La química del combustible diésel

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La química del combustible diésel

• El combustible diésel es un combustible líquido que se fabrica a partir de un subproducto del petróleo. Originalmente se suponía que el combustible diesel era polvo de carbón, pero en 1895, Rudolf Diesel descubrió el uso de subproductos del petróleo como combustible líquido en los motores diesel. Un ejemplo comúnmente conocido de motores diesel sería: autobuses escolares, máquinas de construcción y autobuses públicos. También se utiliza en camiones, trenes, barcos, vehículos militares e incluso generadores. A los militares les gusta utilizar el diésel porque es menos inflamable y es menos propenso a calarse, a diferencia de los motores de gasolina. Los diésel también son más capaces de producir cifras de par más altas que los motores de gasolina.
• Elegí estudiar la química del combustible diésel porque el diésel tiene un gran impacto en Estados Unidos. Casi todos los vehículos de construcción, militares y de transporte clave funcionan con gasóleo; de hecho, cerca del 94% del transporte de mercancías depende del gasóleo. Son más eficientes en cuanto a combustible y tienen una fiabilidad insuperable. También tengo un gran interés en los diésel.
• El combustible diésel es algo que realmente está involucrado en mi vida diaria. Porque es algo en lo que tengo un profundo interés, y también poseo personalmente un diésel, por lo que estoy conduciendo un vehículo impulsado por combustible diésel todos los días. También me encanta investigar y aprender más sobre el diésel y poder trabajar en mi camión.

Composición de …

• Petróleo crudo
  • Hidrocarburos(hidrógeno y oxígeno)
    • Parafinas (aproximadamente el 75%)
      • Atomos de carbono que se enlazan, formando moléculas tipo cadena.
        • N-parafinas
        • Isoparafinas
        • Que van del C10H22 al C20H42
    • Aromáticos (aproximadamente el 25%)
      • Similares a los naftenos, se crea una estructura en forma de anillo, pero están unidos por enlaces aromáticos (dobles), en lugar de enlaces simples.
      • C10H8 – C20H34
• Azufre
• Nitrógeno

Principales productos químicos, compuestos, componentes

• Parafinas
  • Hay dos tipos de parafinas: Las parafinas N (normales) y las isoparafinas. Las parafinas N tienen átomos de carbono que forman moléculas en forma de cadena. Las isoparafinas son similares a las N-parafinas, salvo que tienen ramificaciones de carbonos de la cadena. La cera de parafina, producida comercialmente por primera vez en 1867, es conocida por su aspecto incoloro o blanco cuando es sólida; sin embargo, cuando es líquida se vuelve mayormente translúcida. Su punto de fusión oscila entre los 120 y los 150° F. Sin embargo, no hay un solo tipo de parafina, los tipos más comunes de parafinas en el combustible diesel son: decano, n-pentadecano, metiltetradecano, eicosano y metilnonadecano. Debido a que las parafinas tienen una estructura molecular recta, las parafinas son la razón principal por la que el combustible diésel comenzará a convertirse en un estado sólido, un proceso conocido como gelificación, un gran problema para los motores diésel. A 32 ° F la parafina en el combustible comenzará a enturbiar el combustible, y a 15 a 10 ° F comenzará a «gelificar» y hacer que un motor diesel no pueda funcionar. Se puede añadir queroseno al combustible de antemano, reduciendo la viscosidad del combustible y haciéndolo mucho menos propenso a la gelificación.
• Aromáticos
  • Los aromáticos crean una estructura en forma de anillo con algunos de sus átomos de carbono. Los anillos de hidrocarburos aromáticos se crean con 6 átomos de carbono. Alternan enlaces simples y dobles a lo largo de su estructura de anillo. Otro tipo de hidrocarburo aromático es el aromático policíclico. Los aromáticos policíclicos son simplemente compuestos aromáticos con dos o más anillos aromáticos. El más simple de todos los compuestos aromáticos es el benceno, con una composición química de C6H6. Su nombre se debe a que los compuestos aromáticos tienen un aroma muy fuerte. Los compuestos aromáticos se utilizan para diluir los compuestos a base de aceite o grasa, lo que explica por qué cuando se añade queroseno y otros compuestos al gasóleo se modifica su viscosidad, haciéndolo menos propenso a gelificarse. Los compuestos más comunes que se encuentran en el combustible diesel son: naftalina, tetralina, antraceno y tetradecilbenceno.

El papel de la química

Ninguno de los componentes del combustible diesel se fabrica individualmente. El gasóleo podría considerarse como algo que se produce de forma natural al ser extraído de la tierra (petróleo), pero el producto final, el gasóleo, es un producto fabricado por el hombre. El petróleo crudo que se extrae de la tierra se introduce en una torre de destilación y se calienta a más de 400ºC. Así comienza un proceso, conocido como separación, que separa los diferentes componentes que tienen diferentes temperaturas de ebullición. A medida que se asciende en la torre de destilación, la temperatura de ebullición es más fría y el proceso de refinado es más tedioso. El gasóleo se crea en el extremo inferior de la torre, luego viene el queroseno, la gasolina, el butano y el propano. Estos compuestos son recogidos por un plato de destilación, que se lleva ese compuesto y lo almacena en un depósito. La química desempeña un papel importante en este proceso, ya que los científicos necesitan conocer la composición química de cada mezcla (por ejemplo, cuántos átomos de hidrógeno y carbono hay en cada compuesto) que se está separando en cada punto de ebullición. Necesitan saber dónde colocar los platos de destilación en la torre para recoger cada compuesto de forma eficaz y eficiente.

Investigación de fondo

Las diferencias más evidentes del diésel son sus propiedades físicas. El combustible diésel se llama a veces «gasoil», por lo aceitoso que es, huele diferente, es más pesado y mucho más aceitoso, se evapora mucho más lentamente que la gasolina, y tiene un punto de fusión más alto, que oscila entre 200 y 380°C. Químicamente, el gasóleo contiene más átomos de carbono que la gasolina. La gasolina suele ser C9H20 y el gasóleo suele ser C12H23.

• ¿Cómo se fabrica?
  • El petróleo crudo se coloca en una torre de destilación y el líquido se calienta a más de 400°C.
  • Una vez que el líquido comienza a calentarse, las diferentes cadenas de átomos de hidrógeno y carbono (hidrocarburos) empiezan a separarse.
  • El gasóleo comienza a surgir entre las temperaturas de 200°C y 380°C. El gasóleo se recoge en los platos de destilación y se transporta a un tanque de almacenamiento de gasóleo.
• ¿Por qué el gasóleo?
  • El gasóleo es más barato de fabricar, ya que su proceso de refinado es menos meticuloso.
    • Sin embargo, el gasóleo es actualmente más caro debido a la demanda.
  • El combustible diésel también produce una mayor densidad energética que la gasolina.
    • 14% más de energía que la gasolina en volumen.
  • Los motores diésel, por término medio, son entre un 20 y un 30% más eficientes que los de gasolina.

Recursos

• https://www.dieselnet.com/tech/fuel_diesel.php
  • Algo de historia detrás del diésel, formas del proceso de refinado, propiedades del diésel y qué es el combustible.
• http://www.eia.gov/Energyexplained/index.cfm?page=diesel_use
  • Para qué se utiliza el gasóleo.
    • Camiones
    • Vehículos militares
    • Transporte
    • Generadores
• http://auto.howstuffworks.com/diesel3.htm
  • Propiedades del gasóleo frente a la gasolina.
    • Eficiencia
    • Propiedades físicas
    • Propiedades químicas
• http://www.kendrickoil.com/how-is-diesel-fuel-made-from-crude-oil/
  • El proceso de fabricación del gasóleo y de qué está hecho.
    • Petróleo crudo
    • Proceso de destilación
• http://www.newworldencyclopedia.org/entry/Diesel
  • Propiedades químicas y composición del gasóleo.
• https://www.chevron.com/-/media/chevron/operations/documents/diesel-fuel-tech-review.pdf
  • Propiedades químicas detalladas y composición del gasóleo.(p36)
    • Aromáticos
    • Parafinas
• https://chembloggreen1.wordpress.com/page/2/
  • Volatilidad, Viscosidad, Eficiencia del gasóleo
• https://www.britannica.com/science/paraffin-wax
  • Qué es la parafina, punto de ebullición, propiedades, cómo se fabrica.
• http://fuelandfriction.com/trucking-pro/how-prevent-diesel-fuel-gelling/
  • La gelificación del gasóleo, causas y soluciones.
• http://study.com/academy/lesson/aromatic-hydrocarbons-definition-examples-uses.html
  • Los aromáticos, qué son, cómo se usan y para qué sirven.

Acerca del autor

Russell Schiller es un estudiante de secundaria que tiene una profunda pasión por los motores diesel. También le interesa la química y desmontar cosas y aprender sobre ellas por dentro y por fuera. Él quiere seguir en el mundo del diesel, pero quiere asistir a Montana Tech para una licenciatura en materiales o ingeniería metalúrgica.