El Número de octano, a veces denominado octanaje, es una escala que mide la capacidad antidetonante del combustible (como la nafta) cuando se comprime dentro del cilindro de un motor.
Es una propiedad esencial en los carburantes utilizados en los motores de encendido por desarrollo de arco voltaico entre los electrodos de las bujías y que siguen un ciclo termodinámico en el que su comportamiento se asemeja al descrito por el 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.
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, pistoneo o cascabeleo.Una medida para saber la calidad que tiene una nafta es el índice de octano. El índice es una escala arbitraria en la cual se da índice cero al n-heptano, y un índice cien al 2,2,4-trimetilpentano, también conocido como isooctano. Por ejemplo, cuando una nafta se dice que tiene 98 octanos, esta será una mezcla de hidrocarburos que se comportan como una mezcla de 98 % del isooctano y un 2% del n-heptano.
Cuando se combustionan naftas con índices de octanos elevados es mucho más eficaz, por lo que es frecuente el uso de aditivos con alto índice de octanos, en especial en el caso de la nafta sin plomo, como por ejemplo, en el caso de los derivados oxigenados como el metilterbutiléter o el metanol, los cuales tienen un octanaje de 115 y 105 respectivamente.
En otras palabras podemos decir que el índice de octano es una medición de la resistencia que tiene un combustible, tomando como referencia una mezcla de dos combustibles, siendo uno de ellos poco detonante, aquel con índice 100, y otro muy detonante, el que recibe el índice 0.
El butano por ejemplo, tiene un octanaje de índice 90, mientras que la nafta súper costa de un índice 95, y el alcohol metílico uno de 120. A mayor índice de octano, menor será el poder de detonación que posee éste, siendo lo que generalmente se busca para los motores de explosión, donde lo que nos interesa es lo que se conoce como deflagración del combustible y no la capacidad de detonación.
El índice de octano, también se designa con las siglas RON, del inglés Research Octane Number. Cuando utilizamos un combustible con mayor índice de octanos del que necesita el motor de nuestro coche, esto no afecta pero tampoco beneficia al motor. Existen numerosos combustibles que poseen un octanaje mayor de 100.
Hay tres tipos de índices de octano:
- El octanaje medio en laboratorios – Research Octane Number (RON)
- Octanaje de motor estático – Motor Octane Number (MON)
- Un octanaje comprobado en las carreteras – Road ON
El valor en este caso se calcula comparando el autoencendido que provoca la nafta comparada con el producido en la sustancia que usamos como patrón de medida, es decir, la mezcla anteriormente mencionada de isooctano y n-heptano. De esta forma se puede conocer el índice de octanaje que tiene el combustible comparado con el porcentaje de la mezcla considerada estándar. Así fácilmente podemos comprobar el golpeteo o sonido que realiza la nafta, y calcular el índice de octano, que si es igual al de la mezcla estándar, tendrá por lo tanto igual número de octanaje.
Cuando en un coche nuevo, le repostas una nafta que no lleva, de menor octanaje, se nota rápidamente debido al ruido característico que realiza cuando se genera una explosión del combustible que se produce antes de lo que se debería. En cambio a los motores que son poco eficaces, se les recomienda usar naftas con un nivel bajo de octanaje, que se debe a la baja relación de compresión con la que trabajan los cilindros del motos. Así, cuando hay mayor comprensión, se necesita un octanaje mayor para que el motor sea eficaz.
👉MON: Octanaje probado en un motor estático. Intenta reproducir la situación en carretera, alto régimen y conducción regular. Indica exactamente como trabaja el combustible cuando se reposta en el motor. Esta definición también usa como patrón la mezcla estándar, pero a diferencia del RON, se sobrecarga más a los motores, usando una mezcla de combustible calentado previamente, además de un motor con más revoluciones y mayores tiempos de ignición. Dependiendo de la composición que tenga el combustible, el índice MON suele encontrarse unos 10 puntos por debajo del RON, en la nafta actualmente.
💡Ambos se miden en el mismo motor de prueba, pero a diferentes variables de ensayo, para simular los dos supuestos.
💡El índice de cetano, es la medida contraria al octanaje, es decir, mide la facilidad con la cual se consigue inflamar los combustibles de los motores diésel. Se conoce como cetano, porque usa el cetano como combustible estándar
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 nafta comercial, resultando una variable determinante en la economía del corazón de ella.
Determinación del octanaje en la práctica.
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| Cooperative Fuel Research Engine (CFR) |
RON
El Research Octane Number (Número de Octano de Investigación) que se representa como RON o simplemente R y que se determina efectuando una velocidad de 600 revoluciones por minuto (rpm) y a una temperatura de entrada de aire de 125°F (51.7°C)
MON
El Motor Octane Number (Número de Octano del Motor) que se representa como MON o simplemente M y se obtiene mediante una corrida de prueba en una máquina operada a una velocidad de 900 revoluciones por minuto y con una temperatura de entrada de aire de 300°F (149°C).
Para propósitos de comercialización y distribución de las naftas, los productores determinan el octanaje comercial, como el promedio de los números de octano de investigación (RON) y el octano del motor (MON), de la siguiente forma:
Número de octano comercial= (RON + MON)/2
Escala de medición
La calidad antidetonante de una gasolina se mide usando una escala arbitraria de número de octano. En esta escala, se dio a los hidrocarburos iso-octano (que es poco detonante) un índice de octano de 100; y al n-heptano (que es muy detonante), un índice de octano de cero.
La prueba de determinación del octanaje de una nafta se efectúa en un motor especial de un sólo cilindro, aumentando progresivamente la comprensión hasta que se manifiesten las detonaciones. Posteriormente, se hace funcionar el motor sin variar la comprensión anterior, con una mezcla de iso-octano y una cantidad variable de n-heptano, que representará el octanaje o índice de octano de la nafta para la cual se procedió a la prueba y que tiene, por lo tanto, el mismo funcionamiento antidetonante de la mezcla de hidrocarburos.
Así, por ejemplo, si una nafta presenta propiedades antidetonantes similares a una mezcla de 95% de iso-octano y 5% de n-heptano, se dice que tiene un número de octano de 95.
Mejoras en el octanaje de la nafta
A nivel mundial, se han desarrollado varias tecnologías relacionadas entre sí para elevar el octanaje de las naftas, destacando las siguientes:
Aplicación de nuevas tecnologías de refinación, de reformado catalítico, isomerización y otros procesos, que permiten obtener naftas con elevados números de octano limpios, es decir, sin aditivos. Esto ha llevado a reducir en forma importante e inclusive a eliminar el tetraetilo de plomo, dando como resultado naftas de mejor calidad, que cumplen con los requerimientos de protección ecológica que se han establecido a nivel mundial.
Paralelamente, se han desarrollado nuevos aditivos oxigenados denominados ecológicos en sustitución el tetraetilo de plomo (que es altamente contaminante), tales como el Metil-Ter-Butil-Eter (MTBE), el Ter-Amil-Metil-Eter (TAME) y el Etil-Teer-Butil-Eter (ETBE), entre otros.
Estos aditivos oxigenados, se adicionan a las naftas para elevar su número de octano, proporcionando a la vez una mayor oxigenación, lo que incide directamente en una combustión más completa y en un mejor funcionamiento de los motores.
De estos aditivos oxigenados, los que han tenido un mayor uso a nivel mundial, han sido el MTBE y el TAME, debido a su alto valor de octano en la mezcla con nafta, a su baja presión de vapor y sobre todo a su alta disponibilidad, al producirse en plantas integradas a las refinerías, donde son aprovechadas las materias primas de refinación requeridas para su elaboración (metanol, butanos, butilenos, isobutilenos e isoamileno), con las ventajas económicas que ello representa.
FUENTES:
Ángeles Méndez https://quimica.laguia2000.com/general/octanaje-indice-de-octano
https://www.ecured.cu/Octanaje
https://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_de_octano
Requena, L. Vamos a Estudiar Química Orgánica. Ediciones ENEVA, (2001).
Rodger W. Griffin "Química orgánica moderna". 1981. Editorial Reverté, S.A.
