La gasolina ( en inglés norteamericano ) o petrol ( en inglés de la Commonwealth ) es un producto petroquímico caracterizado por ser un líquido transparente, amarillento e inflamable que normalmente se utiliza como combustible para motores de combustión interna de encendido por chispa . Cuando se formula como combustible para motores , la gasolina está compuesta químicamente por compuestos orgánicos derivados de la destilación fraccionada del petróleo y posteriormente mejorada químicamente con aditivos para gasolina . Es un producto rentable de alto volumen producido en refinerías de petróleo crudo. [1]
Las características de combustible de una mezcla de gasolina en particular, que resistirá la ignición demasiado pronto, se miden como el índice de octano de la mezcla de combustible. Las mezclas de gasolina con índices de octano estables se producen en varios grados de combustible para diferentes tipos de motores. Un combustible con índice de octano bajo puede causar detonaciones en el motor y una menor eficiencia en los motores alternativos . El plomo tetraetílico y otros compuestos de plomo alguna vez se usaron ampliamente como aditivos para aumentar el índice de octano, pero no se usan en la gasolina automotriz moderna debido al riesgo extremo para la salud , excepto en la aviación, los vehículos de motor todoterreno y los motores de los autos de carrera . [2] [3]
La gasolina puede liberarse al medio ambiente de la Tierra como combustible líquido no quemado, como líquido inflamable o como vapor a través de fugas que ocurren durante su producción, manipulación, transporte y entrega. [4] La gasolina contiene carcinógenos conocidos , [5] [6] [7] y los gases de escape de gasolina son un riesgo para la salud. [8] La gasolina se usa a menudo como inhalante recreativo y puede ser dañina o fatal cuando se usa de esa manera. [9] Cuando se quema, un litro (0,26 galones estadounidenses) de gasolina emite alrededor de 2,3 kilogramos (5,1 libras) de CO 2 , un gas de efecto invernadero , que contribuye al cambio climático causado por el hombre . [10] [11] Los productos derivados del petróleo, incluida la gasolina, fueron responsables de aproximadamente el 32% de las emisiones de CO 2 en todo el mundo en 2021. [12]
En promedio, las refinerías de petróleo de los Estados Unidos producen alrededor de 19 a 20 galones de gasolina, 11 a 13 galones de combustible diésel destilado y 3 a 4 galones de combustible para aviones por cada barril de 42 galones (152 litros) de petróleo crudo. La proporción del producto depende del procesamiento en una refinería de petróleo y del análisis del petróleo crudo . [13]
La palabra inglesa gasoline (gasolina) denota combustible para automóviles , que el uso común acortó a los términos gas , o raramente motor gas y mogas , diferenciándola así de avgas (gasolina de aviación), que es combustible para aviones. Los diccionarios ingleses, incluido el Oxford English Dictionary , muestran que el término gasoline se origina de gas más los sufijos químicos -ole e -ine . [15] [16] [17] Sin embargo, una publicación de blog en el extinto sitio web Oxford Dictionaries propone alternativamente que la palabra puede haberse originado del apellido del empresario británico John Cassell , quien supuestamente comercializó por primera vez la sustancia. [a]
En lugar de la palabra gasolina , la mayoría de los países de la Commonwealth (excepto Canadá) utilizan el término "petrol", y los norteamericanos utilizan con más frecuencia "gas" en el lenguaje común, de ahí la prevalencia del uso de gasolinera en los Estados Unidos. [18]
Acuñado del latín medieval , la palabra petróleo (L. petra , roca + oleum , aceite) inicialmente denotaba tipos de aceite mineral derivados de rocas y piedras. [19] [20] En Gran Bretaña, Petrol era un producto de aceite mineral refinado comercializado como solvente desde la década de 1870 por el mayorista británico Carless Refining and Marketing Ltd. [ 21] Cuando Petrol encontró un uso posterior como combustible para motores, Frederick Simms , un socio de Gottlieb Daimler , sugirió a John Leonard, propietario de Carless, que registraran la palabra y la ortografía en mayúsculas Petrol . [22] La solicitud de marca fue rechazada porque petrol ya se había convertido en un término general establecido para el combustible para motores. [23] Debido a la antigüedad de la empresa, [ cita requerida ] Carless conservó los derechos legales del término y de la ortografía en mayúsculas de "Petrol" como nombre de un producto petroquímico. [24]
Las refinerías británicas usaban originalmente "motor spirit" como nombre genérico para el combustible automotriz y "aviation spirit" para la gasolina de aviación . Cuando a Carless se le negó una marca registrada para "petrol" en la década de 1930, sus competidores cambiaron al nombre más popular "petrol". Sin embargo, "motor spirit" ya se había abierto camino en las leyes y regulaciones, por lo que el término sigue utilizándose como nombre formal para la gasolina. [25] [26] El término se usa más ampliamente en Nigeria, donde las compañías petroleras más grandes llaman a su producto "premium motor spirit". [27] Aunque "petrol" se ha abierto camino en el inglés nigeriano, "premium motor spirit" sigue siendo el nombre formal que se usa en publicaciones científicas, informes gubernamentales y periódicos. [28]
En otros idiomas se utilizan variantes de gasolina . En español y portugués se utiliza gasolina , y en japonés se utiliza gasorin . En otros idiomas, el nombre del producto se deriva del compuesto hidrocarburo benceno , o más precisamente de la clase de productos llamados bencina de petróleo , como benzin en alemán o benzina en italiano; pero en Argentina, Uruguay y Paraguay, el nombre coloquial nafta se deriva del de la sustancia química nafta . [29]
Algunos idiomas, como el francés y el italiano, utilizan las palabras respectivas para gasolina para indicar en cambio el combustible diésel . [30]
Los primeros motores de combustión interna adecuados para su uso en aplicaciones de transporte, los llamados motores Otto , se desarrollaron en Alemania durante el último cuarto del siglo XIX. El combustible para estos primeros motores era un hidrocarburo relativamente volátil obtenido a partir del gas de hulla . Con un punto de ebullición cercano a los 85 °C (185 °F) ( el n -octano hierve a 125,62 °C (258,12 °F) [31] ), era muy adecuado para los primeros carburadores (evaporadores). El desarrollo de un carburador de "boquilla rociadora" permitió el uso de combustibles menos volátiles. Se intentaron más mejoras en la eficiencia del motor con relaciones de compresión más altas , pero los primeros intentos se vieron bloqueados por la explosión prematura del combustible, conocida como detonación .
En 1891, el proceso de craqueo de Shukhov se convirtió en el primer método comercial del mundo para descomponer los hidrocarburos más pesados del petróleo crudo y aumentar el porcentaje de productos más ligeros en comparación con la destilación simple.
La evolución de la gasolina siguió la evolución del petróleo como fuente dominante de energía en el mundo industrializado. Antes de la Primera Guerra Mundial, Gran Bretaña era la mayor potencia industrial del mundo y dependía de su marina para proteger el envío de materias primas desde sus colonias. Alemania también se estaba industrializando y, al igual que Gran Bretaña, carecía de muchos recursos naturales que debían ser enviados a su país de origen. En la década de 1890, Alemania comenzó a seguir una política de prominencia global y comenzó a construir una marina para competir con la británica. El carbón era el combustible que impulsaba sus marinas. Aunque tanto Gran Bretaña como Alemania tenían reservas naturales de carbón, los nuevos avances en el petróleo como combustible para barcos cambiaron la situación. Los barcos propulsados por carbón eran una debilidad táctica porque el proceso de carga de carbón era extremadamente lento y sucio y dejaba al barco completamente vulnerable a los ataques, y los suministros poco fiables de carbón en los puertos internacionales hacían imprácticos los viajes de larga distancia. Las ventajas del petróleo pronto hicieron que las marinas del mundo se convirtieran al petróleo, pero Gran Bretaña y Alemania tenían muy pocas reservas nacionales de petróleo. [32] Gran Bretaña finalmente resolvió su dependencia petrolera naval obteniendo petróleo de Royal Dutch Shell y la Anglo-Persian Oil Company y esto determinó de dónde y con qué calidad vendría su gasolina.
Durante el período inicial del desarrollo de los motores de gasolina, las aeronaves se vieron obligadas a utilizar gasolina para vehículos de motor, ya que la gasolina de aviación aún no existía. Estos primeros combustibles se denominaron gasolinas de "destilación directa" y eran subproductos de la destilación de un solo petróleo crudo para producir queroseno , que era el producto principal buscado para quemar en lámparas de queroseno . La producción de gasolina no superaría la producción de queroseno hasta 1916. Las primeras gasolinas de destilación directa fueron el resultado de la destilación de petróleos crudos orientales y no hubo mezcla de destilados de diferentes crudos. La composición de estos primeros combustibles era desconocida y la calidad variaba mucho, ya que los petróleos crudos de diferentes campos petrolíferos surgían en diferentes mezclas de hidrocarburos en diferentes proporciones. Los efectos del motor producidos por la combustión anormal ( detonación del motor y preignición ) debido a combustibles inferiores aún no se habían identificado y, como resultado, no había una clasificación de la gasolina en términos de su resistencia a la combustión anormal. La especificación general con la que se medían las primeras gasolinas era la gravedad específica a través de la escala Baumé y, más tarde, la volatilidad (tendencia a vaporizarse) especificada en términos de puntos de ebullición, que se convirtieron en los principales objetivos de los productores de gasolina. Estas primeras gasolinas de petróleo crudo del este tenían resultados de prueba Baumé relativamente altos (de 65 a 80 grados Baumé) y se denominaban gasolinas "de prueba alta de Pensilvania" o simplemente "de prueba alta". Se utilizaban a menudo en motores de aviones.
En 1910, el aumento de la producción de automóviles y el consiguiente aumento del consumo de gasolina produjeron una mayor demanda de gasolina. Además, la creciente electrificación de la iluminación produjo una caída de la demanda de queroseno, lo que creó un problema de suministro. Parecía que la floreciente industria petrolera se vería atrapada en una sobreproducción de queroseno y una subproducción de gasolina, ya que la simple destilación no podía alterar la proporción de los dos productos de un crudo determinado. La solución apareció en 1911, cuando el desarrollo del proceso Burton permitió el craqueo térmico de los petróleos crudos, lo que aumentó el rendimiento porcentual de la gasolina a partir de los hidrocarburos más pesados. Esto se combinó con la expansión de los mercados extranjeros para la exportación del excedente de queroseno que los mercados nacionales ya no necesitaban. Se creía que estas nuevas gasolinas "craqueadas térmicamente" no tenían efectos nocivos y se añadirían a las gasolinas de destilación directa. También existía la práctica de mezclar destilados pesados y ligeros para lograr la lectura Baumé deseada y, en conjunto, se las denominaba gasolinas "mezcladas". [33]
Poco a poco, la volatilidad fue ganando terreno frente a la prueba de Baumé, aunque ambas siguieron utilizándose en combinación para especificar una gasolina. En junio de 1917, la Standard Oil (la mayor refinería de petróleo crudo de los Estados Unidos en ese momento) afirmó que la propiedad más importante de una gasolina era su volatilidad. [34] Se estima que el equivalente de clasificación de estas gasolinas de destilación directa variaba de 40 a 60 octanos y que la "prueba alta", a veces denominada "calidad de combate", probablemente tenía un promedio de 50 a 65 octanos. [35]
Antes de la entrada de Estados Unidos en la Primera Guerra Mundial , los aliados europeos utilizaban combustibles derivados de petróleos crudos de Borneo , Java y Sumatra , que ofrecían un rendimiento satisfactorio en sus aviones militares. Cuando Estados Unidos entró en la guerra en abril de 1917, se convirtió en el principal proveedor de gasolina de aviación de los aliados y se observó una disminución en el rendimiento del motor. [36] Pronto se comprendió que los combustibles para vehículos de motor no eran satisfactorios para la aviación y, tras la pérdida de varios aviones de combate, la atención se centró en la calidad de las gasolinas que se utilizaban. Las pruebas de vuelo posteriores realizadas en 1937 mostraron que una reducción de octano de 13 puntos (de 100 a 87 octanos) reducía el rendimiento del motor en un 20 por ciento y aumentaba la distancia de despegue en un 45 por ciento. [37] Si se produjera una combustión anormal, el motor podría perder suficiente potencia para hacer imposible el despegue y el despegue se convertía en una amenaza para el piloto y el avión.
El 2 de agosto de 1917, la Oficina de Minas de los Estados Unidos organizó un estudio de los combustibles para aeronaves en cooperación con la Sección de Aviación del Cuerpo de Señales del Ejército de los Estados Unidos y un estudio general concluyó que no existían datos fiables sobre los combustibles adecuados para aeronaves. Como resultado, comenzaron las pruebas de vuelo en los campos de Langley, McCook y Wright para determinar el rendimiento de las distintas gasolinas en diferentes condiciones. Estas pruebas demostraron que en ciertas aeronaves, las gasolinas para vehículos de motor funcionaban tan bien como las de "prueba alta", pero en otros tipos daban lugar a motores con un funcionamiento a altas temperaturas. También se descubrió que las gasolinas a partir de crudos de base aromática y nafténica de California, el sur de Texas y Venezuela daban lugar a motores con un funcionamiento suave. Estas pruebas dieron lugar a las primeras especificaciones gubernamentales para las gasolinas de motor (las gasolinas de aviación utilizaban las mismas especificaciones que las gasolinas de motor) a finales de 1917. [38]
Los diseñadores de motores sabían que, según el ciclo Otto , la potencia y la eficiencia aumentaban con la relación de compresión, pero la experiencia con las primeras gasolinas durante la Primera Guerra Mundial mostró que las relaciones de compresión más altas aumentaban el riesgo de combustión anormal, produciendo menor potencia, menor eficiencia, motores que funcionaban a altas temperaturas y daños potencialmente graves en el motor. Para compensar estos combustibles pobres, los primeros motores usaban relaciones de compresión bajas, lo que requería motores relativamente grandes y pesados con potencia y eficiencia limitadas. El primer motor de gasolina de los hermanos Wright usaba una relación de compresión tan baja como 4,7 a 1, desarrollaba solo 8,9 kilovatios (12 hp) a partir de 3290 centímetros cúbicos (201 pulgadas cúbicas) y pesaba 82 kilogramos (180 libras). [39] [40] Esta fue una de las principales preocupaciones de los diseñadores de aeronaves y las necesidades de la industria de la aviación provocaron la búsqueda de combustibles que pudieran usarse en motores de mayor compresión.
Entre 1917 y 1919, la cantidad de gasolina craqueada térmicamente utilizada casi se duplicó. Además, el uso de gasolina natural aumentó considerablemente. Durante este período, muchos estados de EE. UU. establecieron especificaciones para la gasolina de motor, pero ninguno de ellos se puso de acuerdo y eran insatisfactorias desde un punto de vista u otro. Las refinerías de petróleo más grandes comenzaron a especificar el porcentaje de material insaturado (los productos craqueados térmicamente causaban engomado tanto en el uso como en el almacenamiento, mientras que los hidrocarburos insaturados son más reactivos y tienden a combinarse con impurezas que provocan engomado). En 1922, el gobierno de EE. UU. publicó las primeras especificaciones para las gasolinas de aviación (dos grados se designaron como "de combate" y "doméstico" y se regían por los puntos de ebullición, el color, el contenido de azufre y una prueba de formación de goma) junto con un grado "de motor" para automóviles. La prueba de la goma eliminó esencialmente la gasolina craqueada térmicamente del uso en aviación y, por lo tanto, las gasolinas de aviación volvieron a fraccionar naftas de destilación directa o mezclar naftas craqueadas térmicamente de destilación directa y altamente tratadas. Esta situación persistió hasta 1929. [41]
La industria automovilística reaccionó con alarma ante el aumento de la gasolina craqueada térmicamente. El craqueo térmico producía grandes cantidades de mono y diolefinas (hidrocarburos insaturados), lo que aumentaba el riesgo de formación de goma. [42] Además, la volatilidad estaba disminuyendo hasta el punto de que el combustible no se vaporizaba y se pegaba a las bujías y las ensuciaba, lo que provocaba un arranque difícil y un funcionamiento irregular en invierno y se pegaba a las paredes de los cilindros, sin pasar por los pistones y los aros, y pasaba al aceite del cárter. [43] Una publicación afirmó: "en un motor de varios cilindros en un coche de alto precio estamos diluyendo el aceite del cárter hasta en un 40 por ciento en un recorrido de 200 millas [320 km], como lo demuestra el análisis del aceite en el cárter". [44]
Los fabricantes de automóviles, muy descontentos con la consiguiente reducción de la calidad general de la gasolina, sugirieron imponer un estándar de calidad a los proveedores de petróleo. La industria petrolera, a su vez, acusó a los fabricantes de automóviles de no hacer lo suficiente para mejorar la economía de los vehículos, y la disputa se conoció dentro de las dos industrias como "el problema del combustible". La animosidad creció entre las industrias, cada una acusando a la otra de no hacer nada para resolver las cuestiones, y su relación se deterioró. La situación solo se resolvió cuando el Instituto Americano del Petróleo (API) inició una conferencia para abordar el problema del combustible y se estableció un comité de investigación cooperativa sobre combustibles (CFR) en 1920, para supervisar los programas de investigación y las soluciones conjuntas. Además de los representantes de las dos industrias, la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE) también jugó un papel fundamental, y la Oficina de Normas de los Estados Unidos fue elegida como una organización de investigación imparcial para llevar a cabo muchos de los estudios. Inicialmente, todos los programas estaban relacionados con la volatilidad y el consumo de combustible, la facilidad de arranque, la dilución del aceite del cárter y la aceleración. [45]
Con el aumento del uso de gasolinas craqueadas térmicamente surgió una mayor preocupación por sus efectos sobre la combustión anormal, y esto llevó a la investigación de aditivos antidetonantes. A fines de la década de 1910, investigadores como AH Gibson, Harry Ricardo , Thomas Midgley Jr. y Thomas Boyd comenzaron a investigar la combustión anormal. A principios de 1916, Charles F. Kettering de General Motors comenzó a investigar aditivos basados en dos caminos, la solución de "alto porcentaje" (donde se añadían grandes cantidades de etanol ) y la solución de "bajo porcentaje" (donde solo se necesitaban 0,53-1,1 g/L o 0,071-0,147 oz/gal estadounidense). La solución de "bajo porcentaje" finalmente condujo al descubrimiento del tetraetilo de plomo (TEL) en diciembre de 1921, un producto de la investigación de Midgley y Boyd y el componente definitorio de la gasolina con plomo. Esta innovación dio inicio a un ciclo de mejoras en la eficiencia del combustible que coincidió con el desarrollo a gran escala de la refinación del petróleo para proporcionar más productos en el rango de ebullición de la gasolina. El etanol no se podía patentar, pero el TEL sí, por lo que Kettering obtuvo una patente para el TEL y comenzó a promocionarlo en lugar de otras opciones.
Los peligros de los compuestos que contenían plomo ya estaban bien establecidos para entonces y Kettering fue advertido directamente por Robert Wilson del MIT, Reid Hunt de Harvard, Yandell Henderson de Yale y Erik Krause de la Universidad de Potsdam en Alemania sobre su uso. Krause había trabajado con tetraetilo de plomo durante muchos años y lo llamó "un veneno rastrero y malicioso" que había matado a un miembro de su comité de disertación. [46] [47] El 27 de octubre de 1924, artículos de periódicos de todo el país hablaron de los trabajadores de la refinería Standard Oil cerca de Elizabeth , Nueva Jersey, que estaban produciendo TEL y sufrían de envenenamiento por plomo . Para el 30 de octubre, el número de muertos había llegado a cinco. [47] En noviembre, la Comisión Laboral de Nueva Jersey cerró la refinería de Bayway y se inició una investigación del gran jurado que no había dado lugar a cargos en febrero de 1925. Las ventas de gasolina con plomo fueron prohibidas en la ciudad de Nueva York, Filadelfia y Nueva Jersey. General Motors , DuPont y Standard Oil, que eran socios de Ethyl Corporation , la empresa creada para producir TEL, comenzaron a argumentar que no existían alternativas a la gasolina con plomo que mantuvieran la eficiencia del combustible y al mismo tiempo evitaran el golpeteo del motor. Después de que varios estudios defectuosos financiados por la industria informaran que la gasolina tratada con TEL no era un problema de salud pública, la controversia se calmó. [47]
En los cinco años anteriores a 1929, se llevó a cabo una gran cantidad de experimentos sobre diferentes métodos de prueba para determinar la resistencia del combustible a la combustión anormal. Parecía que el golpeteo del motor dependía de una amplia variedad de parámetros, incluidos la compresión, el tiempo de encendido, la temperatura del cilindro, los motores refrigerados por aire o por agua, las formas de la cámara, las temperaturas de admisión, las mezclas pobres o ricas y otros. Esto condujo a una variedad confusa de motores de prueba que dieron resultados contradictorios, y no existía una escala de clasificación estándar. En 1929, la mayoría de los fabricantes y usuarios de gasolina de aviación reconocieron que algún tipo de clasificación antidetonante debía incluirse en las especificaciones gubernamentales. En 1929, se adoptó la escala de clasificación de octanos y, en 1930, se estableció la primera especificación de octanos para combustibles de aviación. En el mismo año, la Fuerza Aérea del Ejército de los EE. UU. especificó combustibles clasificados en 87 octanos para sus aviones como resultado de los estudios que había realizado. [48]
Durante este período, la investigación mostró que la estructura de los hidrocarburos era extremadamente importante para las propiedades antidetonantes del combustible. Las parafinas de cadena lineal en el rango de ebullición de la gasolina tenían bajas cualidades antidetonantes, mientras que las moléculas en forma de anillo, como los hidrocarburos aromáticos (por ejemplo, el benceno ), tenían una mayor resistencia al detonante. [49] Este desarrollo condujo a la búsqueda de procesos que produjeran más de estos compuestos a partir de petróleo crudo que los logrados con la destilación directa o el craqueo térmico. La investigación de las principales refinerías condujo al desarrollo de procesos que involucraban la isomerización de butano barato y abundante a isobutano , y la alquilación para unir isobutano y butilenos para formar isómeros de octano como el " isooctano ", que se convirtió en un componente importante en la mezcla de combustible de aviación. Para complicar aún más la situación, a medida que aumentaba el rendimiento del motor, también aumentaba la altitud que podían alcanzar los aviones, lo que generó preocupaciones sobre la congelación del combustible. La disminución media de la temperatura es de 3,6 °F (2,0 °C) por cada 300 metros (1000 pies) de aumento de altitud, y a 12 000 metros (40 000 pies), la temperatura puede acercarse a los -57 °C (-70 °F). Los aditivos como el benceno, con un punto de congelación de 6 °C (42 °F), se congelarían en la gasolina y obstruirían las líneas de combustible. Los aromáticos sustituidos como el tolueno , el xileno y el cumeno , combinados con benceno limitado, resolvieron el problema. [50]
En 1935, había siete grados diferentes de combustible para aviación basados en el índice de octano: dos grados para el ejército, cuatro grados para la marina y tres grados comerciales, incluida la introducción de la gasolina de aviación de 100 octanos. En 1937, el ejército estableció el de 100 octanos como combustible estándar para aviones de combate y, para aumentar la confusión, el gobierno reconoció 14 grados diferentes, además de otros 11 en países extranjeros. Como algunas empresas tenían que almacenar 14 grados de combustible para aviación, ninguno de los cuales podía intercambiarse, el efecto sobre las refinerías fue negativo. La industria de refinación no podía concentrarse en procesos de conversión de gran capacidad para tantos grados diferentes y se tuvo que encontrar una solución. En 1941, principalmente gracias a los esfuerzos del Comité Cooperativo de Investigación de Combustibles, el número de grados de combustibles para aviación se redujo a tres: 73, 91 y 100 octanos. [51]
El desarrollo de la gasolina de aviación de 100 octanos a escala económica se debió en parte a Jimmy Doolittle , que se había convertido en director de aviación de Shell Oil Company. Convenció a Shell de invertir en capacidad de refinación para producir gasolina de 100 octanos a una escala que nadie necesitaba, ya que no existía ningún avión que requiriera un combustible que nadie fabricaba. Algunos compañeros de trabajo llamarían a su esfuerzo "el error del millón de dólares de Doolittle", pero el tiempo le daría la razón. Antes de esto, el Ejército había considerado la posibilidad de realizar pruebas de 100 octanos utilizando octano puro, pero a 6,6 dólares por litro (25 dólares por galón estadounidense), el precio impidió que esto sucediera. En 1929, las compañías Standard Oil de California, Indiana y Nueva Jersey organizaron la Stanavo Specification Board Inc. para mejorar los combustibles y aceites de aviación y en 1935 habían colocado su primer combustible de 100 octanos en el mercado, Stanavo Ethyl Gasoline 100. Fue utilizado por el Ejército, los fabricantes de motores y las aerolíneas para pruebas y para carreras aéreas y vuelos récord. [52] En 1936, las pruebas en Wright Field utilizando las nuevas alternativas más baratas al octano puro demostraron el valor del combustible de 100 octanos, y tanto Shell como Standard Oil ganarían el contrato para suministrar cantidades de prueba para el Ejército. En 1938, el precio había bajado a $ 0,046 por litro ($ 0,175 / galón estadounidense), solo $ 0,0066 ($ 0,025) más que el combustible de 87 octanos. Al final de la Segunda Guerra Mundial, el precio bajaría a $ 0,042 por litro ($ 0,16 / galón estadounidense). [53]
En 1937, Eugene Houdry desarrolló el proceso Houdry de craqueo catalítico , que produjo una base de gasolina de alto octanaje que era superior al producto craqueado térmicamente, ya que no contenía la alta concentración de olefinas. [33] En 1940, solo había 14 unidades Houdry en funcionamiento en los EE. UU.; en 1943, esta cifra había aumentado a 77, ya sea del proceso Houdry o del tipo Thermofor Catalytic o Fluid Catalyst. [54]
La búsqueda de combustibles con índices de octano superiores a 100 condujo a la ampliación de la escala mediante la comparación de la potencia de salida. Un combustible designado como grado 130 produciría un 130 por ciento de la potencia en un motor que funcionaría con isooctano puro. Durante la Segunda Guerra Mundial, los combustibles con índices de octano superiores a 100 recibieron dos índices, uno rico y otro pobre, y estos se denominarían "números de rendimiento" (PN). La gasolina de aviación de 100 octanos se denominaría grado 130/100. [55]
El petróleo y sus derivados, especialmente la gasolina de aviación de alto octanaje, resultarían ser una preocupación fundamental para la forma en que Alemania condujo la guerra. Como resultado de las lecciones de la Primera Guerra Mundial, Alemania había almacenado petróleo y gasolina para su ofensiva relámpago y se había anexionado Austria, agregando 18.000 barriles (2.900 m3 ; 100.000 pies cúbicos) por día de producción de petróleo, pero esto no fue suficiente para sostener la conquista planificada de Europa. Debido a que los suministros y los campos petrolíferos capturados serían necesarios para alimentar la campaña, el alto mando alemán creó un escuadrón especial de expertos en yacimientos petrolíferos extraídos de las filas de las industrias petroleras nacionales. Fueron enviados para apagar incendios en los yacimientos petrolíferos y restablecer la producción lo antes posible. Pero la captura de yacimientos petrolíferos siguió siendo un obstáculo durante toda la guerra. Durante la invasión de Polonia , las estimaciones alemanas del consumo de gasolina resultaron ser demasiado bajas. Heinz Guderian y sus divisiones Panzer consumieron casi 2,4 litros por kilómetro (1 galón estadounidense/mi) de gasolina en el camino a Viena . Cuando estaban involucrados en combate en campo abierto, el consumo de gasolina casi se duplicó. En el segundo día de batalla, una unidad del XIX Cuerpo se vio obligada a detenerse cuando se quedó sin gasolina. [56] Uno de los principales objetivos de la invasión polaca eran sus campos petrolíferos, pero los soviéticos invadieron y capturaron el 70 por ciento de la producción polaca antes de que los alemanes pudieran alcanzarla. A través del Acuerdo Comercial Alemán-Soviético (1940) , Stalin acordó en términos vagos suministrar a Alemania petróleo adicional igual al producido por los yacimientos petrolíferos polacos ahora ocupados por los soviéticos en Drohobych y Boryslav a cambio de carbón duro y tuberías de acero.
Incluso después de que los nazis conquistaran los vastos territorios de Europa, esto no ayudó a resolver la escasez de gasolina. Esta área nunca había sido autosuficiente en petróleo antes de la guerra. En 1938, el área que sería ocupada por los nazis produjo 575.000 barriles (91.400 m3 ; 3.230.000 pies cúbicos) por día. En 1940, la producción total bajo control alemán ascendió a solo 234.550 barriles (37.290 m3 ; 1.316.900 pies cúbicos). [57] A principios de 1941 y el agotamiento de las reservas alemanas de gasolina, Adolf Hitler vio la invasión de Rusia para apoderarse de los campos petrolíferos polacos y del petróleo ruso en el Cáucaso como la solución a la escasez de gasolina alemana. Ya en julio de 1941, tras el inicio de la Operación Barbarroja el 22 de junio , algunos escuadrones de la Luftwaffe se vieron obligados a reducir las misiones de apoyo terrestre debido a la escasez de gasolina de aviación. El 9 de octubre, el intendente general alemán estimó que los vehículos del ejército tenían 24.000 barriles (3.800 m3 ; 130.000 pies cúbicos) menos de lo que necesitaban de gasolina. [58] [ Se necesita una aclaración (¿durante qué período de tiempo?) ]
Prácticamente toda la gasolina de aviación de Alemania procedía de plantas de aceite sintético que hidrogenaban carbón y alquitrán de hulla. Estos procesos se habían desarrollado durante la década de 1930 como un esfuerzo por lograr la independencia energética. En Alemania se producían en gran volumen dos tipos de gasolina de aviación, la B-4 o azul y la C-3 o verde, que representaban aproximadamente dos tercios de toda la producción. La B-4 equivalía a 89 octanos y la C-3 era aproximadamente igual a la estadounidense de 100 octanos, aunque la mezcla pobre tenía alrededor de 95 octanos y era más pobre que la versión estadounidense. La producción máxima alcanzada en 1943 alcanzó los 52.200 barriles (8.300 m3 ; 293.000 pies cúbicos) al día antes de que los Aliados decidieran atacar las plantas de combustible sintético. A través de los aviones enemigos capturados y del análisis de la gasolina encontrada en ellos, tanto los aliados como las potencias del Eje conocieron la calidad de la gasolina de aviación que se producía, lo que impulsó una carrera de octanaje para lograr la ventaja en el rendimiento de las aeronaves. Más adelante en la guerra, el grado C-3 se mejoró hasta llegar a ser equivalente al grado 150 de EE. UU. (clasificación de mezcla rica). [59]
Japón, al igual que Alemania, no tenía casi ningún suministro interno de petróleo y, a fines de la década de 1930, producía solo el siete por ciento de su propio petróleo mientras importaba el resto, el 80 por ciento de los EE. UU. A medida que la agresión japonesa aumentó en China ( incidente del USS Panay ) y las noticias llegaron al público estadounidense de los bombardeos japoneses de centros civiles, especialmente el bombardeo de Chungking, la opinión pública comenzó a apoyar un embargo estadounidense. Una encuesta de Gallup en junio de 1939 encontró que el 72 por ciento del público estadounidense apoyaba un embargo de material bélico a Japón. Esto aumentó las tensiones entre los EE. UU. y Japón, y llevó a los EE. UU. a imponer restricciones a las exportaciones. En julio de 1940, los EE. UU. emitieron una proclama que prohibía la exportación de gasolina de aviación de 87 octanos o más a Japón. Esta prohibición no perjudicó a los japoneses, ya que sus aviones podían operar con combustibles por debajo de los 87 octanos y, si era necesario, podían agregar TEL para aumentar el octanaje. Al final resultó que Japón compró 550 por ciento más de gasolina de aviación de menos de 87 octanos en los cinco meses posteriores a la prohibición de julio de 1940 de las ventas de octanos más altos. [60] La posibilidad de una prohibición total de la gasolina de Estados Unidos creó fricción en el gobierno japonés sobre qué acción tomar para asegurar más suministros de las Indias Orientales Holandesas y exigió mayores exportaciones de petróleo del gobierno holandés exiliado después de la Batalla de los Países Bajos . Esta acción impulsó a Estados Unidos a trasladar su flota del Pacífico desde el sur de California a Pearl Harbor para ayudar a fortalecer la resolución británica de permanecer en Indochina. Con la invasión japonesa de la Indochina francesa en septiembre de 1940, surgieron grandes preocupaciones sobre la posible invasión japonesa de las Indias Holandesas para asegurar su petróleo. Después de que Estados Unidos prohibiera todas las exportaciones de acero y chatarra de hierro, al día siguiente Japón firmó el Pacto Tripartito y esto llevó a Washington a temer que un embargo petrolero estadounidense completo incitaría a los japoneses a invadir las Indias Orientales Holandesas. El 16 de junio de 1941, Harold Ickes, que fue designado Coordinador del Petróleo para la Defensa Nacional, detuvo un envío de petróleo de Filadelfia a Japón en vista de la escasez de petróleo en la costa este debido al aumento de las exportaciones a los aliados. También envió un telegrama a todos los proveedores de petróleo en la costa este para que no enviaran petróleo a Japón sin su permiso. El presidente Roosevelt anuló las órdenes de Ickes diciéndole que "simplemente no tengo suficiente Marina para todos y cada pequeño incidente en el Pacífico significa menos barcos en el Atlántico". [61] El 25 de julio de 1941, Estados Unidos congeló todos los activos financieros japoneses y se requerirían licencias para cada uso de los fondos congelados, incluidas las compras de petróleo que pudieran producir gasolina de aviación. El 28 de julio de 1941, Japón invadió el sur de Indochina.
El debate en el gobierno japonés sobre su situación en materia de petróleo y gasolina estaba llevando a una invasión de las Indias Orientales Holandesas, pero esto significaría una guerra con los EE. UU., cuya flota del Pacífico era una amenaza para su flanco. Esta situación llevó a la decisión de atacar a la flota estadounidense en Pearl Harbor antes de proceder con la invasión de las Indias Orientales Holandesas. El 7 de diciembre de 1941, Japón atacó Pearl Harbor y al día siguiente los Países Bajos declararon la guerra a Japón, lo que inició la campaña de las Indias Orientales Holandesas . Pero los japoneses perdieron una oportunidad de oro en Pearl Harbor. "Todo el petróleo de la flota estaba en tanques de superficie en el momento de Pearl Harbor", diría más tarde el almirante Chester Nimitz, que se convirtió en comandante en jefe de la Flota del Pacífico. "Teníamos alrededor de 400.000 barriles de petróleo en el mar".+Allí había medio millón de barriles [0,72 × 10 6 m 3 ; 25 × 10 6 pies cúbicos] de petróleo y todo era vulnerable a las balas del calibre .50. Si los japoneses hubieran destruido el petróleo", añadió, "habría prolongado la guerra otros dos años". [62]
A principios de 1944, William Boyd, presidente del Instituto Americano del Petróleo y presidente del Consejo de Guerra de la Industria Petrolera, dijo: "Los aliados pueden haber flotado hacia la victoria en una ola de petróleo en la Primera Guerra Mundial, pero en esta infinitamente mayor Segunda Guerra Mundial, estamos volando hacia la victoria en las alas del petróleo". En diciembre de 1941, Estados Unidos tenía 385.000 pozos petrolíferos que producían 1.600 millones de barriles (0,25 × 10 9 m 3 ; 9,0 × 10 9 pies cúbicos) de petróleo al año y la capacidad de gasolina de aviación de 100 octanos era de 40.000 barriles (6.400 m 3 ; 220.000 pies cúbicos) al día. En 1944, Estados Unidos producía más de 1.500 millones de barriles (0,24 × 10 9 m 3 ; 8,4 × 10 9 pies cúbicos) al año (el 67 por ciento de la producción mundial) y la industria petrolera había construido 122 nuevas plantas para la producción de gasolina de aviación de 100 octanos y la capacidad era de más de 400.000 barriles (64.000 m 3 ; 2.200.000 pies cúbicos) al día, un aumento de más de diez veces. Se estimaba que Estados Unidos producía suficiente gasolina de aviación de 100 octanos para permitir el lanzamiento de 16.000 toneladas métricas (18.000 toneladas cortas; 16.000 toneladas largas) de bombas sobre el enemigo todos los días del año. El registro del consumo de gasolina del Ejército antes de junio de 1943 no estaba coordinado, ya que cada servicio de suministro del Ejército compraba sus propios productos derivados del petróleo y no existía un sistema centralizado de control ni de registros. El 1 de junio de 1943, el Ejército creó la División de Combustibles y Lubricantes del Cuerpo de Intendencia y, a partir de sus registros, tabularon que el Ejército (excluyendo combustibles y lubricantes para aeronaves) compró más de 9.1 mil millones de litros (2.4 × 10 9 galones estadounidenses) de gasolina para entrega a teatros de operaciones en el extranjero entre el 1 de junio de 1943 y agosto de 1945. Esa cifra no incluye la gasolina utilizada por el Ejército dentro de los EE. UU. [63] La producción de combustible para motores había disminuido de 701 millones de barriles (111.5 × 10 6 m 3 ; 3,940 × 10 6 pies cúbicos) en 1941 a 208 millones de barriles (33.1 × 10 6 m 3 ; 1,170 × 10 6 pies cúbicos) en 1943. [64]La Segunda Guerra Mundial marcó la primera vez en la historia de Estados Unidos en que se racionó la gasolina y el gobierno impuso controles de precios para evitar la inflación. El consumo de gasolina por automóvil disminuyó de 2.860 litros (755 galones estadounidenses) por año en 1941 a 2.000 litros (540 galones estadounidenses) en 1943, con el objetivo de preservar el caucho para los neumáticos, ya que los japoneses habían cortado a Estados Unidos más del 90 por ciento de su suministro de caucho, que provenía de las Indias Orientales Holandesas, y la industria estadounidense del caucho sintético estaba en su infancia. Los precios promedio de la gasolina pasaron de un mínimo histórico de $0,0337 por litro ($0,1275/galón estadounidense) ($0,0486 ($0,1841) con impuestos) en 1940 a $0,0383 por litro ($0,1448/galón estadounidense) ($0,0542 ($0,2050) con impuestos) en 1945. [65]
Incluso con la mayor producción de gasolina de aviación del mundo, el ejército estadounidense seguía encontrando que se necesitaba más. Durante toda la duración de la guerra, el suministro de gasolina de aviación siempre estuvo por debajo de las necesidades y esto afectó al entrenamiento y las operaciones. La razón de esta escasez se desarrolló antes de que la guerra comenzara. El mercado libre no soportaba el gasto de producir combustible de aviación de 100 octanos en grandes volúmenes, especialmente durante la Gran Depresión. El isooctano en la etapa inicial de desarrollo costaba $ 7,9 por litro ($ 30 / galón estadounidense) e, incluso en 1934, todavía era $ 0,53 por litro ($ 2 / galón estadounidense) en comparación con $ 0,048 ($ 0,18) para la gasolina de motor cuando el Ejército decidió experimentar con 100 octanos para sus aviones de combate. Aunque solo el tres por ciento de los aviones de combate estadounidenses en 1935 podían aprovechar al máximo el octanaje más alto debido a las bajas relaciones de compresión, el Ejército vio que la necesidad de aumentar el rendimiento justificaba el gasto y compró 100.000 galones. En 1937, el ejército estableció el combustible de 100 octanos como el combustible estándar para los aviones de combate y en 1939 la producción era de sólo 20.000 barriles (3.200 m3 ; 110.000 pies cúbicos) al día. En efecto, el ejército estadounidense era el único mercado para la gasolina de aviación de 100 octanos y, cuando estalló la guerra en Europa, esto creó un problema de suministro que persistió durante toda la guerra. [66] [67]
En 1939, cuando la guerra en Europa se convirtió en una realidad, todas las predicciones de consumo de gasolina de 100 octanos superaban toda la producción posible. Ni el Ejército ni la Marina podían contratar combustible con más de seis meses de antelación y no podían proporcionar los fondos para la expansión de la planta. Sin un mercado garantizado a largo plazo, la industria petrolera no arriesgaría su capital para expandir la producción de un producto que sólo el gobierno compraría. La solución para la expansión del almacenamiento, el transporte, las finanzas y la producción fue la creación de la Defense Supplies Corporation el 19 de septiembre de 1940. La Defense Supplies Corporation compraría, transportaría y almacenaría toda la gasolina de aviación para el Ejército y la Marina al precio de costo más una tarifa de transporte. [68]
Cuando la huida de los aliados tras el Día D encontró a sus ejércitos extendiendo sus líneas de suministro hasta un punto peligroso, la solución provisional fue el Red Ball Express . Pero incluso esto pronto resultó inadecuado. Los camiones de los convoyes tenían que recorrer distancias más largas a medida que avanzaban los ejércitos y consumían un mayor porcentaje de la misma gasolina que intentaban entregar. En 1944, el Tercer Ejército del general George Patton finalmente se detuvo justo antes de la frontera alemana después de quedarse sin gasolina. El general estaba tan molesto por la llegada de un camión lleno de raciones en lugar de gasolina que se dice que gritó: "Diablos, nos envían comida, cuando saben que podemos luchar sin comida, pero no sin petróleo". [69] La solución tuvo que esperar a la reparación de las líneas ferroviarias y los puentes para que los trenes más eficientes pudieran reemplazar a los convoyes de camiones que consumían gasolina.
El desarrollo de motores a reacción que quemaban combustibles a base de queroseno durante la Segunda Guerra Mundial produjo un sistema de propulsión de rendimiento superior al que podían ofrecer los motores de combustión interna y las fuerzas militares estadounidenses reemplazaron gradualmente sus aviones de combate de pistón por aviones a reacción. Este desarrollo esencialmente eliminaría la necesidad militar de combustibles de octanaje cada vez mayor y eliminaría el apoyo gubernamental a la industria de refinación para continuar con la investigación y producción de combustibles tan exóticos y costosos. La aviación comercial tardó más en adaptarse a la propulsión a reacción y hasta 1958, cuando el Boeing 707 entró en servicio comercial por primera vez, los aviones de pasajeros a pistón todavía dependían de la gasolina de aviación. Pero la aviación comercial tenía mayores preocupaciones económicas que el rendimiento máximo que los militares podían permitirse. A medida que aumentaban los números de octano, también lo hacía el costo de la gasolina, pero el aumento gradual en la eficiencia se vuelve menor a medida que aumenta la relación de compresión. Esta realidad estableció un límite práctico a cuánto podían aumentar las relaciones de compresión en relación con el costo de la gasolina. [70] El último modelo producido en 1955, el Pratt & Whitney R-4360 Wasp Major , utilizaba gasolina de aviación 115/145 y producía 0,046 kilovatios por centímetro cúbico (1 hp/cu in) con una relación de compresión de 6,7 (la sobrealimentación con turbocompresor aumentaría esta relación) y 0,45 kilogramos (1 lb) de peso del motor para producir 0,82 kilovatios (1,1 hp). Esto se compara con el motor de los hermanos Wright, que necesitaba casi 7,7 kilogramos (17 lb) de peso del motor para producir 0,75 kilovatios (1 hp).
Después de la Segunda Guerra Mundial, la industria automovilística estadounidense no pudo aprovechar los combustibles de alto octanaje que había entonces disponibles. Las relaciones de compresión de los automóviles aumentaron de una media de 5,3 a 1 en 1931 a tan sólo 6,7 a 1 en 1946. El número medio de octanos de la gasolina de motor de grado normal aumentó de 58 a 70 durante el mismo período. Los aviones militares utilizaban costosos motores turboalimentados que costaban al menos 10 veces más por caballo de fuerza que los motores de los automóviles y tenían que ser revisados cada 700 a 1.000 horas. El mercado automovilístico no podía permitirse motores tan caros. [71] No sería hasta 1957 que el primer fabricante de automóviles estadounidense pudo producir en serie un motor que produjera un caballo de fuerza por pulgada cúbica, la opción del motor V-8 de 283 caballos de fuerza/283 pulgadas cúbicas de Chevrolet en el Corvette. A 485 dólares, se trataba de una opción cara que pocos consumidores podían permitirse y que sólo resultaría atractiva para el mercado de consumidores orientado al rendimiento y dispuesto a pagar por el combustible premium necesario. [72] Este motor tenía una relación de compresión publicitada de 10,5 a 1 y las especificaciones AMA de 1958 indicaban que el octanaje requerido era de 96 a 100 RON. [73] Con 243 kilogramos (535 lb) (1959 con admisión de aluminio), se necesitaban 0,86 kilogramos (1,9 lb) de peso del motor para generar 0,75 kilovatios (1 hp). [74]
En la década de 1950, las refinerías de petróleo comenzaron a centrarse en combustibles de alto octanaje y luego se agregaron detergentes a la gasolina para limpiar los inyectores de los carburadores. En la década de 1970, se prestó mayor atención a las consecuencias ambientales de la quema de gasolina. Estas consideraciones llevaron a la eliminación gradual del TEL y su reemplazo por otros compuestos antidetonantes. Posteriormente, se introdujo la gasolina con bajo contenido de azufre, en parte para preservar los catalizadores en los sistemas de escape modernos. [75]
El gas comercial es una mezcla de una gran cantidad de hidrocarburos diferentes. [76] La gasolina química se produce para cumplir con una serie de especificaciones de rendimiento del motor y son posibles muchas composiciones diferentes. Por lo tanto, la composición química exacta de la gasolina no está definida. La especificación de rendimiento también varía con la temporada, requiriendo mezclas menos volátiles durante el verano, con el fin de minimizar las pérdidas por evaporación. En la refinería, la composición varía según los petróleos crudos a partir de los cuales se produce, el tipo de unidades de procesamiento presentes en la refinería, cómo se operan esas unidades y qué corrientes de hidrocarburos (mezclas) opta por utilizar la refinería al mezclar el producto final. [77]
La gasolina se produce en refinerías de petróleo . Aproximadamente 72 litros (19 galones estadounidenses) de gasolina se derivan de un barril de 160 litros (42 galones estadounidenses) de petróleo crudo . [78] El material separado del petróleo crudo mediante destilación , llamado gasolina virgen o de destilación directa, no cumple con las especificaciones para los motores modernos (en particular el índice de octano ; ver más abajo), pero se puede combinar con la mezcla de gasolina.
La mayor parte de una gasolina típica consiste en una mezcla homogénea de hidrocarburos pequeños y relativamente ligeros con entre 4 y 12 átomos de carbono por molécula (comúnmente denominados C4–C12). [75] Es una mezcla de parafinas ( alcanos ), olefinas ( alquenos ) y naftenos ( cicloalcanos ). El uso del término parafina en lugar de la nomenclatura química estándar alcano es particular de la industria petrolera. La proporción real de moléculas en cualquier gasolina depende de:
Las distintas corrientes de refinería que se mezclan para producir gasolina tienen características diferentes. Algunas corrientes importantes son las siguientes:
Los términos anteriores son la jerga utilizada en la industria petrolera y la terminología varía.
En la actualidad, muchos países establecen límites para los aromáticos de la gasolina en general, el benceno en particular y el contenido de olefinas (alquenos). Dichas regulaciones han llevado a una creciente preferencia por los isómeros de alcanos, como el isomerato o el alquilato, ya que su índice de octano es más alto que el de los n-alcanos. En la Unión Europea, el límite de benceno se establece en un uno por ciento en volumen para todos los grados de gasolina para automóviles. Esto generalmente se logra evitando alimentar C6, en particular ciclohexano , a la unidad de reformado, donde se convertiría en benceno. Por lo tanto, solo se alimenta nafta virgen pesada (HVN) (desulfurada) a la unidad de reformado [77].
La gasolina también puede contener otros compuestos orgánicos , como éteres orgánicos (añadidos deliberadamente), además de pequeños niveles de contaminantes, en particular compuestos organosulfurados (que normalmente se eliminan en la refinería).
La gravedad específica de la gasolina varía de 0,71 a 0,77, [79] con densidades más altas que tienen una fracción de volumen mayor de aromáticos. [80] La gasolina comercializable terminada se comercializa (en Europa) con una referencia estándar de 0,755 kilogramos por litro (6,30 lb/gal estadounidense), (7,5668 lb/gal imperial) su precio se incrementa o desescala de acuerdo con su densidad real. [ aclaración necesaria ] Debido a su baja densidad, la gasolina flota en el agua y, por lo tanto, el agua generalmente no se puede utilizar para extinguir un incendio de gasolina a menos que se aplique en una fina niebla.
La gasolina de calidad debe ser estable durante seis meses si se almacena correctamente, pero puede degradarse con el tiempo. La gasolina almacenada durante un año probablemente se pueda quemar en un motor de combustión interna sin demasiados problemas. Sin embargo, los efectos del almacenamiento a largo plazo se harán más notorios con cada mes que pase hasta que llegue un momento en que la gasolina deba diluirse con cantidades cada vez mayores de combustible recién fabricado para que se pueda utilizar la gasolina más vieja. Si se deja sin diluir, se producirá un funcionamiento incorrecto y esto puede incluir daños en el motor por fallas de encendido o la falta de acción adecuada del combustible dentro de un sistema de inyección de combustible y de una computadora de a bordo que intenta compensar (si corresponde al vehículo). Lo ideal es almacenar la gasolina en un recipiente hermético (para evitar la oxidación o la mezcla de vapor de agua con el gas) que pueda soportar la presión de vapor de la gasolina sin ventilarse (para evitar la pérdida de las fracciones más volátiles) a una temperatura fría estable (para reducir el exceso de presión de la expansión del líquido y reducir la velocidad de cualquier reacción de descomposición). Cuando la gasolina no se almacena correctamente, pueden formarse gomas y sólidos que pueden corroer los componentes del sistema y acumularse en superficies húmedas, lo que da lugar a una condición denominada "combustible rancio". La gasolina que contiene etanol es especialmente propensa a absorber la humedad atmosférica, lo que forma gomas, sólidos o dos fases (una fase de hidrocarburo que flota sobre una fase de agua y alcohol).
La presencia de estos productos de degradación en el tanque de combustible o en las líneas de combustible, además de un carburador o componentes de inyección de combustible, dificulta el arranque del motor o reduce su rendimiento. Al reanudar el uso regular del motor, la acumulación puede o no ser eventualmente limpiada por el flujo de gasolina nueva. La adición de un estabilizador de combustible a la gasolina puede extender la vida útil del combustible que no se almacena o no se puede almacenar adecuadamente, aunque la eliminación de todo el combustible de un sistema de combustible es la única solución real al problema del almacenamiento a largo plazo de un motor, una máquina o un vehículo. Los estabilizadores de combustible típicos son mezclas patentadas que contienen alcoholes minerales , alcohol isopropílico , 1,2,4-trimetilbenceno u otros aditivos . Los estabilizadores de combustible se usan comúnmente para motores pequeños, como motores de cortadoras de césped y tractores, especialmente cuando su uso es esporádico o estacional (poco o ningún uso durante una o más estaciones del año). Se ha aconsejado a los usuarios mantener los contenedores de gasolina más de la mitad llenos y debidamente tapados para reducir la exposición al aire, evitar el almacenamiento a altas temperaturas, hacer funcionar el motor durante diez minutos para hacer circular el estabilizador por todos los componentes antes del almacenamiento y hacer funcionar el motor a intervalos para purgar el combustible rancio del carburador. [75]
Los requisitos de estabilidad de la gasolina están establecidos en la norma ASTM D4814. Esta norma describe las distintas características y requisitos de los combustibles para automóviles para su uso en una amplia gama de condiciones de funcionamiento en vehículos terrestres equipados con motores de encendido por chispa.
Un motor de combustión interna alimentado con gasolina obtiene energía de la combustión de los distintos hidrocarburos de la gasolina con el oxígeno del aire ambiente, lo que produce dióxido de carbono y agua como gases de escape. La combustión del octano , una especie representativa, realiza la reacción química:
En peso, la combustión de gasolina libera alrededor de 46,7 megajulios por kilogramo (13,0 kWh /kg; 21,2 MJ/ lb ) o por volumen 33,6 megajulios por litro (9,3 kWh/L; 127 MJ/gal EE.UU.; 121.000 BTU/gal EE.UU.), citando el valor calorífico inferior . [81] Las mezclas de gasolina difieren y, por lo tanto, el contenido energético real varía según la temporada y el productor hasta un 1,75 por ciento más o menos que el promedio. [82] En promedio, se pueden obtener alrededor de 74 litros (20 gal EE.UU.) de gasolina a partir de un barril de petróleo crudo (alrededor del 46 por ciento en volumen), que varía con la calidad del crudo y el grado de la gasolina. El resto son productos que van desde el alquitrán hasta la nafta . [83]
Un combustible de alto octanaje, como el gas licuado de petróleo (GLP), tiene una potencia de salida general más baja en la relación de compresión típica de 10:1 de un diseño de motor optimizado para combustible de gasolina. Un motor ajustado para combustible GLP a través de relaciones de compresión más altas (normalmente 12:1) mejora la potencia de salida. Esto se debe a que los combustibles de mayor octanaje permiten una mayor relación de compresión sin detonación, lo que resulta en una temperatura más alta del cilindro, lo que mejora la eficiencia . Además, se crea una mayor eficiencia mecánica mediante una mayor relación de compresión a través de la concomitante mayor relación de expansión en la carrera de potencia, que es, con mucho, el mayor efecto. La mayor relación de expansión extrae más trabajo del gas a alta presión creado por el proceso de combustión. Un motor de ciclo Atkinson utiliza la sincronización de los eventos de la válvula para producir los beneficios de una alta relación de expansión sin las desventajas, principalmente la detonación, de una alta relación de compresión. Una alta relación de expansión es también una de las dos razones clave para la eficiencia de los motores diésel , junto con la eliminación de las pérdidas de bombeo debido al estrangulamiento del flujo de aire de admisión.
El menor contenido energético del GLP por volumen de líquido en comparación con la gasolina se debe principalmente a su menor densidad. Esta menor densidad es una propiedad del menor peso molecular del propano (componente principal del GLP) en comparación con la mezcla de diversos compuestos de hidrocarburos de la gasolina con pesos moleculares más pesados que el propano. Por el contrario, el contenido energético del GLP por peso es mayor que el de la gasolina debido a una mayor relación hidrógeno - carbono .
Los pesos moleculares de las especies en la combustión representativa de octano son 114, 32, 44 y 18 para C8H18 , O2 , CO2 y H2O , respectivamente; por lo tanto, un kilogramo (2,2 lb) de combustible reacciona con 3,51 kilogramos (7,7 lb ) de oxígeno para producir 3,09 kilogramos (6,8 lb) de dióxido de carbono y 1,42 kilogramos (3,1 lb) de agua.
Los motores de encendido por chispa están diseñados para quemar gasolina en un proceso controlado llamado deflagración . Sin embargo, la mezcla no quemada puede autoencenderse por presión y calor únicamente, en lugar de encenderse desde la bujía en el momento exacto, lo que provoca un aumento rápido de la presión que puede dañar el motor. Esto se conoce a menudo como detonación del motor o detonación del gas final. La detonación se puede reducir aumentando la resistencia de la gasolina a la autoignición , que se expresa por su índice de octano.
El índice de octano se mide en relación con una mezcla de 2,2,4-trimetilpentano (un isómero del octano ) y n- heptano . Existen diferentes convenciones para expresar el índice de octano, por lo que el mismo combustible físico puede tener varios índices de octano diferentes según la medida utilizada. Uno de los más conocidos es el índice de octano de investigación (RON).
El índice de octano de la gasolina comercial típica varía según el país. En Finlandia , Suecia y Noruega , el octanaje estándar para la gasolina normal sin plomo es de 95 RON, y también está disponible el octanaje de 98 RON como una opción más cara.
En el Reino Unido, más del 95 por ciento de la gasolina vendida tiene 95 RON y se comercializa como sin plomo o sin plomo premium. El resto lo componen la gasolina súper sin plomo, con 97/98 RON, y los combustibles de alto rendimiento de marca (por ejemplo, Shell V-Power, BP Ultimate) con 99 RON. La gasolina con 102 RON rara vez está disponible para carreras. [84] [85] [86]
En los EE. UU., los índices de octano de los combustibles sin plomo varían entre 85 [87] y 87 AKI (91-92 RON) para combustible regular, 89-90 AKI (94-95 RON) para combustible de grado medio (equivalente al combustible regular europeo) y hasta 90-94 AKI (95-99 RON) para combustible premium (combustible premium europeo).
Como la ciudad más grande de Sudáfrica, Johannesburgo , está ubicada en Highveld a 1.753 metros (5.751 pies) sobre el nivel del mar, la Asociación Automovilística de Sudáfrica recomienda gasolina de 95 octanos a baja altitud y de 93 octanos para su uso en Johannesburgo porque "Cuanto mayor sea la altitud, menor será la presión del aire y menor la necesidad de un combustible de alto octanaje, ya que no hay una ganancia real de rendimiento". [88]
El octanaje se volvió importante a medida que los militares buscaban una mayor potencia para los motores de aeronaves a fines de la década de 1920 y la década de 1940. Un octanaje más alto permite una relación de compresión o sobrealimentación del supercargador más alta y, por lo tanto, temperaturas y presiones más altas, lo que se traduce en una mayor potencia de salida. Algunos científicos [ ¿quiénes? ] incluso predijeron que una nación con un buen suministro de gasolina de alto octanaje tendría la ventaja en potencia aérea. En 1943, el motor de avión Rolls-Royce Merlin produjo 980 kilovatios (1320 hp) usando combustible de 100 RON a partir de un modesto desplazamiento de 27 litros (1600 pulgadas cúbicas). En el momento de la Operación Overlord , tanto la RAF como la USAAF estaban realizando algunas operaciones en Europa usando combustible de 150 RON ( avgas 100/150 ), obtenido agregando un 2,5 por ciento de anilina a avgas de 100 octanos. [89] En ese momento, el Rolls-Royce Merlin 66 desarrollaba 1.500 kilovatios (2.000 hp) utilizando este combustible.
La gasolina, cuando se utiliza en motores de combustión interna de alta compresión , tiende a autoencenderse o "detonarse", lo que provoca un golpeteo perjudicial en el motor (también llamado "ping" o "pinking"). Para abordar este problema, el tetraetilo de plomo (TEL) se adoptó ampliamente como aditivo para la gasolina en la década de 1920. Sin embargo, con una creciente conciencia de la gravedad del alcance del daño ambiental y de la salud causado por los compuestos de plomo, y la incompatibilidad del plomo con los convertidores catalíticos , los gobiernos comenzaron a exigir reducciones en el plomo en la gasolina.
En los EE. UU., la Agencia de Protección Ambiental emitió regulaciones para reducir el contenido de plomo de la gasolina con plomo a lo largo de una serie de fases anuales, programadas para comenzar en 1973 pero retrasadas por apelaciones judiciales hasta 1976. Para 1995, el combustible con plomo representaba solo el 0,6 por ciento de las ventas totales de gasolina y menos de 1.800 toneladas métricas (2.000 toneladas cortas; 1.800 toneladas largas) de plomo por año. A partir del 1 de enero de 1996, la Ley de Aire Limpio de EE. UU. prohibió la venta de combustible con plomo para su uso en vehículos de carretera en los EE. UU. El uso de TEL también requirió otros aditivos, como el dibromoetano .
Los países europeos comenzaron a reemplazar los aditivos que contenían plomo a fines de la década de 1980 y, a fines de la década de 1990, la gasolina con plomo fue prohibida en toda la Unión Europea con una excepción para Avgas 100LL para aviación general . [90] Los Emiratos Árabes Unidos comenzaron a cambiar a la gasolina sin plomo a principios de la década de 2000. [91]
La reducción del contenido promedio de plomo en la sangre humana puede ser una de las principales causas de la caída de las tasas de delitos violentos en todo el mundo [92] , incluida Sudáfrica. [93] Un estudio encontró una correlación entre el uso de gasolina con plomo y los delitos violentos (véase la hipótesis del plomo y el delito ). [94] [95] Otros estudios no encontraron correlación.
En agosto de 2021, el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente anunció que la gasolina con plomo se había erradicado en todo el mundo, siendo Argelia el último país en agotar sus reservas. El Secretario General de las Naciones Unidas, António Guterres, calificó la erradicación de la gasolina con plomo como una "historia de éxito internacional". También añadió: "Poner fin al uso de gasolina con plomo evitará más de un millón de muertes prematuras cada año por enfermedades cardíacas, accidentes cerebrovasculares y cáncer, y protegerá a los niños cuyo coeficiente intelectual se ve dañado por la exposición al plomo". Greenpeace calificó el anuncio como "el fin de una era tóxica". [96] Sin embargo, la gasolina con plomo sigue utilizándose en aplicaciones aeronáuticas, de carreras de coches y todoterreno. [97] El uso de aditivos con plomo todavía está permitido en todo el mundo para la formulación de algunos grados de gasolina de aviación como la 100LL , porque el octanaje requerido es difícil de alcanzar sin el uso de aditivos con plomo.
Diferentes aditivos han reemplazado a los compuestos de plomo. Los aditivos más populares incluyen hidrocarburos aromáticos , éteres ( MTBE y ETBE ) y alcoholes , el más común de los cuales es el etanol .
La gasolina de reemplazo de plomo (LRP) fue desarrollada para vehículos diseñados para funcionar con combustibles con plomo e incompatibles con combustibles sin plomo. En lugar de tetraetilo de plomo, contiene otros metales como compuestos de potasio o metilciclopentadienil manganeso tricarbonilo (MMT); estos supuestamente amortiguan las válvulas de escape blandas y los asientos para que no sufran recesiones debido al uso de combustible sin plomo.
El LRP se comercializó durante y después de la eliminación progresiva de los combustibles con plomo para motores en el Reino Unido, Australia , Sudáfrica y algunos otros países. [ vago ] La confusión de los consumidores llevó a una preferencia errónea generalizada por el LRP en lugar del sin plomo, [98] y el LRP se eliminó gradualmente entre 8 y 10 años después de la introducción del sin plomo. [99]
La gasolina con plomo se retiró de la venta en Gran Bretaña después del 31 de diciembre de 1999, siete años después de que las regulaciones de la CEE señalaran el fin de la producción de automóviles que utilizaban gasolina con plomo en los estados miembros. En esa etapa, un gran porcentaje de automóviles de la década de 1980 y principios de la de 1990 que funcionaban con gasolina con plomo todavía estaban en uso, junto con automóviles que podían funcionar con combustible sin plomo. Sin embargo, la disminución del número de estos automóviles en las carreteras británicas hizo que muchas estaciones de servicio retiraran la gasolina con plomo de la venta en 2003. [100]
El metilciclopentadienil manganeso tricarbonil (MMT) se utiliza en Canadá y los EE. UU. para aumentar el índice de octano. [101] Su uso en los EE. UU. ha sido restringido por las regulaciones, aunque actualmente está permitido. [102] Su uso en la Unión Europea está restringido por el Artículo 8a de la Directiva de Calidad del Combustible [103] después de su prueba bajo el Protocolo para la evaluación de los efectos de los aditivos metálicos para combustibles en el desempeño de las emisiones de los vehículos. [104]
Los depósitos de resina pegajosa y gomosa son el resultado de la degradación oxidativa de la gasolina durante el almacenamiento a largo plazo. Estos depósitos dañinos surgen de la oxidación de los alquenos y otros componentes menores de la gasolina [ cita requerida ] (ver aceites secantes ). Las mejoras en las técnicas de refinería generalmente han reducido la susceptibilidad de las gasolinas a estos problemas. Anteriormente, las gasolinas craqueadas catalítica o térmicamente eran las más susceptibles a la oxidación. La formación de gomas se acelera con sales de cobre, que pueden neutralizarse con aditivos llamados desactivadores de metales .
Esta degradación se puede prevenir mediante la adición de 5–100 ppm de antioxidantes , como fenilendiaminas y otras aminas . [75] Los hidrocarburos con un índice de bromo de 10 o superior se pueden proteger con la combinación de fenoles no impedidos o parcialmente impedidos y bases de aminas fuertes solubles en aceite, como fenoles impedidos. La gasolina "vieja" se puede detectar mediante una prueba enzimática colorimétrica para peróxidos orgánicos producidos por la oxidación de la gasolina. [105]
Las gasolinas también se tratan con desactivadores de metales , que son compuestos que secuestran (desactivan) las sales metálicas que de otro modo acelerarían la formación de residuos gomosos. Las impurezas metálicas pueden surgir del propio motor o como contaminantes en el combustible.
La gasolina, tal como se entrega en la bomba, también contiene aditivos para reducir las acumulaciones internas de carbón en el motor, mejorar la combustión y permitir un arranque más fácil en climas fríos. Se pueden encontrar altos niveles de detergente en las gasolinas detergentes de primer nivel . La especificación para las gasolinas detergentes de primer nivel fue desarrollada por cuatro fabricantes de automóviles: GM , Honda , Toyota y BMW . Según el boletín, el requisito mínimo de la EPA de EE. UU. no es suficiente para mantener limpios los motores. [106] Los detergentes típicos incluyen alquilaminas y fosfatos de alquilo a un nivel de 50 a 100 ppm. [75]
En la UE, se puede añadir un 5 por ciento de etanol dentro de la especificación común de la gasolina (EN 228). Se están llevando a cabo debates para permitir la mezcla del 10 por ciento de etanol (disponible en las gasolineras finlandesas, francesas y alemanas). En Finlandia, la mayoría de las gasolineras venden 95E10, que es un 10 por ciento de etanol, y 98E5, que es un 5 por ciento de etanol. La mayoría de la gasolina que se vende en Suecia tiene entre un 5 y un 15 por ciento de etanol añadido. En los Países Bajos se venden tres mezclas de etanol diferentes: E5, E10 y hE15. La última de estas se diferencia de las mezclas estándar de etanol y gasolina en que consta de un 15 por ciento de etanol hidratado (es decir, el azeótropo etanol-agua ) en lugar del etanol anhidro que se utiliza tradicionalmente para mezclar con la gasolina.
La Agencia Nacional de Petróleo, Gas Natural y Biocombustibles (ANP) de Brasil exige que la gasolina para uso automotor tenga un 27,5 por ciento de etanol añadido a su composición. [107] El etanol hidratado puro también está disponible como combustible.
La legislación exige que los minoristas etiqueten los combustibles que contienen etanol en el surtidor y limita el uso de etanol al 10 por ciento de la gasolina en Australia. Las principales marcas suelen llamar a esta gasolina E10 y es más barata que la gasolina normal sin plomo.
La Norma Federal de Combustibles Renovables (RFS, por sus siglas en inglés) exige que las refinerías y mezcladoras mezclen biocombustibles renovables (principalmente etanol) con gasolina, en cantidad suficiente para cumplir con un objetivo anual creciente de galones totales mezclados. Aunque la orden no exige un porcentaje específico de etanol, los aumentos anuales del objetivo combinados con la disminución del consumo de gasolina han hecho que el contenido típico de etanol en la gasolina se acerque al 10 por ciento. La mayoría de las bombas de combustible muestran una etiqueta que indica que el combustible puede contener hasta un 10 por ciento de etanol, una disparidad intencional que refleja el porcentaje real variable. En algunas partes de los EE. UU., a veces se agrega etanol a la gasolina sin una indicación de que es un componente.
En octubre de 2007, el Gobierno de la India decidió hacer obligatoria la mezcla de etanol con un cinco por ciento de gasolina. En la actualidad, el producto mezclado con etanol al diez por ciento (E10) se vende en varias partes del país. [108] [109] Se ha descubierto que el etanol daña los convertidores catalíticos en al menos un estudio. [110]
Aunque la gasolina es un líquido naturalmente incoloro, muchas gasolinas se tiñen de varios colores para indicar su composición y usos aceptables. En Australia, la gasolina de grado más bajo (RON 91) se tiñó de un tono claro de rojo/naranja, pero ahora es del mismo color que la de grado medio (RON 95) y la de alto octanaje (RON 98), que se tiñen de amarillo. [111] En los EE. UU., la gasolina de aviación ( avgas ) se tiñe para identificar su índice de octano y para distinguirla del combustible para aviones a base de queroseno, que se deja incoloro. [112] En Canadá, la gasolina para uso marino y agrícola se tiñe de rojo y no está sujeta al impuesto especial sobre el combustible en la mayoría de las provincias. [113]
La mezcla de oxigenados agrega compuestos que contienen oxígeno , como MTBE , ETBE , TAME , TAEE , etanol y biobutanol . La presencia de estos oxigenados reduce la cantidad de monóxido de carbono y combustible no quemado en el escape. En muchas áreas de los EE. UU., la mezcla de oxigenados es obligatoria según las regulaciones de la EPA para reducir el smog y otros contaminantes del aire. Por ejemplo, en el sur de California, el combustible debe contener un dos por ciento de oxígeno en peso, lo que da como resultado una mezcla de 5,6 por ciento de etanol en gasolina. El combustible resultante a menudo se conoce como gasolina reformulada (RFG) o gasolina oxigenada o, en el caso de California, gasolina reformulada de California (CARBOB). El requisito federal de que la RFG contenga oxígeno se eliminó el 6 de mayo de 2006 porque la industria había desarrollado RFG con control de COV que no necesitaba oxígeno adicional. [114]
El MTBE se eliminó gradualmente en los EE. UU. debido a la contaminación de las aguas subterráneas y las regulaciones y demandas resultantes. El etanol y, en menor medida, el ETBE derivado del etanol son sustitutos comunes. Una mezcla común de etanol y gasolina de 10 por ciento de etanol mezclado con gasolina se llama gasohol o E10, y una mezcla de etanol y gasolina de 85 por ciento de etanol mezclado con gasolina se llama E85 . El uso más extenso de etanol tiene lugar en Brasil , donde el etanol se deriva de la caña de azúcar . En 2004, se produjeron más de 13 mil millones de litros (3,4 × 10 9 galones estadounidenses) de etanol en los EE. UU. para uso como combustible, principalmente a partir de maíz y vendido como E10. El E85 se está volviendo lentamente disponible en gran parte de los EE. UU., aunque muchas de las relativamente pocas estaciones que venden E85 no están abiertas al público en general. [115]
La Directiva de la Unión Europea sobre la promoción del uso de biocarburantes y otros combustibles renovables para el transporte fomenta el uso de bioetanol y biometanol, ya sea de forma directa o indirecta mediante la conversión de etanol en bio-ETBE o de metanol en bio-MTBE. Sin embargo, dado que la producción de bioetanol a partir de azúcares y almidones fermentados implica destilación , la gente corriente de gran parte de Europa no puede fermentar y destilar legalmente su propio bioetanol en la actualidad (a diferencia de lo que ocurre en Estados Unidos, donde obtener un permiso de destilación BATF ha sido fácil desde la crisis del petróleo de 1973 ).
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La hoja de datos de seguridad de una gasolina sin plomo de Texas del año 2003 muestra la presencia de al menos 15 sustancias químicas peligrosas en diversas cantidades, entre ellas benceno (hasta un cinco por ciento en volumen), tolueno (hasta un 35 por ciento en volumen), naftaleno (hasta un uno por ciento en volumen), trimetilbenceno (hasta un siete por ciento en volumen), metil terc -butil éter (MTBE) (hasta un 18 por ciento en volumen, en algunos estados) y alrededor de 10 más. [116] Los hidrocarburos de la gasolina generalmente presentan toxicidades agudas bajas, con una LD50 de 700–2700 mg/kg para compuestos aromáticos simples. [117] El benceno y muchos aditivos antidetonantes son cancerígenos .
Las personas pueden estar expuestas a la gasolina en el lugar de trabajo al ingerirla, respirar sus vapores, por contacto con la piel y con los ojos. La gasolina es tóxica. El Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) también ha designado a la gasolina como carcinógeno. [118] El contacto físico, la ingestión o la inhalación pueden causar problemas de salud. Dado que la ingestión de grandes cantidades de gasolina puede causar daños permanentes a los órganos principales, se recomienda llamar a un centro de control de intoxicaciones local o acudir a urgencias. [119]
Contrariamente a la idea errónea común , tragar gasolina no suele requerir un tratamiento de emergencia especial, y provocar el vómito no ayuda y puede empeorar la situación. Según el especialista en intoxicaciones Brad Dahl, "ni siquiera dos bocados serían tan peligrosos siempre que la gasolina baje al estómago y se quede allí o continúe". La Agencia para Sustancias Tóxicas y Registro de Enfermedades de los CDC de EE. UU. recomienda no provocar el vómito, realizar lavados ni administrar carbón activado . [120] [121]
El vapor de gasolina inhalado (aspirado) es un intoxicante común. Los usuarios concentran e inhalan el vapor de gasolina de una manera que no está prevista por el fabricante para producir euforia e intoxicación . La inhalación de gasolina se ha convertido en una epidemia en algunas comunidades más pobres y grupos indígenas de Australia, Canadá, Nueva Zelanda y algunas islas del Pacífico. [122] Se cree que la práctica causa graves daños a los órganos, junto con otros efectos como discapacidad intelectual y varios tipos de cáncer . [123] [124] [125] [126]
En Canadá, los niños indígenas de la aislada comunidad de Davis Inlet, en el norte de Labrador , fueron el foco de preocupación nacional en 1993, cuando se descubrió que muchos de ellos inhalaban gasolina. Los gobiernos canadiense y provincial de Terranova y Labrador intervinieron en varias ocasiones, enviando a muchos niños a recibir tratamiento. A pesar de haber sido trasladados a la nueva comunidad de Natuashish en 2002, los graves problemas de abuso de inhalantes han continuado. Se informó de problemas similares en Sheshatshiu en 2000 y también en la Primera Nación Pikangikum . [127] En 2012, el problema volvió a aparecer en los medios de comunicación de Canadá. [128]
Australia se enfrenta desde hace tiempo a un problema de inhalación de gasolina en comunidades aborígenes aisladas y empobrecidas . Aunque algunas fuentes sostienen que la inhalación fue introducida por militares estadounidenses estacionados en el Top End del país durante la Segunda Guerra Mundial [129] o mediante la experimentación de los trabajadores de los aserraderos de la península de Cobourg en la década de 1940 , [130] otras fuentes afirman que el abuso de inhalantes (como la inhalación de pegamento) surgió en Australia a fines de la década de 1960. [131] El consumo crónico e intenso de gasolina parece ocurrir entre comunidades indígenas remotas y empobrecidas , donde la fácil accesibilidad a la gasolina ha contribuido a convertirla en una sustancia de abuso común.
En Australia, la inhalación de gasolina se da ahora ampliamente en comunidades aborígenes remotas del Territorio del Norte , Australia Occidental , partes del norte de Australia del Sur y Queensland . [132] La cantidad de personas que inhalan gasolina aumenta y disminuye con el tiempo a medida que los jóvenes experimentan o inhalan ocasionalmente. Los inhaladores "jefes" o crónicos pueden entrar y salir de las comunidades; a menudo son responsables de alentar a los jóvenes a que lo hagan. [133] En 2005, el Gobierno de Australia y BP Australia comenzaron a utilizar combustible Opal en áreas remotas propensas a la inhalación de gasolina. [134] Opal es un combustible que no se inhala (que tiene muchas menos probabilidades de causar un subidón) y ha marcado una diferencia en algunas comunidades indígenas.
La gasolina es extremadamente inflamable debido a su bajo punto de inflamación de -23 °C (-9 °F). Al igual que otros hidrocarburos, la gasolina arde en un rango limitado de su fase de vapor y, junto con su volatilidad, esto hace que las fugas sean altamente peligrosas cuando hay fuentes de ignición presentes. La gasolina tiene un límite explosivo inferior de 1,4 por ciento en volumen y un límite explosivo superior de 7,6 por ciento. Si la concentración es inferior a 1,4 por ciento, la mezcla de aire y gasolina es demasiado pobre y no se enciende. Si la concentración es superior a 7,6 por ciento, la mezcla es demasiado rica y tampoco se enciende. Sin embargo, el vapor de gasolina se mezcla y se propaga rápidamente con el aire, lo que hace que la gasolina sin restricciones sea rápidamente inflamable.
Los gases de escape generados por la quema de gasolina son nocivos tanto para el medio ambiente como para la salud humana. Una vez que el CO se inhala en el cuerpo humano, se combina fácilmente con la hemoglobina en la sangre y su afinidad es 300 veces mayor que la del oxígeno. Por lo tanto, la hemoglobina en los pulmones se combina con el CO en lugar del oxígeno, lo que provoca que el cuerpo humano sea hipóxico , causando dolores de cabeza, mareos, vómitos y otros síntomas de intoxicación. En casos graves, puede provocar la muerte. [135] [136] Los hidrocarburos solo afectan al cuerpo humano cuando su concentración es bastante alta y su nivel de toxicidad depende de la composición química. Los hidrocarburos producidos por combustión incompleta incluyen alcanos, aromáticos y aldehídos. Entre ellos, una concentración de metano y etano superior a 35 g/m3 ( 0,035 oz/pie cúbico) provocará pérdida de conciencia o asfixia, una concentración de pentano y hexano superior a 45 g/m3 ( 0,045 oz/pie cúbico) tendrá un efecto anestésico, y los hidrocarburos aromáticos tendrán efectos más graves sobre la salud, toxicidad sanguínea, neurotoxicidad y cáncer. Si la concentración de benceno supera las 40 ppm, puede causar leucemia, y el xileno puede causar dolor de cabeza, mareos, náuseas y vómitos. La exposición humana a grandes cantidades de aldehídos puede causar irritación ocular, náuseas y mareos. Además de los efectos cancerígenos, la exposición a largo plazo puede causar daños en la piel, el hígado, los riñones y cataratas. [137] Después de que el NO x entra en los alvéolos, tiene un efecto estimulante severo sobre el tejido pulmonar. Puede irritar la conjuntiva de los ojos, causar lagrimeo y causar conjuntivitis. También tiene un efecto estimulante sobre la nariz, la faringe, la garganta y otros órganos. Puede causar sibilancias agudas, dificultades respiratorias, enrojecimiento de los ojos, dolor de garganta y mareos que provocan intoxicación. [137] [138] Las partículas finas también son peligrosas para la salud. [8]
En los últimos años, la rápida producción de vehículos de motor ha aumentado significativamente su uso, lo que ha dado lugar a muchos riesgos ambientales graves. La contaminación del aire en muchas grandes ciudades ha pasado de ser una contaminación por la quema de carbón a una "contaminación por vehículos de motor". En los EE. UU., el transporte es la mayor fuente de emisiones de carbono, y representa el 30 por ciento de la huella de carbono total del país [139]. La combustión de gasolina produce 2,35 kilogramos por litro (19,6 lb/US gal) de dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero . [140] [141]
La gasolina no quemada y la evaporación del tanque , cuando están en la atmósfera , reaccionan con la luz solar para producir smog fotoquímico . La presión de vapor aumenta inicialmente con cierta adición de etanol a la gasolina, pero el aumento es mayor al 10 por ciento en volumen. [142] A concentraciones más altas de etanol por encima del 10 por ciento, la presión de vapor de la mezcla comienza a disminuir. Con un 10 por ciento de etanol en volumen, el aumento de la presión de vapor puede aumentar potencialmente el problema del smog fotoquímico. Este aumento de la presión de vapor podría mitigarse aumentando o disminuyendo el porcentaje de etanol en la mezcla de gasolina. Los principales riesgos de tales fugas no provienen de los vehículos, sino de los accidentes de camiones de reparto de gasolina y las fugas de los tanques de almacenamiento. Debido a este riesgo, la mayoría de los tanques de almacenamiento (subterráneos) ahora tienen amplias medidas implementadas para detectar y prevenir tales fugas, como sistemas de monitoreo (Veeder-Root, Franklin Fueling).
La producción de gasolina consume 1,5 litros de agua por kilómetro (0,63 galones estadounidenses/mi) por distancia recorrida. [143]
El uso de gasolina causa una variedad de efectos nocivos para la población humana y para el clima en general. Los daños impuestos incluyen una mayor tasa de muerte prematura y enfermedades, como el asma , causadas por la contaminación del aire , mayores costos de atención médica para el público en general, disminución de las cosechas , días de trabajo y de escuela perdidos debido a enfermedades, aumento de las inundaciones y otros eventos climáticos extremos vinculados al cambio climático global , y otros costos sociales. Los costos impuestos a la sociedad y al planeta se estiman en $ 3.80 por galón de gasolina, además del precio que paga el usuario en la bomba. El daño a la salud y al clima causado por un vehículo impulsado por gasolina excede en gran medida el causado por los vehículos eléctricos. [144] [145]
Se producen aproximadamente 2,353 kilogramos por litro (19,64 lb/US gal) de dióxido de carbono (CO 2 ) al quemar gasolina que no contiene etanol. [141] La mayor parte de la gasolina que se vende actualmente en los EE. UU. contiene aproximadamente un 10 por ciento de etanol combustible (o E10) por volumen. [141] La quema de E10 produce aproximadamente 2,119 kilogramos por litro (17,68 lb/US gal) de CO 2 que se emite a partir del contenido de combustible fósil. Si se consideran las emisiones de CO 2 de la combustión de etanol, entonces se producen aproximadamente 2,271 kilogramos por litro (18,95 lb/US gal) de CO 2 cuando se quema E10. [141]
En todo el mundo se queman 7 litros de gasolina por cada 100 km recorridos por turismos y furgonetas. [146]
En 2021, la Agencia Internacional de Energía declaró: "Para garantizar que los estándares de ahorro de combustible y emisiones de CO2 sean efectivos, los gobiernos deben continuar con los esfuerzos regulatorios para monitorear y reducir la brecha entre el ahorro de combustible en el mundo real y el rendimiento nominal". [146]
La gasolina entra al medio ambiente a través del suelo, las aguas subterráneas, las aguas superficiales y el aire. Por lo tanto, los seres humanos pueden estar expuestos a la gasolina a través de métodos como la respiración, la ingestión de alimentos y el contacto con la piel. Por ejemplo, el uso de equipos llenos de gasolina, como cortadoras de césped, beber agua contaminada con gasolina cerca de derrames o fugas de gasolina al suelo, trabajar en una estación de servicio o inhalar gases volátiles de gasolina al repostar en una estación de servicio son las formas más fáciles de estar expuesto a la gasolina. [147]
La Agencia Internacional de Energía afirmó en 2021 que “los combustibles para el transporte por carretera deberían gravarse a una tasa que refleje su impacto en la salud de las personas y el clima”. [146]
Los países de Europa imponen impuestos sustancialmente más altos sobre combustibles como la gasolina en comparación con los EE. UU. El precio de la gasolina en Europa suele ser más alto que en los EE. UU. debido a esta diferencia. [148]
Entre 1998 y 2004, el precio de la gasolina fluctuó entre 0,26 y 0,53 dólares por litro (1 y 2 dólares por galón estadounidense). [149] Después de 2004, el precio aumentó hasta que el precio medio de la gasolina alcanzó un máximo de 1,09 dólares por litro (4,11 dólares por galón estadounidense) a mediados de 2008, pero retrocedió hasta aproximadamente 0,69 dólares por litro (2,60 dólares por galón estadounidense) en septiembre de 2009. [149] Estados Unidos experimentó un repunte de los precios de la gasolina hasta 2011, [150] y, para el 1 de marzo de 2012, el promedio nacional era de 0,99 dólares por litro (3,74 dólares por galón estadounidense). Los precios de California son más altos porque el gobierno de California exige fórmulas y tasas únicas para la gasolina en California. [151]
En Estados Unidos, la mayoría de los bienes de consumo tienen precios antes de impuestos, pero los precios de la gasolina se publican con los impuestos incluidos. Los impuestos son añadidos por los gobiernos federales, estatales y locales. En 2009 [update], el impuesto federal era de 0,049 dólares por litro (0,184 dólares por galón estadounidense) para la gasolina y de 0,064 dólares por litro (0,244 dólares por galón estadounidense) para el diésel (excluido el diésel rojo ). [152]
Según la Administración de Información Energética, en mayo de 2009, aproximadamente el nueve por ciento de toda la gasolina vendida en Estados Unidos era de calidad superior. La revista Consumer Reports afirma: "Si [el manual del propietario] dice que se debe utilizar combustible normal, hágalo; no hay ninguna ventaja en utilizar un grado superior". [153] Associated Press afirmó que la gasolina premium, que tiene un índice de octano más alto y cuesta más por galón que la gasolina normal sin plomo, sólo debería utilizarse si el fabricante dice que es "obligatorio". [154] Los coches con motores turboalimentados y relaciones de compresión elevadas suelen especificar gasolina premium porque los combustibles de mayor octanaje reducen la incidencia del "golpeteo" o predetonación del combustible. [155] El precio de la gasolina varía considerablemente entre los meses de verano e invierno. [156]
Existe una diferencia considerable entre el aceite de verano y el de invierno en la presión de vapor de la gasolina (presión de vapor Reid, RVP), que es una medida de la facilidad con la que el combustible se evapora a una temperatura determinada. Cuanto mayor sea la volatilidad de la gasolina (cuanto mayor sea la RVP), más fácil será que se evapore. La conversión entre los dos combustibles se produce dos veces al año, una en otoño (mezcla de invierno) y la otra en primavera (mezcla de verano). El combustible mezclado de invierno tiene una RVP más alta porque el combustible debe poder evaporarse a baja temperatura para que el motor funcione normalmente. Si la RVP es demasiado baja en un día frío, será difícil arrancar el vehículo; sin embargo, la gasolina mezclada de verano tiene una RVP más baja. Evita la evaporación excesiva cuando aumenta la temperatura exterior, reduce las emisiones de ozono y reduce los niveles de smog. Al mismo tiempo, es menos probable que se produzca un bloqueo de vapor en climas cálidos. [157]
A continuación se muestra una tabla de la densidad energética (por volumen) y la energía específica (por masa) de varios combustibles para el transporte en comparación con la gasolina. En las filas con energía bruta y neta , se toman del Libro de datos de energía para el transporte del Laboratorio Nacional de Oak Ridge . [159]
Los conductores de la India utilizaron 500.000 barriles por día de gasolina para motores en los 12 meses que terminaron en febrero de 2016, según la Célula de Planificación y Análisis del Petróleo del Ministerio del Petróleo.
Con base en estimaciones proporcionadas por la industria de refinación de petróleo, el Departamento de Desarrollo Nacional y Energía ha estimado que la decisión de reducir el RON del combustible para motores premium de 98 a 97 ha resultado en un ahorro anual equivalente a aproximadamente 1,6 millones de barriles de petróleo crudo.
Este artículo incorpora texto de esta fuente, que se encuentra en el dominio público : "¿Cuánto dióxido de carbono se produce al quemar gasolina y combustible diésel?". Administración de Información Energética de Estados Unidos (EIA). Archivado desde el original el 27 de octubre de 2013.
