Número de cetano

Índice de cetano ( índice de cetano ) es un indicador de la combustión velocidad de combustible diesel y la compresión necesaria para la ignición . Desempeña un papel similar para el diesel como lo hace el octanaje para la gasolina . El CN es un factor importante para determinar la calidad del combustible diesel, pero no el único; Otras mediciones de la calidad del combustible diesel incluyen (pero no se limitan a) contenido de energía, densidad , lubricidad, propiedades de flujo en frío y contenido de azufre. ^[1]

Definición

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

índice de cetano =% n -cetano + 0,15 (% heptametilnonano) ^[2]

El número de cetano es una función inversa del retardo de encendido de un combustible, el período de tiempo entre el inicio del encendido y el primer aumento de presión identificable durante la combustión del combustible. En un motor diesel particular, los combustibles con alto contenido de cetano tendrán períodos de retardo de encendido más cortos que los combustibles con bajo contenido de cetano. Los índices de cetano solo se utilizan para los aceites diesel destilados relativamente ligeros. Para el fuelóleo pesado (residual) se utilizan otras dos escalas, CCAI y CII .

Valores típicos

Generalmente, los motores diesel funcionan bien con un CN de 48 a 50. Los combustibles con un índice de cetano más bajo tienen retrasos de encendido más largos, lo que requiere más tiempo para completar el proceso de combustión del combustible. Por lo tanto, los motores diésel de mayor velocidad funcionan de manera más eficaz con combustibles con un índice de cetano más alto.

En Europa, los índices de cetano diesel se fijaron en un mínimo de 38 en 1994 y 40 en 2000. El actual ^{[ ¿cuándo? ] El} estándar para el diésel vendido en la Unión Europea , Islandia , Noruega y Suiza se establece en EN 590 , con un índice de cetano mínimo de 46 y un índice de cetano mínimo de 51. El combustible diésel premium puede tener un índice de cetano de hasta 60. ^{[3 ]}

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

En América del Norte, la mayoría de los estados adoptan ASTM D975 como su estándar de combustible diesel y el número mínimo de cetano se establece en 40, con valores típicos en el rango 42-45. El combustible diésel premium puede tener o no un índice de cetano más alto según el proveedor. El diésel premium a menudo usa aditivos para mejorar el CN ​​y la lubricidad , detergentes para limpiar los inyectores de combustible y minimizar los depósitos de carbón , dispersantes de agua y otros aditivos según las necesidades geográficas y estacionales. ^{[ cita requerida ]} . El combustible diesel de California tiene un cetano mínimo de 53. ^[8]Bajo el programa Texas Low Emission Diesel (TxLED) hay 110 condados donde el combustible diesel debe tener un número de cetano de 48 o más, o bien debe usar una formulación alternativa aprobada o cumplir con los límites alternativos designados. ^[9]

Neste MY Renewable Diesel vendido en Norteamérica tiene un índice de cetano de 75-85. ^[10]

Aditivos

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

Combustibles alternativos

Se ha registrado que el biodiésel de fuentes de aceite vegetal tiene un índice de cetano que va de 46 a 52, y los índices de cetano de los biodiésel a base de grasa animal van de 56 a 60. ^[12] El éter dimetílico es un combustible diésel potencial ya que tiene un índice de cetano alto. (55-60) y se puede producir como biocombustible . ^[13] La mayoría de los éteres simples, incluidos los líquidos, como el éter dietílico, se pueden utilizar como combustibles diesel, aunque la lubricidad puede ser motivo de preocupación.

Relevancia química

El cetano es el hidrocarburo con fórmulas químicas C ₁₆ H ₃₄ y CH ₃ (CH ₂ ) ₁₄ CH ₃ . Denominado n-hexadecano, es un alcano saturado no ramificado . El cetano se enciende con un breve retraso bajo compresión y se le asigna un número de cetano de 100. Al alfa-metilnaftaleno , que tiene un largo período de retraso, se le asignó un número de cetano de 0, pero se ha reemplazado como combustible de referencia por 2,3, 4,5,6,7,8-heptametilnonano , cuyo índice de cetano es 15. ^[2] Todos los demás hidrocarburosen el combustible diesel están indexados al cetano en cuanto a la rapidez con que se encienden bajo compresión, es decir, en las condiciones del motor diesel . Dado que cientos de componentes comprenden combustible diesel, el índice de cetano total de ese combustible es la calidad de cetano promedio de todos los componentes. Los componentes con alto contenido de cetano tienen una influencia desproporcionada, de ahí el uso de aditivos con alto contenido de cetano.

Medir el número de cetano

Los números de cetano son bastante difíciles de medir con precisión, ya que requiere un motor diesel especial llamado motor de Investigación Cooperativa de Combustibles (CFR). En condiciones de prueba estándar, el operador del motor CFR usa un volante para aumentar la relación de compresión (y por lo tanto la presión máxima dentro del cilindro) del motor hasta que el tiempo entre la inyección de combustible y el encendido sea de 2.407 ms. El índice de cetano resultante se calcula determinando qué mezcla de cetano ( hexadecano ) e isocetano (2,2,4,4,6,8,8-heptametilnonano) producirá el mismo retardo de ignición.

Probador de calidad de encendido (IQT)

Otro método confiable para medir el número de cetano derivado (DCN) del combustible diesel es el Comprobador de calidad de ignición (IQT). Este instrumento aplica un enfoque más simple y robusto para la medición de CN que el CFR. El combustible se inyecta en una cámara de combustión de volumen constante a aproximadamente 575 ° C y 310 psi (21 bar). El tiempo entre el inicio de la inyección y la recuperación de la presión de la cámara de combustión a 310 psi (21 bar) se define como el retardo de encendido. Este retardo de encendido medido se usa luego para calcular el DCN del combustible. Luego, el DCN del combustible se calcula utilizando una relación inversa empírica con el retardo de encendido. Debido a la reproducibilidad, el costo del material y la velocidad del IQT, esta ha sido la fuente definitiva para las mediciones de DCN de combustibles desde finales de la década de 2000. ^{[14] [15] [16]}

Probador de encendido de combustible

Otro método confiable para medir el número de cetano derivado del combustible diesel es el Probador de encendido de combustible (FIT). Este instrumento aplica un enfoque más simple y robusto para la medición de CN que el CFR. El combustible se inyecta en una cámara de combustión de volumen constante en la que la temperatura ambiente es de aproximadamente 575 ° C. El combustible se quema y la alta tasa de cambio de presión dentro de la cámara define el inicio de la combustión. El retardo de encendido del combustible se puede calcular como el tiempo transcurrido entre el inicio de la inyección de combustible y el inicio de la combustión. El índice de cetano derivado del combustible se puede calcular usando una relación inversa empírica con el retardo de encendido.

Índice de cetano

Artículo principal: índice de cetano

Otro método por el que los usuarios de combustible controlan la calidad es mediante el índice de cetano (CI), que es un número calculado en función de la densidad y el rango de destilación del combustible. Hay varias versiones de esto, dependiendo de si se usan unidades métricas o imperiales y cuántos puntos de destilación se usan. En estos días, la mayoría de las compañías petroleras utilizan el 'método de 4 puntos', ASTM D4737, basado en la densidad, 10% 50% y 90% de temperaturas de recuperación. El 'método de 2 puntos' está definido en ASTMD976, y usa solo la densidad y la temperatura de recuperación del 50%. Este método de 2 puntos tiende a sobrestimar el índice de cetano y no se recomienda. Los cálculos del índice de cetano no pueden tener en cuenta los aditivos mejoradores de cetano y, por lo tanto, no miden el índice de cetano total para los combustibles diesel aditizados. El funcionamiento del motor diésel está relacionado principalmente con el número de cetano real y el índice de cetano es simplemente una estimación del número de cetano base (no añadido).

Estándares de la industria

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

Ver también

• NExBTL
• Clasificación de octano

Referencias

1. Werner Dabelstein, Arno Reglitzky, Andrea Schütze y Klaus Reders "Combustibles de automoción" en Enciclopedia de química industrial de Ullmann , 2007, Wiley-VCH, Weinheim. doi : 10.1002 / 14356007.a16_719.pub2
2. Speight, James G. (12 de diciembre de 2014). Manual de análisis de productos petrolíferos: Speight / Manual de análisis de productos petrolíferos . Hoboken, Nueva Jersey: John Wiley & Sons, Inc. doi : 10.1002 / 9781118986370 . ISBN 978-1-118-98637-0.
3. bosch.de (alemán) Archivado el 24 de diciembre de 2007 en Wayback Machine.
4. "St1 Diesel plus -20 ° C Hoja de datos del producto" (PDF) . 2018-03-15.
5. "Hoja de datos del producto Shell Diesel Summer -20 ° C" (PDF) . 2018-03-15.
6. "Hoja de datos de NEOT DIESEL -10 / -20, NEOT DIESEL -10 / -20 Premium Smart Diesel" (PDF) . 2018-03-15.
7. "Neste MI hoja de datos del producto diesel renovable" (PDF) . 2019-01-01.
8. "Tabla de especificaciones" (PDF) . www.arb.ca.gov . Archivado desde el original (PDF) el 21 de febrero de 2017 . Consultado el 8 de junio de 2013 .
9. "Programa de diésel de bajas emisiones de Texas (TxLED)" . TCEQ .
10. "Rendimiento diesel renovable: sin olor y menor mantenimiento" . Neste en América del Norte . 2019-02-13 . Consultado el 15 de enero de 2020 .
11. dorfketal.com Archivado el 8 de agosto de 2007 en la Wayback Machine.
12. "Error 404 - Biodiesel.org" (PDF) . www.biodiesel.org . Archivado desde el original (PDF) el 14 de julio de 2007 . Consultado el 13 de septiembre de 2008 .
13. Olah, GA ; Goeppert, A .; Prakash, GK (2006). "11". Más allá del petróleo y el gas: la economía del metanol .
14. Heyne, Kirby, Boehman, Energía y combustibles , 2009. doi : 10.1021 / ef900715m
15. Dooley, Stephen; Hee Won, Sang; Heyne, Joshua; Farouk, Tanvir I .; Ju, Yiguang; Secadora, Frederick L .; Kumar, Kamal; Hui, Xin; Sung, Chih-Jen; Wang, Haowei; Oehlschlaeger, Matthew A .; Iyer, Venkatesh; Iyer, Suresh; Litzinger, Thomas A .; Santoro, Robert J .; Malewicki, Tomasz; Brezinsky, Kenneth (2012). "La evaluación experimental de una metodología para la formulación de combustibles sustitutos para emular fenómenos cinéticos de combustión en fase gaseosa". Combustión y llama . 159 (4): 1444–1466. doi : 10.1016 / j.combustflame.2011.11.002 .
16. Dooley, Stephen; Hee Won, Sang; Caos, Marcos; Heyne, Joshua; Ju, Yiguang; Secadora, Frederick L .; Kumar, Kamal; Sung, Chih-Jen; Wang, Haowei; Oehlschlaeger, Matthew A .; Santoro, Robert J .; Litzinger, Thomas A. (2010). "Un sustituto de combustible para aviones formulado por propiedades reales del combustible". Combustión y llama . 157 (12): 2333–2339. doi : 10.1016 / j.combustflame.2010.07.001 .

Otras lecturas

• John B. Heywood (1988). Fundamentos del motor de combustión interna . McGraw Hill. ISBN 0-07-100499-8.
• Keith Owen, Trevor Coley SAE (1995). Libro de referencia de combustibles automotrices . ISBN 1-56091-589-7.

enlaces externos

• Artículo de Bruce Hamilton
• Explicación del cetano de BP