Alto octanaje

[Química orgánica] Sección 1. [Alcanos] [Nomenclatura de los alcanos] [Propiedades físicas de los alcanos] [Propiedades químicas de los alcanos] [Fórmula general de los alcanos] [Lo orgánico y lo vivo] [El petróleo] [Alto octanaje] [Gas natural licuado] [Aceites, ceras y betunes]

La gasolina es una mezcla compleja de hidrocarburos obtenida principalmente a través de la destilación fraccionada del petróleo crudo. La ciencia detrás de la gasolina es fascinante, y uno de sus aspectos clave es el octanaje, un número que indica la capacidad de la gasolina para resistir la detonación prematura o "golpeteo" en el motor. Este fenómeno no se refiere a una molécula en particular, sino a la capacidad de la mezcla de combustibles para resistir una combustión prematura. En términos sencillos, un mayor octanaje significa que la gasolina puede soportar una mayor compresión sin encenderse antes de tiempo, lo que mejora la eficiencia del motor y reduce los daños. El octanaje se mide utilizando una escala basada en los octanos, compuestos de carbono e hidrógeno presentes en los combustibles.

Figura 1. El motor de combustión interna funciona mediante la ignición controlada de una mezcla de aire y combustible dentro de un cilindro. Primero, el pistón desciende, aspirando aire y combustible. Luego, al subir el pistón, la mezcla se comprime, incrementando su temperatura y presión. Una chispa (en motores de encendido por chispa) o la alta temperatura (en motores diésel) inflama la mezcla, liberando energía y forzando el pistón a descender, generando trabajo mecánico. Finalmente, los gases resultantes se expulsan durante la carrera de escape. Este ciclo se repite, convirtiendo la energía química del combustible en movimiento rotatorio aprovechable para propulsar vehículos.

Una forma común de medir el octanaje de las gasolinas es mediante una mezcla estándar de n-heptano y 2,2,4-trimetilpentano (también conocido como iso-octano), utilizados como referencias para definir los grados de octanaje. El n-heptano tiene un octanaje de 0, lo que significa que es propenso a la detonación en motores de combustión interna, mientras que el 2,2,4-trimetilpentano tiene un octanaje de 100, lo que indica una alta resistencia a la detonación. La relación entre estos dos compuestos determina el octanaje de una gasolina. Por ejemplo, una gasolina con un octanaje de 90 tiene una capacidad de resistencia a la detonación comparable a una mezcla de 90% de iso-octano y 10% de n-heptano.

En las gasolinas comerciales, los grados de octanaje suelen variar entre 87 y 93, aunque algunos vehículos de alto rendimiento utilizan gasolinas con octanajes superiores a 100. Las mezclas de gasolina incluyen hidrocarburos como alcanos, cicloalcanos y compuestos aromáticos, refinados para obtener una gasolina con el octanaje adecuado según el tipo de motor. Las gasolinas regulares (87 octanos) tienen una mezcla más simple, mientras que las gasolinas premium (91-93 octanos) contienen más aditivos y están diseñadas para motores de alto rendimiento que requieren mayor resistencia a la detonación.

Los principales alcanos que componen las gasolinas incluyen el butano, el pentano, el heptano, el octano y otros compuestos derivados de fracciones más ligeras obtenidas durante la destilación del petróleo. Estas fracciones líquidas de bajo punto de ebullición son ideales para la formación de gasolina, ya que tienen una viscosidad baja y una volatilidad adecuada para la combustión eficiente en motores de combustión interna. La destilación fraccionada separa el petróleo crudo en diferentes fracciones según sus puntos de ebullición. Las fracciones ligeras, que tienen puntos de ebullición entre 30°C y 200°C, son las ideales para producir gasolina. Estas fracciones se refinan y se mezclan para crear gasolinas de diferentes octanajes.

Antes de la popularización de los canales de gas y la distribución eficiente de combustible, las primeras gasolinas utilizadas en la Revolución Industrial y en los primeros años del automóvil tenían octajes relativamente bajos, y las mezclas de gasolina no eran tan refinadas como las actuales.

El octanaje de una gasolina está estrechamente relacionado con su capacidad para evitar la detonación, un fenómeno indeseado que ocurre cuando la gasolina se enciende antes de tiempo debido a la alta compresión. Las gasolinas de bajo octanaje tienden a producir detonación bajo alta compresión, mientras que las de alto octanaje son mucho más resistentes a este fenómeno. Esto es crucial en vehículos de alto rendimiento, donde se necesita mayor compresión para producir más potencia sin comprometer la eficiencia.

En cuanto a las gasolinas con octanaje superior a 100, estas se utilizan en motores de competición como los de la NASCAR o la Fórmula 1. Estas gasolinas de alta calidad, que incluyen aditivos y compuestos especiales, están diseñadas para maximizar la eficiencia y potencia del motor, lo que es esencial para las competencias de velocidad.

Los motores antiguos dependían de carburadores para mezclar aire y combustible antes de que fuera aspirado hacia el motor para su combustión. Un carburador es un dispositivo que ajusta la mezcla de aire y gasolina para el motor. Si se utilizaba una gasolina de bajo octanaje, los motores de carburador podían experimentar detonación, lo que reducía su eficiencia y dañaba los componentes. Los motores modernos, que utilizan inyección electrónica de combustible y sistemas computarizados, gestionan de manera más eficiente los diferentes octanajes. Estos vehículos ajustan automáticamente la mezcla de aire y gasolina, mejorando la eficiencia del motor y reduciendo las emisiones.

Figura 2. Los motores V12 se componen de doce cilindros dispuestos en dos bancadas de seis cilindros en ángulo. Este diseño ofrece un funcionamiento suave y una gran potencia, pues cada explosión de los cilindros se solapa, produciendo una entrega de par constante. Sin embargo, los costos de fabricación y mantenimiento son elevados, además de requerir mayor espacio y un consumo de combustible significativo. Por estas razones, no se emplean en automóviles cotidianos, donde se prioriza la eficiencia y el costo. En cambio, suelen encontrarse en vehículos de lujo o deportivos de alta gama, donde el rendimiento y la exclusividad son primordiales.

Las diferencias entre motores lineales y en "V" radican en la disposición de los cilindros. Un motor lineal tiene los cilindros en una sola fila, como los motores de 4 cilindros, mientras que un motor en V tiene sus cilindros dispuestos en dos bancadas en forma de "V", como en los motores V8 y V12, que proporcionan mayor potencia. El volumen de cilindraje de un vehículo, como 2.0L o 3.5L, se refiere al volumen total de todos los cilindros del motor combinados. Un mayor volumen permite mayor capacidad para generar potencia.

Como ciudadanos científicamente informados, es esencial reflexionar sobre el uso racional de las gasolinas y la eficiencia energética. Aunque las gasolinas siguen siendo una parte fundamental de nuestra vida cotidiana, es crucial considerar su impacto en el medio ambiente y en la economía global. La transición hacia alternativas más sostenibles, como vehículos eléctricos y tecnologías de energía renovable, ofrece nuevas perspectivas para un futuro más limpio y eficiente.