peces y lo que stos pueden comer en lagos, ros y corrientes.

El nitrgeno no es un elemento qumico activo. Necesita mucha energa para combinarse con otras molculas. Cuando la temperatura de la combustin en el motor del automvil es muy elevada, pueden formarse compuestos de xido de nitrgeno. Las altas temperaturas de la combustin son el problema que crea los xidos de nitrgeno.

Las temperatura de combustin se bajan, en los motores ms recientes diluyendo la mezcla de aire / combustible con el gas de escape de la combustin anterior. Esto se llama recirculacin del gas de escape. Debido a que hay menos aire y combustible en la mezcla comprimida al momento de la combustin, se logran temperaturas ms bajas de combustin y se forman menos xidos de nitrgeno. Los automviles ms recientes tambin usan convertidores catalticos de tres salidas. La primera parte de estos convertidores se usa para reducir los xidos de nitrgeno transformndolos en nitrgeno y oxgeno. Se disminuyen as las emisiones nocivas.

Otros subproductos de la combustin

Usted ya sabe que la combustin de los hidrocarburos produce dixido de carbono. Cuando inhalamos aire hay una forma lenta de oxidacin en nuestros cuerpos. Tambin nosotros producimos dixido de carbono cuando exhalamos. El dixido de carbono lo usan las plantas para absorber el carbono del aire. Las plantas devuelven el oxgeno al aire y retienen el carbono. El dixido de carbono es til en nuestro sistema ecolgico; sin embargo, demasiado dixido de carbono en la atmsfera puede ocasionar el efecto invernadero.Otros productos de la combusti6ri de hidrocarburos se estudian menos. El mundo cientfico no est seguro de todos los beneficios o problemas que pueden ocurrir con los otros productos de la combustin. Sin embargo conocen muchos de los productos que resultan de la combustin de automvil. Incluyen:

1. Amoniaco.

2. Sulfuro de hidrgeno.3. Aminas orgnicas.4. Aldehidos.5. Acetonas.

IGNICION POR COMPRESION(Ciclo de 4 tiempos)

1. El aire se comprime a una presin comprendida entre 31 y 47 kg/cm2; la temperatura es de 500 a 600C.

2. Para los motores Diesel de alta velocidad (2000 r.p.m.) se inyecta el combustible cerca del extremo superior de la embolada de compresin, 15 antes del punto muerto superior. El combustible atomizado se inflama espontneamente, y la presin aumenta como consecuencia de la combustin hasta, 70-72 kg/cm2. La inyeccin de combustible termina a 5 despus del PMS. La combustin comienza a 8 antes del PMS.

3. El combustible utilizado debe inflamarse espontneamente por lo menos 30C por debajo de la temperatura del aire comprimido.

4. La ignicin tiene lugar a travs de minsculas gotitas del combustible en una corriente de aire a alta