Número de cetano - Cetane number

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.

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.

índice de cetano =% n -cetano + 0,15 (% heptametilnonano)

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 diésel en 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 del diésel se establecieron en un mínimo de 38 en 1994 y 40 en 2000. El estándar actual 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 número mínimo de cetano de 51. El combustible diesel premium puede tener un número de cetano tan alto como 60.

En Finlandia, los combustibles diesel premium vendidos por las cadenas de estaciones de servicio St1 (Diesel Plus), Shell (que contiene GTL) y ABC (Smart Diesel) tienen un número mínimo de cetano de 60 con un valor típico de 63. Neste MY Renewable Diesel vendido en Finlandia tiene un índice de cetano mínimo de 70.

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 carbono , dispersantes de agua y otros aditivos, según las necesidades geográficas y estacionales. El combustible diésel de California tiene un cetano mínimo de 53. Según la ley Texas Low Programa de emisión de diésel (TxLED) hay 110 condados donde el combustible diésel debe tener un número de cetano de 48 o más, o bien debe utilizar una formulación alternativa aprobada o cumplir con los límites alternativos designados.

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

Aditivos

Los nitratos de alquilo (principalmente nitrato de 2-etilhexilo) 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. El éter dimetílico es un combustible diésel potencial ya que tiene un índice de cetano alto (55- 60) y se puede producir como biocombustible . La mayoría de los éteres simples, incluidos los líquidos, como el éter dietílico, se pueden usar 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. Todos los demás hidrocarburos en 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.

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

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' se define en ASTM D976 y utiliza 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

Referencias

Otras lecturas

enlaces externos