Cap铆tulo 4
Motores y combustibles Los combustibles derivados del petr贸leo movilizan al mundo, en tierra, mar y aire.
Motores y combustibles
Los esquemas de funcionamiento de los motores de 4 tiempos nafteros y Diesel son similares. En el primero una chispa provoca la explosión, mientras que en el segundo, la sola compresión de la mezcla causa la ignición.
Los motores son máquinas termodinámicas, que utilizan la energía de la combustión transformándola en movimiento. A lo largo del desarrollo tecnológico, el hombre ha producido diferentes tipos de motores, cada uno adecuado a diferentes necesidades y condiciones de utilización. Los distintos tipos de motor tienen requerimientos específicos para su alimentación energética. La industria petrolera ha sabido dar respuesta a esta necesidad, desarrollando combustibles adecuados a cada tipo de motor. Existen motores de combustión externa, como la máquina de vapor, donde la fuente de calor (caldera) es exterior al mecanismo. En los de combustión interna, por el contrario, la fuente térmica está dentro de la máquina. A continuación, describiremos brevemente los principales tipos de motores de la actualidad.
Motores de ciclo Otto La idea básica de los motores de explosión es: aprovechar la energía generada por el combustible, al quemarse dentro de un cilindro. La energía que se libera de esta forma se transmite a un pistón móvil: así se produce trabajo mecánico que, por ejemplo, puede usarse para mover un vehículo. En los motores de ciclo Otto, la combustión se inicia mediante el salto de una chispa eléctrica proveniente de una bujía. Los combustibles de estos motores deben tener capacidad antidetonante, o sea, que no se enciendan antes de recibir la chispa –fenómeno conocido como autoencendido–. Los combustibles más usados son las naftas y gases (GNC). El ciclo completo del motor consta de cuatro tiempos. El primer recorrido del pistón, desde la cámara de combustión hasta el final de la carrera, es la admisión, cuando entra al cilindro la mezcla integrada por combustible y aire. El se-
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sión de los gases ya quemados. Existe una versión simplificada de este ciclo, que se utiliza en los motores de dos tiempos. En ella se combinan dos carreras del pistón en una sola. Uno de los tiempos corresponde a la admisión y compresión, y el otro a la expansión y escape. Debido a las características de este motor, la entrada de la mezcla combustible no se realiza por succión sino que se lo precomprime mediante un soplador. La presión de la mezcla
En Repsol YPF se estudian los combustibles en un proceso de mejora continua. El control de calidad contribuye a mantener el nivel que esperan los clientes.
Los motores más usados son de 2 y 4 tiempos y Diesel. fresca que ingresa, se aprovecha para producir un barrido de los gases de escape. Los motores de dos tiempos se utilizan habitualmente en vehículos y maquinarias livianas: motocicletas, embarcaciones deportivas, motosierras y similares. gundo tiempo es la compresión: el pistón se mueve ahora en sentido contrario, comprimiendo la mezcla. El tercer tiempo es la expansión. Se trata de la única carrera útil dentro del ciclo: al recibir la chispa, los gases se inflaman y ejercen una fuerte presión sobre el pistón, empujándolo hasta el extremo de carrera. El cuarto tiempo, por fin, es el del escape. Tiene un recorrido igual a la compresión pero, al estar la válvula de escape abierta, se produce la expul-
Los laboratorios de combustibles de Repsol YPF Hoy los combustibles son productos de alta tecnología resultado del conocimiento acumulado durante décadas, de los nuevos diseños de motores y de las crecientes exigencias ambientales de la sociedad. El Servicio Técnico de Repsol YPF cuenta con laboratorios fijos, móviles y un equipo de asesores, donde el cliente los necesite. Todos ellos poseen los más recientes adelantos para evaluar combusti-
bles, y cumplen con estrictas normas internacionales de calidad, seguridad y ambientales. Verifican continuamente la calidad de los combustibles, asegurando los niveles que necesitan sus clientes, quienes también disponen de los servicios de los laboratorios, para brindar todo el asesoramiento que necesiten acerca de la mejor utilización de los mismos.
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Motores y combustibles sión alta, elevando mucho su temperatura. En ese instante se inyecta el combustible, que, al encontrarse con el aire caliente, se enciende y va quemándose a medida que entra en el cilindro. Los combustibles que se utilizan deben tener una velocidad de autoignición adecuada al régimen de operación de cada motor. De acuerdo a su tipo, se los clasifica en veloces, medios y lentos, que corresponden al Diesel, bunker y fuel oil, en ese orden. Las primeras aplicaciones de los motores Diesel fueron en motores marinos y ferroviarios. Estos motores son de bajas revoluciones, e inicialmente no requirieron gran desarrollo cualitativo de combustibles, ya que usaban subproductos de la destilación directa del petróleo crudo. Pero al avanzar el diseño de los motores Diesel, con mayor compresión y revoluciones elevadas, y al extenderse su utilización en el agro, en el transporte (camiones y ómnibus) y en el parque automotor liviano (automóviles), se originó la necesidad de contar con nuevos combustibles más refinados. Las aeronaves modernas y de mayor tamaño, utilizan turbinas (con o sin hélices) diseñadas para consumir Jet A-1, un aerocombustible. Arriba, el esquema de un reactor.
Ciclo Diesel En 1893, el alemán Rudolf Diesel desarrolló un concepto audaz para los motores de explosión. Al reflexionar sobre el problema del autoencendido, se le ocurrió no tratar de evitarlo sino, por el contrario, provocarlo ex profeso. Los motores Diesel actuales han evolucionado de una combinación de las ideas de Diesel y de su contemporáneo
El Diesel se extendió de buques y locomotoras a camiones y autos. Herbert Stuart. A diferencia de los motores de ciclo Otto, en los motores Diesel el cilindro no aspira una mezcla de aire y combustible, sino sólo aire. El pistón comprime este aire a una pre-
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Turbinas Otro tipo de motor ampliamente utilizado, sobre todo en aeronaves, es la turbina. En ella, a diferencia de los casos anteriores, no hay pistones ni bielas que conviertan el movimiento longitudinal en circular. Por el contrario, constan de un rotor, provisto de pequeñas paletas (álabes), que es movido por los gases de combustión. El combustible líquido se inyecta continuamente a una cámara de combustión, donde se produce una corriente constante de gases a elevada presión y temperatura. Este chorro es el que genera la potencia que, por reacción, impulsa los aviones. El combustible que se utiliza en aeronavegación es el Jet A-1, un querosene refinado especialmente para su uso en turbinas a reacción. ■