El índice de cetano ( índice de cetano ) ( CN ) es un indicador de la velocidad de combustión del combustible diésel y de la compresión necesaria para la ignición. Desempeña un papel similar en el caso del diésel al del índice de octano en el de la gasolina . El CN es un factor importante para determinar la calidad del combustible diésel, pero no el único; otras medidas de la calidad del combustible diésel incluyen (entre otras) el contenido energético, la densidad , la lubricidad, las propiedades de flujo en frío y el contenido de azufre. [1]
El número de cetano de un combustible se define encontrando una mezcla de cetano e isocetano con el mismo retardo de ignición. El número de cetano del cetano se define como 100, mientras que el número de cetano medido del isocetano es 15, reemplazando al antiguo combustible de referencia alfa-metilnaftaleno , al que se le asignó un número de cetano de 0. Una vez que se conoce la mezcla, el número de cetano se calcula como un promedio ponderado por volumen, redondeado al número entero más cercano, del 100 del cetano y el 15 del isocetano. [2]
El número de cetano es una función inversa del retardo de ignición de un combustible, el período de tiempo entre el inicio de la ignición y el primer aumento de presión identificable durante la combustión del combustible. En un motor diésel en particular, los combustibles con un índice de cetano más alto tendrán períodos de retardo de ignición más cortos que los combustibles con un índice de cetano más bajo. Los números de cetano solo se utilizan para los combustibles diésel destilados relativamente ligeros. Para el combustible pesado (residual) se utilizan otras dos escalas, CCAI y CII .
En general, los motores diésel funcionan bien con un índice de cetano de 48 a 50. Los combustibles con un índice de cetano más bajo tienen demoras de encendido más largas, lo que requiere más tiempo para que se complete el proceso de combustión del combustible. Por lo tanto, los motores diésel de mayor velocidad funcionan de manera más efectiva con combustibles con índices de cetano más altos.
En Europa, el índice de cetano del diésel se fijó en un mínimo de 38 en 1994 y en 40 en 2000. El estándar para el diésel vendido en la Unión Europea , Islandia , Noruega y Suiza está definido por la norma EN 590. Desde el 1 de enero de 2001, la EN 590 exige un índice de cetano mínimo de 46 y un índice de cetano mínimo de 51. El combustible diésel premium puede tener un índice de cetano de hasta 60. [3]
En Finlandia, los combustibles diésel premium vendidos por las cadenas de estaciones de servicio St1 (Diesel Plus), Shell (que contiene GTL) y ABC (Smart Diesel) tienen un número de cetano mínimo de 60, siendo el valor típico 63. [4] [5] [6] El diésel renovable Neste MY vendido en Finlandia tiene un número de cetano mínimo de 70. [7]
En América del Norte, la mayoría de los estados adoptan la norma ASTM D975 como su estándar de combustible diésel y el número de cetano mínimo se establece en 40, con valores típicos en el rango de 42 a 45. El combustible diésel premium puede tener o no un número de cetano más alto según el proveedor. El diésel premium a menudo usa aditivos para mejorar el CN y la lubricidad , detergentes para limpiar los inyectores de combustible y minimizar los depósitos de carbón , dispersantes de agua y otros aditivos según las necesidades geográficas y estacionales. [ cita requerida ] . El combustible diésel de California tiene un cetano mínimo de 53. [8] Bajo el programa Texas Low Emission Diesel (TxLED) hay 110 condados donde el combustible diésel debe tener un número de cetano de 48 o más, o bien debe usar una formulación alternativa aprobada o cumplir con los límites alternativos designados. [9]
El diésel renovable Neste MY que se vende en América del Norte tiene un índice de cetano de 70+. [10]
Los nitratos de alquilo (principalmente nitrato de 2-etilhexilo [11] ) y peróxido de di- terc -butilo se utilizan como aditivos para aumentar el número de cetano.
Se ha registrado que el biodiesel de fuentes de aceite vegetal tiene un rango de número de cetano de 46 a 52, y los números de cetano de los biodiesels basados en grasa animal varían de 56 a 60. [12] El éter dimetílico es un combustible diésel potencial ya que tiene un alto índice de cetano (55-60) y se puede producir como biocombustible . [13] La mayoría de los éteres simples, incluidos los líquidos, como el éter dietílico , se pueden usar como combustibles diésel, aunque la lubricidad puede ser motivo de preocupación.
El cetano es un hidrocarburo con fórmulas químicas C 16 H 34 y específicamente la fórmula estructural CH 3 (CH 2 ) 14 CH 3 . También llamado n-hexadecano, es un alcano saturado no ramificado . El cetano se enciende con un breve retraso bajo compresión y se le asigna un número de cetano de 100. Al alfa-metilnaftaleno , que tiene un largo período de retraso, se le asignó un número de cetano de 0, pero ha sido reemplazado como combustible de referencia por el 2,3,4,5,6,7,8-heptametilnonano , al que se le asigna un número de cetano de 15. [2] Todos los demás hidrocarburos en el combustible diésel están indexados al cetano en cuanto a la rapidez con la que se encienden bajo compresión, es decir, las condiciones del motor diésel . Dado que cientos de componentes comprenden el combustible diésel, el número de cetano general de ese combustible es la calidad de cetano promedio de todos los componentes. Los componentes de alto cetano tienen una influencia desproporcionada, de ahí el uso de aditivos de alto cetano.
Los números de cetano son bastante difíciles de medir con precisión, ya que requieren un motor diésel especial llamado motor Cooperative Fuel Research (CFR). En condiciones de prueba estándar, el operador del motor CFR utiliza un volante manual para aumentar la relación de compresión (y, por lo tanto, la presión máxima dentro del cilindro) del motor hasta que el tiempo entre la inyección de combustible y el encendido sea de 2,407 ms. El número de cetano resultante se calcula determinando qué mezcla de cetano ( hexadecano ) e isocetano (2,2,4,4,6,8,8-heptametilnonano) dará como resultado el mismo retraso en el encendido.
Otro método fiable para medir el número de cetano derivado (DCN) del combustible diésel es el comprobador de calidad de encendido (IQT). Este instrumento aplica un enfoque más simple y robusto a la medición del CN que el CFR. El combustible se inyecta en una cámara de combustión de volumen constante a aproximadamente 575 °C y 310 psi (21 bar). El tiempo entre el inicio de la inyección y la recuperación de la presión de la cámara de combustión a 310 psi (21 bar) se define como el retraso de encendido. Este retraso de encendido medido se utiliza luego para calcular el DCN del combustible. El DCN del combustible se calcula luego utilizando una relación inversa empírica con el retraso de encendido. Debido a la reproducibilidad, el costo del material y la velocidad del IQT, esta ha sido la fuente definitiva para las mediciones de DCN de los combustibles desde fines de la década de 2000. [14] [15] [16]
Otro método fiable para medir el número de cetano derivado del combustible diésel es el comprobador de ignición de combustible (FIT). Este instrumento aplica un enfoque más simple y robusto a la medición del CN que el CFR. El combustible se inyecta en una cámara de combustión de volumen constante en la que la temperatura ambiente es de aproximadamente 575 °C. El combustible se quema y la alta tasa de cambio de presión dentro de la cámara define el inicio de la combustión. El retraso de ignición del combustible se puede calcular entonces como el tiempo transcurrido entre el inicio de la inyección de combustible y el inicio de la combustión. El número de cetano derivado del combustible se puede calcular entonces utilizando una relación inversa empírica con el retraso de ignición.
Otra estadística que utilizan los usuarios de combustible para controlar la calidad es el índice de cetano (CI), que es un número calculado en función de la densidad y un rango de destilación del combustible. Existen varias versiones de este método, dependiendo de si se utilizan unidades métricas o imperiales y del número de puntos de destilación que se utilicen. En la actualidad, la mayoría de las compañías petroleras utilizan el "método de 4 puntos", ASTM D4737, basado en la densidad y las temperaturas de recuperación del 10 %, 50 % y 90 %. El "método de 2 puntos" se define en ASTM D976 y utiliza solo la densidad y la temperatura de recuperación del 50 %. Este método de 2 puntos tiende a sobrestimar el índice de cetano y no se recomienda. Los cálculos del índice de cetano no tienen en cuenta los aditivos mejoradores de cetano y, por lo tanto, no miden el número de cetano total de los combustibles diésel aditivados. El funcionamiento del motor diésel está relacionado principalmente con el número de cetano real, y el índice de cetano es simplemente una estimación del número de cetano base (sin aditivar) [ aclaración necesaria ] .
Los estándares de la industria para medir el número de cetano son ASTM D613 (ISO 5165) para el motor CFR, D6890 para el IQT y D7170 para el FIT.
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