¿Nafta súper o premium?

La respuesta simple es “pida el grado de nafta que indica el manual de su auto” Pero hay mucho detrás de las ofertas actuales, considerando también los distintos niveles tecnológicos de los motores.

Desde los programas deportivos hasta las charlas de taller nos hemos acostumbrado escuchar que “darle más comida al motor” es aumentar la cantidad de nafta a disposición del propulsor. Pero,¿cuánta energía le proporciona darle una “ración” más grande de Súper o de Premium?

En realidad no hay diferencias sensibles de energía por litro entre ambas naftas. Lo que las distingue,definitivamente, es la forma en que se queman dentro del motor, aprovechando mejor esa energía y desperdiciando lo mínimo posible por el escape. Y para eso empiezan a jugar en equipo el diseño del motor y las características del combustible.

En general, el motor obtendrá más potencia cuanto mayor sea la relación de compresión, es decir, cuanto más “compacte” cada pistón al aire que recibió desde el múltiple de admisión (y a la nafta que ingresa por los inyectores).Este proceso tiene lugar mientras los pistones suben a su punto máximo de carrera (punto muerto superior), y por allí saltará la chispa de la bujía para encender a la mezcla. En la combustión posterior tendremos la liberación de la energía química de la naftaque se transformaen fuerza mecánica que empuja al pistón hacia abajo y llegará, por los distintos mecanismos,a impulsar las ruedas del vehículo.

Se define a la relación de compresión (CR por las siglas en inglés) como la relación del volumen de la cámara de combustión sumado al del cilindro, hasta el pistón, que está en el punto muerto inferior, y se divide por la misma suma de volúmenes, pero cuando el pistón está en el punto muerto superior. Los valores normales de CR para autos actuales pueden ir de 8,5:1 hasta 11,5:1.

Cuanto mayor es el CR, más eficiente resultará el motor, otorgando más potencia y menos consumo de combustible, pero…

En este proceso, el desafío para la nafta es soportar la presión y temperatura que se alcanza al finalizar esta carrera de compresión del pistón. Una referencia muy conocida y prácticaes recordar cómo aumentan ambos parámetros al accionar un inflador de bicicleta, donde llega a ser insoportable tocarlo con las manos…

Vemos este proceso de compresión en el siguiente esquema, muy simplificado (Figura N° 1)

Es decir que la combustión debe iniciarse con la chispa, que entrega una gran energía de activación produciendo una combustión ordenada y efectiva; y no a causa de la alta presión y temperatura que produce el rápido ascenso del pistón. Esta capacidad, característica de cada nafta, está medida por el número de octanos(a veces referido directamente como octanaje)

Los motores con mayor relación de compresión hacen crítico este aumento de presión y temperatura, comprimen mucho más a la mezcla. La nafta, más exigida, debe tener una capacidad mucho mayor para resistir esas condiciones, y por eso se dice que estos motores con un alto CR tienen un mayor “requerimiento octánico”

Hay que notar que las exigencias son también mayores para todos los componentes mecánicos del motor.

Si la nafta no logra resistir esas condiciones, se produce una combustión desordenada o detonación, con velocidades de llama demasiado altas que provocan fuertes ondas de choque: esto es lo que escuchamos como ruido metálico o “pistoneo”, por ejemplo cuando usamos una marcha demasiado baja de la caja. Si este proceso se produce en forma reiterativa puede ser destructivo para los pistones.

En la Figura N°2 se pueden ver distintos casos de pistones dañados a causa de la detonación. La parte superior o corona va perdiendo material, peligrosamente, a medida que se ve sometida a la detonación. En algunos casos se destruye la primera ranura de aros de pistón.

¿De qué depende el octanaje?

La nafta debe tener componentes “pesados” o “lerdos” para quemarse,con lo cual tendrán más octanaje. En general las moléculas más “esféricas” y grandes tienen mayor resistencia a la compresión y temperatura, encendiéndose solo cuando salta la chispa. Las moléculas largas o de ramificaciones débiles como las olefinas, tienen octanos bajos.

En el pasado obtener un alto octanaje era relativamente fácil porque se utilizaban aditivos metálicos, como el tetraetilo de plomo (Identificado para los químicos como TEL). Tiene moléculas enormes y frías comparadas con las que provienen de la refinación del petróleo crudo. Pero ya a principios de los 90 se eliminó, tras contundentes pruebas de su toxicidad, afectando al medioambiente, y principalmente porque “envenenaba” a los catalizadores de tres vías, taponándolos, y estos dejaban de funcionar y requerían reparación o cambio.

También, hasta hace unos años, se utilizaba un compuesto de manganeso (otra vez los químicos lo reconocerán como MMT) en proporciones muy bajas con respecto al TEL. Pero en los motores más modernos se empezó a notar que no solo se depositaba en las bujías, sino que los catalizadores mostraban depósitos rojizos y se tapaban los pequeños conductos en forma de celdas de cerámica, cubiertas de metales preciosos. Por ello, tras diversos trabajos realizados con Toyota y otras terminales, Axionenergy eliminó al MMT de su nafta Súper (la Premium nunca tuvo este componente)

En la actualidad, en la era de las naftas sin plomo ni otros aditivos metálicos, el octanaje debe ser aumentado a través de procesos de refinación más enérgicos como el reformado catalítico o “Powerformer”, que requiere reactores de altísima presión y temperatura, exponiendo a la corriente de hidrocarburo al contacto con catalizadores de platino.

Claro que la refinería debe combinar adecuadamente otros “cortes” como la nafta virgen, la nafta de coker estabilizada por hidrógeno,la nafta que proviene del catalítico, etc. Son todas materias primas con menor valor octánico.

Un componente que se adiciona a los hidrocarburos para aumentar el octanaje es el MetilTerButilEter (MTBE), un “alcohol superior” que puede ir hasta un 9%. Son muy apreciadas también sus propiedades que permiten reducir las emisiones tóxicas de escape, ya que contiene oxígeno y eso mejora la combustión, haciéndola más completa.

Además aparece el etanol que, como recurso de energía renovablees impulsado por el gobierno y hoy se utiliza en un 12% para todas las naftas. También es un “oxigenado” y aumenta el octanaje para condiciones de bajas vueltas del motor (rpm). Un punto negativo es que disminuye el contenido energético por litro de combustible en alrededor de un 4 %.

¿Cómo se mide el octanaje?

Mencionamos que la resistencia al encendido depende de las características, formas y composiciones de las moléculas de los hidrocarburos (y del etanol y del MTBE). En una nafta comercial tenemos cientos de diferentes tipos de moléculas. Para definir en parámetros simples el octanaje, se dispuso hacer la correlación del poder antidetonante de cada nafta comercial con una mezcla de sustancias simples: una es el mejor combustible conocido al tiempo de definir la norma (el isooctano) y la otra es el peor combustible,el normal heptano.

Al isooctano de le asignó el valor de número de octanos 100, y al normal heptano 0, es decir tiene nula capacidad de resistir la detonación. Entonces cuando se da la igualdad de poder antidetonante de la nafta comercial con el de la mezcla de sustancias simples, X% de isooctano y (1-X)% de n-Heptano se define que la nafta comercial tiene X octanos.

Esa igualdad de poder antidetonante se determina realizando el ensayo en un motor especial, monocilíndrico, desarrollado por Waukesha (un gran fabricante americano de máquinas de gran potencia). El método, bastante complejo como para describir brevemente, se basa en ir variando la relación de compresión del motor, aumentándola hasta lograr un nivel de detonación igual para la nafta comercial que para la mezcla isooctano-nHeptano. Esta última deberá ser variada, ajustada para lograr ese resultado. En la Figura N° 3 se ve una versión moderna del motor Waukesha, adoptado por el CFR (Cooperative Fuel Research) con vigencia global.

Inmediatamente se advirtió que con una sola condición de ensayo no podría preverse el funcionamiento del motor en distintos regímenes de potencia, rpm, temperatura, etc.  Se definieron dos secuencias, dos números de octano, como vemos en la Figura N°4

El RON (ResearchOctaneNumber) correlaciona mejor con la detonación de baja velocidad del auto (por ejemplo, cuando queremos subir una rampa de estacionamiento en tercera) Este es el octano reglamentado por ley en Argentina, que deriva en los valores prácticos de RON=95 para la Nafta Súper y RON=98 para la Nafta Premium.

Se muestra una tabla clásica del requerimiento octánico para las distintas tecnologías de automóviles de nuestro país. Siempre despertará la polémica, ya que la forma de generación de estos valores responde a distintas técnicas de evaluación (velocidad, aceleración) como muestra la Figura N°5.

El otro método, MON (Motor OctaneNumber) tiene condiciones bastante más severas, como la velocidad de 900 rpm; y la temperatura de la mezcla de 149°C. En todas las naftas comerciales y en muchas sustancias simples el MON es más bajo que el MON, a causa de esa mayor severidad. La excepción, lógicamente es el isooctano, que tiene tanto RON como MON de 100 puntos, por ser el combustible de referencia.

El MON correlaciona muy bien con la detonación a velocidades intermedias, por ejemplo en la aceleración normal de 80 km/h a 120 km/h. Es mucho más difícil de percibir por parte de la mayoría de los conductores, requiere algo de atención o entrenamiento. Se podría asimilar a un zumbido… pero es el que más daño causa a los pistones.

Como aun así, teniendo los dos números de octano, RON Y MON, no se puede prever todo el rango de funcionamiento del motor (notar que están definidos con rpm tan bajas como el ralentí o marcha en vacío),se trata de definir relaciones entre ellos. En países como EE.UU se define el  “índiceantidetonante”, que es la semisuma de ambos (RON+MON)/2. Este índice es el que aparece allí en los surtidores y en las especificaciones. Típicamente es de 87 para la “Regular” y 91 para la “Premium”.

Otra forma de aproximarse a la realidad es a través de la sensibilidad, que tradicionalmente se definió como la diferencia entre el RON y el MON. La regla era: cuanto menor sea la sensibilidad, mejor. El valor deseado es de alrededor de 10.

Pero últimamente se han hecho ecuaciones más complejas, y según distintas escuelas el RON tiene mayor impacto beneficioso. Mi sospecha es que la inclusión en todo el mundo de los alcoholes ha influido en las opiniones y diagnósticos: el etanol tiene por ejemplo sensibilidad=15 (RON=116; MON=101)

También en la misma línea podríamos clasificar al MTBE con valores RON=115 y MON=104

Bueno, poniéndonos en críticos: ¿podemos esperar un control total del proceso de dos parámetros y métodos que han sido desarrollados hace más de 80 años?

Los motores han avanzado a ritmo vertiginoso. Los diseñadores debieron exigir a sus mentes y a sus equipos por décadas para cumplir las reglamentaciones ambientales. Las soluciones mecánicas y electrónicas han sido extraordinarias. Igualmente los combustibles han cambiado notablemente, superando, por mencionar algún momento crítico, la crisis petrolera de los 70.

Vale la pena,entonces, polemizar un poco, desafiando algunos paradigmas sobre el octanaje:

¿Es válido pensar que los motores modernos que recomiendan Nafta Premium pueden usar Nafta AxionSpecial? Este mito surge porque, al tener sensores de detonación y el sistema electrónico,corrige el avance para subsanar el problema.

La realidad es que el rango en que puede ser corregida la chispa es muy limitado y a la mínima variación de la carga (subir pendientes, recalentamiento del motor, fuertes aceleraciones) se produce el pistoneoque daña a los pistones, como se ha visto anteriormente.

2 – Usar Nafta AxionPremium no tiene sentido, ya que no aporta ningún beneficio.

En verdad, la nafta Premium otorga siempre una combustión más pareja y progresiva, con los elementos mecánicos sometidos a menor vibración (más duración del motor). Esto nos libera en cualquier condición de la detonación, por más que haya bruscas variaciones de carga. Además, si viene usando otra Nafta Súper que no sea de Axion, tendrán aditivos de menor eficiencia para mantener limpia a la cámara de combustión (la de Axion tiene la misma aditivación que la Axion Premium). Como el requerimiento octánico AUMENTA con los depósitos de la cámara de combustión, ese motor estará más proclive a la detonación, poniendo en crítico al sistema electrónico.

Al respecto, viene bien relatar una situación que se da en el Mustang2015 con motor Ecoboost. El manual decía originalmente: El motor GDI 2,3 Lt, ofrece el mejor rendimiento en su clase, generando 275 HP y un torque de 300 libras-pie. Cuando se usa combustible Premium (allí de 98 RON) genera 310 HP y torque de 320 libras pie. Pero claro, como la terminal considera que hay que bajar el costo “de bolsillo” del cliente, la gente de servicio usó evasivas explicaciones defendiendo el uso de gasolina regular (allí de 92 RON), diciendo que el torque se mantenía inalterable,pero no pudo discutir la mayor potencia. Además quedó firme en el manual una frase concluyente: El motor funcionará satisfactoriamente con gasolina regular, pero si va a funcionar en condiciones severas como uso de un tráiler, a alta temperatura o bien usarlo en zonas de aire muy seco, se recomienda usar combustible Premium. ¡A buen entendedor…!

Otros estudios realizados en China indican que por cada punto de RON que se aumente,se gana un 1% de economía de combustible.

Entonces, ahora usted tiene argumentos de peso para usar Nafta Axion Premium: si le gusta ser enérgico con su piecito sobre el acelerador, o usar el auto en condiciones severas, tendrá la máxima performance y la protección ideal para su motor.

 

* Ingeniero Senior de Lubricación-AxionEnergy. Mobil en Argentina. Investigador y Docente Asociado al Centro Argentino de Tribología. Órgano Técnico de la Cámara Arg. de Lubricantes.