Propiedades de los Combustibles para Motores de Combustión Interna

Poder Calorífico Inferior (P.C.I)

El P.C.I. se define como la energía liberada por la combustión de una unidad de masa de combustible. Se expresa en kJ/m3 (a 0ºC y 1013 mbar) si el agua resultante de la combustión está en forma de vapor, y en kJ/dm3 si está en forma líquida. Algunos valores usuales son:

• Gasolina: 43900 kJ/kg
• Gasóleo: 43500 kJ/kg

Volatilidad

La volatilidad es la tendencia de un combustible a evaporarse. Un combustible es más volátil cuanto menor es la temperatura a la que se vaporiza. Los combustibles están compuestos por mezclas de hidrocarburos con diferentes volatilidades.

En motores que utilizan una mezcla homogénea de combustible vaporizado, se requiere una relación vapor-aire de al menos 0.5 * Fe (fracción estequiométrica) para un encendido y propagación de la llama adecuados. La volatilidad se determina mediante la curva de destilación, que muestra el porcentaje de volumen vaporizado en función de la temperatura.

Gasolinas: Puntos Característicos de la Curva de Destilación

• Punto 10%: Si es muy alto, puede haber dificultades en el arranque en frío. Si es muy bajo, puede haber formación de burbujas de vapor y pérdidas por evaporación en el depósito.
• Punto 50%: Si es muy bajo, puede haber formación de hielo en el carburador.
• Punto 90%: Si es muy alto, puede haber dilución del lubricante y formación de residuos.

Gasóleos

Si el punto final de evaporación es muy alto, los componentes menos volátiles no se queman correctamente, lo que puede provocar la formación de carbonilla y la dilución del aceite de engrase.

Calor Latente de Vaporización

El calor latente de vaporización es la cantidad de calor que un líquido debe absorber del entorno para pasar al estado de vapor. El calor latente de la gasolina es de aproximadamente 335 kJ/kg.

En una mezcla estequiométrica (1:15), la evaporación de 1 g de gasolina extraería calor de 15 g de aire y 1 g de gasolina, lo que resultaría en una disminución de temperatura de 19.6 K. Esta variación de temperatura puede ser suficiente para congelar el vapor de agua presente en la atmósfera a bajas temperaturas, lo que podría bloquear la mariposa del carburador.

Límites de Inflamabilidad

Los límites de inflamabilidad definen el rango de concentraciones de combustible en el aire en el que la mezcla es inflamable.

Motores de Encendido por Chispa (MEP)

Existen dos límites de inflamabilidad para mezclas homogéneas: uno para mezclas ricas y otro para mezclas pobres.

• Límite teórico: 0.7 < Fr (relación de equivalencia) < 2.5
• Límite práctico: 0.8 < Fr < 1.7

Los sistemas de preparación de mezcla deben respetar estos márgenes para garantizar un funcionamiento seguro.

Motores de Encendido por Compresión (MEC)

Los límites de inflamabilidad no son tan relevantes en los MEC.

Temperatura de Autoinflamación

La temperatura de autoinflamación es la temperatura mínima a la que un combustible se inflama espontáneamente en contacto con el aire sin necesidad de una fuente de ignición externa.

Punto de Inflamabilidad

El punto de inflamabilidad es la temperatura mínima a la que un combustible líquido, en un recipiente abierto a 1013 mbar, libera suficiente vapor para que se produzca una inflamación superficial al acercar una llama. Este parámetro es importante para el transporte y almacenamiento de combustibles.

Número de Octano (NO)

El número de octano es una medida de la resistencia de un combustible a la detonación (combustión anormal) en motores de encendido por chispa. Un NO más alto indica una mayor resistencia a la detonación.

El NO se determina comparando el comportamiento del combustible con el de una mezcla de iso-octano (NO = 100) y n-heptano (NO = 0). Si el NO es mayor que 100, se utiliza una mezcla de iso-octano con plomo tetraetilo como referencia.

Número de Cetano (NC)

El número de cetano es una medida de la facilidad de ignición de un combustible en motores de encendido por compresión. Un NC más alto indica una mayor facilidad de ignición.

El NC se determina comparando el comportamiento del combustible con el de una mezcla de n-cetano (NC = 100) y heptametilnonano (NC = 0).