combustibles
SABEMOS por la Física que el calor puede transformarse en trabajo y viceversa; estas dos formas de energía van íntimamente ligadas. Pues bien, para conseguir el calor necesario para el funcionamiento de los motores, hemos de introducir en el interior' de sus cilindros una cantidad de aire comprimido, y en el momento convenido hacer Ilegal; hasta él, el agente capaz de producir el foco calorífico que nos produzca el movimiento. Al agente lo llamaremos combustible, y al foco calorífico le daremos el nombre de combustión.
Se llama combustible a todo cuerpo capaz de combinarse con el oxígeno con desprendimiento de luz y calor, y al fenómeno químico que se desarrolla al efectuarse esta combinación, la más conocida de las reacciones, se la conoce con el nombre de combustión.
Al oxígeno se le designa con el nombre de comburente. O sea que para que se produzca una combustión hacen falta siempre dos elementos, uno de ellos habrá de ser el oxígeno, y el
otro, el cuerpo que con él se combine para producir el calor. Otros elementos entran también en la combustión, los llamados inertes que son aquellos que aún interviniendo en ella no toman parte activa pasando a formar las cenizas, hollines y escorias.
Se designa con: el nombre de molécula, a la menor cantidad de materia que podemos tener de un cuerpo, conservando sus propiedades. Las moléculas son de tamaño sumamente pequeño, pero a su vez aún pueden subdividirse en otras partes infinitamente más pequeñas llamadas átomos. Según el número de átomos que se precisen para la formación de una molécula, que puede ser de uno, dos, tres, etc., el cuerpo así formado se llamará monoatómico, biatómico, triatómico, etc.
Cuando tenemos dos o más cuerpos y los juntamos todos ellos formando uno nuevo, si en este, cada componente sigue teniendo sus propiedades, características, decimos entonces que tenemos una mezcla. En cambio, si al unir los cuerpos, aparece uno nuevo, de propiedades distintas a los que se han unido, decimos que hemos obtenido una combinación.
También podríamos definir estas dos palabras diciendo, que mezcla es la unión de dos o más cuerpos por procedimientos físicos, y combinaci6n, cuando esta unión se lleva a cabo por procedimientos químicos.
Se conocen con el nombre de hidrocarburos, a las substancias obtenidas con la combinación del carbono con el hidrogeno. Teniendo en cuenta cuanto hemos dicho acerca de mezcla y combinación, el hidrocarburo se nos presenta ahora, como un cuerpo de propiedades distintas completamente de las de los cuerpos que han entrado en su formación.
El número de combinaciones que se pueden formar con un número de átomos de carbono con otros de hidrogeno, es ilimitado, por tanto también será ilimitado el número de hidrocarburos que pueden existir, más para nuestros estudios solo tres de ellos nos merecen el especial interés.
1. Hidrocarburos de la serie acíclica sobresaturada, llamados también de la "serie grasa o alifática". Químicamente vienen representados por la formula Cn H2n + 2, en la que C, es el átomo de carbono; H, el de hidrogeno; n el número de átomos de carbono que son necesarios para la formación de la molécula de hidrogeno junto con el 2n + 2, número de átomos de hidrogeno, siendo el metano, de formula CH4, llamado también grisú y gas de los pantanos, el hidrocarburo tipo de esta serie.
2. Hidrocarburos de la serie acíclica, semisaturados llamados también "etilénicos". Su formula Cn H2n., siendo el "etileno" C2 H2N, el tipo de esta serie.
3. Hidrocarburos "serie cíclica o aromática", llamados así por su característico olor, representados por la formula Cn H2n, siendo el benzol. el primero de esta serie C6 H6. Tras estas breves nociones físicas, pasemos a estudiar los combustibles. Para su aplicacion al funcionamiento de los motores, solo nos interesan los llamados combustibles líquidos, y de ellos el petróleo con todos sus derivados.
El petróleo natural Q "petróleo bruto" es un líquido inflamable, de menor densidad que el agua, de un característico y desagradable olor con un color que puede ser desde el amarillo al negro, que se encuentra en bolsas en el interior de la tierra, estando formado por una mezcla, bastante compleja de hidrocarburos con otros cuerpos, en mucha menor proporción y que generalmente constituyen sus impurezas.
Según los componentes que entren en su formación, los petróleos se " clasifican de la siguiente forma:
1. De base parafínica, estando constituidos por hidrocarburos de la serie acíclica Cn H2N + 2, siendo ricos en combustibles para motores, aceites lubrificantes, cera parafínica y una pequeña proporción de azufres y asfaltos.
2. De base asfáltica, que están constituidos por los hidrocarburos saturados cíclicos Cn H2N, son muy viscosos y de color oscuro por su gran cantidad de asfalto; dan buenas gasolinas si bien sus lubrificantes son de peor calidad y dejan, en su destilación, breas y asfaltos.
3. Los de base mixta, o sea la mezcla de los parafínicos con los asfálticos. En cuanto a las diversas teorías que existen para explicamos la formación del petróleo, podemos reducirlas a dos, que se consideran fundamentales: la teoría que le atribuye un origen mineral y la otra, que le supone una formación orgánica, siendo ésta última, la generalmente aceptada en nuestros días.
La teoría orgánica atribuye la formación del petróleo, a la descomposición de diversas materias grasas, que por largo tiempo han estado sometidas a grandes presiones y temperaturas. Estas grandes cantidades de grasa provienen al parecer, de restos de peces y animales marinos.
En épocas remotas y cuando por la constitución de la tierra eran muy frecuentes las convulsiones geológicas, originando levantamientos y hundimientos de la corteza terrestre, debieron quedar incomunicados trozos de mares que se transformaron en grandes lagos salados. En estos lagos la vida de las especies marinas siguió desarrollándose con la proliferación rápida de aquellos tiempos, a la par que, con la evaporación, el agua iba siendo más densa cada vez, con lo que al transcurso de los siglos, toda la fauna dejó de existir y sus restos siguieron un proceso de putrefacción, quedando tan sólo sus materias grasas de difícil descomposición.
Esta sustancia orgánica se fue acumulando en el fondo de estas aguas y, bajo la acción de determinados elementos se fue transformando en una especie de fango, el cual, con la intervención de las sales del agua y al ser cubiertas con los sedimentos del terreno, estuvieron durante largo tiempo sometidas al alto calor y presión de la tierra, dando lugar a la formación de la masa viscosa que son los hidrocarburos, base de los petróleos.
Por lo que se refiere a la teoría mineral, ésta atribuye la formación del petróleo, a la acción del agua de los mares sobre grandes cantidades de carburas metálicos existentes en el interior de la tierra, estando también sometidos a las altas presiones Y temperaturas existentes en las capas inferiores de la superficie de la tierra.
En cuanto al conocimiento del petróleo se remonta a tiempos lejanos, pues incluso en hechos bíblicos tales como el Arca de Noé o la Torre de Babel, ya se nos habla de él; los antiguos egipcios lo emplearon en medicina; griegos Y romanos en sus guerras, yendo evolucionando sucesivamente sus empleos pero siempre a base de pequeñas cantidades.
En el año 1859, en Pensilvania (Estados Unidos), se conseguía abrir el primer pozo importante, haciendo surgir de él unas 3 toneladas diarias.
Normalmente, el petróleo se encuentra cerrado en grandes bolsas de la superficie terrestre Y a distintas profundidades, siendo la mayor registrada hasta la fecha de 6.000 metros. Para llegar a estas bolsas se emplean distintos tipos de máquinas, las cuales son como enormes taladros que abriendo agujeros llegan hasta estas cavidades donde está el petróleo, y según se acierte el punto de la bolsa, el petróleo fluirá a la superficie impulsado por las presiones a que está sometido debido a los gases allí existentes, o bien habrá que utilizar un sistema de bombas para su extracción.
La distribución geográfica de estas bolsas, o mejor dicho, los países productores de petróleo son: Estados Unidos, Rusia, Arabia Saudí, Irán, Irak y Venezuela, y según cálculos basados en los estudios geológicos, las reservas existentes de petróleo, dan cifras fabulosas de miles de millones de toneladas, siendo la reserva más importante la del Oriente Medio, conocida con el nombre de «Polo del petróleo».
Tal y como encontramos el petróleo en la naturaleza es de difícil aplicación para fines industriales, ya que viene acompañado de otras substancias tales como, oxígeno, azufre, nitrógeno, sales minerales, agua, arena..., por lo que hay que refinarlo para poderlo utilizar.
Esta operación se lleva a cabo mediante su destilación fraccionada, obteniendo así una serie de productos, cada uno de los cuales presenta unas propiedades características dependientes de la temperatura a que se efectúa dicha destilación.
Pueden agruparse estos productos en tres grupos: 1.º, los obtenidos entre la temperatura normal y los 150º; 2.º, los obtenidos entre los 150 y 250º, y 3.º, los que se obtienen entre los 250 y 400º.
Si a su vez los productos así obtenidos volvemos a destilarlos haciéndolos pasar por temperaturas intermedias, obtendremos una nueva serie de ellos, más para nosotros bastará agruparles de la siguiente manera:
1. Volátiles (pertenecen al primer grupo anterior), los que fraccionando la temperatura entre normal y 150°, se consiguen el éter, obtenido entre los 30 y 50º; la gasolina,' entre los 50 y los 80°; bencina, entre los 80 y 150 °.
2. Medios (corresponden al segundo grupo anterior). - El petróleo lampante entre los 150 y 250°; gas-oil, entre los 200 y 350º.
3. Pesados (son el tercer grupo anterior). - El Diesel oil, los aceites lubrificantes y las parafinas.
De todos estos productos el que mejores ventajas presenta para su aplicación en los motores Diesel es el gas-oil que, como vemos, es un producto intermedio cuya destilación está entre los 200 y los 350º.
Pero generalmente para el funcionamiento de los motores se emplea el Diesel-oil, combustible de calidad inferior al anterior de precio más económico.
Debido al alto grado de perfeccionamiento que se ha conseguido en la construcción de los sistemas de inyección de combustible en el cilindro, en nuestros días se está empleando con magnífico resultado el llamado fuel-oil. Se designa con este nombre a la sustancia que queda del petróleo bruto tras extraerle los productos más ligeros, comprendiendo fácilmente que si este combustible es de más baja categoría que los gas-oil y Diesel-oil, en cuanto a su refinado se refiere, también será menor su precio de coste, razón por la cual se impone su empleo.
Pasemos ahora a 'estudiar las diversas propiedades de los combustibles. Por definición se llama peso específico de un cuerpo, al peso en kilos de un litro de esta sustancia.16
En el caso de los combustibles este dato se obtiene fácilmente, ya que tomando una cantidad de agua (cuyo peso específico se toma por unidad), se pesa; seguidamente se toma un volumen igual del combustible que estamos tratando, y se pesa también. El cociente entre el peso del combustible y el del agua, es su peso específico, que en el caso de los petróleos es siempre menor que la unidad, oscilando normalmente entre 0'820 y 0'900.
Poder calorífico es el número de calorías que es capaz de desprender un kilo de combustible, siendo la caloría el calor que hace falta para aumentar la temperatura de un litro de agua en un grado. Se comprende que cuanto mayor poder calorífico tenga un combustible, mejor será su rendimiento. La determinación del poder calorífico se lleva a cabo en los laboratorios debiendo añadir que en el caso del gas-oil, Diesel-oil y fuel-oil éste oscila alrededor de las 10.000 calorías. La viscosidad es la resistencia que todo líquido opone cuando se le hace pasar por un orificio; Este dato merece especial interés por cuanto a los combustibles pesados se refiere, tales como el fuel-oil, ya que para que los sistemas de inyección trabajen satisfactoriamente, al combustible hay que darle la suficiente fluidez para que pueda atravesar todos los conductos de tuberías, bombas e inyectores.
Punto de inflamación es la temperatura a que ha de estar un combustible para que desprenda vapores inflamables que arderán al contacto de una llama, pero sin que la masa líquida entre en combustión; Este dato es importante conocerle con el fin de evitar el peligro que pueda ocasionar el manejo del combustible.
Punto de combustión, es la temperatura que debe alcanzar un combustible para que al acercarle una llama, éste arda de forma continua hasta su consumo total. En el mismo aparato que hemos empleado para averiguar el punto de inflamación podemos hallar el ”punto de combustión”. Acerca del punto de combustión podemos decir también, lo dicho para el punto de inflamación, o sea que es un dato cuyo único valor nos sirve para evitar los peligros que entraña el manejo o almacenamiento del combustible.
Se llama punto de encendido, a la temperatura que debe alcanzar un combustible para que pueda arder de forma espontánea. Según la constitución de los combustibles este dato varía notablemente, influyendo también, en gran manera, la presión del aire con el que el combustible ha de efectuar su combusti6n, pudiendo decir que, en el gas-oil, por regla general, alcanza los 200° C cuando el aire está bajo la presión de 30 kilos.