Número de octano

El Número de octano, a veces denominado "octanaje", es una escala que mide la capacidad antidetonante del carburante (como la gasolina) cuando se comprime dentro del cilindro de un motor.

Es una propiedad esencial en los carburantes utilizados en los motores de encendido por bujia, que siguen un ciclo termodinámico próximo al Ciclo Otto.

En efecto, la eficacia del motor aumenta con altos índices de compresión, pero solamente mientras el combustible utilizado soporte ese nivel de compresión sin sufrir combustión prematura o detonación.^[1]

Definición.

Un carburante tiene un número de octano igual a X si, en el motor C.F.R. provoca un martilleo equivalente al observado para una mezcla de X partes, en volumen de isooctano (N.O. = 100) y (100 - X) partes de n-heptano (I.O. = 0)^[2]

El N.O. fue definido alrededor de 1930. En aquella época, se eligieron dos hidrocarburos puros, conocidos por su comportamiento extremo desde el punto de vista de la detonación:

n-eptano, al que se asignó convencionalmente el valor de N.O. = 0

isooctano, 2,2,4-trimetilpentano, una isoparafina refractaria a la detonación al que se asignó el N.O. = 100

Este comportamiento de los hidrocarburos es genérico: Las n-parafinas detonan con facilidad, mientras que i-parafinas (y aromáricos) son refractarias.

Algunos combustibles (como el GLP, GNL, etanol y metanol, entre otros) poseen un índice de octano mayor de 100. Utilizar un combustible con un octanaje superior al que necesita un motor no lo perjudica ni lo beneficia. Si se tiene previsto que un motor vaya a usar combustible de octanaje alto, puede diseñarse con una relación de compresión más alta y mejorar su rendimiento.

Los índices de octano en motores de explosión

Si un combustible no posee el índice de octano suficiente en motores con elevadas relación de compresión (están comprendidas entre 8,5 y 10,5), se producirá el "autoencendido" de la mezcla, es decir, la combustión es demasiado rápida y dará lugar a una detonación prematura en la fase de compresión, que hará que el pistón sufra un golpe brusco y reducirá drásticamente el rendimiento del motor, llegando incluso a provocar graves averías. A este fenómeno también se le conoce entre los mecánicos como picado de bielas o pistoneo o cascabeleo.

Aunque comercialmente suele hablarse de un sólo Número de Octano, las especificaciones técnicas de los distintos países incluyen dos valores, que miden el comportamiento de la gasolina para dos situaciones diferentes:

• R.O.N. Research Octane Number - Es el que suele figurar en la estaciones de servicio. Representa, de manera aproximada, el comportamiento en ciudad: Bajo régimen con numerosas aceleraciones

• M.O.N.Motor Octane Number - Octanaje probado en un motor estático. Intenta reproducir la situación en carretera, alto régimen y conducción regular

Así, por ejemplo, a la denominada "Gasolina Eurosuper 95" se le exige:

R.O.N. > 95

M.O.N. > 85

Ambos se miden en el mismo motor de prueba, pero a diferentes variables de ensayo, para simular los dos supuestos.

R.O.N.

En los motores a gasolina de baja eficiencia se recomienda usar gasolinas con bajo nivel de octanaje, debido a la baja relación de compresión con la que operan en sus cilindros. Donde se nota mucho esta relación es en automóviles nuevos a los que, al suministrarles gasolina con bajo octanaje, se nota un cascabeleo generado por la explosión prematura del combustible en la cámara de combustión. A mayor compresión se requiere mayor octanaje para que sea eficiente el uso del combustible.

M.O.N.

La diferencia con el RON es que se sobrecarga más el motor en el ensayo: se utiliza una mezcla precalentada, el motor más revolucionado y tiempos de ignición variables.

Típicamente, y dependiendo de la composición del combustible, el MON de una gasolina moderna puede estar unos 10 puntos por debajo del RON.

Sensibilidad

Se denomina así a la diferencia entre los valores de R.O.N. y M.O.N. Es distinta para cada componente de la gasolina comercial, resultando una variable determinante en la economía de la formulación de gasolinas.

Producción de gasolinas

Las gasolinas no son un producto directo del refinado del petróleo, sino que se trata de una compleja mezcla, con punto de ebullición comprendido entre ambiente y 180 °C, cuyo componente principal son hidrocarburos, acompañado en diferentes proporciones por productos oxigenados, estos últimos, con preferencia, de origen biológico.

Los hidrocarburos presentes en el petróleo presentan número de octano muy inferiores a los requeridos por las especificaciones de las gasolinas comerciales. Por este motivo es necesario someterlos a reacciones químicas que incrementen esta propiedad. Las más tradicionales son:

• Nafta de F.C.C. : Este proceso convierte componentes pesados, en particular Gasóleo de vacío, en diferentes hidrocarburos ligeros, de los cuales, alrededor del 50% es la denominada "Nafta de FCC" apropiada para ser formulada en la gasolina final.

• Isomerización: Las n-parafinas ligeras (C5 a C7) se transforman en i-parafinas.

• Reformado catalítico: Las naftas pesadas (C6 a C9) son convertidas en aromáticos.

• Alquilación: A partir de i-butano y buteno se sintetiza i-octano.

• Eterificación: El i-buteno reacciona con un alcohol inferior, metanol para producir M.T.B.E. y, mas frecuente en la actualidad, bioetanol, generando E.T.B.E. Esta reacción también puede llevarse a cabo con i-pentenos, abunndantes en la nafta de FCC y coproducto en las unidades de producción de olefinas; en este caso, los éteres obtenidos serían T.A.M.E. o T.A.E.T. según que el alcohol fuese metanol o etanol.

• Bioetanol. Todavia componente minoritario en la mayor parte de los países, pero con creciente participación.

A partir de estas corrientes (y otras de menor importancia) se realiza la formulación blending en idioma inglés a fin de que el producto resultante cumpla con las especificaciones fijadas por la normativa aplicable en cada país: Número de octano, la estabilidad/seguridad del producto durante su transporte y/o almacenamiento, su comportamiento en las condiciones de funcionamiento del motor, etc. sin olvidar otros parámetros determinantes de las emisiones al medio ambiente,

Para mejor visualizar la complejidad de la formulación, hay que considerar que en una refinería moderna, - ninguna de las corrientes individuales anteriormente señaladas, presenta las especificaciones de las gasolinas comerciales.

Existe software específico para determinar la mejor composición de las formulaciones, gasolinas u otros productos. Es frecuente la inclusión de estos procesos dentro de los programas (Programación Lineal o No Lineal) que optimizan el funcionamiento completo de la refinería.

Mejoradores del Número de octano

Pronto se descubió que algunas sustancias, añadidas en pequeñas dosis (0,15 / 0,60 g/l) mejoraba notablemente el poder antidetonante. El más empleado ha sido el Tetraetilo de plomo (T.E.L. Tetra Ethyl Lead, en lengua inglesa) que incrementa el Número de Octano entre 2 y 4 unidades. Se han utilizado otros compuestos organómetálicos (naftenatos de manganeso, en particular), pero sin alcanzar la extensión del anterior.

La creciente preocupación por la incidencia del uso de carburantes sobre la salud de los ciudadanos, condujo a la progresiva eliminación de aditivos que contuviesen metales; en la actualidad, están prohibidos en la mayor parte de los países.

Modernamente, sin que pueda hablarse en rigor de "aditivos" se incorporan compuestos oxigenados: Éteres como el Etil Terc Butil Éter (ETBE) y Alcoholes como etanol o butanol, que además de tener Números de Octano superiores a 110, si son de origen biológico, contribuyen a la sostenibilidad de los recursos.

Referencias

Enlaces externos

• Km 77 - Glosario: Octano
• Km 77 - Lectura adicional sobre combustión y octanaje

Consultar tambiés

Número de Cetano