Número de cetano

Número de cetano (índice de cetano) es un indicador de la velocidad de combustión del combustible diésel y la compresión necesaria para el encendido. Desempeña un papel similar para el diésel que el octanaje para la gasolina. El CN es un factor importante para determinar la calidad del combustible diésel, pero no el único; Otras medidas de la calidad del combustible diésel incluyen (entre otras) el contenido de energía, la densidad, la lubricidad, las propiedades de flujo en frío y el contenido de azufre.

Definición

El número de cetano (o CN) de un combustible se define encontrando una mezcla de cetano e isocetano con el mismo retardo de ignición. El cetano tiene un número de cetano definido como 100, mientras que el número de cetano medido del isocetano es 15, reemplazando al antiguo combustible de referencia alfa-metilnaftaleno, al que se le asignó un número de cetano de 0. Una vez que se conoce la mezcla, el número de cetano es calculado como un promedio ponderado por volumen, redondeado al número entero más cercano, de 100 de cetano y 15 de heptametilnonano.

número de cetane = % n-cetano + 0,15(% heptametilnotano)

El número de cetano es una función inversa del retraso de ignición de un combustible, el período de tiempo entre el inicio de la ignición y el primer aumento de presión identificable durante la combustión del combustible. En un motor diésel en particular, los combustibles con mayor cetano tendrán períodos de retardo de ignición más cortos que los combustibles con menor cetano. Los índices de cetano sólo se utilizan para los gasóleos destilados relativamente ligeros. Para el fueloil pesado (residual) se utilizan otras dos escalas, CCAI y CII.

Valores típicos

Generalmente, los motores diesel funcionan bien con un CN de 48 a 50. Los combustibles con menor número de cetane tienen retrasos de encendido más largos, que requieren más tiempo para completar el proceso de combustión de combustible. Por lo tanto, los motores diésel de mayor velocidad funcionan más eficazmente con combustibles de mayor número de cetanes.

En Europa, los índices de cetano del diésel se establecieron en un mínimo de 38 en 1994 y 40 en 2000. El estándar para el diésel vendido en la Unión Europea, Islandia, Noruega y Suiza está definido por la norma EN 590. Desde el 1 de enero de 2001 EN 590 exige un índice de cetano mínimo de 46 y un índice de cetano mínimo de 51. El combustible diésel premium puede tener un índice de cetano de hasta 60.

En Finlandia, los combustibles diésel premium vendidos por las cadenas de estaciones de servicio St1 (Diesel Plus), Shell (que contiene GTL) y ABC (Smart Diesel) tienen un número de cetano mínimo de 60, siendo el valor típico de 63. Neste MY Renewable Diesel vendido en Finlandia tiene un número de cetano mínimo de 70.

En América del Norte, la mayoría de los estados adoptan la norma ASTM D975 como estándar para combustible diésel y el número de cetano mínimo se establece en 40, con valores típicos en el rango de 42 a 45. El combustible diésel premium puede tener o no un índice de cetano más alto según el proveedor. El diésel premium suele utilizar aditivos para mejorar el CN y la lubricidad, detergentes para limpiar los inyectores de combustible y minimizar los depósitos de carbón, dispersantes de agua y otros aditivos según las necesidades geográficas y estacionales. El combustible diésel de California tiene un cetano mínimo de 53. Según el nivel bajo de Texas Programa de Emisiones Diésel (TxLED) hay 110 condados donde el combustible diésel debe tener un número de cetano de 48 o mayor, o bien debe utilizar una formulación alternativa aprobada o cumplir con los límites alternativos designados.

Neste MY Renewable Diesel vendido en Norteamérica tiene un número de cetano de 70+.

Aditivos

Los nitratos de alquilo (principalmente nitrato de 2-etilhexilo) y el peróxido de di-terc-butilo se utilizan como aditivos para aumentar el índice de cetano.

Combustibles alternativos

Se ha registrado que el biodiésel procedente de fuentes de aceite vegetal tiene un número de cetano de 46 a 52, y los números de cetano del biodiésel a base de grasa animal oscilan entre 56 y 60. El éter dimetílico es un combustible diésel potencial ya que tiene un alto índice de cetano. (55-60) y puede producirse como biocombustible. La mayoría de los éteres simples, incluidos los líquidos, como el éter dietílico, se pueden utilizar como combustible diésel, aunque la lubricidad puede ser motivo de preocupación.

Relevancia química

El cetano es el hidrocarburo de fórmula química C₁₆H₃₄ y concretamente de fórmula estructural CH₃(CH_{2)14CH3. También llamado n-hexadecano, es un alcano saturado no ramificado. El cetano se enciende con un breve retraso bajo compresión y se le asigna un número de cetano de 100. Al alfa-metilnaftaleno, que tiene un largo período de retraso, se le asignó un número de cetano de 0, pero ha sido reemplazado como combustible de referencia por 2,3. 4,5,6,7,8-heptametilnonano, al que se le asigna un número de cetano de 15. Todos los demás hidrocarburos en el combustible diesel están indexados al cetano en función de la rapidez con la que se encienden bajo compresión, es decir, en las condiciones del motor diesel. Dado que cientos de componentes componen el combustible diesel, el número de cetano general de ese combustible es la calidad promedio de cetano de todos los componentes. Los componentes con alto contenido de cetano tienen una influencia desproporcionada, de ahí el uso de aditivos con alto contenido de cetano.}

Medición del número de cetano

Los números de cetano son bastante difíciles de medir con precisión, ya que requiere un motor diésel especial llamado motor Cooperative Fuel Research (CFR). En condiciones de prueba estándar, el operador del motor CFR utiliza una rueda manual para aumentar la relación de compresión (y por lo tanto la presión máxima dentro del cilindro) del motor hasta que el tiempo entre la inyección de combustible y el encendido sea de 2,407 ms. Luego, el número de cetano resultante se calcula determinando qué mezcla de cetano (hexadecano) e isocetano (2,2,4,4,6,8,8-heptametilnonano) dará como resultado el mismo retraso en la ignición.

Probador de calidad de encendido (IQT)

Otro método confiable para medir el número de cetano derivado (DCN) del combustible diesel es el Probador de calidad de encendido (IQT). Este instrumento aplica un enfoque más simple y sólido para la medición de CN que el CFR. El combustible se inyecta en una cámara de combustión de volumen constante a aproximadamente 575 °C y 310 psi (21 bar). El tiempo entre el inicio de la inyección y la recuperación de la presión de la cámara de combustión a 310 psi (21 bar) se define como retraso del encendido. Este retraso de encendido medido se utiliza luego para calcular el DCN del combustible. Luego, el DCN del combustible se calcula utilizando una relación empírica inversa con el retardo de encendido. Debido a la reproducibilidad, el costo del material y la velocidad del IQT, este ha sido la fuente definitiva para las mediciones DCN de combustibles desde finales de la década de 2000.

Probador de encendido de combustible

Otro método confiable para medir el número de cetano derivado del combustible diesel es el Probador de encendido de combustible (FIT). Este instrumento aplica un enfoque más simple y sólido para la medición de CN que el CFR. El combustible se inyecta en una cámara de combustión de volumen constante en la que la temperatura ambiente es de aproximadamente 575 °C. El combustible se quema y la alta tasa de cambio de presión dentro de la cámara define el inicio de la combustión. El retardo de encendido del combustible puede entonces calcularse como el tiempo transcurrido entre el inicio de la inyección de combustible y el inicio de la combustión. El número de cetano derivado del combustible se puede calcular utilizando una relación empírica inversa al retardo de ignición.

Índice de cetano

Otra estadística utilizada por los usuarios de combustible para controlar la calidad es el índice de cetano (CI), que es un número calculado en función de la densidad y el rango de destilación del combustible. Hay varias versiones de esto, dependiendo de si se utilizan unidades métricas o imperiales y del número de puntos de destilación que se utilizan. Hoy en día, la mayoría de las compañías petroleras utilizan el "método de 4 puntos", ASTM D4737, basado en la densidad y temperaturas de recuperación del 10%, 50% y 90%. El 'método de los 2 puntos' se define en ASTM D976 y utiliza solo densidad y temperatura de recuperación del 50%. Este método de 2 puntos tiende a sobreestimar el índice de cetano y no se recomienda. Los cálculos del índice de cetano no pueden tener en cuenta los aditivos mejoradores de cetano y, por lo tanto, no miden el número de cetano total para los combustibles diésel adicionados. El funcionamiento del motor diésel está relacionado principalmente con el número de cetano real, y el índice de cetano es simplemente una estimación del número de cetano base (no adicionado).

Estándares de la industria

Los estándares de la industria para medir el número de cetano son ASTM D613 (ISO 5165) para el motor CFR, D6890 para el IQT y D7170 para el FIT.