👉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 combinación, 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 hidrógeno. 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 aplicación 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 lubricantes, 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 lubricantes 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 carburos 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 lubricantes 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.
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.
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| Figura 1 - Viscosímetro Engler |
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| Figura 2 - Aparato para la medición del punto de inflamación |
👉Diversos aparatos se emplean para hallar la viscosidad de un combustible, siendo el llamado viscosímetro de Engler, el más conocido. Consiste en un recipiente A (figura 1), que va colocado en el interior de otro mayor B, en el que se coloca agua a fin de poder calentar el primero de forma muy lenta. El recipiente A, tiene en su fondo un orificio con un grifo a través del cual habrá de pasar el combustible, estando además dotado de un termómetro para saber la temperatura a que se lleve a cabo la prueba. En el recipiente A, se coloca una cantidad del combustible cuya viscosidad estamos tratando de averiguar; entonces mediante la aplicación de un mechero m, se va calentando muy poco a poco el agua del recipiente B, que a su vez irá calentando muy lentamente el combustible colocado en A. Cuando este combustible alcance la temperatura deseada (generalmente los 20°), se retira el mechero y abriendo el grifo g, mediante el reloj, se mide el tiempo que el combustible tarda en pasar por el orificio, recogiéndole en la vasija V. Seguidamente se repite la operación pero llenando ahora el depósito A con agua, igual cantidad de la de combustible. Dividiendo el tiempo que tardó en pasar el combustible por el que ha tardado el agua, nos dará la viscosidad del primero expresada en “grados Engler”.
👉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.
Para averiguar el punto de inflamación podemos valemos del aparato representado en la figura 2. Consiste en un recipiente A,' dotado de un termómetro t, y provisto de un orificio o en su parte alta; este recipiente va colocado en el interior de otro mayor B, que se llena de agua para que rodee al primero, de manera que al aplicar un mechero y a medida que vaya calentándose el agua, se calienta A, lentamente. En el citado recipiente A colocaremos el combustible a ensayar que no deberá llenarlo del todo sino dejar, como mínimo, una altura de un centímetro, para los gases. A medida que aumentemos la temperatura del agua irá aumentando la del combustible desprendiendo gases. Sobre el orificio o dirigiremos la llama de un mechero. En el momento en que los gases desprendidos ardan (cual una pequeña explosión), habremos alcanzado su "punto de inflamación», cuya temperatura nos la dará el termómetro t.
👉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 combustión, pudiendo decir que, en el gas-oil, por regla general, alcanza los 200°C cuando el aire está baj o la presión de 30 kilos.
Además de todas las propiedades enunciadas anteriormente, todo combustible ha de presentarse exento de impurezas, tales como el azufre, asfaltos, arenas, etc., ya que todas ellas influyen grandemente en la buena marcha del motor, con pérdida de su rendimiento.
Con la destilación fraccionada del petróleo y cuando ya se han obtenido todos sus productos ligeros hasta llegar al gas-oil, nos queda entonces una sustancia viscosa, que sometida a un nuevo proceso de destilado entre los 250 Y 400° de temperatura, nos proporciona los aceites minerales tan necesarios para la lubricación de toda máquina. Según que estos aceites se obtengan de menor a mayor temperatura, su fluidez irá de mayor a menor, y así los tendremos en sus distintos grados de viscosidad.
👉El aceite lubricante es indispensable para el funcionamiento de cualquier clase de máquina, debido a que todas las superficies que están en contacto y sometidas a las presiones y roces del movimiento, por muy bien trabajadas que estén, aun con rectificado y pulido final, siempre presentan, unas rugosidades, imperceptibles al tacto, debidas a la constitución del material. En estas condiciones, al deslizar una pieza sobre la otra rápidamente, éstas se agarran produciendo gran cantidad de calor, consiguiendo que en pocos minutos se produzca un agarrotamiento o fundan los materiales. Manera de evitar el que esto pueda ocurrir es introduciendo entre las dos superficies de contacto una capa de aceite lubricante, el cual, al rellenar las rugosidades existentes en sus materiales, hace que las piezas se deslicen ahora sobre una superficie suave y además de facilitar su deslizamiento evita la formación del calor. Comprendida la importancia de los aceites diremos una serie de cualidades que deben reunir para poder ser aceptados.
1. Deben ser de constitución homogénea y de difícil descomposición, no debiendo tener cuerpo duro alguno, ya que esto traería consigo la destrucción del material de las superficies de contacto.
2. Estar exentos de cualquier sustancia alcalina o ácida, pues en este caso, deterioran el material corroyéndolo.
3. El aceite no debe emulsionarse (saponificarse), aunque se mezcle y agite con agua.
4. Debe tener un punto de inflamación alto a fin de evitar que por el calor que se desarrolla en los roces de las piezas en movimiento, llegue a inflamarse causando las consiguientes averías. Generalmente la temperatura de inflamabilidad debe ser superior a los 200°.
5. La viscosidad ha de ser lo suficientemente alta para que pueda adherirse a las superficies que lubrique, sin empastarlas ni poder ser despedido.
6. Hay que tener en cuenta su peso específico, ya que el aceite habrá de circular por un sistema de tuberías que forman el circuito del motor. Normalmente oscilará entre 0'87 y 0'90.
Además de los aceites minerales aquí tratados, existen también, otros de origen vegetal y animal que prácticamente carecen de Importancia, en cuanto a su aplicación a los motores se refiere.
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FUENTE:
MONOGRAFÍAS C.E.A.C "Motores Diésel Marinos"
