Gasolinas.Composición y Clasificación

Las gasolinas son los primeros combustibles líquidos que se obtienen del fraccionamiento del pretróleo. Tienen componentes hidrocarbonados de C4 a C10 y una temperatura de destilación de entre 30 y 200ºC.
Podemos tener en ella casi todos los compuestos hidrocarbonados que sean téoricamente posibles, como parafinas, cicloparafinas, ciclohexánica, ciclobencénicos,... al menos en pequeños porcentajes. La fracción principal, sin embargo, va a estar formada por pocos componentes y con muchas ramificaciones, que son los que van a aumentar el octanaje.
Dentro de una fracción de gasolina, los 5 tipos de componentes que pueden estar presentes son:
-Parafinas normales o ramificadas
-Ciclopentano
-Ciclohexano
-Benceno y sus derivados
Existen 3 clases de gasolinas :
Gasolinas naturales: Es aquella que se produce por separación del gas natural o gas de cabeza de pozo. La composición de esta gasolina varía con respecto al gas natural que lo acompaña. El contenido en hidrocarburos es más bajo que la gasolina de destilación.
Gasolinas de destilación directa: Fracción que se obtiene al destilar el crudo de petróleo a presión atmosférica. No contiene hidrocarbonados no saturados de moléculas complejas aromático-nafténicas, puesto que presentan puntos de ebullición más altos que el límite superior del intervalo de ebullición de la gasolina.
Gasolina de cracking o refinado: Esta sale a partir de una fracción de corte alto que se somete a otro proceso (cracking), el que se rompen las moléculas más grandes en otras más pequeñas, obteniendo así moléculas que entran dentro de la fracción gasolina. La composición ya no va a ser tan homogénea con en las dos anteriores, y va a depender de la composición incial y del proceso utilizado.

Según su utilización las gasolinas se dividen en gasolinas de automoción y gasolinas de aviación.
Las gasolinas de automoción se emplean en los motores de automóviles, de 4 tiempos, encendido por chispa, válvula de trabajo y carburador de aire. También se usa en motores de 2 tiempos y con otro tipo de válvulas. A veces también se inyecta.
La gasolina empleada debe poseer dos características muy importantes:
-Combustibilidad en el aire
-Volatilidad
Para asegurar la volatilidad hay que tener en cuenta las propiedades y composición del combustible, diseño del motor y materiales con los que está fabricado.
Para que esto se cumpla la gasolina que sale directamente de la destilación no tiene estos requisitos, por lo que necesita un tratamiento posterior para que se cumplan esos objetivos. Se deben añadir aditivos y otros elementos.
La combustión de una gasolina es como la de cualquier combustible líquido, en la cual se va a generar calor y desprender gran cantidad de energía.
La volatilidad se estudia de acuerdo a la curva de destilación ASTM. La volatilidad de una gasolina se defina como la tendencia a pasar a fase vapor en una condiciones determinadas. Para una gasolina concreta nos interesa conocer:
IBP (PIE): punto inicial de ebullición
PFE: punto final de ebullición
punto en el que se recoge: 10% destilado
20% destilado
50% destilado
% total de residuo
% total pérdidas
El estudio de la curva de destilación nos dice como se va a comportar el combustible, la gasolina en este caso, cuando lo metamos en un motor. La gasolina debe tener un punto de destilación bajo, para permitir un buen arranque en frío.
Hay que limitar el punto final de la destilación, porque si el punto final de destilación está muy alto, querrá decir que hay compuestos hidrocarbonados con más de 10 átomos de carbono en una proporción más alta de lo esperado. Conviene que haya poca proporción de hidrocarburos largos, y es por ello que hay que limitar la temperatura final de destilación. Los hidrocarburos más pesados crean las colas, que son perjudiciales, y por ello se limita el porcentaje que puede haber en combustión.

-Estabilidad en el almacenamiento:
Se evalúa por la tendencia que presenta la gasolina a formar gomas. Las gomas son residuos que se forman durante el almacenamiento de las gasolinas cuando parte de sus componentes se han evaporado. Esta evaporación ha transcurrido en contacto con aire y con metales. Estas gomas corresponden a compuestos originales por la oxidación y polimerización de las olefinas (Olefinas≡alquenos, parafinas≡alcanos) y de las gasolinas. Los problemas que pueden originar estos residuos puesen estar en el sistema de combustible o en el motor:
-Sistema de combustible: Se deposita como residuo resinoso en la zona caliente de la toma de admisión. Si el residuo se quedara en los vástagos de las válvulas de admisión, incluso puede bloquear su funcionamiento. Si se va aumentando el residuo en capas, puede desprenderse y obturar el sistema de aspiración y filtros .
-Motor: Obstruye las válvulas. Si se deposita en el colector puede llegar a dar humos en el tubo de escape (pérdida de potencia) .Todo esto se agrava si la gasolian es de cracking y no está bien tratada. Un problema añadido es la propia degradación del combustible, lo que puede llevar a una disminución del nivel de octano, dando mal funcionamiento al motor.

-Octanaje:
Es la medida de la tendencia de la gasolina a la detonación .Nos sirve el octanaje para clasificar las gasolinas. Para medirlo se usa un motor de dimensiones especificadas, monocilíndrico, en el que se puede variar su relación de compresión. La escala empleada para la medida del octanaje es totalmente arbitraria pero con dos punto de referencia:
Comportamiento del hepteno: índice 0
Comportamiento del iso-octano: índice 100
El nº de octano es el porcentaje de iso-octano en una mezcla de heptano e iso-octano que presenta las mismas características detonantes que el combustible que estemos ensayando.
Existen dos procedimiento para medir el índice octano:
Método Motor D-2700: Se mide el comportamiento de un motor a ‘gran’ velocidad
Método Research D-2699: Se mide el comportamiento de un motor a baja velocidad

-Variación del número de octano:
Los hidrocarburos de cadena ramificada y corta van a tener un indice de octano muy altos, tanto si son saturados como si presentan dobles enlaces en las moléculas.
Los hidrocaburos aromáticos (cíclicos) también presentan indice de octano altos
Los hidrocarburos lineales tienen indice de octano bajos
Las cicloparafina y naftnénicos (CH2)N, tienen el número de octano en una escala intermedia.
Hay que decir que el número de octano no está en proporción con el funcionamiento del motor. El número de octano que va a presentar una gasolina dependerá de la naturaleza y del tipo de cadena que tengan los hidrocarburos. Conviene hidrocarburos con cadenas ramificadas, porque dan mejor número de octano.
Hay una serie de aditivos que nos permiten mejorar el índice de octano de una gasolina, ya que el octano inicial de la curva de destilaciñon no es normalmente suficiente. Los primeros productos ensayados para adicionar a la gasolina fueron el tetraetilo de plomo, el problema está en los residuos que provoca. Se buscaron sustitutos como el plomo tetrametilo. Pero la tendencia actual está en sustituir estos compuestos de plomo por compuesto oxigenados:
Alcoholes: etanol, metanol
Metil: metanol
MTBE ETBE TAME DIPE, etc
Se suele usar varios detonantes a la vez para consiguir las mismas propiedades que se conseguían con el plomo; sin embargo, por ahora el rendimiento no ha llegado a se tan bueno como de los compuestos derivados del plomo.