La Gasolina: Generalidades

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la gasolina
A principios de siglo, la gasolina de buena calidad era obtenida con algo de suerte. La naturaleza proporcionaba los ingredientes, casi siempre parafinas (hidrocarburos lineales y cíclicos), pero diluidos en otros componentes contenidos en el petróleo crudo. En la actualidad la gasolina es un producto hecho por el hombre, es decir, de origen sintético. Las principales razones son:

  • Los crudos tienen un máximo de 25-30% de gasolina natural con índices de octano entre 40 a 60, los cuales son demasiado bajos para usarse en los motores modernos de combustión interna. Esto se debe a la estructura molecular de los hidrocarburos que la constituyen.
  • La cantidad de gasolina primaria o natural contenida en los crudos es insuficiente para satisfacer la gran demanda provocada por ciento de millones de vehículos que circulan diariamente por carreteras y calles del mundo. Sin embargo, a medida que se hacían mejores gasolinas, simultáneamente los diseñadores de automóviles aumentaban la compresión de los motores elevando así su potencia. Se necesitó entonces un índice de octanos mayor.

De un barril de 159 litros de petróleo crudo se logra separar 50 litros de gasolina, cuyos componentes tienen de cinco a nueve átomos de carbono (C₃-C₉), y que de los 109 litros restantes algunos de los hidrocarburos no son apropiados para usarlos como gasolina. debido a que su composición no cuenta átomos de carbono por molécula (<C₅) o porque tiene demasiados (>C₁₀). Otros quizás cumplan con el número requerido de carbonos, pero sus moléculas están en forma lineal en vez de ramificada.

1. Descripción de la gasolina

La gasolina es una mezcla de muchos hidrocarburos diferentes, que se obtiene al refinar petróleo crudo. Al ser altamente volátil e inflamable, tiene un gran riesgo de incendio y explosión. Es el tipo de combustible más comúnmente usado en los vehículos.

Los contaminantes que más han de controlarse en los vehículos propulsados a gasolina son el monóxido de carbono (CO), los hidrocarburos (HC), los óxidos nitrógenos (NOx), el plomo y ciertos hidrocarburos tóxicos como el benceno. Cada uno de estos puede ser influido por la composición de la gasolina usada por el vehículo.

Usualmente la combustión de gasolina sin post-tratamiento de gas de escape lleva a mayores emisiones de hidrocarburos (incluyendo el benceno) y monóxido de carbono que el diesel. Las emisiones de NOx son similares (levemente menores en los motores de dos tiempos y levemente mayores en los motores de cuatro tiempos).

Las emisiones en particular son muchísimo menores en comparación con el diesel, excepto en los motores de dos tiempos comúnmente usados en las motocicletas y las motonetas donde las emisiones y el humo pueden ser bastante altas. El número de países que usan plomo en la gasolina como un mejorador de octanaje esta rápidamente declinando.

2. Los octanos de la gasolina

El octanaje o índice de octano, de una gasolina, es el porcentaje de 2,2,4 - trimetilpentano (isooctano) que, mezclado con heptano, da un combustible de las mismas características detonantes que la gasolina en cuestión.

Las diferentes gasolinas se diferencian por su volatilidad, densidad y sus propiedades "antidetonantes". Una mezcla de vapor de gasolina y aire arde con violencia casi explosiva en el cilindro de un motor de combustión interna. Cuanto más comprimida se encuentre la mezcla en la ignición, mayor es el rendimiento del motor, pero si se utiliza una compresión muy elevada la mezcla arde con excesiva rapidez y el resultado es una violenta sacudida contra el émbolo, el motor detona y el rendimiento es menor.

Para describir las propiedades detonantes de una gasolina se han seleccionado dos hidrocarburos como patrón: el heptano, al que se le asigna índice de octano 0 porque detona más que cualquier componente de las gasolinas corrientes, y el 2,2,4 - trimetilpentano (isooctano), al que se le asigna un índice de octano 100. En la Figura 1, se observa la estructura molecular del n-heptano y el isooctano.

la gasolina n-heptano isooctano
Fig. 1. Estructura molecular del n-heptano y el 2,2,4 - trimetilpentano (isooctano).

El poder explosivo de una gasolina puede ser moderado mediante la adición de antidetonantes. Estos antidetonantes suelen contener plomo y son altamente contaminantes.

3. La gasolina comercial

La gasolina que compramos en las estaciones de servicio se hace mezclando gasolina natural con diferentes porcentajes de gasolina proveniente de los procesos de polimerización, alquilación, isomerización, reformación y desintegración. 

De un barril de 159 litros de petróleo crudo se logra separar 50 litros de gasolina

En la actualidad se pueden hacer mezclas de gasolinas con índices de octano mayores que el obtenido por el isooctano puro, o sea hasta de 110. Esto se logra agregando a la mezcla de gasolina compuestos llamados antidetonantes. El compuesto de este tipo más común es el tetraetilo de plomo (TEP). 

Este producto impide que la gasolina "explote" dentro de los cilindros del motor con demasiada rapidez. Además permite usar en las mezclas mayor cantidad de gasolina de menor calidad, como es la gasolina natural (40-60 octanos), y alcanzar de todos modos los octanajes requeridos por las gasolinas comerciales. 

La cantidad óptima de tetraetilo de plomo que se usa en las mezclas de gasolinas es de tres mililitros por cada galón (un galón tiene 3,785 litros). No vale la pena agregar concentraciones mayores a las antes mencionadas, pues el exceso perjudica a las mezclas. 

El tetraetilo de plomo sube más el octanaje de las mezclas cuando éstas contienen mayor cantidad de hidrocarburos ramificados, por ejemplo las gasolinas de la isomerizadora y los de la alquiladora. 

Sin embargo, cuando las mezclas tienen un alto contenido de olefinas, como las de la polimerizadora, o tienen demasiados compuestos de azufre, la susceptibilidad al tetraetilo de plomo disminuye. Es decir, que aunque se agregue la misma cantidad de TEP, el índice de octano subirá menos que en el caso anterior. 

Las gasolinas con plomo, como se les llama a aquellas que contienen TEP, resultan más baratas que las que no lo llevan. Esto se debe a que el contenido de gasolina natural (más barata) es mayor en este caso. Además, tres mililitros por galón de TEP consiguen en algunos casos elevar el octanaje de las gasolinas hasta en 20 octanos. 

Así por ejemplo, si tenemos una mezcla de gasolina con un índice de octano de 60, al agregarle el TEP puede llegar a tener un octanaje de 80. Si la mezcla original tenía 90 de octano, con el aditivo puede subir hasta 110. Desgraciadamente, si bien este fabuloso aditivo es muy bueno para los automóviles y para nuestros bolsillos, no lo es para nuestra salud.

4. Desventajas del uso del Tetraetilo de Plomo (TEP)

El principal problema que se presenta con el uso del TEP como antidetonante estriba en el hecho de que el plomo se elimina con los gases de combustión que salen por el escape de los automóviles, causando un problema grave de contaminación ambiental debido a su toxicidad. 

Otra manera de ayudar a subir el octanaje de las gasolinas es agregándoles butano, un hidrocarburo con cuatro átomos de carbono. Este producto es gaseoso y suele mezclarse con la gasolina en el invierno para facilitar el arranque en frío de los motores. 

La gasolina regular con plomo se usa principalmente en automóviles y camiones que tienen motores con una relación de compresión hasta de 9:1. Esta gasolina es una mezcla de gasolinas provenientes de la desintegradora catalítica, la reformadora, gasolina natural y butano normal, con 3 ml de TEP por galón. Su octanaje es de 80 a 85. 

La gasolina "súper" con plomo se usa en vehículos con motores de compresión superior a 9:1. La mezcla típica contiene gasolinas provenientes de la desintegradora catalítica, la reformadora., la isomerizadora, la alquiladora gasolina natural, y butano normal. Además se le añade tetraetilo de plomo (TEP). Su octanaje es de 90 a 100 y en algunos países llega a ser hasta de 110. 

La gasolina "súper" sin plomo se usa en automóviles con mofles catalíticos que sirven para disminuir la cantidad de emisiones contaminantes de los gases de combustión del motor. La composición de sus mezclas es muy semejante al de la gasolina "súper" pero con un mínimo o nada de gasolina natural. Además no contiene tetraetilo de plomo. 

El hecho de que una gasolina no contenga TEP no significa que los automóviles que la usen no provocarán ninguna contaminación en el ambiente, pues el "smog" producido proviene principalmente de los hidrocarburos no quemados y del monóxido de carbono que salen del mofle.

La cantidad de éstos depende de las condiciones de los motores pero aun contando con automóviles bien afinados y nuevos, éstos de todas maneras serán fuentes de contaminación, ya que el rendimiento termodinámico de los motores de combustión interna es sólo de 23%, lo que significa que menos del 25% de la energía producida se aprovecha para mover el vehículo. En un siguiente artículo se explicará los procesos de obtención de la gasolina.

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La Gasolina: Generalidades
A principios de siglo, la gasolina de buena calidad era obtenida con algo de suerte. La naturaleza proporcionaba los ingredientes, casi siempre parafinas (hidrocarburos lineales y cíclicos), pero diluidos en otros componentes contenidos en el petróleo crudo.
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