Ensayos de combustibles

El índice antidetonante de los combustibles de motores de ignición por chispa de automotores se define por la conjunción del número de octano de motor y el número de octano de investigación. El índice antidetonante de un combustible se aproxima al grado de octanaje en ruta para la mayoría de los vehículos, se encuentra impreso en los surtidores comerciales de combustible en Estados Unidos y Canadá, y figura en los manuales de los vehículos.

Índice antidetonante = (R + M)/2

Este método de ensayo abarca la determinación de la cantidad de residuos de carbono que se forman luego de la evaporación y pirólisis del combustible diesel y brinda una indicación de la tendencia relativa a la formación de coque. Este método de ensayo ofrece ventajas para un mejor control de las condiciones de prueba, con muestras de menor tamaño y menos injerencia del operador, comparado con el método de ensayo D189 al que es equivalente. Los resultados de las pruebas se asemejan a los del ensayo de residuos de carbono Conradson.

El índice cetano del combustible es una medida de calidad de ignición de un combustible diesel. La fórmula calculada de índice cetano estima de forma directa el número de cetano ASTM de combustible destilado a partir de la densidad y punto de ebullición medio de API (Instituto Americano del Petróleo). Para más información, ver los boletines de septiembre, octubre, noviembre y diciembre 2013.

El número cetano provee una medición de las características de ignición del combustible diesel en motores de ignición por compresión. Este método de ensayo se usa como medida de especificación primaria relacionada con la combinación de combustibles y motores.

El punto de enturbiamiento indica la temperatura a la que los cristales de cera de parafina comienzan a formarse en un líquido, que lleva a la obstrucción de los sistemas de filtración. El combustible es preparado específicamente para tener un punto de enturbiamiento inferior a la temperatura ambiente del entorno circundante en el que será usado.

La densidad del combustible o el refrigerante ayuda a determinar la composición del fluido y describe la proporción de masa y volumen de un líquido, por lo general en unidades de Kg./L. La densidad del combustible está determinada por la elección del crudo en los procesos de mezclado y refinado en donde una mayor densidad en el combustible da como resultado mayor potencia y economía de combustible.

Para más información, ver los boletines de septiembre, octubre, noviembre y diciembre 2013.

El ensayo de titulación de Karl Fischer es usado para componentes y aplicaciones en donde la contaminación del agua puede causar degradación severa del lubricante y debe ser mantenida extremadamente baja. El método de titulación Karl Fischer mide y reporta el contenido de agua como porcentaje (por ejemplo 0,005% = 50 ppm).

Para más información, ver el boletín de junio 2011.

La destilación es la técnica de separación para mezclas de productos derivados del petróleo, cada una con un punto de ebullición distinto. Este método de determinación del punto de ebullición permite estimar el índice de cetano del combustible diesel y sus propiedades de autoignición (calidad de ignición). La norma ASTM D86 determina la temperatura a la que se destila el 95% de los combustibles diesel. Al reducir el punto de ebullición, se disminuyen ligeramente las emisiones de NOx pero aumentan las emisiones de hidrocarburos y CO.

La capacidad de un combustible de disipar corriente generada durante el bombeo y las operaciones de filtrado se controla por medio de su conductividad eléctrica. Si la conductividad es lo suficientemente alta, las cargas se disipan de forma rápida y se previene su acumulación, evitando posibles potenciales altos peligrosos en el tanque de recepción. Estos métodos de ensayo abarcan la determinación de la conductividad eléctrica para combustibles destilados y de aviación con o sin un aditivo disipador estático. Los métodos de ensayo por lo general dan una medida de la conductividad cuando el combustible está descargado, es decir, cuando está eléctricamente en reposo (conocida como conductividad en reposo).

El método en vaso cerrado determina el punto de inflamación de combustibles y líquidos que contienen sólidos suspendidos y tienden a formar una película superficial durante el ensayo. Este método se usa ampliamente en la industria del transporte para detectar los contaminantes volátiles e inflamables en los combustibles y lubricantes y en los reglamentos de seguridad para la caracterización de residuos peligrosos.

En biocombustibles, el FGCB mide el contenido libre y total de glicerina en combustible biodiesel puro (B100). Un alto contenido libre y total de glicerina puede llevar a la separación en tanques de combustible, sistemas de combustible obstruidos, contaminación de inyectores y depósitos en válvulas. La determinación de niveles de glicerina por el GCB provee una verificación de que los contenidos libres de glicerina, monoglicéridos, diglicéridos, triglicéridos y de glicerina total en el B100 están por debajo del límite.

El análisis elemental por ICP (Plasma Acoplado Inductivamente) detecta hasta 23 elementos que pueden estar presentes en combustibles por desgaste mecánico, contaminación o depleción de aditivos. El análisis espectrométrico es un método eficaz para el monitoreo de pequeñas partículas. El desgaste severo de partículas mayores a 6 micrones no puede detectarse con precisión.

Este método abarca la evaluación de la lubricidad de los combustibles diesel empleando un dispositivo de oscilación de alta frecuencia. También se aplica a mezclas de biodiesel. El equipamiento de inyección de combustible diesel tiene cierta dependencia de las propiedades de lubricación del combustible. La vida reducida de los componentes de los motores como las bombas y los inyectores ha sido atribuida a una falta de lubricidad. El dispositivo puede usarse para evaluar la eficacia relativa de los combustibles diesel y así prevenir el desgaste.

El número de octano de motor se correlaciona con el funcionamiento antidetonante de los motores de ignición con chispa bajo condiciones severas de operación. El M.O.N. se usa como medida de especificación primaria relacionada con la combinación de combustibles y motores.

Los compuestos oxigenados son aditivos del combustible que contienen oxígeno, por lo general en forma de alcohol o éter. Los compuestos oxigenados aumentan la combustión del combustible y por ende reducen las emisiones del escape. Algunos oxigenados también levantan el octanaje de la nafta. La Ley de Aire Limpio requiere el uso de nafta oxigenada en áreas en donde los niveles de monóxido de carbono exceden los estándares federales de calidad de aire durante la época invernal. En climas fríos y sin nafta oxigenada, las emisiones de monóxido de carbono de los vehículos a nafta tienden a incrementarse. Este método de ensayo se aplica tanto para el control de calidad en la producción de naftas como para la determinación de la adición o contaminación deliberada o externa de compuestos oxigenados.

Conteo de partículas - PC - ISO 4406

El número de octano de investigación se correlaciona con el funcionamiento antidetonante de los motores de ignición por chispa bajo condiciones leves de operación. Se usa como medida de especificación primaria relacionada con la combinación de combustibles y motores. El R.O.N. en conjunción con el M.O.N. será lo que defina el índice antidetonante de los combustibles de motores de ignición por chispa. El índice antidetonante de un combustible se aproxima a los niveles de octanaje en ruta para la mayoría de los vehículos, se encuentra impreso en los surtidores comerciales de combustible de Estados Unidos, y además figura en los manuales de los vehículos.

Este método abarca la determinación del porcentaje en peso de ceniza en el rango de 0,001–0,180 % en combustibles destilados y residuales y combustibles de turbinas a gas. El conocimiento de la cantidad de material que se forma a partir de la ceniza presente en un producto puede proveer información acerca de la aprobación para su uso en una determinada aplicación. La ceniza puede ser el resultado de compuestos de petróleo o metales solubles en agua o por sólidos externos como tierra y óxido que normalmente son considerados como impurezas indeseables o contaminantes.

Este método de ensayo abarca la determinación total de azufre en el combustible diesel, combustible de turbinas de aviación, kerosene, nafta sin plomo, mezclas de nafta y etanol, biodiesel, etc. Provee un medio para determinar si el contenido de azufre del petróleo o un producto de petróleo cumple con las especificaciones o límites regulatorios.

La presión de vapor determina la volatilidad de la nafta. La presión de vapor de la nafta y de las mezclas de nafta y oxigenados se encuentra regulada por la Agencia de Protección Ambiental (EPA) y Environment Canadá. Las especificaciones por lo general incluyen límites de presión de vapor para asegurar que un producto funcione con una volatilidad apta y así reducir las emisiones de componentes orgánicos volátiles (VOC) de la nafta, que son los contribuidores principales del ozono al nivel del suelo (smog).

La viscosidad examina la mayor o menor consistencia del combustible. El ensayo mide el tiempo en el que un volumen de líquido tarda en fluir por gravedad, determinando la viscosidad cinemática del aceite a 40°. Los fabricantes de equipos especifican la viscosidad cuando indican la tolerancia de la máquina, las cargas a soportar y la proporción de remoción del calor. La viscosidad debe testearse a la temperatura operativa del equipamiento, es decir, a 40°.

Este método de ensayo se usa como indicador de agua libre y sedimentos suspendidos en forma de nebulosa, enturbiamiento, o gotas en los combustibles de destilación media. Cantidades apreciables de agua libre y sedimentos tienden a provocar suciedad en las instalaciones de manipulación de combustibles y genera inconvenientes en el sistema de un quemador o un motor. La acumulación de sedimentos en un tanque de almacenaje y en las mallas de los filtros puede obstruir el flujo de aceite desde el tanque a la cámara de combustión. El agua libre puede provocar la corrosión de los tanques y el equipamiento, y si hay presencia de detergente, el agua puede causar emulsiones de apariencia nebulosa. El agua libre puede soportar el crecimiento de microorganismos en las interfaces de combustible-agua en los sistemas de combustión.

Este método de ensayo cubre la determinación del color en aceites refinados no coloreados tales como el de la gasolina de motor y de aviación, el combustible de las turbinas de propulsión, la nafta y el kerosene, además de las ceras de petróleo y los aceites blancos farmacéuticos. La determinación del color de los productos de petróleo se emplea para propósitos de control en la fabricación y es una característica importante de calidad, ya que el color es observado inmediatamente por el usuario del producto. En algunos casos, el color puede servir como un indicador del grado de refinamiento del material. Cuando se conoce el rango de color de un producto particular, cualquier variación fuera del rango establecido puede indicar una contaminación con otro producto.

Contenido.

La determinación exacta de la densidad, la densidad relativa (gravedad específica) o peso específico API de productos de petróleo de baja viscosidad y líquidos transparentes es necesaria para la conversión de volúmenes medidos a volúmenes o masa, o ambos, a las temperaturas estándar de 15 °C o 60 °C durante la transferencia de custodia. La densidad es un indicador de calidad importante en combustibles de automóviles, de aviación y marítimos, que se ven afectados en el almacenamiento, el manejo y la combustión.

El calor de combustión es una medida de la energía disponible de un combustible. Es importante saber este valor al considerar la eficiencia térmica de un equipamiento para la producción de energía o calor.

• La magnitud de la masa del calor de combustión es importante particularmente en vehículos con peso limitado como los aviones, los vehículos con efecto suelo y los hidrodeslizadores, ya que la distancia que estos vehículos pueden recorrer con un determinado peso de combustible está directamente ligada a la masa calor de combustión del combustible y su densidad.

• En vehículos con volumen limitado como los automóviles o los barcos, el calor de combustión volumétrico es más importante que la masa de calor de combustión, y está directamente relacionado con la distancia recorrida entre rellenados de combustible. El calor de combustión volumétrico, es decir, el calor de combustión por unidad de volumen de combustible, puede calcularse multiplicando la masa de calor de combustión por la densidad del combustible (masa por unidad de volumen).

El análisis CHON se usa para detectar rápidamente la concentración de carbono, hidrógeno y nitrógeno, y determina la pureza de la muestra y si cumple o no con las especificaciones. Se emplea junto con la espectroscopía y se puede usar para caracterizar una mezcla.

El punto de escurrimiento es la menor temperatura a la que la muestra de combustible o aceite no muestra movimiento si es puesta a un ángulo de 90° del horizontal. El punto de escurrimiento es un factor importante en el arranque del motor y bombeo de combustible/aceite en temperaturas gélidas.

Las bacterias bloquean los filtros, provocan problemas en la medición y son corrosivas. Pueden dañar los tanques de combustible y por ello deben ser eliminadas. La condición número uno para evitar la contaminación es mantener limpios los tanques de combustible. Un monitoreo y programa periódico de ensayos al combustible minimizará los problemas gracias a la detección temprana de crecimiento microbiano.

Contenido.

Dentro de los requerimientos de calidad, el combustible debe ser claro, brillante y visiblemente libre de material particulado. Este método de ensayo abarca dos procedimientos para estimar la presencia de agua libre suspendida y contaminación con particulado sólido en combustibles destilados con puntos de destilación por debajo de los 400 °C y un color ASTM de 5 o menos. El procedimiento 1 provee un método rápido de aprobación/desaprobación en cuanto a contaminación. El procedimiento 2 provee un nivel numérico total de aparición de opalescencia.

La tendencia de un combustible a evaporarse en sistemas de combustión de motores de automóviles se indica por la relación vapor-líquido del combustible. Las especificaciones del combustible de automotor por lo general incluyen límites T (V/L = 20) para asegurar productos que funcionen con una volatilidad aceptable. Este método de ensayo se aplica tanto a la gasolina como a las mezclas gasolina-oxigenados. Abarca la determinación de la temperatura a la que el vapor que se forma de un volumen seleccionado de un producto de petróleo volátil saturado con aire de 0 °C hasta 1 °C (32 °F hasta 34 °F) produce una presión de 101,3 kPa (una atmósfera) contra el vacío. Este método se aplica a muestras para las que la temperatura determinada está entre los 36 °C y los 80 °C (97 °F y 176 °F) y la relación vapor-líquido está entre 8 a 1 y 75 a 1.

El color, olor, claridad, precipitación y espuma pueden servir como indicadores del grado de uso del aceite o combustible. La precipitación es un sólido formado en el refrigerante por la contaminación. La espuma puede ser resultado de la agitación excesiva, niveles de fluido inapropiados, fugas de aire, contaminación o cavitación.

Este método está pensado como una guía general sobre la aplicación de la titulación volumétrica de Karl Fischer (KF) para la determinación de agua libre y agua producto de la hidratación en la mayoría de los compuestos orgánicos e inorgánicos, tanto sólidos como líquidos. Este método de ensayo es adecuado para la medición de agua dentro de un amplio rango de concentración, es decir, en partes por millón hasta agua pura.

El biodiesel es un producto de componente de mezcla que se usa principalmente como un componente de valor agregado para el combustible diesel. Este método de ensayo se aplica al control de calidad en la producción y distribución de combustible diesel y mezclas de biodiesel que contengan ésteres metílicos de ácidos grasos (FAME), y también abarca la determinación del contenido de biodiesel FAME en aceites de combustible diesel. Se aplica a las concentraciones de entre 1,00 a 20% del volumen y sólo a los FAME. El biodiesel en la forma de ésteres etílicos de ácidos grasos (FAEE) provocarán una inexactitud.

El análisis infrarrojo es un método aplicado a los combustibles, muy efectivo para el aseguramiento de la calidad y la evaluación del cumplimiento de las normas. Además de proveer un panorama de los parámetros y la composición de una muestra de combustible, también permite analizar propiedades del diesel y la gasolina como el número de cetano y octano, la detección de la concentración de biodiesel -FAME, ésteres metílicos de ácidos grasos- en el combustible diesel (de mucha importancia en los combustibles marítimos y de aviación, en donde está prohibido el biodiesel), el contenido de bencina (que está estrictamente regulado en la gasolina), y otros parámetros y contaminantes.

La determinación de la estabilidad a la oxidación de acuerdo con la norma EN 14112 es un ensayo de oxidación acelerada. Los ésteres metílicos de ácidos grasos (FAME) se oxidan lentamente a causa del oxígeno atmosférico, y los productos de oxidación resultantes pueden provocar daños en los motores de combustión. Por ello, la estabilidad a la oxidación es un criterio importante de calidad para los FAME. Según este ensayo, los ésteres metílicos de ácidos grasos (FAME) en la muestra se oxidan y se convierten en peróxidos como producto principal de oxidación. Después de cierto tiempo, los ácidos grasos se descomponen completamente, formando un producto de oxidación secundario. Además de los compuestos orgánicos volátiles, estos son ácidos orgánicos de bajo nivel molecular, principalmente ácidos fórmicos y acéticos.

Este método determina por cromatografía gaseosa el contenido de etanol y metanol en combustibles que contienen más del 20% de etanol. Este método de ensayo identifica y cuantifica el metanol, pero no se propone identificar todos los componentes individuales (por ejemplo, agua) que componen el desnaturalizante.

Los biocidas son esenciales para el control de la contaminación microbiana y la prevención de la corrosión del tanque de combustible. Los tratamientos biocidas son efectivos por un tiempo, y luego su concentración se diluye progresivamente, provocando la pérdida gradual de su efectividad. El ensayo de detección de biocidas detectará la cantidad de biocidas en el combustible para evaluar su eficacia y su grado de dilución.

Este método de ensayo mide la acidez en etanol o mezclas de combustible con etanol de forma cuantitativa. El etanol de combustible desnaturalizado puede contener aditivos tales como inhibidores de corrosión y detergentes, así como también contaminantes de la fabricación que pueden afectar la acidez del combustible de etanol acabado. Las soluciones acuosas muy diluidas de ácidos orgánicos de masa de bajo nivel molecular, como el ácido acético, son altamente corrosivas para muchos metales. Es importante mantener esos ácidos en un nivel muy bajo.

Este método de ensayo abarca un procedimiento para determinar una medida de fuerza del ácido de combustibles con alto contenido de etanol. Estos incluyen el etanol, el etanol de combustible desnaturalizado, y el etanol de combustible (Ed75-Ed85). El método de ensayo se aplica a combustibles con un contenido nominal de etanol del 70% o superior. El valor del pH medido dependerá de la mezcla de combustible, el grado de la mezcla y el tiempo que el electrodo está en el combustible.

Este método está pensado como una guía general sobre la aplicación de la titulación volumétrica de Karl Fischer (KF) para la determinación de agua libre y agua producto de la hidratación en la mayoría de los compuestos orgánicos e inorgánicos, tanto sólidos como líquidos. Este método de ensayo es adecuado para la medición de agua dentro de un amplio rango de concentración, es decir, en partes por millón hasta agua pura.

Este método de ensayo abarca un procedimiento para determinar una medida de fuerza del ácido de combustibles con alto contenido de etanol. Estos incluyen el etanol, el etanol de combustible desnaturalizado, y el etanol de combustible (Ed75-Ed85). El método de ensayo se aplica a combustibles con un contenido nominal de etanol del 70% o superior. El valor del pH medido dependerá de la mezcla de combustible, el grado de la mezcla y el tiempo que el electrodo está en el combustible.

Algunas sustancias que son solubles o aparentan ser solubles a temperatura ambiente en el biodiesel (B100) se separarán de la solución al enfriarse a temperaturas por encima del punto de enturbiamiento o permaneciendo a temperatura ambiente por periodos extensos. Este fenómeno se ha observado en el B100 y en mezclas de BXX, y estas sustancias pueden provocar el taponamiento de los filtros. Este método provee un medio acelerado para determinar la presencia de estas sustancias en el B100 y la propensión a la obstrucción de los filtros. Puede emplearse como método de control de los niveles de obstrucción de componentes de filtrado menores en biodiesels y mezclas de biodiesels.

La densidad del refrigerante ayuda a determinar la composición del fluido y describe la proporción de masa y volumen de un líquido, por lo general en unidades de Kg./L.