historieta

 Historieta del proceso quimico de la combustion de la gasolina

  

Durante muchas décadas, las gasolina ha impulsado el movimiento millones de automóviles por todo el mundo, de forma que ocupa uno de los puestos más importantes en el campo de los derivados del petróleo y constituye, sin duda, una de las bases de la civilización actual. Sin embargo, las necesidades técnicas y, fundamentalmente, ecológicas, han propiciado cambios fundamentales en la composición de la misma. La modificación más relevante ha sido la eliminación del plomo como aditivo antidetonante en la mezcla. Para entender por qué se ha llevado a cabo esta medida, vamos a tratar concisamente las características químicas de la gasolina y el efecto del plomo sobre la gasolina y ciertos componentes del automóvil.

¿Qué es la Gasolina?

La gasolina es una mezcla de compuestos orgánicos que procede de una fracción del petróleo. Esta mezcla de compuestos comprende cuatro tipos diferentes de hidrocarburos (compuestos de Carbono e Hidrógeno), todos ellos con un número de carbonos de entre 4 y 11, y que son los siguientes:

• 1. Parafínicos o saturados (Cadenas en las que el enlace C-C es siempre sencillo)
• 2. Olefínicos (en los existe algún enlace C-C múltiple)
• 3. Nafténicos o cíclicos (las cadenas de enlaces C-C se cierran formando anillos)
• 4. Aromáticos (formadas básicamente por anillos de enlaces C-C entre los cuales se conforma una estructura electrónica compleja que se extiende por todo el anillo. Un ejemplo de este tipo de compuestos es el benceno C6H6)

¿Qué Características de la Gasolina son Importantes para su Uso como Combustibles?

Obviamente, la finalidad de un combustible es proporcionar energía para mover un motor y producir trabajo. La energía se obtiene a través de la reacción de combustión de la mezcla de hidrocarburos con oxígeno para dar principalmente dióxido de carbono y agua, aunque a veces se producen otros óxidos de carbono bastante dañinos para los seres vivos, como es el caso del monóxido de carbono. La reacción de combustión es:
CxHy (mezcla) + nO2 xCO2 + y/2H2O (+CO...)
Esta reacción produce siempre una gran cantidad de energía. No obstante, esta energía tiene que poder aprovecharse adecuadamente para generar movimiento. El aprovechamiento de la energía se consigue mediante un adecuado régimen de trabajo del motor.

En los motores de los coches, el movimiento se transmite a través de un pistón que forma parte de un cilindro dentro del cual se quema la gasolina. El proceso transcurre en cuatro tiempos: admisión (en el que entra en el pistón una mezcla gaseosa de aire y gasolina que después producirá la reacción), compresión (el pistón baja y comprime la mezcla de aire y gasolina), explosión (el oxígeno del aire reacciona con la gasolina mediante una chispa y da lugar a una expansión controlada que hace que el pistón suba) y escape (salida de los gases de combustión del cilindro).

El hecho de que la expansión sea controlada es fundamental para que el motor funcione adecuadamente, ya que permite una combustión homogénea, un mejor aprovechamiento del combustible y evita que se deteriore el motor. El fenómeno contrario a la expansión controlada es la detonación, es decir una expansión muy brusca y descontrolada. En este sentido, es importante que la gasolina tenga un poder antidetonante adecuado.

Poder Antidetonante e Índice de Octanos

Para medir el poder antidetonante de las gasolinas se utiliza el llamado índice de octanos. Este índice indica la capacidad antidetonante de una gasolina comparando dicha propiedad con la de una mezcla de isooctano (C8H18 muy ramificado, al que se asigna un poder antidetonante de 100) y heptano(C7H16, cuya capacidad antidetonate asignada es 0). Así una gasolina de 95 octanos tiene el mismo poder antidetonante que una mezcla del 95% de isooctano y 5% de heptano.

El Papel del Plomo y su Sustitución

Dado que las gasolinas no contienen únicamente heptano e isooctano, para alcanzar un poder antidetonante determinado es necesario el uso de una serie de aditivos. El aditivo antidetonante era, hasta hace unos años, el plomo, en forma orgánica de tetrametilplomo. Sin embargo, el uso del plomo conlleva serios problemas. En primer lugar, es un elemento sumamente nocivo para todos los seres vivos. En segundo lugar, el plomo envenena (proceso de deterioro químico) e inutiliza los catalizadores que se usan para favorecer la combustión completa de los hidrocarburos y evitar la formación del también venenoso monóxido de carbono (CO). Estos dos graves inconvenientes han motivado la progresiva sustitución del plomo por otras sustancias antidetonantes de reciente descubrimiento, como el MTBE (metil tercbutil éter), que evitan la emisión de plomo a la atmósfera y mitigan el daño a los catalizadores, reduciéndose también así la cantidad de monóxido de carbono y otros compuestos no deseables emitidos por los automóviles.

GASOLINA

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Elección de la gasolina entre los derivados del petróleo - Características y modificaciones por aditivos - Volatilidad y problemas de arranque - Autoencendido y detonación - Diferencias entre las gasolinas
 

Aunque el petróleo bruto era ya conocido muchos milenios antes de Cristo, usado sobre todo como impermeabilizante o aglutinante para fabricar ladrillos, el primer empleo de sus productos de destilación, similares a la gasolina, se remonta al bajo medievo y sería, precisamente, un empleo militar: el fuego griego, obtenido amasando gasolina con nitrato Potásico y otros ingredientes de los usados en la preparación de la pólvora negra. Seguidamente, la nafta blanca o trementina mineral fue usada como quitamanchas y disolvente e incluso, como componente de varios medicamentos. En el siglo xix los productos entre la gasolina y el keroseno, extraídos generalmente de la destilación de las rocas bituminosas, se usaron para el mantenimiento de las lámparas de petróleo.

En 1892, el famoso Léxico Alemán, de Mayer, describía la gasolina como «una trementina mineral y un remedio contra la sarna y las molestias de estómago», cuando ya se había realizado el primer motor de Otto (1877). No fue hasta el primer decenio del siglo xx, bajo el impulso del desarrollo automovilístico, que la gasolina se hizo económicamente accesible, permitiendo a la industria del petróleo transformar un peligroso derivado de escaso valor en uno de los más preciados productos.

El impulso decisivo para el empleo de la gasolina fue debido al estallido de la primera guerra mundial, pues condujo a la mecanización de los ejércitos con la introducción de automóviles, camiones, carros de combate y aviones, todos ellos accionados con motores que usaban productos derivados del petróleo, entre los que destacaba la gasolina

La producción, distribución y venta de la gasolina fue durante mucho tiempo un fenómeno al margen del mercado industrial. Los lectores de más edad recordarán aún el coche sin capota, conducido por un señor ataviado con guardapolvo y gruesas gafas de celuloide, parado delante del droguero para repostar gasolina. Los instrumentos para esta operación no eran pocos, pero sí sumamente sencillos: un recipiente paralelepipédico estañado en su interior, un jarro de pico largo, un embudo y una varilla de madera (en general de boj) para controlar el nivel del depósito. La operación, que era mes bien larga y complicada, atraía la atención del curioso frecuentemente dispuesto a echar una mano y a prodigar consejos y sugerencias. La gasolina procedía de la destilería de petróleo más próxima. Sus características eran misteriosas, más aún, así había expertos que por su olor conseguían determinar su calidad. Esta situación duró muchos años en Europa y seguiría siendo normal fuera de las ciudades en el período inmediato a la primera guerra mundial. Pero muy pronto el distribuidor de gasolina representó una parte integrante, aunque no siempre integrada, en el panorama de cada país cruzado por una carretera transitable. 

Los componentes de la gasolina

La gasolina es una mezcla de varios hidrocarburos, líquida a temperatura y presión normales e idónea para accionar motores de combustión interna con cielo de Otto. Por ser una mezcla de diversos productos, la gasolina no tiene un punto fijo de ebullición, sino una curva de destilación que comienza a 30 OC y termina, generalmente, antes de los 200 OC. Su peso específico varía entre 0,700 y 0,790 kg/dm'. La gasolina para automoción se presenta mezclada con colorantes orgánicos sintéticos y en general contiene aditivos de varias clases.

Los hidrocarburos que componen la gasolina están comprendidos entre los que poseen 4 átomos de carbono ylosquetienenl0-11 átomos de carbono (C10-C11). De las 4 clases en que se subdividen los hidrocarburos (parafínicos, nafténicos, aromáticos y olefínicos), la que predomina en el petróleo bruto es la clase de los hidrocarburos parafínicos (parafinas), que pueden ser de cadena lineal (n-parafinas) o ramificada (isoparafinas).

Las n-parafinas poseen una resistencia a la detonación inferior a la correspondiente a las isoparafinas. La propiedad de evitar que piquen las bielas de estas últimas aumenta en general con el grado de ramificación. De cualquier forma, las mezclas de n-parafinas e isoparafinas, presentes en el petróleo bruto en estado de equilibrio, tienen una resistencia a la detonación inferior a la necesaria para un correcto funcionamiento de los motores.

Los hidrocarburos nafténicos (naftenos) o cieloparafínicos tienen un poder antidetonante más elevado que las n-parafinas con el mismo número de átomos de carbono. Su concentración varía mucho de un petróleo bruto a otro, y su importancia está ligada a la relativa facilidad con que es posible transformarlos -por deshidrogenación- en hidrocarburos aromáticos.

Los hidrocarburos aromáticos se caracterizan por su elevado peso específico y por un poder antidetonante bastante elevado. Se encuentran en el petróleo bruto en cantidades limitadas, salvo algún tipo que los contiene en mayor proporción.

Los hidrocarburos olefínicos, caracterizados por poseer dobles enlaces carbono-carbono (ole-finas), no se encuentran normalmente en el petróleo bruto; su presencia se debe a especiales procesos de tratamiento.

Con lo que se acaba de decir se demuestra que para obtener gasolinas con características antidetonantes idóneas a las exigencias de los motores actuales, no basta con destilar la fracción de bruto comprendida entre 30 y 200 'C, sino que hay que transformar los hidrocarburos que contiene en otros de mayor poder antidetonante. Por consiguiente, la proporción de las distintas clases de hidrocarburos que componen la gasolina depende poco de la composición del petróleo bruto y, mucho de los procesos de refinación con que son obtenidas.