Para comprender cómo se comportan estos combustibles en los motores de combustión interna (IC), primero debe comprender las propiedades de los combustibles y en qué se diferencian.
Propiedades de combustible
Tanto la gasolina (gasolina) como el diésel son líquidos orgánicos más livianos que el agua, más comúnmente producidos a partir del petróleo. El diesel requiere mucho menos esfuerzo para producirlo; puede hacerlo usted mismo a partir del aceite de cocina con solo unos pocos productos químicos disponibles.
La gasolina es más liviana que el diesel, con una densidad de aproximadamente tres cuartos de la del agua, y altamente volátil. Eso significa que se evapora rápidamente a temperatura ambiente, por lo que tiene un olor tan fuerte y se almacena en recipientes cerrados como estos cuando no está alimentando un vehículo directamente. Además del olor, los vapores de gasolina también son carcinógenos y precursores muy potentes para la formación de smog fotoquímico ("marrón"), que durante un incidente particularmente malo se confunde con un ataque con armas químicas .
El diesel, en comparación con la gasolina, no es muy volátil. Esto se debe en parte a que es menos refinado; cuanto más se acerca el destilado al petróleo crudo, más estable tiende a ser. Puede almacenarlo diesel en un contenedor abierto por períodos cortos sin pérdidas significativas.
Punto de inflamabilidad
Estrechamente relacionado con la volatilidad del líquido está su punto de inflamación , la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es lo suficientemente alta como para que sus vapores se enciendan en presencia de una fuente de ignición. Por debajo de esta temperatura, el estado de equilibrio será tal que, si bien puede quemar el vapor, por ejemplo, con una cerilla encendida, la reacción de combustión se localizará. Por encima del punto de inflamación, la llama provocaría una reacción en cadena que se propagaría ( encendería ) el volumen de combustible vaporizado.
Como era de esperar, la alta volatilidad de la gasolina resulta en un punto de inflamación mucho más bajo que el diesel. Wikipedia da los valores como −43 ° C (gasolina) y 52 ° C (diesel). Como referencia, eso significa que si llena una piscina cubierta con gasolina y deja que la habitación se equilibre, tendrá que enfriar esa habitación por debajo de −43 ° C ( aproximadamente temperaturas antárticas ) antes de que un fósforo encendido no cause el espacio para explotar. E incluso a una temperatura muy por debajo del punto de inflamación, esa coincidencia se quemaría muy rápido.
Por otro lado, llene la misma piscina con combustible diesel, y tendría que calentar la habitación por encima de 52 ° C ( aproximadamente las temperaturas del Valle de la Muerte ) antes de que un fósforo encendido explote.
Esto es diferente de la temperatura de autoignición, también dada en el artículo de Wikipedia, que es el punto en el que ya no necesita encender la cerilla. Kaboom! Aunque la gasolina tiene el punto de inflamación más bajo, es el diesel el que tiene la temperatura de autoignición más baja (256 ° C, en comparación con 280 ° C, según el artículo de WP anterior).
A medida que pasamos de los combustibles parlantes a los motores parlantes, el punto # 1 para recordar es que con una fuente de ignición, la gasolina se enciende primero; sin una fuente de ignición, el diesel se enciende primero.
Propiedades del motor
"Motor IC" es una categoría amplia que comprende muchos tipos y tecnologías de motores. La principal diferencia entre los motores diesel y de gas convencionales tiene que ver con la forma en que se enciende el combustible (¡vea el punto n. ° 1 más arriba!): Los motores de gasolina generalmente usan encendido por chispa y los motores diesel usan el encendido por compresión .
Inyección
Antes del encendido, el combustible en el tanque debe mezclarse con aire. Esto se puede hacer de varias maneras y aunque el concepto general es simple, las propiedades del combustible tienen un gran impacto en cómo se logra esta mezcla.
Típicamente, el combustible se atomiza en el cilindro, rociado a través de pequeñas boquillas llamadas inyectores de combustible, produciendo muchas gotas muy pequeñas de combustible suspendidas en el aire. (Los automóviles más antiguos utilizaron una tecnología diferente para crear la mezcla de combustible y aire). Cuanto más homogénea sea la mezcla de combustible y aire (o "carga"), más eficiente y completamente se quemará y mejor funcionará el motor en general.
Nuestro objetivo es lograr una buena mezcla de combustible y aire rápidamente, encender el combustible, extraer su energía (en forma de trabajo útil) y pasar al siguiente golpe. Así es como obtenemos potencia ( trabajo con el tiempo ) del motor. La atomización del combustible líquido lo dispersa y aumenta su área de superficie, lo que le permite evaporarse más rápidamente. La alta volatilidad de la gasolina en comparación con el diesel hace que sea mucho más fácil vaporizar por completo, obteniendo esa carga homogénea. Sin embargo, esto no siempre es necesariamente un beneficio, lo que nos lleva a considerar las propiedades de los propios motores.
Encendido
El encendido por chispa es quizás el método más fácil de entender; Es comparable a la analogía del fósforo encendido de antes. La diferencia es que después de vaporizar el combustible y mezclarlo con el aire, la fuente de ignición es una chispa eléctrica en lugar de una llama abierta. Debido a que la chispa controla el tiempo exacto de ignición, podemos asegurarnos de que ocurra en el mejor punto durante el golpe del pistón para transferir la potencia al tren de transmisión. Si el encendido ocurre en el momento incorrecto, podría conducir el pistón en la dirección incorrecta o quemar el combustible de forma incompleta. Esto se llama golpeteo y puede causar daños permanentes al motor.
Muchos aditivos se han utilizado a lo largo del siglo pasado para evitar que la gasolina se enciendan sin una chispa, incluyendo el plomo y MTBE . Otras formulaciones están diseñadas para usarse en motores de gasolina de alto rendimiento (que tienen relaciones de compresión más altas) o para mejorar las características de emisión .
Encendido por compresión
En un motor diesel, no hay chispa; en cambio, el aire en el cilindro se comprime rápidamente, calentándolo más allá del punto de autoignición del combustible. Una vez que haya suficiente energía térmica disponible para hacer que la reacción de combustión sea espontánea, ¡kaboom! Tienes tu ignición. Pero se necesita mucha compresión para llegar a ese punto, mucho más de lo que se requiere para la operación eficiente de un motor de encendido por chispa. Esto se mide en términos de una relación del volumen del cilindro cerrado al comienzo y al final de una carrera, también conocida como la relación de compresión del motor.
Sin entrar en todos los detalles de los ciclos del motor, aquí hay una animación que muestra cómo cambia el volumen del cilindro a medida que el pistón se mueve hacia arriba y hacia abajo:
4StrokeEngine Ortho 3D Small ( CC BY-SA 3.0 o
GFDL ), de Zephyris (Trabajo propio), de Wikimedia Commons
Un motor típico de encendido por chispa a gasolina tiene una relación de compresión de aproximadamente 10: 1, lo que significa que el volumen del cilindro al comienzo de la carrera de compresión es 10 veces el volumen del cilindro al final de la carrera. Los motores de encendido por compresión con motor diesel tienen relaciones de compresión más altas, generalmente alrededor de 17: 1, pero pueden ser más altos. Las relaciones de compresión de gasolina y diesel varían de un motor a otro; Lo que hay que recordar es que los motores diesel tienen relaciones de compresión significativamente más altas que sus equivalentes de gasolina equivalentes.
Usando el combustible incorrecto
Entonces, ¿qué sucede cuando usa gasolina (gasolina) en un motor diesel, o viceversa? Muchas cosas, pero en general, lo que le importa a la gente es:
1. ¿Funcionará el motor?
Diesel en un motor de gasolina
Como señala Trevor , existen medidas de seguridad para evitar llenar un vehículo de gasolina con combustible diesel. El diésel también es más espeso que la gasolina, lo que puede significar líneas de combustible obstruidas e inyectores, pero supongamos que el diésel realmente ingresa al motor.
¿Recuerdas el punto # 1 de nuestra discusión sobre combustibles? Cuando se trata de encendido por chispa, el diesel es más difícil de encender que la gasolina. Tiene un punto de inflamación mucho más alto, por lo que debemos elevar su temperatura un poco antes de que el motor tenga alguna posibilidad de funcionar. La relación de compresión del motor de encendido por chispa es menor, lo que significa que el combustible no se calienta tanto. Como consecuencia, es muy probable que el motor no funcione en absoluto .
Si el motor tiene una relación de compresión lo suficientemente alta, y / o si es un día lo suficientemente caluroso, recuerde, el punto de inflamación del diesel está en algún lugar alrededor del extremo superior de las temperaturas del Valle de la Muerte, entonces el motor funcionará, pero no muy bien. También puede no funcionar por mucho tiempo; puede lograr la ignición en algunos cilindros pero no en otros, en algunos golpes pero no en otros, y eventualmente el combustible en sí o sus restos parcialmente quemados obstruirán alguna parte del sistema. Incluso cuando se enciende, obtendrá menos potencia porque las RPM son más altas (el diesel se quema más lentamente que la gasolina) y la temperatura es más baja.
Gasolina en un motor diesel
Este es, en muchos sentidos, un caso más interesante: es más fácil colocar una boquilla de gasolina en un vehículo diesel en la bomba y la gasolina más delgada puede no tener tantos problemas para moverse a través de un sistema de combustible diseñado para diesel más grueso, por lo que podemos estar seguros de que El combustible llegará al motor.
Ahora estamos en la situación opuesta a la anterior. Tenemos un combustible que no solo es mucho más fácil de encender a través de la chispa que la compresión (recuerde, su temperatura de autoignición es más alta que la del diesel), también está formulado con aditivos para evitar que se encienda sin una chispa para que no dañe los motores. está diseñado para funcionar. Y de nuevo, existe la posibilidad de que el motor no funcione en absoluto .
¡Pero eso no significa necesariamente que no haya ignición! Voy a citar The Straight Dope para esta parte de la explicación:
Dado que la gasolina está diseñada para ser resistente al autoencendido, la gasolina en un motor diesel no se encenderá o se encenderá en el momento incorrecto. Algunos motores diesel funcionan con menos potencia que los motores de gasolina (lo que significa que la mezcla de aire y combustible tiene una mayor proporción de aire que un motor de gasolina). Eso aumenta las posibilidades de que la gasolina no se encienda y de que el combustible no quemado se envíe al sistema de escape caliente, donde, irónicamente, podría encenderse y provocar posibles daños en el escape.
Esto nos lleva a:
2. ¿Se dañará el motor?
Los motores diesel a menudo se perciben como "más duros": están diseñados para soportar las presiones mucho más altas que conllevan sus altas relaciones de compresión y, al menos en los EE. UU., Generalmente se comercializan en vehículos y camiones más grandes. Entregan más torque, mueven cargas pesadas, se usan en generadores y equipos industriales; Por lo tanto, es irónico que poner gasolina en un motor diesel es mucho más probable que cause daños importantes al vehículo que lo contrario.
Además del riesgo de vapores de gasolina que pasan a través del motor para explotar en otros sistemas, si el motor no administrar para encender la gasolina en el cilindro, Trevor señaló que la gasolina diluyente proporcionará menos lubricación al motor; incluso a RPM diésel, el motor no tardará demasiado en desgarrarse sin una lubricación adecuada. El artículo de Straight Dope también menciona la pérdida de lubricación que podría dañar la bomba de combustible.
Línea de fondo
De cualquier manera, es posible encender el combustible y conducir los pistones, lo que significa que el motor podría funcionar mal. Pero es mucho mejor para el vehículo si el motor no funciona, especialmente para el vehículo diésel, que es más probable que sea dañado por la gasolina (¡y teóricamente podría explotar!). No estamos aquí para dar consejos de mantenimiento de automóviles, pero si comprende el problema desde una perspectiva de ingeniería, debe quedar claro que el mejor de los casos aquí es que descubra el problema antes de arrancar el vehículo, de modo que el tanque de combustible pueda ser drenado y rellenado con el tipo de combustible correcto.
Y recuerden, niños: ¡No intenten esto en casa!
