Agente antidetonante - Antiknock agent

Un agente antidetonante es un aditivo de gasolina que se usa para reducir el golpeteo del motor y aumentar el octanaje del combustible al elevar la temperatura y la presión a las que se produce la autoignición.

La mezcla conocida como gasolina o gasolina, cuando se usa en motores de combustión interna de alta compresión , tiene tendencia a golpear (también llamado "ping" o "pinking") y / o encenderse antes de que ocurra la chispa en el momento correcto ( pre-ignición , consulte el golpeteo del motor ).

Investigar

Las primeras investigaciones sobre este efecto fueron dirigidas por AH Gibson y Harry Ricardo en Inglaterra y Thomas Midgley, Jr. y Thomas Boyd en los Estados Unidos. El descubrimiento de que los aditivos de plomo modificaron este comportamiento llevó a la adopción generalizada de la práctica en la década de 1920 y, por lo tanto, a motores de mayor compresión más potentes. El aditivo más popular fue el plomo tetraetílico . Sin embargo, con el descubrimiento del daño ambiental y a la salud causado por el plomo, atribuido a Derek Bryce-Smith y Clair Cameron Patterson , y la incompatibilidad del plomo con los convertidores catalíticos que se encuentran en prácticamente todos los automóviles estadounidenses desde 1975, esta práctica comenzó a disminuir en la década de 1980. La mayoría de los países están eliminando gradualmente el combustible con plomo, aunque diferentes aditivos todavía contienen compuestos de plomo. Otros aditivos incluyen hidrocarburos aromáticos , éteres y alcohol (generalmente etanol o metanol ).

Agentes típicos

Los agentes típicos que se han utilizado por sus propiedades antidetonantes son:

Tetraetilo

En los EE. UU., Donde el plomo tetraetílico se había mezclado con gasolina (principalmente para aumentar los niveles de octanaje) desde principios de la década de 1920, las normas para eliminar gradualmente la gasolina con plomo se implementaron por primera vez en 1973. En 1995, el combustible con plomo representó solo el 0,6% de las ventas totales de gasolina y menos de 2000 toneladas de plomo al año. Desde el 1 de enero de 1996, la Ley de Aire Limpio prohibió la venta de combustible con plomo para su uso en vehículos de carretera en los Estados Unidos. La posesión y el uso de gasolina con plomo en un vehículo de carretera normal ahora conlleva una multa máxima de 10.000 dólares estadounidenses en los Estados Unidos. Sin embargo, el combustible que contiene plomo puede seguir vendiéndose para usos todoterreno, incluidos aviones, coches de carreras, equipos agrícolas y motores marinos. La prohibición de la gasolina con plomo provocó que los automóviles liberaran miles de toneladas de plomo al aire.

Prohibiciones similares en otros países han provocado una drástica disminución de los niveles de plomo en el torrente sanguíneo de las personas .

Un efecto secundario de los aditivos de plomo fue la protección de los asientos de las válvulas contra la erosión. Los motores de muchos autos clásicos han necesitado modificaciones para usar combustibles sin plomo desde que los combustibles con plomo dejaron de estar disponibles. Sin embargo, los productos "sustitutos del plomo" también se producen y, a veces, se pueden encontrar en las tiendas de autopartes.

La gasolina, tal como se entrega en la bomba, también contiene aditivos para reducir las acumulaciones internas de carbono del motor, mejorar la combustión y permitir un arranque más fácil en climas fríos.

En algunas partes de América del Sur , Asia y Oriente Medio , todavía se utiliza gasolina con plomo. La gasolina con plomo se eliminó gradualmente en el África subsahariana a partir del 1 de enero de 2006. Un número creciente de países ha elaborado planes para prohibir la gasolina con plomo en un futuro próximo.

Algunos expertos especulan que la gasolina con plomo estuvo detrás de una ola de delincuencia mundial a fines de la década de 1980 y principios de la de 1990.

Para evitar depósitos de plomo dentro del motor, se añaden captadores de plomo a la gasolina junto con plomo tetraetílico. Los más comunes son:

MTBE

Cuando terminó el uso del plomo tetraetilo, la industria tuvo que decidir cómo compensar el déficit de octanaje entre los principales combustibles ligeros comercializables producidos por sus refinerías y los combustibles de mayor octanaje necesarios para los motores de gasolina de alta compresión en la flota de automóviles. Alrededor del 70% de la diferencia se resolvió mediante procesos más avanzados en la etapa de refinería, que rompían otros productos de hidrocarburos de la pila de destilación para modificarlos en combustibles que mezclarían gasolina con un octanaje más cercano. La mayor parte del resto del déficit de octanaje requirió aditivos químicos que no se derivan del proceso de refinería. El tetraetil plomo fue reemplazado en gran parte en los EE. UU. Con metil terc-butil éter a partir de 1979. El MTBE es un contaminante tóxico del agua, y una serie de escándalos de contaminación del agua subterránea que comenzaron en los años 90 llevaron a la EPA a comenzar a eliminar gradualmente el MTBE en 2000.

Etanol

Los problemas de contaminación del agua de MTBE motivaron planes para una eliminación gradual, comenzando en 2000 con un borrador de propuesta de la EPA, que se abordó varias veces a nivel estatal en los años siguientes, y finalmente se consolidó a nivel federal con una eliminación gradual de 9 años en la Política de energía de 2005 Act, con proporciones significativas de etanol combustible designado como agente antidetonante de reemplazo para el sistema de combustible automotriz de EE. UU. Los intentos del Congreso de promover el etanol para su uso geopolítico como respaldo a cualquier intento de limitar el suministro de gasolina de EE. UU., Y también sus incentivos para recompensar a los agricultores de maíz de Iowa, cuyas primarias políticas estatales ocupan un lugar especial en el sistema electoral, aumentaron el etanol de un aditivo que se utilizará según sea necesario, luego a una proporción de mezcla fija del 5%, y luego al 10%, que es hoy en día la mezcla de combustible más común en los EE . UU .

El etanol tiene varios problemas como aditivo antidetonante. Es hidrófilo, extrae el vapor de agua del aire húmedo y también aumenta significativamente el nivel de oxígeno libre en el combustible. Ambos causan una degradación significativa de los motores construidos tradicionalmente, lo que plantea problemas de corrosión y residuos en una proporción cada vez mayor con las fracciones crecientes de etanol. Mientras que la gasolina degradada por el tiempo puede simplemente polimerizarse, evaporarse y, por lo tanto, perder su inflamabilidad, las mezclas de gasolina y etanol degradadas por el tiempo pueden causar daños graves si se dejan reposar en un motor. Los motores automotrices abordaron esto con el cambio obligatorio a metales y sellos tolerantes al etanol, y con el uso de inyección electrónica inteligente de combustible, que tiene cierta flexibilidad para ajustar las propiedades de combustión y la sincronización. Los motores de los automóviles no experimentaron problemas importantes debido a estos factores, y porque los automóviles en uso activo generalmente pasan por el tanque de gasolina en cuestión de semanas. En los motores de carburador pequeño , como los generadores y las cortadoras de césped, el daño causado por el etanol se convirtió en el modo dominante de falla.

MMT

El metilciclopentadienil manganeso tricarbonilo (MMT) se ha utilizado durante muchos años en Canadá y recientemente en Australia para aumentar los índices de octanaje. También permite que los automóviles viejos, diseñados para usar combustible con plomo, funcionen con combustible sin plomo sin necesidad de aditivos para evitar la erosión del vástago de la válvula.

Un gran estudio canadiense de 2002 (financiado por los fabricantes de automóviles, que están en contra de su uso) concluyó que el MMT perjudica la eficacia de los controles de emisiones de los automóviles y aumenta la contaminación de los vehículos de motor. Sin embargo, un estudio posterior del gobierno canadiense encontró que "no se encontró ningún Aviso de Defecto potencialmente causado por MMT".

Se han realizado muchos estudios a lo largo del tiempo que confirmaron que el uso de MMT es compatible con vehículos y seguro para la salud humana y el medio ambiente. En particular, ARCADIS Consulting llevó a cabo una evaluación de riesgos de 2013 en MMT , siguiendo una metodología desarrollada por la Comisión Europea. Esta evaluación de riesgo fue verificada por un panel independiente y la Comisión de la UE determinó que cumple con su metodología. Llegó a la conclusión de que "cuando el MMT se utiliza como aditivo de combustible en la gasolina, no se identificaron preocupaciones importantes para la salud humana o el medio ambiente relacionadas con la exposición al MMT o sus productos de transformación [de combustión] (fosfato de manganeso, sulfato de manganeso y tetróxido de manganeso) incluso en los lugares donde mmt está aprobado para su uso en niveles de hasta 18 mg Mn / l ”.

Como señaló Health Canada en su evaluación de riesgos sobre el uso generalizado de MMT en la gasolina canadiense, "todos los análisis indican que los productos de combustión de MMT en la gasolina no representan un riesgo adicional para la salud de la población canadiense"

El MMT se fabrica mediante la reducción de bis (metilciclopentadienil) manganeso utilizando trietilaluminio. La reducción se realiza en atmósfera de monóxido de carbono. MMT es un compuesto de medio sándwich, o más específicamente un complejo de taburete de piano (ya que los tres ligandos de CO son como las patas de un taburete de piano). El átomo de manganeso en MMT está coordinado con tres grupos carbonilo, así como con el anillo de metilciclopentadienilo. Estos ligandos orgánicos hidrófobos hacen que el MMT sea altamente lipófilo, lo que puede aumentar la bioacumulación . Si bien la estructura de mmt sugiere lipofilicidad y potencial de bioacumulación, la comparación de los factores de bioconcentración (BCF) reportados para especies de plantas y animales en comparación con los límites regulatorios (es decir, US EPA y EU REACH) indica un bajo potencial de bioacumulación de mmt. Las Figuras 2 y 3 del estudio (páginas 182 y 184) muestran el BCF representado en función del tiempo e ilustra el BCF potencial de mmt. A partir de estas cifras, la curva superior (A) demuestra la meseta del BCF mmt de 9 días en aproximadamente 400 en plantas y 200 en peces, con ambos valores muy por debajo de los umbrales de bioacumulación / muy bioacumulativo (B / vB) de la EPA de EE. UU., REACH de la UE y Medio Ambiente y Cambio Climático de Canadá.

Se conocen diversos complejos relacionados, incluido el ferroceno, que también se está considerando como aditivo para la gasolina.

Ferroceno

El ferroceno es el compuesto organometálico de fórmula Fe (C 5 H 5 ) 2 . Es el metaloceno prototípico , un tipo de compuesto químico organometálico que consta de dos anillos de ciclopentadienilo unidos en lados opuestos de un átomo metálico central. Estos compuestos organometálicos también se conocen como compuestos sándwich . El rápido crecimiento de la química organometálica a menudo se atribuye a la emoción que surge del descubrimiento del ferroceno y sus muchos análogos.

El ferroceno y sus numerosos derivados no tienen aplicaciones a gran escala, pero tienen muchos usos específicos que explotan su estructura inusual (andamios de ligandos, candidatos farmacéuticos), robustez (formulaciones antidetonantes, precursores de materiales) y reacciones redox (reactivos y estándares redox). ). Se ha propuesto su uso para enfriamiento global.

El ferroceno y sus derivados son agentes antidetonantes que se añaden a la gasolina que se utiliza en los vehículos de motor y son más seguros que el plomo de tetraetilo ahora prohibido. Las soluciones de aditivos de gasolina que contienen ferroceno se pueden agregar a la gasolina sin plomo para permitir su uso en automóviles antiguos diseñados para funcionar con gasolina con plomo. Los depósitos que contienen hierro formados a partir del ferroceno pueden formar un revestimiento conductor en las superficies de las bujías.

Pentacarbonilo de hierro

El pentacarbonilo de hierro , también conocido como carbonilo de hierro, es el compuesto de fórmula Fe ( C O ) 5 . En condiciones estándar, el Fe (CO) 5 es un líquido de color pajizo que fluye libremente con un olor acre.

Este compuesto es un precursor común de diversos compuestos de hierro, incluidos muchos que son útiles en síntesis orgánica . El Fe (CO) 5 se prepara mediante la reacción de finas partículas de hierro con monóxido de carbono . El Fe (CO) 5 se compra a bajo costo.

El pentacarbonilo de hierro es uno de los carbonilos metálicos homolépticos ; es decir , complejos metálicos unidos solo a ligandos de CO . Otros ejemplos incluyen el Cr (CO) 6 octaédrico y el Ni (CO) 4 tetraédrico .

La mayoría de los carbonilos metálicos tienen 18 electrones de valencia , y el Fe (CO) 5 se ajusta a este patrón con 8 electrones de valencia en el Fe y cinco pares de electrones proporcionados por los ligandos de CO. Reflejando su estructura simétrica y neutralidad de carga, el Fe (CO) 5 es volátil ; es uno de los complejos metálicos líquidos que se encuentran con mayor frecuencia.

Fe (CO) 5 adopta una estructura bipiramidal trigonal con el átomo de Fe rodeado por cinco ligandos de CO : tres en posiciones ecuatoriales y dos unidos axialmente. Los enlaces Fe-CO son lineales.

Fe (CO) 5 es la molécula fluxional arquetípica debido al rápido intercambio de los grupos de CO axiales y ecuatoriales a través del mecanismo de Berry en la escala de tiempo de RMN . En consecuencia, el 13 C RMN espectro exhibe solamente una señal debido a la rápida intercambio entre los sitios de CO no equivalentes.

En Europa , el pentacarbonilo de hierro se usó una vez como agente antidetonante en la gasolina en lugar del plomo tetraetílico . Dos aditivos para combustibles alternativos más modernos son el ferroceno y el metilciclopentadienil manganeso tricarbonilo . El Fe (CO) 5 se utiliza en la producción de " carbonil hierro ", una forma de hierro finamente dividida que se utiliza en núcleos magnéticos de bobinas de alta frecuencia para la electrónica, y para la fabricación de los ingredientes activos de algunos materiales absorbentes de radar (por ejemplo, bola de hierro pintura ). Es famoso como precursor químico para la síntesis de varias nanopartículas a base de hierro .

Se ha descubierto que el pentacarbonilo de hierro es un fuerte inhibidor de la velocidad de la llama en llamas a base de oxígeno.

Tolueno

El tolueno es un líquido transparente insoluble en agua con el olor típico de los diluyentes de pintura , que recuerda al dulce olor del compuesto relacionado benceno . Es un hidrocarburo aromático que se utiliza ampliamente como materia prima industrial y como disolvente . Al igual que otros disolventes, el tolueno también se utiliza como fármaco inhalante por sus propiedades intoxicantes.

El tolueno se puede utilizar como potenciador de octanaje en combustibles de gasolina utilizados en motores de combustión interna . El tolueno al 86% en volumen alimentó a todos los equipos turbo de Fórmula 1 en la década de 1980, iniciado por primera vez por el equipo Honda. El 14% restante era un "relleno" de n-heptano, para reducir el octano y cumplir con las restricciones de combustible de la Fórmula 1. El tolueno al 100% se puede utilizar como combustible para motores de dos y cuatro tiempos; sin embargo, debido a la densidad del combustible y otros factores, el combustible no se vaporiza fácilmente a menos que se precaliente a 70 grados Celsius (Honda logró esto en sus autos de Fórmula 1 al enrutar las líneas de combustible a través del sistema de escape para calentar el combustible). El tolueno también presenta problemas similares a los combustibles de alcohol, ya que se alimenta a través de las líneas de combustible de caucho estándar y no tiene propiedades lubricantes como lo hace la gasolina estándar, lo que puede dañar las bombas de combustible y causar el desgaste del orificio del cilindro superior.

El tolueno también se ha utilizado como refrigerante por su buena capacidad de transferencia de calor en trampas frías de sodio utilizadas en circuitos de sistemas de reactores nucleares.

Las propiedades de los xilenos y el etilbenceno son casi idénticas al tolueno, y una refinería anuncia este último como "componente de combustibles de alto rendimiento".

2,2,4-trimetilpentano (isooctano)

El 2,2,4-trimetilpentano , también conocido como isooctano , es un isómero de octano que define el punto 100 en la escala de clasificación de octano (el punto cero es n- heptano ). Es un componente importante de la gasolina .

El isooctano se produce a gran escala en la industria del petróleo , generalmente como una mezcla con hidrocarburos relacionados. El proceso de alquilación alquila isobutano con isobutileno usando un catalizador ácido fuerte. En el proceso NExOCTANE, el isobutileno se dimeriza en isoocteno y luego se hidrogena a isooctano.

Ver también

Referencias

enlaces externos