Gasóleo
Combustible líquido utilizado en motores diésel
Un tanque de combustible diésel en un camión.

El combustible diésel , también llamado gasóleo , aceite pesado (históricamente) o simplemente diésel , es cualquier combustible líquido diseñado específicamente para su uso en un motor diésel , un tipo de motor de combustión interna en el que la ignición del combustible se produce sin una chispa como resultado de la compresión del aire de entrada y la posterior inyección de combustible. Por lo tanto, el combustible diésel necesita buenas características de ignición por compresión.

El tipo más común de combustible diésel es un destilado fraccionado específico de fueloil de petróleo , pero cada vez se desarrollan y adoptan más alternativas que no se derivan del petróleo, como el biodiésel , el diésel de biomasa a líquido (BTL) o el diésel de gas a líquido (GTL). Para distinguir estos tipos, el diésel derivado del petróleo a veces se denomina petrodiésel en algunos círculos académicos. [1] El petrodiésel es un producto rentable de alto volumen producido en refinerías de petróleo crudo. [2]

En muchos países, el combustible diésel está estandarizado. Por ejemplo, en la Unión Europea, la norma para el combustible diésel es EN 590. El diésel con contenido de azufre ultrabajo (ULSD) es un combustible diésel con contenidos de azufre sustancialmente reducidos . A partir de 2016, casi todo el combustible diésel a base de petróleo disponible en el Reino Unido, Europa continental y América del Norte es de tipo ULSD. Antes de que se estandarizara el combustible diésel, la mayoría de los motores diésel normalmente funcionaban con combustibles fósiles baratos . Estos combustibles fósiles todavía se utilizan en los motores diésel de las embarcaciones. A pesar de estar diseñado específicamente para motores diésel, el combustible diésel también se puede utilizar como combustible para varios motores no diésel, por ejemplo, el motor Akroyd , el motor Stirling o las calderas para motores de vapor . El diésel se utiliza a menudo en camiones pesados , sin embargo, los gases de escape diésel , especialmente de los motores más antiguos, pueden causar daños a la salud. [3] [4]

Nombres

El combustible diésel tiene muchos nombres coloquiales; más comúnmente, se lo conoce simplemente como diésel . En el Reino Unido, el combustible diésel para uso en carretera se llama comúnmente diésel o, a veces, diésel blanco si es necesario para diferenciarlo de un producto agrícola con impuestos reducidos que contiene un tinte de color identificador conocido como diésel rojo . El término oficial para el diésel blanco es DERV , que significa vehículo de carretera con motor diésel . [5] En Australia , el combustible diésel también se conoce como destilado [6] (que no debe confundirse con "destilado" en un sentido más antiguo que se refiere a un combustible de motor diferente), y en Indonesia (así como en Israel ), se lo conoce como Solar , un nombre de marca registrada de la compañía petrolera nacional del país, Pertamina . El término gasóleo (en francés: gazole ) también se usa a veces para referirse al combustible diésel.

Historia

Orígenes

El combustible diésel se originó a partir de experimentos realizados por el científico e inventor alemán Rudolf Diesel para su motor de encendido por compresión que inventó alrededor de 1892. Originalmente, Diesel no consideró el uso de ningún tipo específico de combustible. En cambio, afirmó que el principio operativo de su motor térmico racional funcionaría con cualquier tipo de combustible en cualquier estado de la materia. [7] El primer prototipo de motor diésel y el primer motor diésel funcional fueron diseñados únicamente para combustibles líquidos. [8]

Al principio, Diesel probó petróleo crudo de Pechelbronn , pero pronto lo reemplazó con gasolina y queroseno , porque el petróleo crudo resultó ser demasiado viscoso, [9] siendo el principal combustible de prueba para el motor Diesel el queroseno ( parafina ). [10] Diesel experimentó con tipos de aceite de lámpara de varias fuentes, así como tipos de gasolina y ligroína , que funcionaron bien como combustibles para motores Diesel. Más tarde, Diesel probó creosota de alquitrán de hulla , [11] aceite de parafina, petróleo crudo, gasolina y fueloil , que finalmente funcionaron también. [12] En Escocia y Francia, el petróleo de esquisto se utilizó como combustible para los primeros motores Diesel de producción de 1898 porque otros combustibles eran demasiado caros. [13] En 1900, la sociedad francesa Otto construyó un motor Diesel para su uso con petróleo crudo, que se exhibió en la Exposición de París de 1900 [14] y en la Feria Mundial de 1911 en París. [15] En realidad, el motor funcionaba con aceite de maní en lugar de petróleo crudo, y no fue necesario realizar modificaciones para su funcionamiento con aceite de maní. [14]

Durante sus primeras pruebas de motores Diesel, Diesel también utilizó gas de alumbrado como combustible, y logró construir diseños funcionales, tanto con como sin inyección piloto. [16] Según Diesel, ni existía una industria productora de polvo de carbón, ni tampoco estaba disponible comercialmente polvo de carbón fino y de alta calidad a fines de la década de 1890. Esta es la razón por la que el motor Diesel nunca fue diseñado o planeado como un motor de polvo de carbón. [17] Solo en diciembre de 1899, Diesel probó un prototipo de polvo de carbón, que utilizó formación de mezcla externa e inyección piloto de combustible líquido. [18] Este motor demostró ser funcional, pero sufrió una falla del anillo del pistón después de unos minutos debido a la deposición de polvo de carbón. [19]

Desde el siglo XX

Antes de que se estandarizara el combustible diésel, los motores diésel normalmente funcionaban con combustibles baratos. En los Estados Unidos, estos se destilaban del petróleo, mientras que en Europa se utilizaba aceite de creosota de alquitrán de hulla. Algunos motores diésel se alimentaban con mezclas de combustibles, como gasolina, queroseno, aceite de colza o aceite lubricante, que eran más baratos porque, en ese momento, no estaban sujetos a impuestos. [20] La introducción de motores diésel para vehículos de motor, como el Mercedes-Benz OM 138 , en la década de 1930 significó que se necesitaban combustibles de mayor calidad con características de ignición adecuadas. Al principio no se hicieron mejoras en la calidad del combustible diésel para vehículos de motor. Después de la Segunda Guerra Mundial, se estandarizaron los primeros combustibles diésel modernos de alta calidad. Estas normas fueron, por ejemplo, las normas DIN 51601, VTL 9140–001 y NATO F 54. [21] En 1993, la norma DIN 51601 quedó obsoleta por la nueva norma EN 590, que se ha utilizado en la Unión Europea desde entonces. En las embarcaciones marítimas, donde la propulsión diésel había ganado prevalencia a fines de la década de 1970 debido al aumento de los costos del combustible causado por la crisis energética de esa década , todavía se utilizan combustibles pesados ​​baratos en lugar del combustible diésel convencional para vehículos de motor. Estos combustibles pesados ​​(a menudo llamados Bunker C ) se pueden utilizar en embarcaciones propulsadas por diésel y por vapor. [22]

Tipos

El combustible diésel se produce a partir de diversas fuentes, siendo la más común el petróleo . Otras fuentes incluyen biomasa , grasa animal , biogás , gas natural y licuefacción de carbón .

Diésel de petróleo

Un moderno surtidor de diésel

El diésel de petróleo, también llamado petrodiésel, [23] diésel fósil o diésel mineral, es el tipo más común de combustible diésel. Se produce a partir de la destilación fraccionada de petróleo crudo entre 200 y 350 °C (392 y 662 °F) a presión atmosférica , lo que da como resultado una mezcla de cadenas de carbono que normalmente contienen entre 9 y 25 átomos de carbono por molécula . [24]

Diésel sintético

El diésel sintético se puede producir a partir de cualquier material carbonoso, incluida la biomasa, el biogás, el gas natural, el carbón y muchos otros. La materia prima se gasifica en gas de síntesis , que después de la purificación se convierte mediante el proceso Fischer-Tropsch en un diésel sintético. [25]

El proceso normalmente se denomina biomasa a líquido (BTL), gas a líquido (GTL) o carbón a líquido (CTL), dependiendo de la materia prima utilizada.

El diésel sintético parafínico generalmente tiene un contenido cercano a cero de azufre y un contenido muy bajo de aromáticos, lo que reduce las emisiones no reguladas [ aclaración necesaria ] de hidrocarburos tóxicos, óxidos nitrosos [ aclaración necesaria ] y material particulado (PM). [26]

Biodiésel

Biodiesel elaborado a partir de aceite de soja

El biodiesel se obtiene a partir de aceite vegetal o grasas animales (biolípidos ) que son principalmente ésteres metílicos de ácidos grasos (FAME), y se transesterifica con metanol . Se puede producir a partir de muchos tipos de aceites, siendo los más comunes el aceite de colza (éster metílico de colza, RME) en Europa y el aceite de soja (éster metílico de soja, SME) en los EE. UU. El metanol también se puede reemplazar con etanol para el proceso de transesterificación, que da como resultado la producción de ésteres etílicos. Los procesos de transesterificación utilizan catalizadores, como hidróxido de sodio o potasio, para convertir el aceite vegetal y el metanol en biodiesel y los subproductos indeseables glicerina y agua, que deberán eliminarse del combustible junto con las trazas de metanol. El biodiesel se puede usar puro (B100) en motores donde el fabricante aprueba dicho uso, pero se usa más a menudo como una mezcla con diésel, BXX donde XX es el contenido de biodiesel en porcentaje. [27] [28]

El FAME utilizado como combustible está especificado en las normas DIN EN 14214 [29] y ASTM D6751. [30]

Los fabricantes de equipos de inyección de combustible (FIE) han planteado varias inquietudes con respecto al biodiésel, identificando a FAME como la causa de los siguientes problemas: corrosión de los componentes de inyección de combustible, bloqueo del sistema de combustible de baja presión, aumento de la dilución y polimerización del aceite del cárter del motor, agarrotamiento de la bomba debido a la alta viscosidad del combustible a baja temperatura, aumento de la presión de inyección, fallas en el sello elastomérico y bloqueo de la pulverización del inyector de combustible. [31] El biodiésel puro tiene un contenido de energía aproximadamente entre un 5 y un 10 % menor que el diésel de petróleo. [32] La pérdida de potencia cuando se utiliza biodiésel puro es del 5 al 7 %. [28]

Los ácidos grasos insaturados son la fuente de la menor estabilidad a la oxidación. Reaccionan con el oxígeno y forman peróxidos, lo que genera subproductos de degradación que pueden generar lodos y lacas en el sistema de combustible. [33]

Como el biodiésel contiene niveles bajos de azufre, las emisiones de óxidos de azufre y sulfatos , componentes principales de la lluvia ácida , son bajas. El uso de biodiésel también da como resultado reducciones de hidrocarburos no quemados, monóxido de carbono (CO) y material particulado. Las emisiones de CO utilizando biodiésel se reducen sustancialmente, en el orden del 50% en comparación con la mayoría de los combustibles petrodiésel. Se ha descubierto que las emisiones de escape de material particulado del biodiésel son un 30% más bajas que las emisiones generales de material particulado del petrodiésel. Las emisiones de escape de hidrocarburos totales (un factor que contribuye a la formación localizada de smog y ozono) son hasta un 93% más bajas para el biodiésel que para el combustible diésel. [ cita requerida ]

El biodiésel también puede reducir los riesgos para la salud asociados con el diésel de petróleo. Las emisiones de biodiésel mostraron niveles reducidos de hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) y compuestos de HAP nitrados, que se han identificado como carcinógenos potenciales . En pruebas recientes, los compuestos de HAP se redujeron en un 75-85%, excepto el benz(a)antraceno , que se redujo aproximadamente en un 50%. Los compuestos nPAH objetivo también se redujeron drásticamente con el combustible biodiésel, con 2-nitrofluoreno y 1-nitropireno reducidos en un 90%, y el resto de los compuestos nPAH reducidos a solo niveles traza. [34]

Aceites y grasas hidrogenados

Esta categoría de combustibles diésel implica la conversión de los triglicéridos de los aceites vegetales y las grasas animales en alcanos mediante refinación e hidrogenación , como Neste Renewable Diesel o H-Bio . El combustible producido tiene muchas propiedades similares al diésel sintético y no presenta las numerosas desventajas del FAME.

DME

El dimetiléter , DME, es un combustible diésel sintético y gaseoso que produce una combustión limpia con muy poco hollín y emisiones reducidas de NOx . [27]

Almacenamiento

Grandes tanques de combustible diesel en Sörnäinen , Helsinki , Finlandia

En los EE. UU., se recomienda almacenar el diésel en un contenedor amarillo para diferenciarlo del queroseno , que normalmente se guarda en contenedores azules, y la gasolina , que normalmente se guarda en contenedores rojos. [35] En el Reino Unido, el diésel normalmente se almacena en un contenedor negro para diferenciarlo de la gasolina con plomo o sin plomo, que se almacenan en contenedores verdes y rojos, respectivamente. [36]

Normas

El motor diésel es un motor multicombustible y puede funcionar con una gran variedad de combustibles. Sin embargo, el desarrollo de motores diésel de alto rendimiento y alta velocidad para automóviles y camiones en la década de 1930 significó que se necesitaba un combustible adecuado diseñado específicamente para tales motores: el combustible diésel. Para garantizar una calidad constante, el combustible diésel está estandarizado; las primeras normas se introdujeron después de la Segunda Guerra Mundial. [21] Por lo general, una norma define ciertas propiedades del combustible, como el índice de cetano , la densidad , el punto de inflamación , el contenido de azufre o el contenido de biodiésel. Las normas del combustible diésel incluyen:

Gasóleo

  • EN 590 (Unión Europea)
  • ASTM D975 (Estados Unidos)
  • GOST R 52368 (Rusia; equivalente a EN 590)
  • OTAN F 54 (OTAN; equivalente a EN 590)
  • DIN 51601 (Alemania Occidental; obsoleta)

Combustible biodiesel

  • EN 14214 (Unión Europea)
  • ASTM D6751 (Estados Unidos)
  • CAN/CGSB-3.524 (Canadá)

Medidas y precios

Número de cetano

La principal medida de la calidad del combustible diésel es su índice de cetano . El índice de cetano es una medida del retraso de ignición de un combustible diésel. [37] Un índice de cetano más alto indica que el combustible se enciende más fácilmente cuando se rocía en aire comprimido caliente. [37] El diésel de carretera europeo (norma EN 590) tiene un índice de cetano mínimo de 51. En algunos mercados se encuentran disponibles combustibles con índices de cetano más altos, normalmente combustibles diésel "premium" con agentes de limpieza adicionales y algún contenido sintético.

Valor y precio del combustible

Alrededor del 86,1% de la masa del combustible diésel es carbono y, cuando se quema, ofrece un valor calorífico neto de 43,1 MJ/kg, en comparación con los 43,2 MJ/kg de la gasolina. Debido a su mayor densidad, el combustible diésel ofrece una mayor densidad energética volumétrica: la densidad del combustible diésel EN 590 se define como 0,820 a 0,845 kg/L (6,84 a 7,05 lb/US gal) a 15 °C (59 °F), aproximadamente un 9,0-13,9% más que los 0,720–0,775 kg/L (6,01–6,47 lb/US gal) de la gasolina EN 228 a 15 °C, lo que debe tenerse en cuenta al comparar los precios volumétricos del combustible. Las emisiones de CO2 del diésel son de 73,25 g/MJ, apenas inferiores a las de la gasolina, que son 73,38 g/MJ. [38]

El combustible diésel es generalmente más simple de refinar a partir del petróleo que la gasolina, y contiene hidrocarburos que tienen un punto de ebullición en el rango de 180–360 °C (356–680 °F). Se requiere refinación adicional para eliminar el azufre, lo que contribuye a un costo a veces más alto. En muchas partes de los Estados Unidos y en todo el Reino Unido y Australia, [39] el combustible diésel puede tener un precio más alto que la gasolina por galón o litro . [40] [41] Las razones para el diésel de precio más alto incluyen el cierre de algunas refinerías en el Golfo de México , la desviación de la capacidad de refinación masiva a la producción de gasolina y una reciente transferencia a diésel ultra bajo en azufre (ULSD), que causa complicaciones de infraestructura. [42] En Suecia, también se está vendiendo un combustible diésel designado como MK-1 (diésel ambiental de clase 1). Este es un ULSD que también tiene un contenido de aromáticos más bajo, con un límite del 5%. [43] Este combustible es ligeramente más caro de producir que el ULSD regular. En Alemania, el impuesto sobre el combustible diésel es aproximadamente un 28% más bajo que el impuesto sobre la gasolina.

Impuestos

El combustible diésel es similar al gasóleo para calefacción , que se utiliza en la calefacción central . En Europa, Estados Unidos y Canadá, los impuestos sobre el combustible diésel son más altos que los del gasóleo para calefacción debido al impuesto sobre el combustible , y en esas áreas, el gasóleo para calefacción se marca con colorantes de combustible y productos químicos traza para prevenir y detectar el fraude fiscal . El diésel "libre de impuestos" (a veces llamado "diésel todoterreno" o "diésel rojo" debido a su colorante rojo) está disponible en algunos países para su uso principalmente en aplicaciones agrícolas, como combustible para tractores, vehículos recreativos y utilitarios u otros vehículos no comerciales que no utilizan vías públicas . Este combustible puede tener niveles de azufre que exceden los límites para uso en carretera en algunos países (por ejemplo, EE. UU.).

Este diésel libre de impuestos se tiñe de rojo para su identificación [44], y si se utiliza para un fin que normalmente está sujeto a impuestos (como el uso para conducir), el usuario puede ser multado (por ejemplo, 10 000 dólares estadounidenses en los EE. UU.). En el Reino Unido, Bélgica y los Países Bajos, se lo conoce como diésel rojo (o gasóleo) y también se utiliza en vehículos agrícolas , tanques de calefacción para el hogar, unidades de refrigeración en furgonetas/camiones que contienen artículos perecederos como alimentos y medicamentos y para embarcaciones marinas. El combustible diésel, o gasóleo marcado, se tiñe de verde en la República de Irlanda y Noruega. El término "vehículo de carretera con motor diésel" (DERV) se utiliza en el Reino Unido como sinónimo de combustible diésel para carreteras sin marcar. En la India, los impuestos sobre el combustible diésel son más bajos que sobre la gasolina, ya que la mayor parte del transporte de granos y otros productos básicos en todo el país funciona con diésel.

Los impuestos sobre el biodiésel en Estados Unidos varían de un estado a otro. Algunos estados (Texas, por ejemplo) no aplican impuestos al biodiésel y aplican un impuesto reducido a las mezclas de biodiésel equivalente a la cantidad de biodiésel presente en la mezcla, de modo que el combustible B20 se grava un 20% menos que el petrodiésel puro. [45] Otros estados, como Carolina del Norte, gravan el biodiésel (en cualquier configuración de mezcla) de la misma manera que el petrodiésel, aunque han introducido nuevos incentivos para los productores y usuarios de todos los biocombustibles. [46]

Usos

El combustible diésel se utiliza principalmente en motores diésel de alta velocidad, especialmente en motores diésel de vehículos de motor (por ejemplo, automóviles, camiones), pero no todos los motores diésel funcionan con combustible diésel. Por ejemplo, los grandes motores de embarcaciones de dos tiempos suelen utilizar fueloil pesado en lugar de combustible diésel, [22] y ciertos tipos de motores diésel, como los motores MAN M-System , están diseñados para funcionar con gasolina con resistencias al picado de hasta 86 RON. [47] Por otro lado, las turbinas de gas y algunos otros tipos de motores de combustión interna, y los motores de combustión externa , también pueden diseñarse para utilizar combustible diésel.

El requisito de viscosidad del combustible diésel suele especificarse en 40 °C. [37] Una desventaja del combustible diésel en climas fríos es que su viscosidad aumenta a medida que disminuye la temperatura, transformándolo en un gel (ver Ignición por compresión – Gelificación ) que no puede fluir en los sistemas de combustible. El diésel especial para bajas temperaturas contiene aditivos para mantenerlo líquido a temperaturas más bajas.

Vehículos de carretera

Los camiones y autobuses , que solían funcionar con motores Otto entre los años 1920 y 1950, ahora funcionan casi exclusivamente con diésel. Debido a sus características de encendido, el combustible diésel se utiliza ampliamente en estos vehículos. Dado que el combustible diésel no es adecuado para los motores Otto, los automóviles de pasajeros, que a menudo utilizan motores Otto o derivados de Otto, normalmente funcionan con gasolina en lugar de combustible diésel. Sin embargo, especialmente en Europa y la India, muchos automóviles de pasajeros tienen, debido a una mejor eficiencia del motor, [48] motores diésel y, por lo tanto, funcionan con combustible diésel normal.

Ferrocarril

El diésel reemplazó al carbón y al fueloil en los vehículos propulsados ​​por vapor en la segunda mitad del siglo XX, y ahora se utiliza casi exclusivamente para los motores de combustión de vehículos ferroviarios autopropulsados ​​(locomotoras y vagones). [49] [50]

Aeronave

Motor de avión diésel Packard DR-980 de 9 cilindros, utilizado en el primer avión con motor diésel

En general, los motores diésel no son adecuados para aviones y helicópteros. Esto se debe a la relación potencia-masa comparativamente baja del motor diésel , lo que significa que los motores diésel suelen ser bastante pesados, lo que es una desventaja en los aviones. Por lo tanto, hay poca necesidad de usar combustible diésel en aviones, y el combustible diésel no se usa comercialmente como combustible de aviación. En su lugar, se utilizan gasolina ( Avgas ) y combustible para aviones (por ejemplo, Jet A-1). Sin embargo, especialmente en las décadas de 1920 y 1930, se fabricaron numerosos motores diésel de aviones de producción en serie que funcionaban con fueloil, porque tenían varias ventajas: su consumo de combustible era bajo, eran confiables, no eran propensos a incendiarse y requerían un mantenimiento mínimo. La introducción de la inyección directa de gasolina en la década de 1930 superó estas ventajas, y los motores diésel de aviones rápidamente cayeron en desuso. [51] Con las mejoras en las relaciones potencia-masa de los motores diésel, varios motores diésel de carretera se han convertido y certificado para su uso en aviones desde principios del siglo XXI. Estos motores suelen funcionar con combustible de aviación Jet A-1 (pero también pueden funcionar con combustible diésel). El Jet A-1 tiene características de ignición similares al combustible diésel y, por lo tanto, es adecuado para ciertos motores diésel (pero no todos). [52]

Vehículos militares

Hasta la Segunda Guerra Mundial, varios vehículos militares, especialmente aquellos que requerían un alto rendimiento del motor ( vehículos blindados de combate , por ejemplo los tanques M26 Pershing o Panther ), usaban motores otto convencionales y funcionaban con gasolina. Desde la Segunda Guerra Mundial, se han fabricado varios vehículos militares con motores diésel, capaces de funcionar con combustible diésel. Esto se debe a que los motores diésel son más eficientes en el consumo de combustible y el combustible diésel es menos propenso a incendiarse. [53] Algunos de estos vehículos propulsados ​​por diésel (como el Leopard 1 o el MAN 630 ) todavía funcionaban con gasolina, y algunos vehículos militares todavía se fabricaban con motores otto (por ejemplo, el Ural-375 o el Unimog 404 ), incapaces de funcionar con combustible diésel.

Tractores y maquinaria pesada

Los tractores y equipos pesados ​​actuales funcionan en su mayoría con diésel. Entre los tractores, solo las clases más pequeñas pueden ofrecer también motores de gasolina. La dieselización de tractores y equipos pesados ​​comenzó en Alemania antes de la Segunda Guerra Mundial, pero fue poco común en los Estados Unidos hasta después de esa guerra. Durante las décadas de 1950 y 1960, también progresó en los EE. UU. El combustible diésel se usa comúnmente en equipos de extracción de petróleo y gas, aunque algunas localidades utilizan equipos eléctricos o de gas natural.

En los años 1920 y 1940, los tractores y el equipo pesado solían utilizar varios combustibles , ya fuera con motores de encendido por chispa y baja compresión, motores akryod o motores diésel. Por lo tanto, muchos tractores agrícolas de la época podían quemar gasolina, alcohol , queroseno y cualquier grado ligero de fueloil , como fueloil para calefacción o fueloil vaporizador para tractores , según lo que fuera más asequible en una región en un momento dado. En las granjas estadounidenses durante esta época, el nombre "destilado" a menudo se refería a cualquiera de los fueloiles ligeros antes mencionados. Los motores de encendido por chispa no arrancaban tan bien con destilado, por lo que normalmente se utilizaba un pequeño tanque auxiliar de gasolina para el arranque en frío, y las válvulas de combustible se ajustaban varios minutos después, después del calentamiento, para hacer la transición al destilado. También se utilizaban accesorios del motor, como vaporizadores y cubiertas del radiador , ambos con el objetivo de capturar el calor, porque cuando un motor de este tipo funcionaba con destilado, funcionaba mejor cuando tanto él como el aire que inhalaba estaban más calientes que a temperatura ambiente. La dieselización con motores diésel dedicados (de alta compresión con inyección mecánica de combustible y encendido por compresión) reemplazó dichos sistemas e hizo un uso más eficiente del combustible diésel quemado.

Otros usos

El combustible diésel de mala calidad se ha utilizado como agente de extracción para la extracción líquido-líquido de paladio a partir de mezclas de ácido nítrico . [54] Se ha propuesto dicho uso como un medio para separar el producto de fisión paladio del refinado PUREX que proviene del combustible nuclear usado . [54] En este sistema de extracción por disolventes, los hidrocarburos del diésel actúan como diluyente mientras que los sulfuros de dialquilo actúan como extractante. [54] Esta extracción funciona mediante un mecanismo de solvatación . [54] Hasta ahora, no se ha construido ni una planta piloto ni una planta a gran escala para recuperar paladio, rodio o rutenio de los desechos nucleares creados por el uso de combustible nuclear . [55]

El combustible diésel se utiliza a menudo como ingrediente principal en el fluido de perforación de lodo a base de aceite. [56] La ventaja de utilizar diésel es su bajo costo y su capacidad para perforar una amplia variedad de estratos difíciles, incluidas las formaciones de esquisto, sal y yeso. [56] El lodo de diésel-aceite se mezcla normalmente con hasta un 40% de agua salmuera. [57] Debido a preocupaciones de salud, seguridad y medio ambiente, el lodo de diésel-aceite se reemplaza a menudo con fluidos de perforación a base de aceite de grado alimenticio vegetal, mineral o sintético, aunque el lodo de diésel-aceite todavía se usa ampliamente en ciertas regiones. [58]

Durante el desarrollo de motores de cohetes en Alemania durante la Segunda Guerra Mundial, el combustible diésel J-2 se utilizó como componente de combustible en varios motores, incluido el BMW 109-718 . [59] El combustible diésel J-2 también se utilizó como combustible para motores de turbina de gas. [59]

Análisis químico

Composición química

El diésel no se mezcla con el agua. Esta imagen también muestra el fenómeno de la interferencia de película delgada .

En los Estados Unidos, el diésel derivado del petróleo se compone de aproximadamente un 75 % de hidrocarburos saturados (principalmente parafinas , incluidas n , iso y cicloparafinas ) y un 25 % de hidrocarburos aromáticos (incluidos naftalenos y alquilbencenos ). [60] La fórmula química promedio del combustible diésel común es C 12 H 23 , que varía aproximadamente de C 10 H 20 a C 15 H 28 . [61]

Propiedades químicas

La mayoría de los combustibles diésel se congelan a temperaturas invernales comunes, aunque las temperaturas varían mucho. [62] El petrodiésel normalmente se congela alrededor de temperaturas de -8,1 °C (17,4 °F), mientras que el biodiésel se congela entre temperaturas de 2 y 15 °C (36 y 59 °F). [62] La viscosidad del diésel aumenta notablemente a medida que la temperatura disminuye, transformándose en un gel a temperaturas de -19 a -15 °C (-2 a 5 °F), que no puede fluir en los sistemas de combustible. Los combustibles diésel convencionales se vaporizan a temperaturas entre 149 °C y 371 °C. [37]

Los puntos de inflamación del diésel convencional varían entre 52 y 96 °C, lo que lo hace más seguro que la gasolina y no apto para motores de encendido por chispa. [63] A diferencia de la gasolina, el punto de inflamación de un combustible diésel no tiene relación con su rendimiento en un motor ni con sus cualidades de autoencendido. [37]

Formación de dióxido de carbono

Como buena aproximación la fórmula química del diésel es C
norteyo
2nEl diésel es una mezcla de diferentes moléculas. Como el carbono tiene una masa molar de 12 g/mol y el hidrógeno tiene una masa molar de aproximadamente 1 g/mol, la fracción en peso de carbono en el combustible diésel EN 590 es aproximadamente 12/14.

La reacción de la combustión del diésel viene dada por:

2 C
norteyo
2n+ 3n O
2⇌ 2n CO
2+ 2nH
2Oh

El dióxido de carbono tiene una masa molar de 44 g/mol, ya que está formado por 2 átomos de oxígeno (16 g/mol) y 1 átomo de carbono (12 g/mol). Por lo tanto, 12 g de carbono dan 44 g de dióxido de carbono.

El diésel tiene una densidad de 0,838 kg por litro.

Juntando todo, la masa de dióxido de carbono que se produce al quemar un litro de combustible diésel se puede calcular como:

0,838 a gramo / yo ⋅ 12 14 ⋅ 44 12 = 2.63 a gramo / yo {\displaystyle 0,838 kg/L\cdot {\frac {12}{14}}\cdot {\frac {44}{12}}=2,63 kg/L}

La cifra obtenida con esta estimación es cercana a los valores encontrados en la literatura.

Para la gasolina, con una densidad de 0,75 kg/L y una relación de átomos de carbono e hidrógeno de aproximadamente 6 a 14, el valor estimado de emisión de carbono si se quema 1 litro de gasolina da: [64]

0,75 a gramo / yo ⋅ 6 ⋅ 12 6 ⋅ 12 + 14 ⋅ 1 ⋅ 44 12 = 2.3 a gramo / yo {\displaystyle 0,75 kg/L\cdot {{\frac {6\cdot 12}{6\cdot 12+14}}\cdot 1}\cdot {\frac {44}{12}}=2,3 kg/L}

Peligros

Peligros ambientales del azufre

En el pasado, el combustible diésel contenía mayores cantidades de azufre . Las normas de emisión europeas y los impuestos preferenciales han obligado a las refinerías de petróleo a reducir drásticamente el nivel de azufre en los combustibles diésel. En la Unión Europea, el contenido de azufre se ha reducido drásticamente durante los últimos 20 años. El combustible diésel para automoción está cubierto en la Unión Europea por la norma EN 590. En la década de 1990, las especificaciones permitían un contenido máximo de 2000 ppm de azufre, reducido a un límite de 350 ppm a principios del siglo XXI con la introducción de las especificaciones Euro 3. El límite se redujo con la introducción de Euro 4 en 2006 a 50 ppm ( ULSD , Ultra Low Sulfur Diesel). La norma para el combustible diésel vigente en Europa a partir de 2009 es la Euro 5, con un contenido máximo de 10 ppm. [65]

Norma de emisiónA más tardarContenido de azufreNúmero de cetano
N / A1 de enero de 1994Máximo 2000 ppmmín. 49
Euro 21 de enero de 1996máx. 500 ppmmín. 49
Euro 31 de enero de 2001máx. 350 ppmmín. 51
Euro 41 de enero de 2006máx. 50 ppmmín. 51
Euro 51 de enero de 2009máx. 10 ppmmín. 51

En Estados Unidos se han adoptado normas de emisiones más estrictas con la transición a ULSD a partir de 2006, y se hicieron obligatorias el 1 de junio de 2010 (véase también gases de escape diésel ).

Algas, microbios y contaminación del agua

Se ha debatido mucho y se ha malentendido mucho sobre las algas en el combustible diésel. Las algas necesitan luz para vivir y crecer. Como no hay luz solar en un tanque de combustible cerrado, ninguna alga puede sobrevivir, pero algunos microbios pueden sobrevivir y alimentarse del combustible diésel. [66]

Estos microbios forman una colonia que vive en la interfase entre el combustible y el agua. Crecen bastante rápido en temperaturas más cálidas. Incluso pueden crecer en climas fríos cuando se instalan calentadores en los tanques de combustible. Partes de la colonia pueden desprenderse y obstruir las líneas y los filtros de combustible. [67]

El agua en el combustible puede dañar la bomba de inyección de combustible . Algunos filtros de combustible diésel también atrapan el agua. La contaminación por agua en el combustible diésel puede provocar que se congele mientras está en el tanque de combustible. El agua congelada que satura el combustible a veces obstruye la bomba de inyección de combustible. [68] Una vez que el agua dentro del tanque de combustible ha comenzado a congelarse, es más probable que se produzca la gelificación. Cuando el combustible se gelifica, no es efectivo hasta que aumenta la temperatura y el combustible vuelve a un estado líquido.

Peligro en la carretera

El diésel es menos inflamable que la gasolina . Sin embargo, debido a que se evapora lentamente, cualquier derrame en una carretera puede suponer un peligro de resbalón para los vehículos. [69] Una vez que las fracciones ligeras se han evaporado, queda una capa grasosa en la carretera que reduce el agarre y la tracción de los neumáticos , y puede hacer que los vehículos patinen. La pérdida de tracción es similar a la que se produce en el hielo negro , lo que da lugar a situaciones especialmente peligrosas para los vehículos de dos ruedas, como las motocicletas y las bicicletas , en las rotondas .

Véase también

Referencias

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