Cómo Funciona La Gasolina

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Sin gasolina, el mundo tal como lo conocemos se detendría en seco. Solo los ee. Uu. Consumen más de cien mil millones de galones de gasolina por año. Aprende todo sobre este combustible vital.

En los Estados Unidos y en el resto del mundo industrializado, la gasolina es definitivamente un fluido vital. Es tan vital para la economía como lo es la sangre para una persona. Sin gasolina (y combustible diesel), el mundo tal como lo conocemos se detendría. ¡Solo en los Estados Unidos se consumen aproximadamente 130 mil millones de galones (casi 500 mil millones de litros) de gasolina por año!

¿Qué hay en la gasolina que lo hace tan importante? En este artículo, aprenderá exactamente qué es la gasolina y de dónde viene.

¿Qué es la gasolina?

- La gasolina es conocida como hidrocarburo alifático. En otras palabras, la gasolina está formada por moléculas compuestas de nada más que hidrógeno y carbono dispuestos en cadenas. Las moléculas de gasolina tienen de siete a 11 carbonos en cada cadena. Aquí están algunas configuraciones comunes:

H H H H H H H | | | | | | | H-C-C-C-C-C-C-C-H-Heptano | | | | | | | H H H H H H H H H H H H H | | | | | | | | H-C-C-C-C-C-C-C-C-H Octano | | | | | | | | H H H H H H H H H H H H H H H | | | | | | | | | H-C-C-C-C-C-C-C-C-C-H Nonano | | | | | | | | | H H H H H H H H H H H H H H H H H | | | | | | | | | | H-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-H Decano | | | | | | | | | | H H H H H H H H H H

Moléculas típicas encontradas en la gasolina.

Cuando quema gasolina en condiciones ideales, con abundante oxígeno, obtiene dióxido de carbono (de los átomos de carbono en la gasolina), agua (de los átomos de hidrógeno) y mucho calor. Un galón de gasolina contiene aproximadamente 132x10.6 julios de energía, lo que equivale a 125,000 BTU o 36,650 vatios-hora:

  • Si tomó un calentador de espacio de 1,500 vatios y lo dejó en plena explosión durante un día completo de 24 horas, eso es aproximadamente la cantidad de calor en un galón de gasolina.
  • Si los seres humanos pudieran digerir la gasolina, un galón contendría aproximadamente 31,000 calorías de alimentos. ¡La energía en un galón de gasolina es equivalente a la energía en aproximadamente 110 hamburguesas de McDonalds!

¿De dónde viene la gasolina?

- La gasolina está hecha de petróleo crudo. El petróleo crudo bombeado fuera del suelo es un líquido negro llamado petróleo. Este líquido contiene hidrocarburos, y los átomos de carbono en el petróleo crudo se unen en cadenas de diferentes longitudes.

Resulta que las moléculas de hidrocarburos de diferentes longitudes tienen diferentes propiedades y comportamientos. Por ejemplo, una cadena con un solo átomo de carbono (CH4) es la cadena más ligera, conocida como metano. El metano es un gas tan liviano que flota como el helio. A medida que las cadenas se hacen más largas, se vuelven más pesadas.

Las primeras cuatro cadenas (CH4 (metano), C2H6 (etano), C3H8 (propano) y C4H10 (butano)) son todas gases y hierven a -161, -88, -46 y -1 grados F, respectivamente (-107, -67, -43 y -18 grados C). Las cadenas hasta C18H32 o más o menos son todos líquidos a temperatura ambiente, y las cadenas por encima de C19 son todos sólidos a temperatura ambiente.

Las diferentes longitudes de cadena tienen puntos de ebullición cada vez más altos, por lo que pueden separarse por destilación. Esto es lo que sucede en una refinería de petróleo: el petróleo crudo se calienta y las diferentes cadenas se eliminan por sus temperaturas de vaporización. (Vea Cómo funciona la refinación de petróleo para más detalles.)

Las cadenas en el rango C5, C6 y C7 son todas muy ligeras, fácilmente vaporizadas, líquidos claros llamados naftas. Se utilizan como disolventes; los líquidos de limpieza en seco se pueden obtener a partir de estos líquidos, así como disolventes de pintura y otros productos de secado rápido.

Las cadenas de C7H16 a C11H24 se mezclan y se usan para gasolina. Todos ellos se vaporizan a temperaturas por debajo del punto de ebullición del agua. Por eso, si derramas gasolina en el suelo, se evapora muy rápidamente.

El siguiente es el queroseno, en el rango de C12 a C15, seguido por el combustible diesel y los aceites combustibles más pesados ​​(como el aceite de calefacción para casas).

Luego vienen los aceites lubricantes. Estos aceites ya no se vaporizan de ninguna manera a temperaturas normales. Por ejemplo, el aceite del motor puede funcionar todo el día a 250 grados F (121 grados C) sin vaporizar en absoluto. Los aceites van desde muy ligeros (como el aceite 3 en 1) a través de varios espesores de aceite de motor a través de aceites para engranajes muy gruesos y luego grasas semisólidas. Vasoline cae allí también.

Las cadenas por encima del rango C20 forman sólidos, comenzando con la cera de parafina, luego el alquitrán y finalmente el betún asfáltico, que solía hacer carreteras de asfalto.

Todas estas diferentes sustancias provienen del petróleo crudo. ¡La única diferencia es la longitud de las cadenas de carbono!

¿Qué es el octano?

-Si ha leído Cómo funcionan los motores de automóviles, sabe que casi todos los automóviles utilizan motores de gasolina de cuatro tiempos. Uno de los trazos es el carrera de compresión, donde el motor comprime un cilindro lleno de aire y gas en un volumen mucho más pequeño antes de encenderlo con una bujía. La cantidad de compresión se llama índice de compresión del motor. Un motor típico puede tener una relación de compresión de 8 a 1. (Vea cómo funcionan los motores de automóviles para más detalles).

los índice de octano La gasolina le dice cuánto se puede comprimir el combustible antes de que se encienda espontáneamente. Cuando el gas se enciende por compresión en lugar de a causa de la chispa de la bujía, causa golpes en el motor Golpear puede dañar un motor, por lo que no es algo que quieras que suceda. El gas de menor octanaje (como la gasolina "normal" de 87 octanos) puede manejar la menor cantidad de compresión antes de encenderse.

La relación de compresión de su motor determina el octanaje del gas que debe usar en el automóvil.Una forma de aumentar la potencia de un motor de un desplazamiento dado es aumentar su relación de compresión. Por lo tanto, un "motor de alto rendimiento" tiene una relación de compresión más alta y requiere combustible de mayor octanaje. La ventaja de una alta relación de compresión es que le otorga a su motor una clasificación de caballos de fuerza más alta para un peso de motor determinado; eso es lo que hace que el motor tenga un "alto rendimiento". La desventaja es que la gasolina para su motor cuesta más.

El nombre "octano" proviene del siguiente hecho: cuando tomas petróleo crudo y lo "rompes" en una refinería, terminas recibiendo cadenas de hidrocarburos de diferentes longitudes. Estas diferentes longitudes de cadena pueden separarse entre sí y combinarse para formar diferentes combustibles. Por ejemplo, metano, propano y butano son todos hidrocarburos. El metano tiene un solo átomo de carbono. El propano tiene tres átomos de carbono encadenados. El butano tiene cuatro átomos de carbono encadenados. El pentano tiene cinco, el hexano tiene seis, el heptano tiene siete y el octano tiene ocho carbonos encadenados juntos.

Resulta que el heptano maneja la compresión muy mal. Comprímelo un poco y se enciende espontáneamente. El octano maneja la compresión muy bien, se puede comprimir mucho y no pasa nada. La gasolina de ochenta y siete octanos es una gasolina que contiene 87 por ciento de octano y 13 por ciento de heptano (o alguna otra combinación de combustibles que tenga el mismo rendimiento que la combinación 87/13 de octano / heptano). Se enciende espontáneamente a un nivel de compresión dado, y solo puede usarse en motores que no excedan esa relación de compresión.

Aditivos de gasolina

- Durante la Primera Guerra Mundial, se descubrió que se puede agregar un químico llamado tetraetil plomo a la gasolina y mejorar significativamente su octanaje. Los grados más baratos de gasolina se podrían utilizar agregando este químico. Esto llevó al uso generalizado de gasolina "etil" o "con plomo". Desafortunadamente, los efectos secundarios de agregar plomo a la gasolina son:

  • El plomo atasca un convertidor catalítico y lo deja inoperable en minutos.
  • La Tierra se cubrió con una fina capa de plomo, y el plomo es tóxico para muchos seres vivos (incluidos los humanos).

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-Cuando se prohibió el plomo, la gasolina se volvió más cara porque las refinerías ya no podían aumentar las clasificaciones de octanaje de los grados más baratos. Los aviones aún pueden usar gasolina con plomo, y los octanos de 115 se usan comúnmente en motores de pistón de súper alto rendimiento (los motores a reacción queman queroseno, por cierto).

Otro aditivo común es el MTBE. MTBE es el acrónimo de metil terciario butil éter, una molécula bastante simple que se crea a partir de metanol.

MTBE se agrega a la gasolina por dos razones:

  1. Se alza octano.
  2. Es un oxigenar, lo que significa que agrega oxígeno a la reacción cuando se quema. Idealmente, un compuesto oxigenado reduce la cantidad de hidrocarburos no quemados y monóxido de carbono en el escape.

MTBE comenzó a agregarse a la gasolina en gran medida después de que la Ley de Aire Limpio de 1990 entró en vigencia. La gasolina puede contener tanto de 10 por ciento a 15 por ciento de MTBE.

El principal problema con MTBE es que se piensa que es cancerígeno y se mezcla fácilmente con agua. Si la gasolina que contiene MTBE se fuga de un tanque subterráneo en una estación de servicio, puede ingresar al agua subterránea y contaminar los pozos. Por supuesto, el MTBE no es lo único que penetra en el agua subterránea cuando se fuga un tanque, al igual que la gasolina y una gran cantidad de otros aditivos de la gasolina.

Según esta página en la EPA:


Si bien no existe una regulación de agua potable establecida, USEPA ha emitido un aviso de agua potable de 20 a 40 microgramos por litro (µg / L) sobre la base de los umbrales de sabor y olor. Esta concentración recomendada tiene como objetivo proporcionar un amplio margen de seguridad para los efectos no relacionados con el cáncer y se encuentra en el rango de márgenes que generalmente se proporciona para los posibles efectos cancerígenos.

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-La cosa más probable para reemplazar el MTBE en gasolina es etanol - Alcohol normal. Es algo más caro que el MTBE, pero no es una amenaza de cáncer.

Problemas con la gasolina

- La gasolina tiene dos problemas cuando se quema en los motores de los automóviles. El primer problema tiene que ver con el smog y el ozono en las grandes ciudades. El segundo problema tiene que ver con el carbono y los gases de efecto invernadero.

Cuando los autos queman gasolina, idealmente lo quemarían perfectamente y crearían nada más que dióxido de carbono y agua en sus gases de escape. Desafortunadamente, el motor de combustión interna no es perfecto. En el proceso de quemar la gasolina, también produce:

  • Monóxido de carbonoun gas venenoso
  • Oxido de nitrógeno, principal fuente de smog urbano.
  • Hidrocarburos no quemados, principal fuente de ozono urbano.

Los convertidores catalíticos eliminan gran parte de esta contaminación, pero tampoco son perfectos. La contaminación del aire de los automóviles y las centrales eléctricas es un problema real en las grandes ciudades.

El carbono también es un problema. Cuando se quema, se convierte en gran cantidad de gas dióxido de carbono. La gasolina es principalmente carbono en peso, por lo que un galón de gas puede liberar de 5 a 6 libras (2,5 kg) de carbono a la atmósfera. Los Estados Unidos están liberando aproximadamente 2 billones de libras de carbono a la atmósfera cada día.

Si fuera carbono sólido, sería extremadamente notable, sería como arrojar una bolsa de azúcar de 5 libras por la ventana de su automóvil por cada galón de gasolina quemada. Pero como las 5 libras de carbono salen como un gas invisible (dióxido de carbono), la mayoría de nosotros lo ignoramos. El dióxido de carbono que sale del tubo de escape de cada automóvil es un gases de efecto invernadero. Los efectos finales son desconocidos, pero es una gran posibilidad que, eventualmente, haya cambios climáticos dramáticos que afecten a todos en el planeta (por ejemplo, los niveles del mar pueden aumentar, inundar o destruir ciudades costeras). Por esta razón, hay esfuerzos crecientes para reemplazar la gasolina con hidrógeno.Vea cómo funciona la economía del hidrógeno para más detalles.


Suplemento De Vídeo: Como funciona un motor a gasolina otto.




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